QAM-modulaatio lähettää kaksi analogista viestisignaalia tai kaksi digitaalista bittivirtaa vaihtelemalla (moduloimalla) kahden kantoaallon amplitudeja käyttämällä ASK- tai analogista AM-digitaalista modulaatiomallia.
Toimintaperiaate
Kaksi saman taajuuden kantoa altoa, yleensä sinia altoja, ovat 90° eri vaiheissa keskenään ja niitä kutsutaan siten kvadratuurikantoa altoiksi tai kvadratuurikomponenteiksi – tästä johtuu piirin nimi. Moduloidut aallot summataan ja lopullinen a altomuoto on sekä vaihesiirtoavainnoinnin (PSK) että amplitudisiirtoavainnoinnin (ASK) yhdistelmä tai analogisessa tapauksessa vaihemodulaatio (PM) ja amplitudimodulaatio.
Kuten kaikki modulaatiomenetelmät, QAM lähettää dataa muuttamalla jotakin kantoa altosignaalin puolta (yleensä sinia altoa) vasteena datasignaalille. Digitaalisen QAM:n tapauksessa käytetään monivaihe- ja moniamplitudinäytteitä. Phase shift keying (PSK) on yksinkertaisempi QAM-muoto, jossa kantoaallon amplitudi on vakio ja vain vaihe siirtyy.
KääntyessäQAM-lähetys, kantoa alto on kokoelma kahdesta saman taajuuden siniaallosta, jotka ovat 90° vaiheessa toisistaan (kvadratuurissa). Näitä kutsutaan usein "I"- tai saman vaiheen komponentiksi sekä "Q"- tai kvadratuurikomponentiksi. Jokainen komponenttia alto on amplitudimoduloitu, mikä tarkoittaa, että sen amplitudi muutetaan edustamaan dataa, joka on siirrettävä, ennen kuin se voidaan yhdistää.
Hakemus
Yllä olevassa kuvassa oleva päätösraja osoittaa pinnan rajan (tai "päätösraja", kirjaimellisesti).
QAM (kvadratuuriamplitudimodulaatio) on laaj alti käytetty modulaatiomenetelmänä digitaalisissa tietoliikennejärjestelmissä, kuten 802.11 Wi-Fi-standardeissa. Mieliv altaisen korkea spektritehokkuus voidaan saavuttaa QAM:lla asettamalla sopiva konstellaatiokoko, jota rajoittavat vain kohinataso ja linkin lineaarisuus.
QAM-modulaatiota käytetään optisissa kuitujärjestelmissä bittinopeuden kasvaessa. QAM16 ja QAM64 voidaan emuloida optisesti 3-kanavaisella interferometrillä.
Digitaalitekniikka
Digitaalisessa QAM:ssa jokainen komponenttia alto koostuu vakioamplitudinäytteistä, joista jokainen on yhden aikavälin, ja amplitudi on kvantisoitu, ja se on rajoitettu yhteen rajallisesta määrästä tasoja, jotka edustavat yhtä tai useampaa binäärinumeroa (bittiä) digitaalinen bitti. Analogisessa QAM:ssa siniaallon kunkin komponentin amplitudi muuttuu jatkuvastiajoissa analogisen signaalin kanssa.
Vaihemodulaatiota (analoginen PM) ja avainnointia (digitaalinen PSK) voidaan pitää QAM:n erikoistapauksena, jossa moduloivan signaalin suuruus on vakio ja vain vaihe muuttuu. Kvadratuurimodulaatio voidaan laajentaa myös taajuusmodulaatioon (FM) ja avainnukseen (FSK), koska niitä voidaan pitää sen alalajeina.
Kuten monissa digitaalisissa modulaatiomenetelmissä, konstellaatiokaavio on hyödyllinen QAM:lle. QAM:ssa konstellaatiopisteet on yleensä järjestetty neliöruudukkoon, jossa on yhtä suuri pysty- ja vaakaväli, vaikka muutkin konfiguraatiot (esim. Cross-QAM) ovat mahdollisia. Koska digitaalisessa tietoliikenteessä data on yleensä binääristä, ruudukon pisteiden määrä on yleensä 2 (2, 4, 8, …).
