【導讀】眾所周知，調制和解調是通信基本業(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。
說(shuō)到調制，我想很多同學(xué)馬上會(huì )聯(lián)想到這些關(guān)鍵詞：BPSK、QPSK、調幅、調相、QAM、星座圖……
眾所周知，調制和解調是通信基本業(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。
那么，究竟什么是調制？為什么要調制？5G又是怎么調制的呢？
接下來(lái)，我們逐一介紹。
調制是做什么用的呢？
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，通信系統和這個(gè)模型類(lèi)似。上面的出行模型，是把人從出發(fā)點(diǎn)運輸到目的地。而通信系統，是把數據信號從發(fā)送端傳輸到接收端。
我們進(jìn)行以下轉換：
就可以類(lèi)比出一個(gè)簡(jiǎn)單的通信模型：
看出來(lái)了吧？“調制”，就像為信號找一個(gè)交通工具，讓它載著(zhù)信息穿過(guò)信道到達目的地。
我們知道，在無(wú)線(xiàn)信道中，信號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(píng)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(píng)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(píng)果來(lái)傳遞信息呢？
我們約定讓紅蘋(píng)果代表0，綠蘋(píng)果代表1。
接收方一看是紅蘋(píng)果，就知道是發(fā)送的是0。收到綠蘋(píng)果，就知道發(fā)送的是1。
再換一種方式。如果只有紅蘋(píng)果，怎么傳遞信息呢？
我們可以用大的紅蘋(píng)果來(lái)代表0，小的紅蘋(píng)果代表1。一看是大紅蘋(píng)果，就知道是發(fā)送的是0。收到小紅蘋(píng)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(lèi)、顏色、大小這3個(gè)特征來(lái)傳遞信息的。
類(lèi)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：
所謂調幅、調頻、調相，就是下圖的樣子：
看出來(lái)了沒(méi)？0和1，被“調”進(jìn)了不同的電磁波波形之中。
5G速度那么快，它是怎么調制的呢？
在3GPP協(xié)議（TS 38.201）中，定義了5G支持的調制方式如下：
按照使用的載波的特征的不同，5G采用的調制方式可以分為兩大類(lèi)：
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(lèi)專(zhuān)業(yè)名詞叫做QAM（Quadrature Amplitude Modulation，正交振幅調制）。
星座圖
各種調制方式之間的差異，還是不太容易理解。
想一想，為什么我們能很容易區分各種水果的不同？（什么是蘋(píng)果，什么是香蕉，什么是紅蘋(píng)果，什么是大蘋(píng)果。）
這是因為我們見(jiàn)過(guò)實(shí)物，看到過(guò)不同狀態(tài)的水果。
那么，我們能不能把調制方式也用圖表示起來(lái)呢？
可以。
為了直觀(guān)的表示各種調制方式，我們引入一種叫做星座圖的工具。星座圖中的點(diǎn)，可以指示調制信號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)載波上調制1比特的信息。
π/2-BPSK是BPSK在序列的奇數位時(shí)調制信號相位偏移π/2，序列的偶數位時(shí)和BPSK調制信號的相位一樣，也就是π/2-BPSK定義了4種相位來(lái)表示0和1。
QPSK全稱(chēng)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)載波上調制2比特的信息。
16QAM：一個(gè)符號代表4bit。
64QAM：一個(gè)符號代表6bit。
256QAM：一個(gè)符號代表8bit。
來(lái)個(gè)動(dòng)圖，幫助理解：
QAM示意圖（來(lái)自cisco）從星座圖中可以看出PSK調制信號的幅度不變，相位有變化。QAM調制信號的幅度和相位在變化。
正是因為每個(gè)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(gè)“交通工具”能顯著(zhù)提升速率。
可能大家覺(jué)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調制方式的映射關(guān)系
懵圈了！有木有？
通信搞到最后，都是數學(xué)！
調制和解調原理
我們再簡(jiǎn)單講一下調制和解調的原理。
5G的各種調制方式，都可以使用IQ調制解調來(lái)實(shí)現。
我們從公式1出發(fā)，進(jìn)行各種神奇的公式轉換。
將公式2畫(huà)成框圖，這個(gè)就是IQ調制：
解調是把接收到的調制信號提取出來(lái)的過(guò)程，調制信號經(jīng)過(guò)解調轉換為原始的信號。解調的過(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，接收信號在乘以對應相位的載波后，進(jìn)行積分，可以得到原始的信號，將公式3畫(huà)成框圖，這個(gè)就是IQ解調。
將2個(gè)框圖結合起來(lái)，我們下面給出IQ調制和解調的框圖。
IQ調制可以用復數的形式進(jìn)行理解。
調制的公式描述：
解調的公式描述：
對應的我們給出復數形式的框圖。
這個(gè)框圖搭配上前面3GPP協(xié)議里面的5G調制映射關(guān)系，就是一個(gè)較為完整的5G的調制和解調過(guò)程。
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