¿Qué hace que las redes 3G sean más rápidas que 2G? ¿Por qué los métodos de espectro ensanchado son más eficientes que GSM?

Se ha introducido una nueva tecnología, High Speed ​​Downlink Packet Access , para escalar la velocidad de bits a niveles más altos para aumentar la capacidad de la red. Suponiendo tamaños de celda comparables, se anticipa que al usar la transmisión de múltiples códigos será posible alcanzar velocidades de datos máximas de aproximadamente 10 Mbit / s (la velocidad teórica máxima es 14.4Mbit / s).

HSDPA se basa en los siguientes conceptos clave:
· Modulación adaptativa y esquemas de codificación: Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) y 16QAM (Quadrature Amplitude Modulation).
· Protocolo de retransmisión híbrida de repetición automática tQ (HARQ).
· Programación rápida de paquetes controlada por el control de acceso medio: protocolo de alta velocidad (MAChs) en el nodo B.

HSDPA se basa en un canal compartido de enlace descendente de alta velocidad (HS-DSCH). Permite multiplexación de tiempo y código entre diferentes usuarios. En consecuencia, está bien adaptado a la naturaleza explosiva del tráfico basado en paquetes en un entorno multiusuario.

Para apreciar por qué 3G permite mejores velocidades de datos que 2G, debe observar cómo se transmitieron los datos en el sistema 2G GSM-EDGE.

En GSM-EDGE, los datos a una estación móvil (MS) se envían a través de intervalos de tiempo y frecuencias fijas. Por lo tanto, por ejemplo, si se le envían datos en el intervalo de tiempo 8 de la frecuencia f1, no se pueden enviar datos de MS durante ese tiempo en esa frecuencia.

Además, el número de bits de información empaquetados en símbolos transmitidos fue menor, ya que se utilizaron esquemas de modulación de bajo orden (GMSK).

Este uso del espectro fue ineficiente. Con los avances en la tecnología de receptor y transmisor, así como chips de procesador de banda base más baratos, ahora podemos hacer mucho más procesamiento en la MS y la estación base del transmisor.

En 3G UMTS, el móvil (UE) envía datos después de que los bits de datos se ‘Distribuyen’ sobre el espectro de frecuencia. Esta difusión se realiza utilizando la técnica de multiplexación basada en OFDM en el enlace descendente.

A cada UE se le asigna un ‘Código de difusión’ de enlace descendente, de modo que no hay dos UE que tengan un componente común en el código de difusión. En otras palabras, los códigos de extensión son mutuamente ortogonales.

En 3G UMTS, lo que sucede es que los datos de varios usuarios se multiplexan por el transmisor en el enlace descendente, haciendo una operación XOR de los bits de datos con el código de expansión.

Por lo tanto, los bits de datos pueden transmitirse a múltiples UE dentro del mismo intervalo de tiempo en el enlace descendente, ya que son mutuamente ortogonales.

Esto permite un mejor uso del espectro ya que ahora puede servir muchos más UE dentro de la misma frecuencia.

Además, 3G UMTS utiliza técnicas de modulación de orden superior como QPSK, 16QAM y 64QAM.

Así que empacamos más bits de datos en cada símbolo transmitido.

Los avances recientes (HSDPA, HSUPA, HSPA +) se han agregado a las velocidades de datos al mover la transmisión / retransmisión de datos en el enlace descendente a la estación base (NodoB).

4G LTE se basa en estos avances con técnicas de transmisión aún mejores como OFDMA en el enlace descendente.

Lo que hace que 3G sea más rápido es principalmente la eficiencia con la que se utilizan los recursos de red disponibles.

– Control de potencia ajustado
– Transiciones de estado frecuentes y en tiempo real entre 4 estados (Cell_DCH, Cell_FACH, Cell_PCH y URA_PCH) para utilizar eficazmente recursos dedicados al colocar a los usuarios relativamente inactivos en estados no dedicados (típico de los paquetes de datos). Esto es hasta la versión 4
– HSDPA / HSUPA: en el fondo, la programación se traslada a la Capa 2 en lugar de a la Capa 3. Esto hace que la programación se realice cada 2 ms, lo que significa que más usuarios pueden ser admitidos y servidos con recursos de alta velocidad. Esto hace que Cell_DCH indique más eficiente.
– Técnicas como MIMO, DC-HSDPA, esquemas de modulación de orden superior (64 QAM) hacen que HSPA sea aún más rápido.

Déjame responder la segunda parte de la pregunta:

¿Por qué los métodos de espectro ensanchado son más eficientes que GSM?

Consulte el acceso múltiple de división de código wiki y lea la sección:
“Ventajas de CDMA asíncrono sobre otras técnicas”. Esto habla de por qué las técnicas de espectro extendido son más eficientes en términos de mayor capacidad de red y resistentes a interferencias, trayectos múltiples. Espero que ayude.

