Модуляція QAM передає два аналогових сигналу повідомлень або два цифрових растрових потоку шляхом зміни (модуляції) амплітуд двох несучих хвиль з використанням схеми цифрової модуляції з амплітудною маніпуляцією (ASK) або аналогової AM.
Принцип роботи
Дві несучі хвилі однієї і тієї ж частоти, зазвичай синусоїди, що знаходяться поза фазою один з одним на 90° і, таким чином, називаються квадратурними несучими або квадратурними компонентами – звідси і назва схеми. Модульовані хвилі підсумовуються, а остаточна форма хвилі являє собою комбінацію фазової маніпуляції (PSK), так і амплітудної маніпуляції (ASK), або в аналоговому разі фазової модуляції (PM) і амплітудної модуляції.
Як і всі схеми модуляції, QAM передає дані шляхом зміни якого-небудь аспекту сигналу несучої хвилі (зазвичай синусоїди) у відповідь на сигнал даних. У разі цифрового QAM використовуються кілька дискретних значень фазового та множини дискретних значень амплітуди. Фазова маніпуляція (PSK) – це більш проста форма QAM, в якій амплітуда несучої постійна і зсувається тільки фаза.
У разі основи передачі QAM, несуча хвиля є сукупністю двох синусоїдальних хвиль з однаковою частотою, 90° по фазі один від одного (в квадратурі). Вони часто називаються «I» або синфазних складової, а також «Q» або квадратурної складової. Кожна хвиля компонента модулюється по амплітуді, тобто її амплітуда змінюється для представлення даних, які повинні бути перенесені до того, як вони будуть об’єднані разом.
Застосування
Напис decision boundaries на фото вище позначає межу поверхні (або “кордон прийняття рішень”, дослівно).
QAM (quadrature amplitude modulation) широко використовується в якості схеми модуляції для цифрових телекомунікаційних систем таких, як стандарти 802.11 Wi-Fi. Довільна висока спектральна ефективність може бути досягнута за допомогою QAM шляхом встановлення відповідного розміру сузір’я, обмеженого лише рівнем шуму і лінійністю каналу зв’язку.
Модуляція QAM використовується в системах з оптичним волокном по мірі збільшення швидкості передачі бітів. QAM16 і QAM64 можуть бути оптично земульовані з 3-канальним інтерферометром.
Цифрова техніка
В цифровий QAM кожна складова хвиля складається з вибірок постійної амплітуди, кожна з яких займає єдиний часовий інтервал, а амплітуда квантів, обмежується одним із кінцевого числа рівнів, що представляють одну чи кілька двійкових цифр (біт) цифровий біт. В аналоговій QAM амплітуда кожної складової синусоїдальної хвилі безперервно змінюється у часі аналоговим сигналом.
Фазову модуляція (аналоговий PM) і маніпуляцію (цифрова PSK) можна розглядати як окремий випадок QAM, де величина модулюючого сигналу є постійною, причому тільки фаза змінюється. Квадратурную модуляцію також можна розширити до частотної модуляції (FM) і маніпуляції (FSK), оскільки вони можуть розглядатися як її підвид.
Як і в багатьох схемах цифрової модуляції, діаграма сузір’я корисна для QAM. У QAM точки сузір’я зазвичай розташовані в квадратній сітці з рівним вертикальним і горизонтальним відстанню, хоча можливі й інші конфігурації (наприклад, Cross-QAM). Оскільки в цифровий телекомунікації дані зазвичай двійкові, кількість точок в сітці зазвичай становить 2 (2, 4, 8, …).
Оскільки QAM зазвичай є квадратним, деякі з них рідкісні – найбільш поширеними формами є 16-QAM, 64-QAM і 256-QAM. Переміщаючись в більш сузір’я більш високого порядку, можна передавати біт на символ. Однак, якщо середня енергія сузір’я залишається незмінною (шляхом проведення справедливого порівняння), точки повинні бути ближчими один до одного і, отже, більш сприйнятливі до шуму та іншої корупції.
Це призводить до більш високій частоті помилок в бітах, і тому QAM більш високого порядку може надавати більше даних менш надійно, ніж QAM більш низького порядку, для постійної середньої енергії сузір’я. Використання QAM більш високого порядку без збільшення швидкості бітових помилок вимагає більш високого відношення сигнал / шум (SNR) за рахунок збільшення енергії сигналу, зменшення шуму або того і іншого.
Технічні пристосування
Якщо потрібні швидкості передачі даних, що перевищують тарифи, пропоновані 8-PSK, більш звичайним є перехід в QAM, оскільки він досягає більшої відстані між сусідніми точками на площині I-Q, розподіляючи точки більш рівномірно. Ускладнює фактором є те, що точки більше не мають однакової амплітуди, і тому демодулятор повинен тепер правильно визначати як фазу, так і амплітуду, а не просто фазу.
Телебачення
64-QAM і 256-QAM часто використовуються в цифровому кабельному телебаченні і кабельних модемах. У Сполучених Штатах 64-QAM і 256-QAM є санкціонованими схемами модуляції для цифрового кабелю, які стандартизовані SCTE в стандартному ANSI / SCTE 07 2013. Зверніть увагу, що багато фахівців з маркетингу будуть посилатися на них як на QAM-64 QAM-256. Великобританії модуляція QAM-64 використовується для цифрового наземного телебачення (Freeview), а 256-QAM використовується для Freeview HD.
Системи зв’язку, призначені для досягнення дуже високих рівнів спектральної ефективності, зазвичай використовують дуже щільні частоти з цієї серії. Наприклад, у сучасних пристроях Ethernet Powerplug AV2 500-Mbit використовуються пристрої 1024-QAM і 4096-QAM, а також майбутні пристрої, що використовують стандарт ITU-T G. hn для підключення до існуючої домашньої проводці (коаксіальний кабель, телефонні лінії та лінії електропередач); 4096-QAM забезпечує 12 біт / символ.
Іншим прикладом є технологія ADSL для мідних витих пар, розмір сузір’я яких досягає 32768-QAM (в термінології ADSL це називається бітовою завантаженням або біт на тон, 32768-QAM еквівалентно 15 біт на тон).
Системи надвисокої пропускної здатності із зворотним зв’язком також використовують 1024-QAM. При використанні 1024-QAM, адаптивного кодування і модуляції (ACM) та XPIC, виробники можуть отримати гігабітну ємність в одному каналі з частотою 56 МГц.
В SDR-приймачі
Відомо, що кругова частота 8-QAM є оптимальною модуляцією 8-QAM в сенсі необхідності найменшою середньої потужності для даного мінімального евклідової відстані. Частота 16-QAM є субоптимальної, хоча оптимальна може бути створена за тим же принципами, що і 8-QAM. Ці частоти часто використовуються при налаштуванні SDR-приймача. Інші частоти можуть бути відтворені шляхом маніпуляцій з аналогічними (або схожими) частотами. Ці якості активно використовуються в сучасних СДР-приймачах і трансиверах, маршрутизаторах, роутерах.
