QAM-modulatie verzendt twee analoge berichtsignalen of twee digitale bitstreams door de amplitudes van twee draaggolven te variëren (moduleren) met behulp van een ASK of analoog AM digitaal modulatieschema.
Werkingsprincipe
Twee draaggolven van dezelfde frequentie, meestal sinusoïden, zijn 90° uit fase met elkaar en worden daarom kwadratuurdragers of kwadratuurcomponenten genoemd - vandaar de naam van het circuit. De gemoduleerde golven worden opgeteld en de uiteindelijke golfvorm is een combinatie van zowel phase shift keying (PSK) als amplitude shift keying (ASK), of in het analoge geval fasemodulatie (PM) en amplitudemodulatie.
Zoals alle modulatieschema's, verzendt QAM gegevens door een bepaald aspect van het draaggolfsignaal (meestal een sinusgolf) te veranderen als reactie op het gegevenssignaal. In het geval van digitale QAM worden monsters met meerdere fasen en meerdere amplitudes gebruikt. Phase shift keying (PSK) is een eenvoudigere vorm van QAM waarbij de draaggolfamplitude constant is en alleen de faseverschuivingen.
In geval van warpQAM-transmissie, een draaggolf is een verzameling van twee sinusgolven van dezelfde frequentie, 90 ° in fase van elkaar (in kwadratuur). Deze worden vaak de "I"- of in-fasecomponent genoemd, evenals de "Q"- of kwadratuurcomponent. Elke componentgolf is amplitudegemoduleerd, wat betekent dat de amplitude ervan wordt gewijzigd om de gegevens weer te geven die moeten worden overgedragen voordat ze kunnen worden gecombineerd.
Toepassing
De inscriptie beslissingsgrenzen in de foto hierboven geeft de grens van het oppervlak aan (of "beslissingsgrens", letterlijk).
QAM (kwadratuuramplitudemodulatie) wordt veel gebruikt als modulatieschema voor digitale telecommunicatiesystemen zoals 802.11 Wi-Fi-standaarden. Een willekeurig hoge spectrale efficiëntie kan worden bereikt met QAM door een geschikte constellatiegrootte in te stellen, alleen beperkt door het ruisniveau en de linklineariteit.
QAM-modulatie wordt gebruikt in optische vezelsystemen naarmate de bitsnelheid toeneemt. QAM16 en QAM64 kunnen optisch worden geëmuleerd met een 3-kanaals interferometer.
Digitale technologie
In digitale QAM bestaat elke componentgolf uit monsters met constante amplitude, die elk een enkel tijdsinterval in beslag nemen, en de amplitude wordt gekwantiseerd, beperkt tot een van een eindig aantal niveaus die een of meer binaire cijfers (bits) van een digitaal stukje. In analoge QAM verandert de amplitude van elke component van een sinusgolf continuop tijd met een analoog signaal.
Fasemodulatie (analoge PM) en keying (digitale PSK) kunnen worden beschouwd als een speciaal geval van QAM, waarbij de grootte van het modulerende signaal constant is, waarbij alleen de fase verandert. Kwadratuurmodulatie kan ook worden uitgebreid tot frequentiemodulatie (FM) en keying (FSK), omdat ze als ondersoorten ervan kunnen worden beschouwd.
Zoals bij veel digitale modulatieschema's, is het constellatiediagram nuttig voor QAM. In QAM zijn constellatiepunten meestal gerangschikt in een vierkant raster met gelijke verticale en horizontale afstand, hoewel andere configuraties (bijv. Cross-QAM) mogelijk zijn. Aangezien gegevens in digitale telecommunicatie meestal binair zijn, is het aantal punten in een raster meestal 2 (2, 4, 8, …).
Omdat QAM meestal vierkant is, zijn sommige zeldzaam - de meest voorkomende vormen zijn 16-QAM, 64-QAM en 256-QAM. Door naar een hogere orde constellatie te gaan, kunnen meer bits per symbool worden verzonden. Als de gemiddelde energie van de constellatie echter hetzelfde blijft (door een eerlijke vergelijking te maken), zouden de punten dichter bij elkaar moeten liggen en daarom vatbaarder voor ruis en andere corruptie.
Dit resulteert in een hogere bitfoutfrequentie en daarom kan een QAM van hogere orde meer gegevens minder betrouwbaar leveren dan een QAM van lagere orde voor een constante gemiddelde constellatie-energie. Het gebruik van QAM van hogere orde zonder de bitfoutfrequentie te verhogen, vereist hogeresignaal-ruisverhouding (SNR) door de signaalenergie te verhogen, ruis te verminderen of beide.
Technische hulpmiddelen
Als datasnelheden nodig zijn die hoger zijn dan die van 8-PSK, is het gebruikelijker om naar QAM te gaan omdat hierdoor een grotere afstand tussen aangrenzende punten in het I-Q-vlak wordt bereikt, waardoor de punten gelijkmatiger worden verdeeld. Een complicerende factor is dat de punten niet langer dezelfde amplitude hebben, en dus moet de demodulator nu zowel fase als amplitude correct detecteren, in plaats van alleen fase.
Televisie
64-QAM en 256-QAM worden vaak gebruikt in digitale kabel-tv en kabelmodems. In de Verenigde Staten zijn 64-QAM en 256-QAM geautoriseerde digitale kabelmodulatieschema's die zijn gestandaardiseerd door SCTE in de norm ANSI/SCTE 07 2013. Merk op dat veel marketeers ernaar zullen verwijzen als QAM-64 en QAM-256. UK modulatie QAM-64 wordt gebruikt voor digitale terrestrische TV (Freeview) en 256-QAM wordt gebruikt voor Freeview-HD.
Communicatiesystemen die zijn ontworpen om zeer hoge spectrale efficiëntie te bereiken, gebruiken doorgaans zeer dichte frequenties in deze serie. Huidige Powerplug AV2 500-Mbit Ethernet-apparaten gebruiken bijvoorbeeld 1024-QAM- en 4096-QAM-apparaten, evenals toekomstige apparaten die de ITU-T G.hn-standaard gebruiken om verbinding te maken met bestaande huisbedrading.(coaxkabel, telefoonlijnen en hoogspanningslijnen); 4096-QAM levert 12 bits/symbool.
Een ander voorbeeld is ADSL-technologie voor twisted-pair koper, waarvan de constellatiegrootte 32768-QAM bereikt (in ADSL-terminologie wordt dit bit-loading of bits per tone genoemd, 32768-QAM komt overeen met 15 bits per tone).
Gesloten-lussystemen met ultrahoge bandbreedte gebruiken ook 1024-QAM. Door gebruik te maken van 1024-QAM, adaptieve codering en modulatie (ACM) en XPIC, kunnen fabrikanten gigabitcapaciteit bereiken in een enkel 56 MHz-kanaal.
In SDR-ontvanger
Het is bekend dat de 8-QAM circulaire frequentie de optimale 8-QAM modulatie is in de zin dat het laagste gemiddelde vermogen nodig is voor een gegeven minimale Euclidische afstand. De 16-QAM-frequentie is suboptimaal, hoewel een optimale kan worden gecreëerd langs dezelfde lijnen als 8-QAM. Deze frequenties worden vaak gebruikt bij het afstemmen van een SDR-ontvanger. Andere frequenties kunnen opnieuw worden gecreëerd door vergelijkbare (of vergelijkbare) frequenties te manipuleren. Deze kwaliteiten worden actief gebruikt in moderne SDR-ontvangers en transceivers, routers, routers.
