Modulacja QAM przesyła dwa analogowe sygnały komunikatów lub dwa cyfrowe strumienie bitów poprzez zmianę (modulację) amplitud dwóch fal nośnych przy użyciu schematu modulacji cyfrowej ASK lub analogowego AM.
Zasada działania
Dwie fale nośne o tej samej częstotliwości, zwykle sinusoidy, są przesunięte w fazie o 90° i dlatego nazywane są nośnikami kwadraturowymi lub składowymi kwadraturowymi - stąd nazwa obwodu. Zmodulowane fale są sumowane, a ostateczny kształt fali jest kombinacją zarówno kluczowania przesunięcia fazowego (PSK) i kluczowania przesunięcia amplitudy (ASK), lub w przypadku analogowym modulacji fazy (PM) i modulacji amplitudy.
Podobnie jak wszystkie schematy modulacji, QAM przesyła dane poprzez zmianę pewnego aspektu sygnału fali nośnej (zwykle sinusoidalnej) w odpowiedzi na sygnał danych. W przypadku cyfrowej QAM stosuje się próbki wielofazowe i wieloamplitudowe. Kluczowanie przesunięcia fazowego (PSK) jest prostszą formą QAM, w której amplituda nośnej jest stała i tylko przesunięcia fazowe.
W przypadku wypaczeniaTransmisja QAM, fala nośna to zbiór dwóch fal sinusoidalnych o tej samej częstotliwości, co 90° względem siebie (w kwadraturze). Są one często określane jako „I” lub składnik w fazie, a także „Q” lub składnik kwadraturowy. Każda fala składowa jest modulowana amplitudowo, co oznacza, że jej amplituda jest zmieniana w celu reprezentowania danych, które muszą zostać przesłane, zanim będzie można je połączyć.
Aplikacja
Granice decyzyjne z napisem na powyższym zdjęciu wskazują granicę powierzchni (lub „granicę decyzyjną”, dosłownie).
QAM (kwadraturowa modulacja amplitudy) jest szeroko stosowana jako schemat modulacji dla cyfrowych systemów telekomunikacyjnych, takich jak standardy Wi-Fi 802.11. Arbitralnie wysoką wydajność widmową można osiągnąć dzięki QAM, ustawiając odpowiedni rozmiar konstelacji, ograniczony jedynie poziomem szumu i liniowością łącza.
Modulacja QAM jest stosowana w systemach światłowodowych wraz ze wzrostem przepływności. QAM16 i QAM64 mogą być emulowane optycznie za pomocą 3-kanałowego interferometru.
Technologia cyfrowa
W cyfrowej QAM każda fala składowa składa się z próbek o stałej amplitudzie, z których każda zajmuje pojedynczy przedział czasu, a amplituda jest skwantowana, ograniczona do jednego ze skończonej liczby poziomów reprezentujących jedną lub więcej cyfr binarnych (bitów) bit cyfrowy. W analogowej QAM amplituda każdego składnika fali sinusoidalnej zmienia się w sposób ciągływ czasie z sygnałem analogowym.
Modulacja fazowa (analogowe PM) i kluczowanie (cyfrowe PSK) mogą być uważane za szczególny przypadek QAM, gdzie wielkość sygnału modulującego jest stała, ze zmianą jedynie fazy. Modulację kwadraturową można również rozszerzyć na modulację częstotliwości (FM) i kluczowanie (FSK), ponieważ można je uznać za jego podgatunek.
Podobnie jak w przypadku wielu schematów modulacji cyfrowej, diagram konstelacji jest przydatny dla QAM. W QAM punkty konstelacji są zwykle ułożone w siatkę kwadratową z równymi odstępami w pionie i poziomie, chociaż możliwe są inne konfiguracje (np. Cross-QAM). Ponieważ dane są zwykle binarne w telekomunikacji cyfrowej, liczba punktów w siatce wynosi zwykle 2 (2, 4, 8, …).
