5G QPSK – Kwadraturowe Przesunięcie Fazowe

5G QPSK – Kwadraturowe Przesunięcie Fazowe

QPSK (Quadrature Phase Shift Keying), czyli kwadraturowe przesunięcie fazowe, to jedna z podstawowych modulacji używanych w sieciach 5G. Dziś pokażę Ci, jak QPSK działa w praktyce, gdzie się ją stosuje i dlaczego odgrywa tak ważną rolę w komunikacji bezprzewodowej. Wcześniej w LTE też spotkaliśmy QPSK, ale w 5G stała się jeszcze bardziej kluczowa – zwłaszcza w kontekście transmisji sygnałów kontrolnych, URLLC czy działania w trudnych warunkach radiowych.

Na czym polega modulacja QPSK?

Modulacja QPSK koduje dane binarne, zmieniając fazę fali nośnej. Każde 2 bity informacji reprezentowane są przez jeden symbol, co oznacza, że QPSK może przesłać 2 bity na symbol – czyli dwa razy więcej niż BPSK.

QPSK wykorzystuje 4 różne fazy fali nośnej (np. 45°, 135°, 225°, 315°), które odpowiadają kombinacjom binarnym: 00, 01, 10, 11. Dzięki temu transmisja staje się bardziej wydajna niż w przypadku prostszych technik.

Zalety QPSK w sieciach 5G

• Odpowiednia dla trudnych warunków propagacyjnych
• Stabilna modulacja o niskim współczynniku błędów (BER)
• Niskie wymagania względem SNR (stosunku sygnału do szumu)
• Doskonała do sygnałów kontrolnych i kanałów o krytycznym znaczeniu

Gdzie w 5G stosuje się QPSK?

QPSK jest szeroko wykorzystywana w:

• Modulacji kanałów PDCCH, PBCH, PUCCH – czyli kanałów kontrolnych w 5G NR
• Uplink i downlink w scenariuszach niskiego SNR
• URLLC (Ultra-Reliable Low Latency Communication), gdzie niezawodność jest ważniejsza niż przepustowość

Porównanie QPSK z innymi modulacjami w 5G

QPSK w połączeniu z kodowaniem LDPC i polar codes

W 5G sama modulacja to nie wszystko. Sygnał musi być również odpowiednio zabezpieczony przed błędami. Dla danych użytkownika w 5G stosuje się kodowanie LDPC (Low-Density Parity Check), natomiast dla kanałów kontrolnych – polar codes. QPSK idealnie współpracuje z obiema technologiami, szczególnie z kodami polarnymi przy niskiej przepustowości.

Diagram konstelacji QPSK

Konstelacja QPSK składa się z 4 punktów rozmieszczonych na wykresie IQ. Każdy punkt reprezentuje inną kombinację 2 bitów. Oto uproszczony widok:

Jeśli wczoraj uczyliśmy się podstaw modulacji, dziś możemy zrozumieć, że położenie tych punktów na wykresie odpowiada zmianie fazy, dzięki czemu odbiornik może dekodować dane binarne.

Adaptacyjne modulacje w 5G – QPSK jako część większego systemu

W 5G stosuje się technikę adaptacyjnej modulacji i kodowania (AMC – Adaptive Modulation and Coding), która dynamicznie dobiera modulację w zależności od warunków kanałowych. Kiedy sygnał jest słaby lub użytkownik jest daleko od stacji bazowej, system wybiera QPSK. Gdy warunki się poprawiają, przechodzi do 16QAM, 64QAM lub nawet 256QAM.

QPSK a MIMO i szerokość pasma

Nawet przy stosunkowo niskiej przepustowości QPSK, dzięki technologii MIMO (Multiple Input Multiple Output) można znacząco zwiększyć efektywną transmisję danych. W 5G typowe są konfiguracje 4×4, 8×8, a nawet Massive MIMO, które przy tej samej modulacji zwiększają przepływność.

Dlaczego QPSK nadal ma znaczenie w erze 5G?

• Umożliwia stabilną transmisję w ekstremalnych warunkach
• Jest kluczowa w kanałach kontrolnych
• Minimalizuje błędy transmisji i wspiera niskie opóźnienia

Choć 5G kojarzy się z dużą przepustowością, szybkością i wysoką modulacją, to właśnie QPSK zapewnia niezawodność i stabilność, bez których żadna komunikacja się nie uda.