『我的第一部5G手机』当下最热门的移动通讯技术——5G与6G( 二 ) |技术|通信|2019科技之光|

空口技术提升分为以下几个方面：
1．信道编码技术；
2．多址接入技术；
3．高阶调制技术；
4．频率带宽提高；
5．空域处理技术。
作者在以往的文章中已经描述过， 5G不可能利用信道编码技术成倍提高性能；单纯利用多址接入技术也不可能成倍提高性能；同样，单纯利用高阶调制技术也不可能成倍提高性能。只有采用更小的蜂窝结构，大幅度减少每一个小区（cell）的覆盖面积，因此可以提升频率复用，也提升空口信噪比。空口信噪比提升的条件下，才能采用高阶调制成倍提升性能。但是，小区覆盖面积大幅度减少必然带来基站数量的大幅度增加，建设成本就会大幅度增加。因此，更有效的方法是提高频率带宽，这也是卫星通信提高通信容量一直走的路子。
中国5G频率划分如图：

本文插图
注意， 5G频率划分其实是在原有4G频率基础上增加频率。因此， 5G频率增加如图示意：

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成倍的频率带宽的增加，带来手机与基站的技术水平提升。其中的核心就是低噪声放大器、功率放大器、射频滤波器、射频开关、天线等等射频器件。而且这些射频器件已经集成为射频芯片，因此， 5G性能提升的关键技术之一就是射频芯片技术。另一方面，随着5G频率越来越高，电磁波越不能绕射避开遮挡物传播，就越需要小区覆盖面积变小。频率提高带宽增加、小区覆盖面积减小，这两方面的共同作用，将使得5G性能几十倍、上百倍提升。但是，再进一步提升就要靠采用大规模MIMO（Multiple-Input Multiple-Output)）的“空域处理技术”了。
其实，手机与基站之间的通信信道是非常复杂的，如图所示：

本文插图
其中除了可能存在图中路径1的“直射”信号以外，还可能有一些反射和绕射信号，手机在室内时往往都不存在直射信号。手机收到的基站信号是这些信号的叠加。这些信号的传播路径不同，无线电波叠加由于相位不同，就会有时相加（恰好同相），有时相减（恰好反相），假如路径非常多，手机收到的信号用检波器读出的包络如所示：

本文插图
这个包络信号有2个特点：
1、人们不能预知下一时刻的值是多少，我们称这样的信号为随机信号；
2、采用常规滤波以后，包络仍然是起伏很大的随机信号。
因此，人们就给这样的信号包络起伏起了一个专门的名称：信号的多径衰落。多径衰落会导致通信失败。那么，提高基站天线的发射功率，手机收到的信号包络的衰落会变小吗？读者肯定会猜到，基站天线的发射功率提高，那么多径干扰信号的功率也相应提高，造成的衰落程度不会减弱。早在半个世纪前人们就知道，可以采用如下方法来减少衰落造成的影响，如图：

本文插图
采用了2根天线发射同样的信号，采用2根天线接收。只要天线A1与天线A2距离足够远，同时天线Ｂ1与天线Ｂ2距离也足够远，使得天线A1与天线B1形成一条信道，天线A2与天线B2形成另一条信道，两条信道相互独立。天线B1的检波输出与天线B2的检波输出相加，这样，总输出信号的衰落就会减弱许多。如果采用6根发射天线和6根接收天线，接收输出的信号的衰落几乎可以忽略。