5G有哪些調製方式?

2020-12-10 Will的大食堂

調製是將信源產生的信號轉換為適應於無線傳輸的形式的過程,是無線通信業務的一個重要流程。

在無線通信中,信號是以電磁波的形式發送到接收端,那麼電磁波是如何傳遞信息的呢?

電磁波可以用正弦波來描述,一個正弦波有3大特徵,幅度,相位,頻率。可以利用電磁波的這3大特徵來傳遞信息。

所以這裡的調製就是用基帶信號去控制載波信號的幅度,頻率,相位這幾個參量的變化,將信息荷載在到載波上形成已調信號。因此,在數位訊號調製中有三種最基本的調製方式:

- 調幅(ASK):載波幅度是隨著調製信號而變化的。

- 調頻(FSK):用數位訊號去調製載波的頻率。

- 調相(PSK):根據數字基帶信號的兩個電平使載波相位在兩個不同的數值之間切換的一種相位調製方法。

對於其他各種調製方法其實都是以上方法的改進或組合,例如:

- 正交振幅調製QAM就是一種幅度、相位聯合調製的技術,同時使用載波的幅度和相位來傳遞信息比特,將一個比特映射為具有實部和虛部的矢量,然後調製到時域上正交的兩個載波上,然後進行傳輸。每次在載波上利用幅度和相位表示的比特位越多,則其傳輸的效率越高。通常有4QAM,16QAM,64QAM,256QAM等。

- MSK是FSK的改進,GMSK又是MSK的一種改進,是在MSK(最小頻移鍵控)調製器之前插入了高斯低通預調製濾波器,從而可以提高頻譜利用率和通信質量;

- OFDM是採用正交頻分復用技術對多載波的一種調製方法, 將信道分成若干正交子信道,將高速數據信號轉換成並行的低速子數據流,調製到在每個子信道上進行傳輸。

我們知道在GSM採用GSMK信號調製技術;3G、4G系統採用QAM、QPSK調製技術;那麼5G採用什麼調製技術,較之前的調製技術有哪些變化?

從圖上可以看出,5G支持的調製更加豐富,主要有載波的相位變化,幅度不變化π/2-BPSK和QPSK的PSK調製方式,還有載波的相位和幅度都變化的16QAM, 64QAM和256QAM等QAM調製方式。

不過問題來了,有這麼多種調製方式,我們怎麼用圖形直觀的表示它們呢?其實,我們有個星座圖這個圖形可以用。

星座圖中的點,可以指示調製信號的幅度和相位的可能狀態,尤其當我們使用兩個載波(一個同相,而另一個正交)時。對於多電平ASK,PSK或QAM時,星座圖很有用。

如上圖所示,在星座圖中,水平X軸與同相載波相關,垂直Y軸與正交載波相關。圖中每個點,可以包含4條信息。點在X軸的投影定義了同相成分的峰值振幅,點在Y軸的投影定義了正交成分的峰值振幅。點到原點的連線(向量)長度是該信號元素的峰值振幅(X成分和Y成分的組合),連線和X軸之間的角度是信號元素的相位。所有需要的信息都可以從星座圖中得到。

下面是幾種調製方式的星座圖:

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