Ponieważ QAM jest zwykle kwadratem, niektóre są rzadkie - najczęstsze kształty to 16-QAM, 64-QAM i 256-QAM. Przechodząc do konstelacji wyższego rzędu, można przesłać więcej bitów na symbol. Jeśli jednak średnia energia konstelacji pozostaje taka sama (poprzez dokonanie rzetelnego porównania), punkty powinny być bliżej siebie, a zatem bardziej podatne na zakłócenia i inne uszkodzenia.
Skutkuje to wyższą bitową stopą błędów, a zatem QAM wyższego rzędu może dostarczać więcej danych mniej niezawodnie niż QAM niższego rzędu dla stałej średniej energii konstelacji. Korzystanie z QAM wyższego rzędu bez zwiększania bitowej stopy błędów wymaga wyższychstosunek sygnału do szumu (SNR) poprzez zwiększenie energii sygnału, redukcję szumów lub jedno i drugie.
Pomoce techniczne
Jeśli wymagane są szybkości transmisji danych przekraczające te oferowane przez 8-PSK, bardziej powszechne jest przejście na QAM, ponieważ osiąga większą odległość między sąsiednimi punktami w płaszczyźnie I-Q, rozkładając punkty bardziej równomiernie. Czynnikiem komplikującym jest to, że punkty nie mają już tej samej amplitudy, więc demodulator musi teraz poprawnie wykryć zarówno fazę, jak i amplitudę, a nie tylko fazę.
Telewizja
64-QAM i 256-QAM są często używane w cyfrowej telewizji kablowej i modemach kablowych. W Stanach Zjednoczonych 64-QAM i 256-QAM są autoryzowanymi schematami modulacji kabla cyfrowego, które są standaryzowane przez SCTE w standardzie ANSI/SCTE 07 2013. Należy pamiętać, że wielu marketerów będzie określać je jako QAM-64 i QAM-256. Modulacja UK QAM-64 jest używana dla cyfrowej telewizji naziemnej (Freeview), a 256-QAM jest używana dla Freeview-HD.
Systemy komunikacyjne zaprojektowane w celu osiągnięcia bardzo wysokich poziomów wydajności widmowej zwykle wykorzystują bardzo gęste częstotliwości w tej serii. Na przykład obecne urządzenia Powerplug AV2 500-Mbit Ethernet wykorzystują urządzenia 1024-QAM i 4096-QAM, a także przyszłe urządzenia wykorzystujące standard ITU-T G.hn do podłączenia do istniejącego okablowania domowego.(kabel koncentryczny, linie telefoniczne i linie energetyczne); 4096-QAM zapewnia 12 bitów/symbol.
Innym przykładem jest technologia ADSL dla skrętki miedzianej, której rozmiar konstelacji sięga 32768-QAM (w terminologii ADSL nazywa się to ładowaniem bitów lub bitami na ton, 32768-QAM odpowiada 15 bitom na ton).
Systemy pętli zamkniętej o ultrawysokiej przepustowości również wykorzystują 1024-QAM. Używając 1024-QAM, adaptacyjnego kodowania i modulacji (ACM) oraz XPIC, producenci mogą osiągnąć gigabitową przepustowość w pojedynczym kanale 56 MHz.
W odbiorniku SDR
Wiadomo, że częstotliwość kołowa 8-QAM jest optymalną modulacją 8-QAM w tym sensie, że potrzebna jest najniższa średnia moc dla danej minimalnej odległości euklidesowej. Częstotliwość 16-QAM jest suboptymalna, chociaż optymalna może być stworzona na tych samych zasadach co 8-QAM. Częstotliwości te są często używane podczas strojenia odbiornika SDR. Inne częstotliwości można odtworzyć, manipulując podobnymi (lub podobnymi) częstotliwościami. Te cechy są aktywnie wykorzystywane w nowoczesnych odbiornikach i nadajnikach SDR, routerach, routerach.
