5G的調製方式,到底是怎麼實現的?
2020-11-28 騰訊網大家好，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。
調製是做什麼用的呢？
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：
就可以類比出一個簡單的通信模型：
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？
我們先來舉一個「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。
換一種方式，如果只能用蘋果來傳遞信息呢？
我們約定讓紅蘋果代表0，綠蘋果代表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。
再換一種方式。如果只有紅蘋果，怎麼傳遞信息呢？
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。
下面的公式（1），描述了一個正弦波信號：
所謂調幅、調頻、調相，就是下圖的樣子：
看出來了沒？0和1，被「調」進了不同的電磁波波形之中。
5G速度那麼快，它是怎麼調製的呢？
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）。
星座圖
各種調製方式之間的差異，還是不太容易理解。
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。）
這是因為我們見過實物，看到過不同狀態的水果。
那麼，我們能不能把調製方式也用圖表示起來呢？
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。
16QAM：一個符號代表4bit。
64QAM：一個符號代表6bit。
256QAM：一個符號代表8bit。
來個動圖，幫助理解：
QAM示意圖（來自cisco）
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
懵圈了！有木有？
通信搞到最後，都是數學！
調製和解調原理
我們再簡單講一下調製和解調的原理。
5G的各種調製方式，都可以使用IQ調製解調來實現。
我們從公式1出發，進行各種神奇的公式轉換。
將公式2畫成框圖，這個就是IQ調製：
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：
解調的公式描述：
對應的我們給出複數形式的框圖。
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！
文章的最後，讓我們用幾道選擇題，測試一下你對5G調製的理解吧~
1. 5G採用哪種調製方式手機看電影更流暢？
A π/2-BPSK
B QPSK
C 16QAM
D 64QAM
E 256QAM
2. 星座圖的作用？
A 描述天體的運行情況
B 用來預測命運
C 描述調製信號的幅度和相位的可能狀態
3. 5G NR比LTE多了哪種調製方式？
A π/2-BPSK
B QPSK
C 16QAM
D 64QAM
E 256QAM
相關焦點
-
5G中F-OFDM調製的FPGA實現
F-OFDM調製技術研究國內外已有許多參考文獻[3-4]，主要針對F-OFDM性能，包括與傳統OFDM性能比較，與其他候選波形(W-OFDM、FBMC、FB-OFDM和UFMC)性能比較。對F-OFDM調製具體實現研究多是基於傳統OFDM的基礎進行的，調製帶寬設置為20MHz。 -
5G有哪些調製方式?
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。 -
毫米波發射端中頻調製的實現
基於此，本文給出一種兩次變頻法的毫米波發射端上變頻方案，並利用Altera公司的Cyclone系列EP1Cl2F324完成基帶數位訊號處理，實現對AD9-857的控制，在數字域完成基帶數位訊號的內插濾波、正交調製、D／A變換等功能，實現70 MHz中頻載波上的QDPSK調製。 -
5G通信基本業務流程中的重要組成部分:調製解調
為什麼要調製?5G又是怎麼調製的呢?接下來，我們逐一介紹。 調製是做什麼用的呢? 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： -
正弦波輸出變壓變頻電源調製方式的研究
並以TMS320F240數位訊號處理器為主控晶片，實現逆變電源變頻、變壓輸出，最後給出實驗結果。本文針對正弦波輸出變壓變頻電源SPWM調製方式及數位化控制策略進行了研究，以TMS320F240數位訊號處理器為主控晶片，以期得到一種較理想的調製方法，實現逆變電源變壓、變頻輸出。1 變頻變壓電源系統 圖l為變壓變頻電源系統結構。單相正弦輸入電壓UAC經Boost PFC環節變成400V穩定的直流電壓。 -
5G NR調製和編碼方案–調製和碼率
本文轉載自【微信公眾號：通信百科，ID:Txbaike】經微信公眾號授權轉載，如需轉載與原文作者聯繫調製Modulation和編碼方案Coding Scheme（即，MCS）定義了一個符號可以攜帶的有用比特數。 -
幾種數字調製方式的仿真與分析
針對數字調製系統中五種常見的調製方式，基於Matlab將各個環節對調製性能的影響及仿真模型的可靠性進行了跟蹤分析；最後利用圖形用戶界面(GUI)功能設計了一個仿真系統，比較了各種調製方式的性能，仿真結果與理論值比較接近。 -
PWM (脈衝寬度調製)原理與實現
