Nuvarande och framtid för bredband

Höghastighets bredbands mobiltelefoner (4G)

Det tog cirka 40 år för mobiltelefoner att få från grundläggande analoga röstsamtal upp till 3,5G och 4G mobilt bredband. I stort sett är 4G något som 10–50 gånger snabbare än 3G (beroende på vilket sätt vinden blåser och vars siffror du väljer att tro). Vad gör 4G bättre än 3,5 G och 3G? Även om det finns många skillnader, är en av de mest betydelsefulla att CDMA (sättet att få många signaler att dela frekvenser genom att koda dem) ersätts av en mer effektiv teknik som kallas ortogonal frekvensdelning multipel access (OFDMA), vilket gör ännu bättre användning av frekvensspektrumet.

Effektivt kan vi tänka på OFDMA som en utveckling av de tre äldre teknologierna, TDMA, FDMA och CDMA. Med traditionell FDMA delas det tillgängliga frekvensspektrumet upp i parallella kanaler som kan transportera separata samtal, men det måste fortfarande finnas en viss åtskillnad mellan dem för att hindra dem överlappande och störande, och det betyder att det övergripande bandet används ineffektivt. Med OFDMA kodas signaler digitalt, hackas i bitar och skickas på separata underkanaler vid olika frekvenser. Kodningen görs på ett sådant sätt att olika signaler är ortogonala (matematiskt talande betyder att de görs “oberoende” och “oberoende” till varandra), så att de kan överlappas mycket mer utan att orsaka störningar, vilket ger bättre användning av spektrumet (en betydande besparing av bandbredd) och högre datahastigheter.

OFDMA är ett exempel på multiplexering, där flera olika frekvensband används för att skicka data istället för ett enda frekvensband. Den stora fördelen med detta är att det är mindre signalstörning från störningar (där utvalda frekvenser kan förstöras av sändningar från andra källor) och blekning (där signaler gradvis förlorar styrka när de reser); förlorade data kan återmonteras med olika felkorrigeringstekniker.

Nästa generation (5G)

Naturligtvis slutar det inte där. Cyniker skulle säga att mobiltelefontillverkare behöver oss att uppdatera till en ny modell varje år, medan mobiltelefonnätverket vill att vi ska skicka mer och mer data; båda stöds av övergången till nyare, bättre och snabbare mobilnät. Men överväldigande är den viktigaste drivrutinen för 5G att så många fler människor – och saker – vill ansluta trådlöst till Internet.

Som vi redan har sett är 5G tänkt att vara snabbare, mer pålitlig, högre kapacitet och lägre latens än 3G och 4G, som redan använder sin mycket överbelastade del av frekvensspektrumet mycket effektivt. Så hur får du eventuellt ännu mer ut av ett begränsat band med radiovågor? En lösning är att byta till ett helt annat, mindre använt frekvensband. Där befintliga 4G-mobiltelefonnät använder radiovågor som har frekvenser på ungefär 2 GHz och våglängder på cirka 15 cm (6in), skulle 5G kunna växla till mycket högre frekvenser (mellan 30–300 GHz) och kortare våglängder (en millimeter eller mindre).

Dessa så kallade “millimetervågor” används för närvarande av saker som radar och militär kommunikation, så det finns mycket mindre trängsel än i det nuvarande frekvensbandet. Men nackdelen är att dessa vågor inte reser så långt eller så bra genom föremål som väggar, så vi kanske behöver fler mobila antenner, mobila antenner i våra byggnader, fler celler i våra mobiltelefonnät, helt andra antenner i våra smartphones och en rad andra förbättringar. Omkopplingen till högre frekvenser är en aspekt av 5G; den andra aspekten skulle vara utveckling av förbättrad teknik som bygger på befintliga tillvägagångssätt som HSDPA och LTE. För tillfället är detaljer om exakt hur 5G fungerar fortfarande vaga och mycket diskuterade.