Gran pregunta y me temo, pero la respuesta real es un poco compleja. Pero sí, tienes razón, no es la propagación. Por cierto, no son los intervalos de tiempo utilizados por 2G ya que 3G solo comenzó a funcionar bien para los datos cuando agregamos intervalos de tiempo nuevamente en el marco para reducir el TTI.

Tenemos dos problemas aquí: velocidad y eficiencia

Velocidad

Para la velocidad, a menudo hablamos de la tasa de bits máxima para un solo usuario. Esto se establece por muchos factores que incluyen:

• Velocidad de símbolos establecida por el ancho de banda de la portadora, la distribución y el encuadre
• Número de portadores paralelos
• Número de capas MIMO paralelas, códigos y ranuras por cuadro
• Modo de modulación más alto (configuración del número de bits por símbolo modulado)
• Velocidad de codificación de canal más alta (configuración del número de bits útiles por bit transmitido)
• Gastos generales debido a la difusión (para 3G) y protocolos.

En conjunto, y suponiendo que a un solo usuario se le asignen todas las capas, códigos, operadores y ranuras, la única diferencia realmente clave entre 2G y 3G es que los dispositivos pueden usar más ancho de banda de operador total en 3G … e incluso más en 4G. La forma en que corta el soporte en capas, códigos y ranuras y luego los apila es realmente irrelevante. MIMO agrega una diferencia más, pero en realidad solo se ha utilizado correctamente en 4G.

Eficiencia

Para mejorar la eficiencia, debemos recordar que los sistemas móviles están basados ​​fundamentalmente en celulares y, por lo tanto, la mejor medida de la eficiencia es la cantidad de tráfico en Mb / s por MHz por sector (la mayoría de las estaciones base tienen 3 sectores, cada uno apuntando en direcciones diferentes). Por lo tanto, esta medida es b / s / Hz / sector.

Si estamos haciendo una comparación justa, entonces deberíamos usar el mismo espectro total, por lo que factores como el ancho de banda de la portadora individual son irrelevantes, ya que un sistema de banda más angosta como GSM podría simplemente usar más portadoras.

Probablemente deberíamos suponer que el programador es justo y que los dispositivos mal ubicados reciben más recursos de radio que los bien ubicados. Curiosamente, esto a menudo significa que las características de velocidad de bits máxima son a menudo casi irrelevantes para la eficiencia del espectro.

Algunos avances básicos han mejorado la eficiencia del espectro a lo largo de los años. Los más notables son:

• Códigos de canal 2G tenía códigos de canales simples. Añadimos turbo más adelante y ganamos algunos dB en el borde de la celda y ahora en 5G ganaremos un poco más con LDPC.
• Receptores GSM tenía ecualizadores simples y luego teníamos receptores RAKE en 3G. OFDM introducido para 4G nos permite paralelizar el receptor que ahora podría funcionar en anchos de banda de subportadora. El efecto neto es que el receptor podría hacer un uso cada vez mayor de toda la señal recibida
• Reducción de interferencia. GSM solo podía usar la reutilización de frecuencia para minimizar la interferencia, CDMA usaba una gran cantidad de códigos. OFDM utiliza planificadores más complejos y retroalimentación del dispositivo para evitar interferencias y también técnicas de cancelación de interferencias.

Finalmente, lo que parece ser más importante para la eficiencia del espectro es qué tan cerca podemos seguir los cambios en las condiciones de radio para elegir el mejor modo de transmisión y los mejores usuarios para servir. Esto depende fundamentalmente de los canales de control y del intervalo de tiempo de transmisión (TTI).

2G solo tenía una solución primitiva aquí y cada canal era lento, lo que limitaba los tiempos de respuesta del sistema adaptativo y, por lo tanto, la eficiencia del espectro era pobre. 3G lo mejoró, pero CDMA es horrible en términos de flexibilidad, por lo que nuevamente tuvimos que esperar a 4G antes de que se volviera realmente aceptable.

Resumen

Ahí vas. No es el ancho de banda del operador ni la difusión. Es simplemente que 3G fue diseñado después de 2G, por lo que hicimos un mejor trabajo al diseñar el sistema en general. Y es por eso que 4G es nuevamente mejor y 5G será aún mejor.

¿Y por qué hicimos un mejor trabajo? En parte es porque hemos aprendido mucho sobre sistemas móviles en los últimos 30 años. Pero también es un beneficio secundario de la Ley de Moore: cada nueva generación se diseñó con un sentido diferente de lo que es “demasiado complejo para considerar” y, naturalmente, podemos diseñar soluciones más flexibles y potentes.