文章來源：老虎說芯

原文作者：老虎說芯

本文主要講述無線通信基本概念：頻段、信道、多址、雙工、調(diào)制、分集和MIMO。

從工作頻段到信道的劃分，再到多址方式、雙工方式、調(diào)制方式、分集技術(shù)和MIMO，這些概念共同作用，使得無線通信能夠高效、可靠地進(jìn)行。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，這些基礎(chǔ)技術(shù)也在不斷演進(jìn)，尤其是在5G系統(tǒng)中，新的多址方式、雙工技術(shù)和更復(fù)雜的MIMO系統(tǒng)都為未來的通信提供了更多的可能性。

1. 工作頻段

工作頻段是指無線通信系統(tǒng)使用的頻率范圍。所有無線通信都依賴于電磁波，而電磁波的傳輸依賴于特定的頻率。在無線通信系統(tǒng)中，每種技術(shù)都會規(guī)定一個“工作頻段”，也就是系統(tǒng)能夠正常工作的頻率區(qū)間。頻段的劃分有兩個主要目的：

合理利用頻率資源：無線電頻率是有限的，就像土地一樣，因此必須合理規(guī)劃，以避免資源浪費(fèi)。

避免干擾：如果不同的通信系統(tǒng)使用相同的頻率帶寬，會相互干擾，影響通信質(zhì)量。所以，必須對頻段進(jìn)行有效劃分，確保各個系統(tǒng)之間不互相干擾。

2. 信道

在無線通信中，信道可以類比為公路上的車道。工作頻段雖然定義了可用的頻率范圍，但這些頻率并不直接分配給每個用戶使用。信道就是在這個頻段內(nèi)劃分出來的“車道”，每個信道對應(yīng)一個特定的頻率范圍，供一個用戶占用并進(jìn)行通信。這樣做的好處是：

提高頻率利用率：通過劃分信道，可以允許多個用戶在不同的信道上并行通信，最大化頻譜的使用。

減少干擾：每個用戶通過不同的信道來傳輸信息，從而避免了相同頻率下的干擾。

便于管理：通過信道，系統(tǒng)能夠?qū)γ總€用戶進(jìn)行獨(dú)立管理和控制。

信道的帶寬決定了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?，帶寬越大，能傳輸?shù)男畔⒘烤驮蕉唷?/p>

3. 多址方式 (Multiple Access)

多址方式是指多個用戶如何在同一通信網(wǎng)絡(luò)中共享有限的無線資源（如頻率、時間、空間等）。通過不同的多址方式，可以讓多個用戶同時使用相同的頻譜而不會相互干擾。常見的多址方式有兩種：

正交多址（OMA）：在這種方式下，用戶之間的信號是相互正交的，不會產(chǎn)生干擾。傳統(tǒng)的2G、3G、4G系統(tǒng)使用這種方式。

非正交多址（NOMA）：與正交多址不同，在NOMA方式下，不同用戶的信號可以存在一定的干擾，但系統(tǒng)采用復(fù)雜的技術(shù)來消除或減少干擾，提高頻譜的利用率。

隨著5G的到來，NOMA被引入，并開始結(jié)合更多的資源共享方法，以適應(yīng)更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

4. 雙工方式 (Duplex)

雙工方式描述了通信雙方如何在同一時間內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。無線通信系統(tǒng)常見的雙工方式有：

時分雙工（TDD）：在TDD系統(tǒng)中，通信的發(fā)送和接收是通過時間劃分的。在某一時刻，一個方向上只能發(fā)送，另一個方向只能接收。時間被分成多個時隙，每個時隙用來發(fā)送或接收。

頻分雙工（FDD）：在FDD系統(tǒng)中，通信雙方通過不同的頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，即發(fā)送和接收各使用一個獨(dú)立的頻率通道。

同時同頻全雙工（CCFD）：這是5G技術(shù)中發(fā)展出的新型雙工方式，通信雙方可以在相同時間和相同頻率上進(jìn)行同時的發(fā)送和接收，從而提高頻譜的利用率。

5. 調(diào)制方式 (Modulation)

調(diào)制方式是指如何將要傳輸?shù)男畔⒓虞d到載波上。無線電通信中，載波的某些特性（如幅度、頻率、相位）會隨信息變化，從而將信息編碼到電磁波上。調(diào)制方式可以分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制兩大類：

模擬調(diào)制：如調(diào)幅（AM）、調(diào)頻（FM）和調(diào)相（PM）。

數(shù)字調(diào)制：如移頻鍵控（FSK）、移幅鍵控（ASK）和移相鍵控（PSK）。例如，GSM系統(tǒng)采用高斯最小頻移鍵控（GMSK），Wi-Fi和3G系統(tǒng)則常采用正交相移鍵控（QPSK）。

調(diào)制方式的選擇對信號的抗干擾能力、傳輸速率等性能都有很大影響。

6. 分集 (Diversity)

分集是通過接收多個相同信息的信號副本來提升信號的質(zhì)量和可靠性。在無線通信中，信號在傳輸過程中會經(jīng)歷衰減和干擾，這時，分集技術(shù)可以通過接收多個路徑上的信號來提高數(shù)據(jù)接收的可靠性。常見的分集方式包括：

時域分集：利用不同時間段接收的信號副本。

頻域分集：利用不同頻率上接收到的信號副本。

空間分集：通過在不同位置設(shè)置多個天線接收信號，從而獲得多條獨(dú)立的信號路徑。

7. 多輸入多輸出 (MIMO)

MIMO（多輸入多輸出）技術(shù)是通過多個天線在發(fā)送端和接收端同時傳輸多個數(shù)據(jù)流，從而提高無線通信的容量和數(shù)據(jù)傳輸速率。MIMO利用空間復(fù)用技術(shù)，將信號分布到多個傳輸路徑上，通過這些不同路徑同時發(fā)送不同的數(shù)據(jù)流。這樣做的好處是：

增加數(shù)據(jù)吞吐量：通過多個信號路徑傳輸數(shù)據(jù)，顯著提高系統(tǒng)的總數(shù)據(jù)傳輸速率。

改善信號質(zhì)量：MIMO可以利用空間分集提高信號的抗衰落能力，改善通信質(zhì)量。

提升頻譜效率：MIMO可以在同一頻譜下傳輸更多的數(shù)據(jù)，提升頻譜利用率。

MIMO是現(xiàn)代通信系統(tǒng)（尤其是4G和5G網(wǎng)絡(luò)）中非常重要的技術(shù)之一。