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5G通信技术解读|波束成形如何为5G添翼?

来源:互联网 编辑:shirlyyi 时间:2017-05-22

天下数据(公众号:天下数据)按:本文作者李一雷,UCLA博士生,高通(射频组)实习工程师,矽说(微信号:silicon_talks)主笔。

在之前的文章(《如何实现比4G快十倍?毫米波技术是5G的关键》)中我们介绍了如何利用毫米波技术获得更多的频谱资源,接下来的问题是如何充分利用这些频谱资源——如何让多个用户通讯但又互不干扰,专业术语叫做频谱复用。

5G通信技术解读|波束成形如何为5G添翼?

图片来源:Phoenix

大家一定有过这样的经验,在一间房间里当人不多时,手机信号很好;当许多人聚集到房间里的时候,手机信号就会变差,甚至没办法打电话。这种现象归根到底就是频谱复用做得不够好,无法给所有人分配必需的频谱资源。

有三种经典的频谱复用方法:即时分复用(典型应用:中国移动2G)、频分复用(典型应用:中国联通3G)和码分复用(典型应用:中国联通3G)。可以用一个例子来说明时分复用、频分复用和码分复用的区别。在一个屋子里有许多人要彼此进行通话,为了避免相互干扰,可以采用以下方法:

1) 讲话的人按照顺序轮流进行发言(时分复用)。

2) 讲话的人可以同时发言,但每个人说话的音调不同(频分复用)。

3) 讲话的人采用不同的语言进行交流,只有懂同一种语言的人才能够相互理解(码分复用)。

当然,这三种方法相互结合,比如不同的人可以按照顺序用不同的语言交流(即中国移动3G的TD-SCDMA)。然而,这三种经典的复用方式都无法充分利用频谱资源,它们要么无法多用户同时间通讯(TDMA),要么无法使用全部频谱资源(FDMA),要么需要多比特码元才能传递1比特数据(CDMA)。

那么,有没有一种方法可以克服以上多路方式的缺点,让多个用户同时使用全部频谱通讯呢?让我们先来思考一下,如果在一个房间里大家同时用同一种音调同一种语言说话会发生什么?

很显然,在这种情况下会发生互相干扰。这是因为信号会向着四面八方传播,所以一个人会听到多个人说话的声音从而无法有效通讯。但是,如果我们让每个说话的人都用传声筒,让声音只在特定方向传播,这样便不会互相干扰了。

在无线通讯中,也可以设法使电磁波按特定方向传播,从而在不同空间方向的用户可以同时使用全部频谱资源不间断地进行通讯,也即空分复用(space-division multiple access,SDMA)。SDMA还有另一重好处,即可以减少信号能量的浪费:当无线信号在空间中向全方向辐射时,只有一小部分信号能量被接收机收到成为有用信号。大部分信号并没有被相应的接收机收到,而是辐射到了其它的接收机成为了干扰信号。

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