Mobiles Web vs. Realität

John Chapman sprüht vor Begeisterung. Der Direktor der Mobil- und Wireless-Strategie von Hewlett-Packard hat gerade einen dreijährigen Forschungsvertrag mit NTT DoCoMo, dem Mobilfunk-Spin-off des japanischen Telekommunikationsriesen NTT, unterzeichnet. Das Ziel? Ein Brainstorming über die Infrastruktur für ein drahtloses Netzwerk mit einer so großen Kapazität, dass wir uns laut Chapman nicht mehr die Mühe machen, sie zu messen. Hewlett-Packard hat sich mit NTT DoCoMo verbündet, dessen Name überall bedeutet, weil das japanische Unternehmen der weltweit führende mobile Internetanbieter ist. Schätzungsweise 72 Prozent der japanischen Handybesitzer verbinden sich routinemäßig mit dem Internet, verglichen mit nur sechs Prozent in den Vereinigten Staaten. Chapman glaubt, dass, wenn Hewlett-Packard den Amerikanern reichhaltiges Streaming von Videos, Daten, Grafiken und Sprache über ein Hochgeschwindigkeitsnetzwerk bieten kann, das jede Straßenecke, U-Bahn-Plattform, Strand und Hinterhof erreicht, sie sich in Scharen anmelden werden.

Die brennende Frage ist, wie dieses drahtlose Breitbandnetzwerk aufgebaut wird. Telekommunikationsunternehmen müssten Hunderte von Milliarden Dollar ausgeben, um die heutige Schmalband-Mobilfunkinfrastruktur auf Breitband zu katapultieren. Dies ist kein bloßes Upgrade. Die heutigen mageren Mobiltelefone und drahtlosen Webgeräte verbinden sich mit langsamen 9.600 Bit pro Sekunde mit dem Internet, weniger als ein Fünftel der Geschwindigkeit eines durchschnittlichen Desktop-Modems. Und selbst ein Desktop-Modem gilt nicht als Breitband. Die Geschwindigkeit muss mindestens vervierfacht werden, damit Benutzer sofortigen Internetzugang genießen und Full-Motion-Videos in filmähnlicher Qualität anzeigen können.

Ein besseres Rückgrat aufbauen

Diese Geschichte war Teil unserer Juni-Ausgabe 2001



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Darüber hinaus unterstützt das Wireless Application Protocol, über das sich heutige Mobilgeräte mit dem Internet verbinden, normalerweise nur klobige, heruntergekommene Schwarz-Weiß-Versionen von einigen hundert Websites, die bewusst auf einen winzigen Bildschirm zugeschnitten sind. Trotz der ständigen Werbung für Smartphones und drahtlose Wundergeräte von Sprint, AT&T, Palm und Kyocera sind die meisten Menschen vom embryonalen drahtlosen Web frustriert.

Angesichts der enormen Kosten für die Lizenzierung neuer Breitbandfrequenzen von nationalen Regierungen, der technischen und regulatorischen Auseinandersetzungen um die Verwendung neuer Kommunikationsprotokolle sowie der Notwendigkeit, Mobilfunkmasten und mobile Geräte zu überholen, fragen sich einige Experten, ob die Vorteile die Mühe wert sind. Brauchen wir wirklich Datenströme, die überall von Mobilfunkmasten fließen, damit wir uns einen CNN-Videoclip ansehen können, während wir einen Bordstein in Midtown verlassen und dafür eine hohe Minutengebühr zahlen?

Vielleicht nicht. Außerhalb Japans scheint die Begeisterung für dieses Szenario zu schwinden, selbst bei den Telekommunikationsunternehmen, die dafür Gebühren erheben würden. Die Kosten erscheinen so astronomisch, dass eine unersättliche Verbrauchernachfrage nach Annehmlichkeiten wie digitalem Video und Musik erforderlich wäre, um sie zu decken. Keine US-amerikanischen oder europäischen Umfragen weisen darauf hin, dass eine solche Nachfrage besteht oder dass die Verbraucher die Prämien zahlen würden.

