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  • 解析通讯技术:3G、4G、5G背后的科学意义(下)

解析通讯技术:3G、4G、5G背后的科学意义(下)

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本文摘要:我们知道无线通信的频谱是有限的,而且分配非常严格。

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我们知道无线通信的频谱是有限的,而且分配非常严格。同样带宽的电磁波不能用一次。比如2G的GSM900系统,如果在890~960MHz的频率范围内使用,那么在这个频率范围内就不能再使用其他无线通信,否则不会互相阻碍。

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为了解决众多问题,工程师们开发了许多技术来提高频谱利用率,如时分多址、FDAM、码分多址和正交频分复用。这些简单的技术背后,只要能掌握两个基本概念,就能明白整个通信技术发展的关键。这两个基本概念是调制技术和复用技术。其中,调制技术就是将转换后的电磁波信号变成不同的波形,代表0和1两种不同的数字信号,这样就可以用天线把它们发射到很远的地方(这里只讨论数字调制技术,AM和FM等早期的转换调制技术不做辩论)。

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复用技术就是区分不同用户的电磁波。因为手机必须是为所有人设计的,所以当每一部手机都把电磁波抛向空中的时候,怎么才能分辨出电磁波是谁的呢?数字调制技术如今,手机属于数字通信,即我们语音的语音(互易转换信号),然后被手机转换成不互易的0和1两个数字信号,再通过数字调制转换成电磁波(转换后的信号携带数字信号),最后从天线发射出去。该原理是必要的,如图1所示。图1:数字通信示意图电磁波为互易能量。

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如何用电磁波为我们传输这些0和1的数字信号?因此,科学家们发明了以下四种数字调制技术:移幅键发送(ASK):利用电磁波的振幅来携带数字信号(0和1),小振幅代表0,大振幅代表1,如图2 (a)所示。FSK(频偏键):数字信号(0和1)利用电磁波的频率强度进行传输。低频代表0,低频代表1,如图2 (b)右图所示。

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PSK(振幅移位键控传输):数字信号(0和1)是用不同振幅(不同波形)的电磁波传输的,振幅0表示0,振幅180表示1,如图2 (c)右图所示。矢量调幅(QAM):同时利用不同幅度(不同波形)的电磁波所携带的数字信号(0和1)进行传输。

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这个数字很复杂。有兴趣的人可以在这里参考一下。图2:数字信号调制技术。

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(a)ASK:小幅度表示0,大幅度表示1;(b)FSK:低频代表0,低频代表1;(c)PSK:振幅0代表0,振幅180代表1。

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