大家好，今天我們來聊聊調製。說到調製，我想很多同學馬上會聯想到這些關鍵詞：BPSK、QPSK、調幅、調相、QAM、星座圖……眾所周知，調製和解調是通信基本業務流程中的重要組成部分。沒有它們，我們的移動通信根本無法實現。那麼，究竟什麼是調製?為什麼要調製?5G又是怎麼調製的呢?接下來，我們逐一介紹。讓我們看一下生活中的一個例子：我們每天都在出行。出行的時候，我們會根據行程選擇適合的交通工具。乘坐不同的交通工具，出行的速度也會有快有慢。整個過程，大概就是這樣一個模型：實際上，通信系統和這個模型類似。上面的出行模型，是把人從出發點運輸到目的地。而通信系統，是把數據信號從發送端傳輸到接收端。我們進行以下轉換：
看出來了吧？「調製」，就像為信號找一個交通工具，讓它載著信息穿過信道到達目的地。我們知道，在無線信道中，信號是以電磁波的形式傳遞的。那麼，電磁波怎麼來傳遞信息呢?例如，我們要傳遞0和1，可以讓蘋果代表0，香蕉代表1。我們發送給接收端，接收方收到後一看是蘋果就知道是發送的是0，一收到香蕉，就知道發送的是1。接收方一看是紅蘋果，就知道是發送的是0。收到綠蘋果，就知道發送的是1。我們可以用大的紅蘋果來代表0，小的紅蘋果代表1。一看是大紅蘋果，就知道是發送的是0。收到小紅蘋果，就知道發送的是1。在這個過程中，我們其實用的是水果的種類、顏色、大小這3個特徵來傳遞信息的。類似的，電磁波可以用正弦波來描述。一個正弦波也有3大特徵，幅度，相位，頻率。
我們可以利用電磁波的這3大特徵來傳遞信息。看出來了沒?0和1，被「調」進了不同的電磁波波形之中。在3GPP協議(TS 38.201)中，定義了5G支持的調製方式如下：按照使用的載波的特徵的不同，5G採用的調製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。這一類專業名詞叫做
QAM(Quadrature Amplitude Modulation，正交振幅調製)。想一想，為什麼我們能很容易區分各種水果的不同?(什麼是蘋果，什麼是香蕉，什麼是紅蘋果，什麼是大蘋果。)可以。為了直觀的表示各種調製方式，我們引入一種叫做星座圖的工具。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。BPSK定義了2種相位，分別表示0和1，因此BPSK可以在每個載波上調製1比特的信息。π/2-BPSK是BPSK在序列的奇數位時調製信號相位偏移π/2，序列的偶數位時和BPSK調製信號的相位一樣，也就是π/2-BPSK定義了4種相位來表示0和1。QPSK全稱是正交相移鍵控，它定義了4個不同的相位，分別表示00、01、10、11，因此QPSK可以在每個載波上調製2比特的信息。256QAM：一個符號代表8bit。來個動圖，幫助理解：從星座圖中可以看出PSK調製信號的幅度不變，相位有變化。QAM調製信號的幅度和相位在變化。正是因為每個符號能代表的bit數不斷提升，使得攜帶的信息量提升，最終讓這個「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出來呢?Hoho，你以為256QAM就是那麼簡單就搞出來的嗎?上圖!3GPP 38.211協議中定義的5G調製方式的映射關係5G的各種調製方式，都可以使用IQ調製解調來實現。解調是把接收到的調製信號提取出來的過程，調製信號經過解調轉換為原始的信號。解調的過程可以通過下面的公式來解釋。通過公式3可以看到，接收信號在乘以對應相位的載波後，進行積分，可以得到原始的信號，將公式3畫成框圖，這個就是IQ解調。將2個框圖結合起來，我們下面給出IQ調製和解調的框圖。IQ調製可以用複數的形式進行理解。調製的公式描述：
這個框圖搭配上前面3GPP協議裡面的5G調製映射關係，就是一個較為完整的5G的調製和解調過程。是不是徹底懵圈啦?調製解調，從入門到放棄!
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