Klar ist jedoch, dass sich beim Spazierengehen oder Autofahren zuverlässige Handygespräche, Paging, E-Mail und schnellen, einfachen Zugriff auf das gesamte Vollfarb-Web wünschen. Keines davon erfordert tatsächlich Breitband. Nach einem Realitätscheck propagieren einige Führungskräfte der Telekommunikationsbranche eine neue Vision: Verbessern Sie das Mobilfunksystem so weit, dass Verbraucher unterbrechungsfreie Telefongespräche und sofortigen Zugriff auf das Internet über ein trendiges Handheld-Gerät erhalten, während sie im Freien sind, und belohnen Sie sie mit Streaming, Multimedia , Breitband-Brillanz, wenn sie drinnen, zu Hause, im Büro oder Hotel, in der Bahn oder im Flugzeug betreten. Wenn der Breitbandrausch ein wenig nachlässt, sieht die Zukunft dann wirklich so aus?

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Diese neue, hybride Vision bleibt in der Mobilfunkbranche konträr, hauptsächlich weil mobile Breitband-Evangelisten wie Chapman daran glauben, sie zu entwickeln, und sie werden kommen. Ihre Unternehmen schlagen ein Durcheinander konkurrierender Protokolle vor, um uns über die heutigen digitalen Mobilfunknetze der zweiten Generation oder 2G hinaus zu bringen. Sie planen die Einführung sogenannter 2.5G-Systeme, die Sprache und Daten kombinieren, noch in diesem Jahr in Japan und Europa sowie 2002 in den USA. Japan behauptet, dass es bald mit der dritten Generation oder 3G folgen wird. Doch niemand scheint sich sicher zu sein, wann 3G, der Standard, der echte Breitbandanwendungen unterstützt, tatsächlich implementiert wird.

Dem raschen Auftauchen entgegenwirkt ein grundlegendes Gesetz für die Datenkommunikation, das bereits in der Urzeit der Telekommunikation: 1948 festgelegt wurde. In diesem Jahr erklärte Claude E. Shannon von Bell Labs, dass die maximale Datenmenge, die über jeden Kanal übertragen werden kann, ist begrenzt durch die verfügbare Bandbreite (die Menge des von ihm belegten Hochfrequenzspektrums) und durch sein Signal-Rausch-Verhältnis (das zu übertragende Signal im Vergleich zu Interferenzen).

Beide Limits sind Streiks gegen den Mobilfunk. Ein drahtloser Kanal kann nur den von der Internationalen Fernmeldeunion für ihn genehmigten und von einem ihrer 189 Mitgliedsstaaten lizenzierten Teil des Spektrums nutzen. Die Lizenzgebühren sind erschreckend: Allein in Deutschland gaben die Carrier mehr als 46 Milliarden Dollar für das 3G-Spektrum aus. Bei diesen Preisen muss ein Carrier die Amortisation seiner Kanäle maximieren, indem er so viele Daten wie möglich in ein möglichst schmales Frequenzband packt – eine Praxis, die dem Prinzip zuwiderläuft, ein Breitband mit datenintensiven Multimedia-Streams zu füllen, das ist technologisch die optimale Strategie. Um den Konflikt zu lösen, müssen Netzbetreiber eine Technologie entwickeln, die Signale in engen Bändern schneller senden kann.

Erschwerend kommt hinzu, dass das Medium, durch das die Signale fließen – die Erdatmosphäre – heutzutage ein sehr lauter Ort ist. Handysignale rauschen von Gebäuden, Hügeln und sich gegenseitig ab und verursachen Interferenzen und Zerfall. Um die Wiedergabetreue zu verbessern, müssen Hersteller die Signalleistung erhöhen oder das Rauschen reduzieren. Aber sie können die Leistung nicht erhöhen, weil die Federal Communications Commission und ihre europäischen und asiatischen Kollegen die elektromagnetische Strahlung einschränken, die Mobilfunkmasten und Mobiltelefone aussenden können. Außerdem tötet das Erhöhen der Leistungsstufe eines Mobilteils dessen Akkus.

