5G的调制方式，到底是怎么实现的？且带你一探究竟

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众所周知，调制和解调是通信基本业务流程中的重要组成部分。没有它们，我们的手机根本无法通话和上网。

那么，究竟什么是调制？为什么要调制？最新的5G又是怎么调制的呢？带着这些问题，小何跟大家逐一讲解。

何为调制解调？

调制就是对信号源的信息进行处理加到载波上，使其变为适合于信道传输的形式的过程，即令载波随信号而改变的技术，叫做调制。而解调就是从已调信号中恢复出原调制信号的过程，叫做解调。解调是调制的逆过程。

说到调制，可能会有很多同学马上会联想到这些关键词：BPSK、GMSK、QPSK、调幅、调相、QAM、16QAM、64QAM和256QAM等等。

调制的作用是什么？

让我们看一下生活中的一个例子：我们每天都在出行。出行的时候，我们会根据行程选择适合的交通工具。

大家乘坐不同的交通工具，出行的速度也会有快有慢。整个过程，大概就是这样一个模型：

实际上，通信系统和这个模型类似。上面的出行模型，是把人从出发点运输到目的地。而通信系统，是把数据信号从发送端传输到接收端。我们进行以下转换：

类似地，就很容易类比出一个简单的通信模型：

看出来了吧？“调制”，就像为信号找一个交通工具，让它载着信息穿过信道到达目的地。我们知道，在无线信道中，信号是以电磁波的形式传递的。那么，电磁波怎么来传递信息呢？

首先我们先来举一个“用水果传递信息”例子。例如，我们要传递0和1，可以让苹果代表0，香蕉代表1。我们发送给接收端，接收方收到后一看是苹果就知道是发送的是0，一收到香蕉，就知道发送的是1。

换一种方式，如果只能用苹果来传递信息呢？我们约定让红苹果代表0，绿苹果代表1。接收方一看是红苹果，就知道是发送的是0。收到绿苹果，就知道发送的是1。

再换一种方式。如果只有红苹果，怎么传递信息呢？我们可以用大的红苹果来代表0，小的红苹果代表1。一看是大红苹果，就知道是发送的是0。收到小红苹果，就知道发送的是1。

在这个过程中，我们其实用的是水果的种类、颜色、大小这3个特征来传递信息的。

类似的，电磁波可以用正弦波来描述。一个正弦波也有3大特征，幅度，相位，频率。我们可以利用电磁波的这3大特征来传递信息。

下面的公式（1），描述了一个正弦波信号：

所谓调幅、调频、调相，就是下图的样子：

看出来了没？0和1，被“调”进了不同的电磁波波形之中。5G速度那么快，它是怎么调制的呢？

在3GPP协议（TS 38.201）中，定义了5G支持的调制方式如下：

按照使用的载波的特征的不同，5G采用的调制方式可以分为两大类：

• 载波的相位变化，幅度不变化：π/2-BPSK, QPSK。这就是前面说的PSK（Phase-Shift keying相移键控）。
• 载波的相位和幅度都变化：16QAM, 64QAM，256QAM。这一类专业名词叫做QAM（Quadrature Amplitude Modulation，正交振幅调制）。

调制和解调原理

接下来我们再简单讲一下调制和解调的原理。

5G的各种调制方式，都可以使用IQ调制解调来实现。我们从公式1出发，进行各种神奇的公式转换。

将公式2画成框图，这个就是IQ调制：

解调是把接收到的调制信号提取出来的过程，调制信号经过解调转换为原始的信号。解调的过程可以通过下面的公式来解释。

通过公式3可以看到，接收信号在乘以对应相位的载波后，进行积分，可以得到原始的信号，将公式3画成框图，这个就是IQ解调。

将2个框图结合起来，我们下面给出IQ调制和解调的框图。

IQ调制可以用复数的形式进行理解。调制的公式描述：

解调的公式描述：

对应的我们给出复数形式的框图。

这个框图搭配上前面3GPP协议里面的5G调制映射关系，就是一个较为完整的5G的调制和解调过程。

懵圈了！有木有？ 调制解调，从入门到提高最后到放弃！

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