Как передаются 0 и 1 от сотовой станции к смарфтону?
Продолжаю раскрывать основы передачи цифровой информации в сетях связи. Для тех, кто работает в отрасли связи это покажется скучным, хотя я иногда встречаю коллег, кто не знает некоторых элементарных вещей. Хотя все мы чего-то не знаем и учимся всю жизнь. В этой статье расскажу о том как именно передаётся информация, закодированная 0 и 1 через телекоммуникационные сети.
В предыдущей статье я раскрыл зачем вообще преобразовывать картинки, голосовые данные, видео в цифровой вид. А как же эти цифры передаются?
Казалось бы, что проще всего передавать данные между сотовой вышкой и смартфоном с помощью тех же 0 и 1. Например, 1- есть сигнал, а 0 – нет. Но это очень неэффективный способ. Операторы имеют ограниченный частотный ресурс. Если бы данные передавались таким примитивным методом, то скорости в сотовых сетях были бы в районе сотен килобит в секунду.
Кроме того, сигнал должен быть достаточно хорошо защищён от помех, переотражений и ослаблений, которые неминуемо присутствуют на пути от антенн до телефонов. Поэтому для передачи 0 и 1 применяют модуляцию. Не пугайтесь этого термина. Всё очень просто
Под модуляцией понимают процесс изменения параметров несущего сигнала (амплитуды, фазы и частоты) теми самыми 0 и 1, то есть передаваемой информацией.
Рассмотрим пример, который поможет лучше понять это. Одним из самых простых видов модуляции является QPSK (квадратурная фазовая модуляция). Применяется она во всём спектре стандартов от 2G до 4G.
Изменяемым параметром при QPSK-модуляции является фаза сигнала. В том с какой фазы начинается новая часть сигнала и зашифрованы данные. Рисунок ниже поможет понять это на конкретном примере
Но QPSK – это самый простой метод модуляции и много информации им не передашь. Для более высоких скоростей применяется другой вид – QAM (квадратурная амплитудная модуляция), в котором к изменяемой фазе добавляется еще и амплитуда. В 3G применяются 16-QAM и 64-QAM модуляции. Чем больше цифра спереди – тем больше информации можно закодировать в одном символе и тем выше будет скорость передачи данных между сотовой станцией и смартфоном.
В 4G уже применяется модуляция 256 QAM в направлении от сотовой станции к смартфону. В 5G предполагается внедрение 1024 QAM. Из рисунка ниже вы сможете понять чем отличаются эти виды модуляции в зависимости от объема данных, которые можно передать за 1 символ сигнала.
А почему бы не применять максимальную схему всегда? Тогда можно было бы добиться постоянно высоких скоростей. Однако не всё так просто.
Чем более скоростная схема модуляции применяется – тем более подвержен сигнал разного рода помехам и искажениям. И сеть постоянно меняет вид модуляции в зависимости от того какой уровень сигнала на телефоне и на сколько много ошибок возникает при передаче от станции к смартфону.
В этой статье раскрыта лишь верхушка айсберга. Есть много еще интересного, что происходит в сотовой сети, чтобы мы наслаждались качественной и быстрой связью.