Kein Wunder also, dass sich Ingenieure auf die Reduzierung von Geräuschen konzentrieren. Dieses Spiel begann Mitte der 1990er Jahre ernsthaft, als digitale Mobiltelefone die analogen Versionen ersetzten und die Sprachverständlichkeit dramatisch verbesserten. Obwohl Telekommunikationsunternehmen Milliarden von Dollar ausgeben mussten, um ihren Mobilfunkmasten digitale Transceiver hinzuzufügen, hat sich das Upgrade schnell bezahlt gemacht, da es den Anbietern auch ermöglichte, viel mehr gleichzeitige Sprachanrufe mit weniger Störungen in dieselbe teure Bandbreite zu stopfen .

Schauen Sie vor dem Sprung

Es gibt zwei grundlegende Schemata, um so viele digitale Anrufe wie möglich in die verfügbare Bandbreite zu packen. Das Time Division Multiple Access Protocol, ein frühes Format, das von AT&T verfochten wurde, hat sich zum Global System for Mobile Communications entwickelt, das heute in Europa und Japan nahezu universeller Standard ist. Code Division Multiple Access entstand als wichtigste Alternative, die von Sprint und GTE übernommen wurde, und am Ende des Jahrzehnts reduzierte es das Rauschen besser als das Zeitteilungsverfahren und packte mehr Daten in einen einzigen Kanal.

Die führenden 3G-Standards, die von der International Telecommunication Union genehmigt wurden, basieren auf dem Code Division Protocol. Um sie zu implementieren, müssen Telekommunikationsunternehmen jedoch teure neue Frequenzen lizenzieren und die Mobilfunk- und Mobilteiltechnologie überholen. Nach anfänglicher blinder Begeisterung scheinen es nur wenige US-Fluggesellschaften jetzt eilig zu haben, massive Investitionen zu tätigen. Tom Crook, Director of Technology Research bei Sprint PCS, spricht für viele, wenn er sagt, dass wir 3G in absehbarer Zeit nicht einsetzen werden.

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Technische Bewertungsgruppen wie Adventis in Boston sagen auch, dass die 3G-Datenraten an einer echten Straßenecke nicht annähernd an die Höchstwerte der Befürworter der Branche herankommen, die auf makellosen Laborbedingungen basieren. In einer kürzlich durchgeführten Zusammenstellung von technischen und Investitionsstudien, in denen acht vorgeschlagene Breitbandtechnologien untersucht wurden, kam Adventis zu dem Schluss, dass nur drei realistische durchschnittliche Datengeschwindigkeiten erreichen könnten, die schneller als die eines Desktop-Modems sind. Und diese drei würden die Geschwindigkeit ungefähr verdoppeln, weit entfernt von der Vervierfachung, die für eine echte Breitbandleistung erforderlich ist.

Ken Hyers, Branchenanalyst bei der Cahners In-Stat Group, sagt, dass die gewaltigen Kosten und die zweifelhaften technischen Ergebnisse von 3G US-Carrier dazu veranlassen, eine abwartende Haltung einzunehmen. Sie sagen: Mal sehen, wie viel Bandbreite unsere Kunden wirklich nutzen werden.“ Wenn sie nur einfache Webdienste wie Online-Restaurantverzeichnisse wollen, kann die Antwort nicht viel sein.

