大家好,，今天我們來(lái)聊聊調(diào)制。說(shuō)到調(diào)制,，我想很多同學(xué)馬上會(huì)聯(lián)想到這些關(guān)鍵詞：BPSK、QPSK,、調(diào)幅,、調(diào)相、QAM,、星座圖……
眾所周知,，調(diào)制和解調(diào)是通信基本業(yè)務(wù)流程中的重要組成部分。沒(méi)有它們,，我們的移動(dòng)通信根本無(wú)法實(shí)現(xiàn),。那么，究竟什么是調(diào)制?為什么要調(diào)制?5G又是怎么調(diào)制的呢?接下來(lái),，我們逐一介紹,。讓我們看一下生活中的一個(gè)例子：我們每天都在出行。出行的時(shí)候，我們會(huì)根據(jù)行程選擇適合的交通工具,。乘坐不同的交通工具,，出行的速度也會(huì)有快有慢。整個(gè)過(guò)程,，大概就是這樣一個(gè)模型：實(shí)際上,，通信系統(tǒng)和這個(gè)模型類似。上面的出行模型,，是把人從出發(fā)點(diǎn)運(yùn)輸?shù)侥康牡?。而通信系統(tǒng)，是把數(shù)據(jù)信號(hào)從發(fā)送端傳輸?shù)浇邮斩?。我們進(jìn)行以下轉(zhuǎn)換：就可以類比出一個(gè)簡(jiǎn)單的通信模型：看出來(lái)了吧,？“調(diào)制”，就像為信號(hào)找一個(gè)交通工具,，讓它載著信息穿過(guò)信道到達(dá)目的地,。我們知道，在無(wú)線信道中,，信號(hào)是以電磁波的形式傳遞的,。那么，電磁波怎么來(lái)傳遞信息呢?我們先來(lái)舉一個(gè)“用水果傳遞信息”例子,。例如,，我們要傳遞0和1，可以讓蘋果代表0,，香蕉代表1,。我們發(fā)送給接收端，接收方收到后一看是蘋果就知道是發(fā)送的是0,，一收到香蕉,，就知道發(fā)送的是1。換一種方式,，如果只能用蘋果來(lái)傳遞信息呢?接收方一看是紅蘋果,，就知道是發(fā)送的是0,。收到綠蘋果，就知道發(fā)送的是1,。我們可以用大的紅蘋果來(lái)代表0,，小的紅蘋果代表1,。一看是大紅蘋果，就知道是發(fā)送的是0。收到小紅蘋果,，就知道發(fā)送的是1,。在這個(gè)過(guò)程中，我們其實(shí)用的是水果的種類,、顏色,、大小這3個(gè)特征來(lái)傳遞信息的。類似的,，電磁波可以用正弦波來(lái)描述,。一個(gè)正弦波也有3大特征，幅度,，相位,，頻率。我們可以利用電磁波的這3大特征來(lái)傳遞信息,。下面的公式(1),，描述了一個(gè)正弦波信號(hào)：所謂調(diào)幅、調(diào)頻,、調(diào)相,，就是下圖的樣子：看出來(lái)了沒(méi)?0和1，被“調(diào)”進(jìn)了不同的電磁波波形之中,。在3GPP協(xié)議(TS 38.201)中，定義了5G支持的調(diào)制方式如下：按照使用的載波的特征的不同,，5G采用的調(diào)制方式可以分為兩大類：載波的相位變化,，幅度不變化：π/2-BPSK, QPSK。這就是前面說(shuō)的PSK(Phase-Shift keying相移鍵控),。載波的相位和幅度都變化：16QAM, 64QAM,，256QAM。這一類專業(yè)名詞叫做QAM(Quadrature Amplitude Modulation,，正交振幅調(diào)制),。各種調(diào)制方式之間的差異，還是不太容易理解,。想一想，為什么我們能很容易區(qū)分各種水果的不同?(什么是蘋果,，什么是香蕉,，什么是紅蘋果，什么是大蘋果,。)這是因?yàn)槲覀円娺^(guò)實(shí)物,，看到過(guò)不同狀態(tài)的水果。那么，我們能不能把調(diào)制方式也用圖表示起來(lái)呢?可以,。為了直觀的表示各種調(diào)制方式,，我們引入一種叫做星座圖的工具。星座圖中的點(diǎn),，可以指示調(diào)制信號(hào)的幅度和相位的可能狀態(tài),。BPSK定義了2種相位，分別表示0和1,，因此BPSK可以在每個(gè)載波上調(diào)制1比特的信息,。π/2-BPSK是BPSK在序列的奇數(shù)位時(shí)調(diào)制信號(hào)相位偏移π/2，序列的偶數(shù)位時(shí)和BPSK調(diào)制信號(hào)的相位一樣,，也就是π/2-BPSK定義了4種相位來(lái)表示0和1,。QPSK全稱是正交相移鍵控，它定義了4個(gè)不同的相位,，分別表示00,、01、10,、11,，因此QPSK可以在每個(gè)載波上調(diào)制2比特的信息。16QAM：一個(gè)符號(hào)代表4bit,。64QAM：一個(gè)符號(hào)代表6bit,。256QAM：一個(gè)符號(hào)代表8bit。來(lái)個(gè)動(dòng)圖,，幫助理解：從星座圖中可以看出PSK調(diào)制信號(hào)的幅度不變,，相位有變化。QAM調(diào)制信號(hào)的幅度和相位在變化,。正是因?yàn)槊總€(gè)符號(hào)能代表的bit數(shù)不斷提升,，使得攜帶的信息量提升，最終讓這個(gè)“交通工具”能顯著提升速率,。可能大家覺得5G好像也不是很難的樣子嘛,。既然我們已經(jīng)有了通信模型和星座圖兩大法寶，是不是可以自己打造一套下一代通信系統(tǒng)出來(lái)呢?Hoho,，你以為256QAM就是那么簡(jiǎn)單就搞出來(lái)的嗎?上圖!3GPP 38.211協(xié)議中定義的5G調(diào)制方式的映射關(guān)系懵圈了!有木有? 通信搞到最后,，都是數(shù)學(xué)!我們?cè)俸?jiǎn)單講一下調(diào)制和解調(diào)的原理。5G的各種調(diào)制方式,，都可以使用IQ調(diào)制解調(diào)來(lái)實(shí)現(xiàn),。我們從公式1出發(fā)，進(jìn)行各種神奇的公式轉(zhuǎn)換,。將公式2畫成框圖,，這個(gè)就是IQ調(diào)制：解調(diào)是把接收到的調(diào)制信號(hào)提取出來(lái)的過(guò)程,，調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)解調(diào)轉(zhuǎn)換為原始的信號(hào)。解調(diào)的過(guò)程可以通過(guò)下面的公式來(lái)解釋,。通過(guò)公式3可以看到,，接收信號(hào)在乘以對(duì)應(yīng)相位的載波后，進(jìn)行積分,，可以得到原始的信號(hào),，將公式3畫成框圖，這個(gè)就是IQ解調(diào),。將2個(gè)框圖結(jié)合起來(lái),，我們下面給出IQ調(diào)制和解調(diào)的框圖。IQ調(diào)制可以用復(fù)數(shù)的形式進(jìn)行理解,。調(diào)制的公式描述：對(duì)應(yīng)的我們給出復(fù)數(shù)形式的框圖,。這個(gè)框圖搭配上前面3GPP協(xié)議里面的5G調(diào)制映射關(guān)系，就是一個(gè)較為完整的5G的調(diào)制和解調(diào)過(guò)程,。是不是徹底懵圈啦?調(diào)制解調(diào),，從入門到放棄!
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