二、 數字脈衝寬度調製器的實現：實現數字脈衝寬度調製器的基本思想參看圖2。5位數字調製信號用一個寄存器來控制，不斷於循環計數器的輸出進行比較，當調製信號大於循環計數器的輸出時，比較器輸出高電平，否則輸出低電平。循環計數器循環一個周期後，向寄存器發出一個使能信號EN，寄存器送入下一組數據。在每一個計數器計數周期，由於輸入的調製信號的大小不同，比較器輸出端輸出的高電平個數不一樣，因而產生出佔空比不同的脈衝寬度調製波。 -
實現信號CDMA調製/解調的水聲通信系統
1 水聲通信系統的總體結構 基於CDMA的水聲通信調製/解調系統的設計框圖如圖1所示，整個設計系統主要實現了信號的CDMA調製/解調、控制DAC 以及ADC 進行數字採集，模數轉換和數模轉換由專用的集成晶片來實現。 -
無線通訊OFDM調製的實現
在發射器中，OFDM調製包括快速傅立葉逆變換(IFFT)運算和CP的插入。而在OFDM接收器中，CP在數據包送往FFT解調前被移除。新一代的無線系統以高動態配置為標誌，其中CP的長度隨著傳輸模式，幀結構(見圖1、2)以及更高級的協議而改變。例如，3GPP LTE中的CP配置每一個時隙。 -
Labview實現幅度信號調製(AM)
本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201612/334162.htm其中，m(t)是交流信號分量，均值為0，需要被調製的信號，此處選擇一個正弦信號，正好滿足要求。 -
採用脈寬調製控制方式的逆變電路解析方案
而脈寬調製技術更是以其諧波抑制、動態響應、頻率和效率等方面的明顯優勢取得了很大的發展。特別是在自關斷器件出現成熟以後，逆變電路越來越多地採用脈寬調製控制方式。採用硬體產生正弦脈寬調製波形的電路比較複雜，而且難以精確控制;而採用軟體產生正弦脈寬調製波形又需要佔用大量的CPU開銷，從而降低了計算機的利用率;另外，大功率電力電子器件的保護和控制都比較困難，驅動電路也較複雜。 -
PWM脈衝寬度調製
本節課堂將為大家講解到底什麼是PWM(脈衝寬度調製)、為什麼要使用PWM、怎麼產生PWM控制信號等。這樣就完成了一個工作時間寬度的調製，我不斷的上班、下班或者不斷地加班、放假，如此循環則為PWM。PWM有一個「孿生兄弟」叫PAM，脈衝振幅調製（Pulse Amplitude Modulation），簡單的講就是信號的最高電壓在一直變化（PWM的最高電壓是固定不變的）。在本節課程的視頻中，主要是提出了使用滑動變阻器的弊端和不足。小電流電路使用滑動變阻器是可以調節電路電流的，進而實現了功率的調節。 -
基於聲光效應而實現的聲光調製
其中聲光調製器AOM主要用來做光的調製，可以對光束進行數字調製也叫做開調製（TTL調製），模擬調製，或者混合調製。還可以對一些不方便功率調節的雷射器進行功率調節。聲光調製是基於聲光效應而實現的。聲光調製器由聲光介質、電-聲換能器、吸聲(或反射)裝置及驅動電源等組成。 -
基於STM32的多調製方式信號源的設計
摘要：基於STM32F407ZGT6設計了一款多種調製方式、寬頻帶的信號源，覆蓋頻率範圍為50 MHz-4 GHz，並且帶有功率放大器，可以將信號放大輸出，輸出電平範圍可達0 dBm-30 dBm。 RFID模塊與GPS類似，系統初始化後，RFID就會正常工作，這時就可以進行打卡操作，將標籤卡放到前操控版處就可以實現打卡功能，並且可以查看打卡記錄的數據。 前操控板主要是進行按鍵輸入，顯示以及和主控板之間的數據傳輸。首先是按鍵輸入數據，系統初始化後，OLED 屏幕顯示出信號參數設置頻率、幅度、調試方式、射頻開啟狀態。 -
電光調製與聲光調製原理和應用領域
調製種類和各種調製原理將傳輸的信息加載於雷射輻射的過程稱為雷射調製。光調製指的是使光信號的一個或幾個特徵參量按被傳送信息的特徵變化，以實現信息檢測傳送目的的方法。光調製可分為強度調製、相位調製、偏振調製、頻率和波長調製。下面將分別介紹各種調製的原理和方法。 -
無線系統中自適應數字調製、STBC編碼和FFT/IFFT模塊的FPGA實現方法
無線基帶傳輸系統，提出了一種並行復用的基4-FFT/IFFT算法的FPGA實現方法，並對其中的自適應數字調製、STBC編碼和FFT/IFFT模塊進行了FPGA實現研究和仿真。 自適應調製技術利用無線鏈路的反饋息，動態地對發射功率、編碼方式、調製階數、載波分配等進行調整，使系統在適應時變信道的同時，儘可能地優化吞吐量、誤比特率和發射功率[2]。 -
調製解調晶片有哪些_調製解調晶片型號匯總
調製解調的目的 調製的目的是把要傳輸的模擬信號或數位訊號變換成適合信道傳輸的信號，這就意味著把基帶信號（信源）轉變為一個相對基帶頻率而言頻率非常高的帶通信號。該信號稱為已調信號，而基帶信號稱為調製信號。調製可以通過使高頻載波隨信號幅度的變化而改變載波的幅度、相位或者頻率來實現。調製過程用於通信系統的發端。 -
6kVA逆變器滯環調製與單極性SPWM倍頻調製的比較
SPWM調製與滯環調製是目前逆變器中最常見的兩種調製方式，它們分別從數字通信的脈寬調製和Delta調製發展而來。通信中調製的目的是為了遠距離傳輸信號，而在電力電子裝置中則是為了減小系統的體積、提高系統的動態響應和降低輸出諧波含量。在逆變器的輸出端需要並聯輸出濾波器，它相當於數字通信技術中的解調環節，其作用是濾除輸出波形中無用的高次諧波。通過這兩個環節，就實現了對基準波的功率放大。 -
B5G怎麼補充5G?
雖然5G具有更高速率和更低時延，可以支持高清視頻、AR/VR等新業務應用，但仍然無法滿足極致AR/VR、全息通信等更高級顯示方式的速率需求。以全息通信為例：10英寸（200mmX150mm）大小的全息顯示，所需的數據傳輸數據速率將達到約7.2Tbps。 另外，業界一直討論VR/AR將會在5G時代大放異彩。