Anstatt den echten Breitbandsprung zu wagen, haben Sprint PCS und andere beschlossen, die Gewässer mit der 2.5G-Technologie zu testen, die das gleiche Spektrum wie aktuelle 2G-Netzwerke verwendet und nur ein relativ kleines Hardware-Upgrade erfordert. Obwohl 2.5G keine echten Breitband-Datenraten erreichen kann, bietet es einen großen Fortschritt: Es ist immer sofort verfügbar, 24 Stunden am Tag. Sie müssen sich nicht einwählen und 30 Sekunden warten, während sich Ihr Mobilgerät mit dem Internet verbindet. Der sofortige Zugriff verändert Ihre Beziehung zum Internet grundlegend. Studien zeigen, dass Menschen in Haushalten mit sofortigem Zugang über fest verdrahtete Systeme wie digitale Teilnehmerleitungen und Kabelmodem das Internet dreimal so oft nutzen wie Menschen, die sich jedes Mal einwählen müssen. Wenn Sie mobil sind, ist jede Verzögerung noch entmutigender und kann Sie daran hindern, vollständig auf das Internet zuzugreifen.

Massenmedien in der Politik

Wer braucht dann wirklich 3G? Einige der klügsten Telekommunikationsunternehmen haben begonnen, die Unterscheidung zu verwischen, indem sie ihre 2.5G-Technologie als 3G definieren. Anil Kripalani, Senior Vice President bei Qualcomm, sagt: Wir wissen, wie man Grenzen überschreitet. Wie andere Befürworter in den USA sieht er keine Notwendigkeit für Netzbetreiber, auf das echte 3G umzusteigen. Somit könnte sich die weltweite Telekom-Disparität fortsetzen, wobei Amerika zu 2.5G tendiert, Japan auf 3G abzielt und Europa und der Rest Asiens dazwischen schwanken.

Aber selbst wenn der in der Branche so kühn gepriesene 3G-Traum verblasst, wird dies nicht umsonst gewesen sein, da es die Netzbetreiber dazu motiviert hat, auf 2.5G-Standards umzusteigen. Ingenieure entwickeln faszinierende Funkmast-Transceiver und Handset-Antennen, um sicherzustellen, dass drahtlose Benutzer die maximale Bandbreite und die stärksten verfügbaren Signale erhalten, unabhängig davon, wie viele Gs sie ziehen. Noch immer stellen inkompatible Übertragungsprotokolle ein Problem dar. Jedes Mobilfunkgerät verwendet einen Mikroprozessor-Funkchip, der nur ein Protokoll unterstützt. Ein Telefon, das ein Codemultiplexprotokoll verwendet, erfordert einen anderen Chip als ein Telefon, das ein Zeitmultiplexprotokoll verwendet, und verschiedene 3G-Telefone von beispielsweise AT&T und GTE würden unterschiedliche Chips verwenden, selbst wenn sie beide auf einem Codemultiplexprotokoll basieren würden.

Eine Technologie, die als softwaredefinierte Funkchips bekannt ist, könnte laut Benny Bing, einer führenden Mobilfunkbehörde am Georgia Institute of Technology Broadband Institute, eine Lösung bieten. Noch im Prototypenstadium können Software-Funkchips zwischen Protokollen, Filtertechniken und Erkennungsschemata wechseln. Ein mobiles Gerät mit integriertem Softwareradio könnte jederzeit nahtlos zwischen amerikanischen, europäischen und japanischen Telekommunikationsstandards sowie konkurrierenden Übertragungsprotokollen wechseln ( sehen Das universelle Handy , TR April 2001 ).

Den Luftangriff besiegen

Die Aussicht, eine erfolgreiche Breitband-Mobilfunkarchitektur zu entwickeln, hat Legionen ehrgeiziger Technologen angezogen. Es bleibt jedoch die Frage, ob sie jemals genug echte Kommunikationsleistung liefern können – erinnern Sie sich an Claude E. Shannon –, damit Sie sich diesen CNN-Clip ansehen können, während Sie durch die Innenstadt laufen. Anstatt zu versuchen, das Mobilfunknetz auf Hochtouren zu bringen, um ein Breitband-Internet bereitzustellen, sind wir vielleicht mit parallelen Systemen besser dran, eines für Telefon (das bereits existiert) und eines für Daten (im Bau).

