浅谈 5G移动通信系统的调制技术研究

钮红亮

辽宁省葫芦岛市 辽宁工程技术大学 125105

摘要：随着人们对通信技术的需求的不断提高，以及人们在通信技术领域的不断研究和突破，相比4G技术，5G技术在传输速度、覆盖性能、以及其他方面比4G技术更为优秀，5G技术是无线通信技术领域的一大突破。5G技术是互联网在未来发展的一个重要方向，对通讯行业和未来的新兴业务以及各个领域的发展具有重要的作用。但是在目前，5G技术在发展上仍然面临着一系列的问题和挑战。5G将QAM与FSK相结合提高频谱效率，用于多区下行链路中，能够提高小区边缘用户的通信质量。本次研究将着重研究5G的FSK与QAM调制技术，通过对两项技术优缺点的比对和5G移动通信系统的介绍，达到深度研究的性质。在最后，也对我们在研究中存在的一些问题提出解决方案。

关键词：5G；移动通信系统；调制技术

1 引言

在过去40年的时间里，移动通信经历了飞跃式发展，给人们生活方式、工作模式以及政治、经济等方面带来了深刻影响，人们一直在追求更高性能的移动通信网络。2012年，欧盟正式启动METIS项目，进行5G移动通信网络的研究。除了METIS之外，欧盟启动了规模更大的科研项目5G-PPP，旨在加速欧盟5G研究和创新，确立欧盟在5G领域的主导地位；英国政府联合多家企业在Surrey大学成立5G研发中心，致力于5G的研究。在亚洲，韩国于2013年开启了“GIGAKorea”5G项目，中国IMT-2020推进组也于同年成立，团结亚洲地区的5G研究力量，共同推进5G技术标准的发展。可见，5G已成为国内外移动通信领域的研究热点。

2 关键技术介绍

本章主要介绍一下FSK和QAM调制技术的基本原理，以及各自的优缺点，同时还有5G涉及到的一些技术和基本知识，

2.1 FSK调制技术的基本原理

FSK（Frequency-shiftkeying）-频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息。它是利用基带数字信号离散取值特点去键控载波频率以传递信息的一种数字调制技术。FSK（Frequency-shiftkeying）是信息传输中使用得较早的一种调制方式。最常见的是用两个频率承载二进制1和0的双频FSK系统。技术上的FSK有两个分类，非相干和相干的FSK。在非相干的FSK，瞬时频率之间的转移是两个分立的价值观命名为马克和空间频率。在另一方面，在相干频移键控或二进制的FSK，是没有间断期在输出信号。在数字化时代，电脑通信在数据线路（电话线、网络电缆、光纤或者无线媒介）上进行传输，就是用FSK调制信号进行的，即把二进制数据转换成FSK信号传输，反过来又将接收到的FSK信号解调成二进制数据，并将其转换为用高，低电平所表示的二进制语言，这是计算机能够直接识别的语言。

2.2 QAM调制技术的基本原理

采用QAM调制技术，信道带宽至少要等于码元速率，为了定时恢复，还需要另外的带宽，要增加15%左右。与其他调制技术相比，QAM编码具有能充分利用带宽、抗噪声能力强等优点。但QAM调制技术用于ADSL的主要问题是如何适应不同电话线路之间较大的性能差异。要取得较为理想的工作特性，QAM接收器需要一个和发送端具有相同的频谱和相应特性的输入信号用于解码，QAM接收器利用自适应均衡器来补偿传输过程中信号产生的失真，因此采用QAM的ADSL系统的复杂性来自于它的自适应均衡器。

2.3 5G移动通信系统

第五代移动电话行动通信标准，也称第五代移动通信技术，外语缩写：5G。也是4G之后的延伸，正在研究中，5G网络的理论下行速度为10Gb/s（相当于下载速度1.25GB/s）。未来5G网络正朝着网络多元化、宽带化、综合化、智能化的方向发展。随着各种智能终端的普及，面向2020年及以后，移动数据流量将呈现爆炸式增长。在未来5G网络中，减小小区半径，增加低功率节点数量，是保证未来5G网络支持1000倍流量增长的核心技术之一。因此，超密集异构网络成为未来5G网络提高数据流量的关键技术。