Koska QAM on yleensä neliön muotoinen, jotkut ovat harvinaisia – yleisimmät muodot ovat 16-QAM, 64-QAM ja 256-QAM. Siirtymällä korkeamman asteen konstellaatioon voidaan lähettää enemmän bittejä per symboli. Kuitenkin, jos tähdistön keskimääräinen energia pysyy samana (reilu vertailu tekee), pisteiden tulisi olla lähempänä toisiaan ja siksi alttiimpia melulle ja muulle korruptiolle.
Tämä johtaa korkeampaan bittivirhesuhteeseen ja siksi korkeamman asteen QAM voi tarjota enemmän dataa vähemmän luotettavasti kuin alhaisemman kertaluvun QAM vakiokonstellaatioenergialla. Korkeamman asteen QAM:n käyttö lisäämättä bittivirhesuhdetta vaatii suurempaasignaali-kohinasuhde (SNR) lisäämällä signaalin energiaa, vähentämällä kohinaa tai molempia.
Tekniset apuvälineet
Jos vaaditaan 8-PSK:n tarjoamat tiedonsiirtonopeudet, on yleisempää siirtyä QAM:iin, koska se saavuttaa suuremman etäisyyden I-Q-tason vierekkäisten pisteiden välillä, jolloin pisteet jakautuvat tasaisemmin. Monimutkaisempi tekijä on se, että pisteillä ei ole enää samaa amplitudia, joten demodulaattorin on nyt tunnistettava oikein sekä vaihe että amplitudi, eikä vain vaihe.
Televisio
64-QAM ja 256-QAM käytetään usein digitaalisissa kaapelitelevisioissa ja kaapelimodeemeissa. Yhdysvalloissa 64-QAM ja 256-QAM ovat v altuutettuja digitaalisen kaapelin modulaatiojärjestelmiä, jotka SCTE on standardoinut standardissa ANSI/SCTE 07 2013. Huomaa, että monet markkinoijat kutsuvat niitä QAM-64:ksi ja QAM-256:ksi. UK-modulaatiota QAM-64 käytetään maanpäälliseen digitaaliseen televisioon (Freeview) ja 256-QAM:ää käytetään Freeview-HD:ssä.
Viestintäjärjestelmät, jotka on suunniteltu saavuttamaan erittäin korkea spektritehokkuus, käyttävät tyypillisesti erittäin tiheitä taajuuksia tässä sarjassa. Esimerkiksi nykyiset Powerplug AV2 500 Mbit Ethernet -laitteet käyttävät 1024-QAM- ja 4096-QAM-laitteita sekä tulevat laitteet, jotka käyttävät ITU-T G.hn -standardia olemassa oleviin kodin johtoihin.(koaksiaalikaapeli, puhelinlinjat ja voimalinjat); 4096-QAM tarjoaa 12 bittiä/symboli.
Toinen esimerkki on ADSL-tekniikka kierretylle parikuparille, jonka konstellaation koko saavuttaa 32768-QAM:n (ADSL-terminologiassa tätä kutsutaan bittien kuormitukseksi tai bittejä per sävel, 32768-QAM vastaa 15 bittiä ääntä kohti).
Erittäin suuren kaistanleveyden suljetun silmukan järjestelmät käyttävät myös 1024-QAM:ia. Käyttämällä 1024-QAM:a, adaptiivista koodausta ja modulaatiota (ACM) ja XPIC:tä valmistajat voivat saavuttaa gigabitin kapasiteetin yhdellä 56 MHz:n kanavalla.
SDR-vastaanottimessa
On tunnettua, että 8-QAM-ympyrätaajuus on optimaalinen 8-QAM-modulaatio siinä mielessä, että se tarvitsee pienimmän keskimääräisen tehon annetulle euklidiselle vähimmäisetäisyydelle. 16-QAM-taajuus ei ole optimaalinen, vaikka optimaalinen taajuus voidaan luoda samoilla linjoilla kuin 8-QAM. Näitä taajuuksia käytetään usein viritettäessä SDR-vastaanotinta. Muita taajuuksia voidaan luoda uudelleen manipuloimalla samanlaisia (tai samank altaisia) taajuuksia. Näitä ominaisuuksia käytetään aktiivisesti nykyaikaisissa SDR-vastaanottimissa ja lähetin-vastaanottimissa, reitittimissä ja reitittimissä.
