說到調制，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，調制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，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？“調制”，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。那么，電磁波怎么來傳遞信息呢? 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，接收方收到后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，怎么傳遞信息呢? 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個特征來傳遞信息的。??類似的，電磁波可以用正弦波來描述。一個正弦波也有3大特征，幅度，相位，頻率。我們可以利用電磁波的這3大特征來傳遞信息。??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速度那么快，它是怎么調制的呢? 在3GPP協議(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： 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?(什么是蘋果，什么是香蕉，什么是紅蘋果，什么是大蘋果。) 這是因為我們見過實物，看到過不同狀態的水果。 那么，我們能不能把調制方式也用圖表示起來呢? 可以。為了直觀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，可以指示調制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制1比特的信息。???π/2-BPSK是BPSK在序列的奇數位時調制信號相位偏移π/2，序列的偶數位時和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制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就是那么簡單就搞出來的嗎?上圖!??3GPP 38.211協議中定義的5G調制方式的映射關系 懵圈了!有木有? 通信搞到最后，都是數學!?調制和解調原理?我們再簡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調制：??解調是把接收到的調制信號提取出來的過程，調制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后，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調制和解調的框圖。??IQ調制可以用復數的形式進行理解。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。??這個框圖搭配上前面3GPP協議里面的5G調制映射關系，就是一個較為完整的5G的調制和解調過程。是不是徹底懵圈啦?調制解調，從入門到放棄!

為什么要有QAM？

QAM在用于Wi-Fi數字信號調制時，與普通幅度調制和相位調制相比能得到更高的速率。因為幅度調制和相位調制僅有2種符號（symbol）來區分0或1。

• 幅度調制：通過改變載波的振幅來區分0和1。
• 相位調制：通過改變載波的相位來區分0和1。例如我們常見的BPSK，就是使用0°和180°共2個相位表示0和1，即2種符號；QPSK則是使用0°、90°、180°和270°共4個相位，能夠表示00、01、10和11共4種符號，傳遞2 bit的信息。其實QPSK就是一種特殊的QAM，即4-QAM。

而QAM則有更多的符號，每個符號都有相應的相位和幅度值。

以16-QAM為例，通過QAM調制可得到16個不同的波形，分別代表0000，0001....這也意味著一共有16種符號，一個符號可以傳遞4 bit信息。

16-QAM示意圖

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QAM是如何工作的？

QAM是將信號加載到2個正交的載波上（通常是正弦和余弦），通過對這兩個載波幅度調整并疊加，最終得到相位和幅度都調制過的信號。這兩個載波通常被稱為I信號，另一個被稱為Q信號，所以這種調制方式也被稱為IQ調制。

IQ調制

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由于QAM最終調制后的信號包含了相位和幅度的變換，因此QAM也被認為相位調制和幅度調制的組合。

QAM的星座圖

在數字信號調制中，星座圖通常用于表示QAM調制二維圖形。星座圖相對于IQ調制而言，將數據調制信息映射到極坐標中，這些信息包含了信號的幅度信息和相位信息。

星座圖上的每一個點，都表示一個符號。該點I軸和Q軸的分量分別代表著正交的載波上的幅度調整。該點到原點的距離A就是調制后的幅度，夾角φ就是調制后的相位。

QAM的星座圖

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而星座圖上點的數量，決定了每個符號傳輸的比特數。例如：

• 256-QAM，256是2的8次方，每個符號能傳輸8bit的數據。
• 1024-QAM，1024是2的10次方，每個符號能傳輸10bit的數據。

因此，作為比256-QAM更高階的1024-QAM，數據傳輸的峰值速率進一步提高25%。

WiFi 6 1024-QAM

噪聲與干擾對QAM的影響

盡管較高階的調制速率能夠為無線電通信系統提供更快的數據速率和更高水平的頻譜效率，但這是有代價的。較高階的調制方案對噪聲和干擾的適應性要差得多。

因為發送一個符號所用的載波頻寬是固定的，發送時長也是一定的，較高階意味著兩個符號之間差異就越小。這不僅對接收雙方的器件要求很高，而且對環境的要求也很高。也就是說，如果環境過于惡劣，終端將無法使用高階的QAM模式通信，只能使用較低階次的調制模式。

QAM如何與Wi-Fi配合使用？

不同Wi-Fi標準使用的QAM

在Wi-Fi標準中，為了提升速率，各版本協議使用的QAM階數也在逐步提升。

不同WiFi標準采用的QAM

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QAM對Wi-Fi標準速率影響

在Wi-Fi標準中，定義了調制和編碼方案MCS（Modulation and Coding Scheme）。MCS對應一組調制和編碼方式。以Wi-Fi 6為例，MCS索引有12個。

Wi-Fi 6中MCS索引對應的調制方式以及編碼率

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如果MCS為1，則使用的是QPSK的調制方式；如果MCS為11，則使用的是1024的調制方式。

對于每個MCS的索引值，根據信道帶寬、空間流數和保護間隔（Guard Interval，GI）可以計算出不同的速率。

計算公式如下：

Wi-Fi標準的速率計算公式

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由此可見，提升調制方式，可以明顯提升速率。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的详细的聊聊调制方式的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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