未来无线网络将部署超过现有站点10倍以上的各种无线节点，在宏站覆盖区内，站点间距离将保持10m以内，并且支持在每1km2范围内为25000个用户提供服务。同时也可能出现活跃用户数和站点数的比例达到1∶1的现象，即用户与服务节点一一对应。密集部署的网络拉近了终端与节点间的距离，使得网络的功率和频谱效率大幅度提高，同时也扩大了网络覆盖范围，扩展了系统容量，并且增强了业务在不同接入技术和各覆盖层次间的灵活性。虽然超密集异构网络架构在5G中有很大的发展前景，但是节点间距离的减少，越发密集的网络部署将使得网络拓扑更加复杂，从而容易出现与现有移动通信系统不兼容的问题。在5G移动通信网络中，干扰是一个必须解决的问题。网络中的干扰主要有：同频干扰，共享频谱资源干扰，不同覆盖层次间的干扰等。现有通信系统的干扰协调算法只能解决单个干扰源问题，而在5G网络中，相邻节点的传输损耗一般差别不大，这将导致多个干扰源强度相近，进一步恶化网络性能，使得现有协调算法难以应对。此外，由于业务和用户对QoS需求的差异性很大，5G网络需要采用一些列措施来保障系统性能，主要有：不同业务在网络中的实现，各种节点间的协调方案，网络的选择，以及节能配置方法等。

3 5G下FSK与QAM调制技术比较

3.1 FSK调制技术的优势及缺点

频移键控技术的优点：其调制原理是载波随著调制信号1或0而变，该调制技术实现容易，广泛应用于低速数据传输中。

频移键控技术的缺点：对二进制的频移键控调制方式，其有效带宽为B=2xF+2FxF是二进制基带信号的带宽也是FSK信号的最大频偏，由于数字信号的带宽即F，值大，所以二进制频移键控的信号带宽B较大，频带利用率小。而且它对频谱利用率不高，抗噪声能力差，不适合高速PLC使用。

3.2 QAM调制技术的优势及缺点

正交幅度调制的优缺点：QAM采用更密集信号点的调制方案使信号速率增加以适用于高速PLC系统，但这导致了抗干扰能力下降，信道误码率增大。通过增加冗余比特来提高接收端检错和纠错能力，但这又将降低单位传输带宽的有效信息速率。信道频带利用率与传输误码率之间产生的矛盾很难解决。

4 展望

5G将成为未来移动通信系统领域的发展主流，对其技术研究也成为各移动通信巨头的必争之地。5G如今已经成为现实。2018年年底，人们看到了美国和韩国首次推出5G商用广告。2020年将在更多的市场推出5G技术，预计未来几个月将在欧洲（包括英国）、中国、澳大利亚、中东地区等市场推出。三年之后，也就是2023年底，预计全球88个市场将建立并运行5G网络。这些新网络将提供极大增强的移动宽带性能，其速度最终远远超过1Gbps，并提供超低延迟。但是，虽然更快的速度对消费者来说是很好的体验，5G最大的受益者可能是工业。以下了解一下5G的各种形式，以及它在未来五年内将如何影响人们的生活。

参考文献

[1] 刘超. 浅谈5G移动通信的关键技术及发展趋势[J]. 电脑知识与技术, 2016, 12(22):257-258.

[2] 肖瑞雪, 冯英伟, 吕国,等. 面向5G移动通信的蜂窝物联网关键技术研究[J]. 现代电子技术, 2020, 043(009):29-32.

[3] 熊波. 5G移动通信技术在电力通信系统的应用研究[J]. 通信电源技术, 2020, 037(004):178-179.

[4] 赵建霞, 赵龙. 面向5G移动通信网高精度定位技术研究[J]. 信息记录材料, 2020(7).