Es gibt wirklich keinen triftigen Grund, warum das gute alte Mobiltelefonsystem als drahtloses Internet überleben oder gedeihen sollte, sagt Teresa H. Meng, eine bahnbrechende Wireless-Forscherin an der Stanford University und jetzt Chief Technology Officer des Wireless-Chip-Herstellers Atheros Communications. Stattdessen könnten Telekommunikationsunternehmen, so Meng, drahtlose Daten-Transceiver an jedem Gebäude und jedem Strommast platzieren. Jeder Transceiver würde einen kleinen Bereich oder eine Nanozelle mit einem Durchmesser von 200 bis 300 Metern abdecken. Zusammen würden sie das schaffen, was Meng ein drahtloses Gewebe nennt. Da die Transceiver so nah an den Benutzern wären, könnten sie klare, schnelle drahtlose Signale über schmale Bandbreiten senden, bei Frequenzen, die in den industriellen/wissenschaftlichen/medizinischen Teil des Spektrums fallen, den die Regulierungsbehörden kostenlos zur Verfügung stellen und schnurlos verwendet werden Telefone, Garagentoröffner, medizinische Instrumente und Fabrikmaschinen. Und Mobilteile könnten mit geringer Leistung davonkommen und Batterien sparen.

In Tests in seinen Labors in Sunnyvale, Kalifornien, erreichen die Chipsätze von Atheros Hunderte Mal schnellere Datenraten als Desktop-Modems – echtes Breitband. Da sie nicht durch die Übertragung von Sprache belastet werden, können sie viel schneller sein als 3G-Systeme, die Sprache und Daten zusammen liefern. Auch Meng sagt: Die Datenkommunikationsbranche hat die Oberhand. Da die Mobilfunkindustrie stark reguliert und vollständig standardisiert ist, wurden Verbesserungen sehr schrittweise vorgenommen – wie bei 3G gegenüber 2G. Diese Technologien sind 15 Jahre alt. Sogar einige Mobiltelefonpioniere wie Martin Cooper, der Anfang der 1970er Jahre das erste tragbare Mobiltelefon bei Motorola entwickelte, sind sich einig, dass ein duales System praktischer sein könnte als 3G ( sehen Alle liegen falsch , ).

Unsere Städte mit Nanozellen zu bedecken, mag weit hergeholt erscheinen, aber Meng besteht darauf, dass dies weniger kosten würde als der Erwerb eines teuren 3G-Spektrums. Chip Elliott, leitender Wissenschaftler bei BBN Technologies von Verizon, stimmt dem zu. Er schätzt, dass ein Netzwerk, das eine große Stadt abdeckt, 20 Millionen US-Dollar an Ausrüstung sowie 5 Millionen US-Dollar an jährlichen Netzwerkkosten erfordern würde. Nicht schlecht, wenn man bedenkt, dass allein das 3G-Spektrum für New York City für Milliarden von Dollar versteigert wurde und das erforderliche System-Upgrade die Kosten noch viel zusätzlich erhöhen wird.

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Ohne Sprache könnten reine Datensysteme einen schnelleren und einfacheren Weg zu einem kostengünstigen Breitband-Internetdienst bieten, vielleicht sogar zu diesem CNN-Streaming-Video an der Straßenecke. Tatsächlich arbeitet Metricoms kommerziell erhältlicher mobiler Nur-Daten-Dienst Ricochet bereits doppelt so schnell wie Desktop-Modems. Technologen testen auch viel schnellere Nur-Daten-Schemata. Einigkeit besteht darin, dass Orthogonal Frequency-Division Multiplexing, ein Format, das derzeit zur Übertragung von hochauflösendem Fernsehen in Europa verwendet wird, die beste Option darstellen könnte. Rajiv Laroia, Chief Technology Officer bei Flarion, einem führenden Anbieter des Programms, sagt, dass sein Unternehmen im Laufe des nächsten Jahres Geräte anbieten wird.

