面向5G的高速基帶數(shù)字調(diào)制技術(shù)應(yīng)用研究

　　5G是一個(gè)萬物互聯(lián)的高速率、高可靠性移動(dòng)通信系統(tǒng)，必然使用高速基帶數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)。目前技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛的是基于二維星座映射的QAM 方式，但因受到幅度階梯數(shù)的瓶頸限制，調(diào)制能力最高的正方星座是 256QAM和1024QAM，對傳輸環(huán)境的信噪比要求很高，很難用于移動(dòng)通信系統(tǒng)。顯然，基于三維星座的高速數(shù)字調(diào)制方式，將會(huì)成為5G系統(tǒng)的重要技術(shù)。在簡單分析二維數(shù)字調(diào)制技術(shù)QAM的性能后，又分析了毫米波通信對高階QAM的影響，并重點(diǎn)研究了三維正交幅度調(diào)制技術(shù)的誤碼率公式，并對三維QAM的三維星座和誤碼率進(jìn)行了仿真。

　　未來5G網(wǎng)絡(luò)將是一個(gè)可以承載社會(huì)關(guān)鍵基礎(chǔ)通信設(shè)施和基本應(yīng)用的共享式支撐平臺(tái)，將是一個(gè)全球性海量接入和萬物互聯(lián)的移動(dòng)通信系統(tǒng)，其熱點(diǎn)區(qū)域的超高密度蜂窩網(wǎng)絡(luò)、工控與監(jiān)管系統(tǒng)的低時(shí)延和高可靠性標(biāo)準(zhǔn)，密集住宅區(qū)、辦公室、體育場、露天集會(huì)、地鐵、高速和高鐵等廣域覆蓋區(qū)域的超高流量密度、超高速移動(dòng)性和超高連接數(shù)密度等特征，預(yù)示著5G網(wǎng)絡(luò)必將是一個(gè)數(shù)據(jù)速率極高的移動(dòng)通信系統(tǒng)。根據(jù) IMT-2020（5G）推進(jìn)組制訂的《5G愿景與需求》和《5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)架構(gòu)》白皮書的相關(guān)內(nèi)容，5G在廣域覆蓋區(qū)可為用戶提供高達(dá)10 Mbit/s的體驗(yàn)速率，在熱點(diǎn)區(qū)可使用戶滿足高達(dá)10 Gbit/s體驗(yàn)速率和10 Tbit/km2 流量密度，這些反映5G系統(tǒng)所擁有的高數(shù)據(jù)速率，無不說明5G的基帶數(shù)字調(diào)制過程必須使用高速率數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)。

　　在數(shù)字通信中，包括用戶和系統(tǒng)信號在內(nèi)的所有數(shù)據(jù)都是二進(jìn)制比特流。根據(jù)通信理論，二進(jìn)制數(shù)據(jù)流傳輸速率的高低首先取決于基帶調(diào)制方式?；鶐д{(diào)制載頻承載二進(jìn)制數(shù)據(jù)流的物理量有振幅、頻率和相位。單位載頻物理量承載的二進(jìn)制數(shù)據(jù)（1 個(gè)符號包含的二進(jìn)制數(shù)據(jù)）越多，數(shù)據(jù)流的速率越大。幅移鍵控（ASK）調(diào)制方式用振幅階梯數(shù)來表述二進(jìn)制數(shù)據(jù)，階梯數(shù)越多，承載二進(jìn)制數(shù)據(jù)量越大，數(shù)據(jù)傳輸率越高。頻移鍵控（FSK）調(diào)制方式用載波中不同子載頻表述二進(jìn)制數(shù)據(jù)，載波頻帶越寬，數(shù)據(jù)傳輸率越高。相移鍵控（PSK）調(diào)制方式用載波的不同相位表述二進(jìn)制數(shù)據(jù)，相位差值越多，數(shù)據(jù)傳輸率越高。當(dāng)振幅階數(shù)、子載頻數(shù)和相位差數(shù)較多時(shí)，雖然調(diào)制速率較高，但物理量間的相互影響也較多，要獲得較高的傳輸質(zhì)量，只能提高信噪比和接收靈敏度。

　　由于無線信道的復(fù)雜性和發(fā)射端發(fā)射功率的限制，移動(dòng)通信接收端的標(biāo)準(zhǔn)信噪比值一般不大，ASK、 FSK和PSK等通過控制一個(gè)物理量的一維數(shù)字調(diào)制方式的調(diào)制能力有限?；诙S星座復(fù)平面的正交幅度調(diào)制方式（QAM），雖然控制了相位和幅度2個(gè)物理量，但僅利用了載波相位2個(gè)相差90°的值，將1路載波分成相互正交的2路載波，每路載波再實(shí)行ASK數(shù)字調(diào)制，所以QAM調(diào)制速率只是ASK的2倍，提高QAM的調(diào)制速率，主要是振幅階梯數(shù)，同樣存在 ASK 的技術(shù)瓶頸。目前，廣泛應(yīng)用于通信領(lǐng)域的 256QAM 和 1024QAM，是最高調(diào)制速率的QAM，但它們對信噪比的要求很高，無法應(yīng)用于無線通信。其實(shí)，從調(diào)制過程來看，ASK、FSK 和 PSK 是可以混合的，雖然可以提高調(diào)制速率，但解調(diào)技術(shù)較難，所以成熟的混合方式只有 QAM。