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、調制方式、分集技術和MIMO，這些概念共同作用，使得無線通信能夠高效、可靠地進行。隨著技術的不斷發展，這些基礎技術也在不斷演進，尤其是在5G系統中，新的多址方式、雙工技術和更復雜的MIMO系統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。在無線通信系統中，每種技術都會規定一個“工作頻段”，也就是系統能夠正常工作的頻率區間。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，因此必須合理規劃，以避免資源浪費。

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

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劃分出來的“車道”，每個信道對應一個特定的頻率范圍，供一個用戶占用并進行通信。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，系統能夠對每個用戶進行獨立管理和控制。

信道的帶寬決定了數據傳輸的速率，帶寬越大，能傳輸的信息量就越多。

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絡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，不會產生干擾。傳統的2G、3G、4G系統使用這種方式。

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，但系統采用復雜的技術來消除或減少干擾，提高頻譜的利用率。

隨著5G的到來，NOMA被引入，并開始結合更多的資源共享方法，以適應更復雜的網絡環境。

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進行數據的發送和接收。無線通信系統常見的雙工方式有：

時分雙工（TDD）：在TDD系統中，通信的發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，每個時隙用來發送或接收。

頻分雙工（FDD）：在FDD系統中，通信雙方通過不同的頻率進行數據的發送和接收，即發送和接收各使用一個獨立的頻率通道。

同時同頻全雙工（CCFD）：這是5G技術中發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行同時的發送和接收，從而提高頻譜的利用率。

5. 調制方式 (Modulation)

調制方式是指如何將要傳輸的信息加載到載波上。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。調制方式可以分為模擬調制和數字調制兩大類：

模擬調制：如調幅（AM）、調頻（FM）和調相（PM）。

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

調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量和可靠性。在無線通信中，信號在傳輸過程中會經歷衰減和干擾，這時，分集技術可以通過接收多個路徑上的信號來提高數據接收的可靠性。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：通過在不同位置設置多個天線接收信號，從而獲得多條獨立的信號路徑。

7. 多輸入多輸出 (MIMO)

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

增加數據吞吐量：通過多個信號路徑傳輸數據，顯著提高系統的總數據傳輸速率。

改善信號質量：MIMO可以利用空間分集提高信號的抗衰落能力，改善通信質量。

提升頻譜效率：MIMO可以在同一頻譜下傳輸更多的數據，提升頻譜利用率。

MIMO是現代通信系統（尤其是4G和5G網絡）中非常重要的技術之一。