Natürlich gibt es viele Hürden für eine reine Dateninfrastruktur. Das industrielle/wissenschaftliche/medizinische Spektrum könnte schnell überfüllt werden, was die Netzbetreiber dazu zwingt, teure Frequenzen zu lizenzieren. Störungen können die Qualität dieser Multimedia-Webstreams beeinträchtigen. Es gibt kein vereinbartes Übertragungsprotokoll, sodass reine Datendienste der Inkompatibilität von 3G ausgesetzt sind. Um zu vermeiden, mit mehreren verschiedenen Geräten herumzulaufen, benötigen wir dieses Software-Funkgerät, um bequem zwischen Sprach- und Datenmodus zu wechseln. Streut man darüber hinaus außerhalb der Stadtgebiete, kann man sich kaum eine Nanozelle an jedem fünften Zaunpfosten vorstellen.

Das bringt uns zurück zu der widersprüchlichen Vision eines hybriden Netzwerks: ein 2,5G-Mobiltelefonsystem, das klare Sprache, Paging und ständigen Internetzugang für unsere Handheld-Geräte im Freien bietet; und die Kabel-TV- und Computernetzwerk-Verkabelung, die bereits in Innenräumen vorhanden ist, bietet das volle Breitband-Erlebnis, das der Handheld nutzen kann.

Diese Architektur könnte relativ schnell und kostengünstig gebaut werden. Hochgeschwindigkeits-Breitband-Internet wird bald in vielen Innenräumen verfügbar sein, da Unternehmen wie Cisco Systems und Juniper Networks eifrig Glasfaserkabel zu Privathaushalten und Unternehmen verlegen. Ein einfacher drahtloser Transceiver in der Ecke einer Lobby oder eines Wohnzimmers würde Ihr Mobilgerät mit Strom versorgen; Sie könnten auf die gleiche Weise auf die Hochgeschwindigkeitsnetze zugreifen, die in modernen Zügen und Flugzeugen eingebaut sind. Dieses Schema passt auch gut zu den Vorgängen in zahlreichen Unternehmen, in denen veraltete, fest verdrahtete lokale Netzwerke durch feste drahtlose Indoor-Netzwerke ersetzt werden, die billiger und einfacher zu installieren sind und Breitbanddatenraten problemlos unterstützen. Es wäre einfach für Ihr mobiles Gerät, sich an diese Infrastruktur anzuschließen.

Mit Blick auf das Ende des Jahrzehnts werden Sie möglicherweise 2,5 G-Wireless für bequeme Handygespräche und Internetzugriff verwenden, während Sie durch die Stadt streifen, und dann auf ein drahtloses Festnetz umschalten, wenn Sie das Café, die U-Bahn-Station betreten oder Besprechungsraum, vielleicht über ein Software-Radio-Web-Telefon, das je nach Bedarf zwischen Sprache und Daten umschaltet. Klappen Sie Ihren 2.5G CellMate auf, während Sie die Main Street hinuntergehen, um zu Hause anzurufen, und wechseln Sie dann in den Datenmodus, um eine Einkaufsliste herunterzuladen, nachdem Ihr Ehepartner Ihnen von einer plötzlichen Party erzählt hat, von der Sie nicht wussten, dass Sie sie veranstalten. Wenn Sie Mammoth Grocery betreten, schaltet CellMate auf das drahtlose Festnetz des Geschäfts um, sodass Sie schnell online Wine überprüfen können, um zu sehen, welcher Jahrgang zum Abendessen passt. Die Karte des Ladens wird angezeigt und führt Sie zum Weingang. Sie richten CellMate auf den Infrarot-Scanner der Kasse, um Ihr Bankkonto zu belasten. Und dieses Indoor/Outdoor-Hybridsystem, und nicht die große Vision von 3G, könnte die Zukunft für Breitband-Wireless sein.

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