Vad är QAM - Quadrature Amplitude Modulation

Översikt, information och handledning om grunderna för vad som är QAM, Quadrature Amplitude Modulation, en form av modulering som används för radiokommunikationstillämpningar.

Quadrature Amplitude Modulation eller QAM är en form av modulering som ofta används för modulering av datasignaler på en bärare som används för radiokommunikation. Den används ofta eftersom det ger fördelar jämfört med andra former av datamodulering, såsom PSK, även om många former av datamodulering fungerar parallellt med varandra.

Quadrature Amplitude Modulation, är QAM en signal i vilken två bärvågor skiftad i fas med 90 grader moduleras och den resulterande utsignalen består av både amplitud- och fasvariationer. Med hänsyn till det faktum att både amplitud- och fasvariationer är närvarande kan det också betraktas som en blandning av amplitud- och fasmodulation.

En motivering för användningen av kvadraturamplitudmodulering kommer från det faktum att en rak amplitudmodulerad signal, det vill säga dubbelt sidband även med en undertryckt bärare upptar dubbla bandbredden för moduleringssignalen. Detta är mycket slösaktigt av det tillgängliga frekvensspektrumet. QAM återställer balansen genom att placera två oberoende dubbla sidband undertryckt bärarsignaler i samma spektrum som en vanlig dubbel sidband undertryckas bärsignalen.

Analog och digital QAM

Kvadraturamplitudmodulering, kan QAM existera i vad som kan kallas antingen analoga eller digitala format. De analoga versioner av QAM används typiskt för att tillåta flera analoga signaler kan ledas på en enda bärare. Till exempel den används i PAL och NTSC TV-system, där de olika kanaler som tillhandahålls av QAM gör det möjligt att bära komponenterna i chroma eller färginformation. I radiotillämpningar ett system som kallas C-QUAM används för AM stereo radio. Här de olika kanalerna gör det möjligt för två kanaler som krävs för stereo skall kunna bedrivas på ett enda medium.

Digitala format av QAM ofta kallad "kvantiserad QAM" och de blir allt vanligare för datakommunikation ofta inom radiokommunikationssystem. Radiokommunikationssystem som sträcker sig från mobilteknik som i fallet med LTE genom trådlösa system inklusive WiMAX och Wi-Fi 802.11 använder en rad olika former av QAM, och användningen av QAM kommer bara att öka inom området radiokommunikation.

Digital / kvantiserad QAM basics

Kvadraturamplitudmodulering är QAM, när det används för digital överföring av radiokommunikationstillämpningar kan bära högre datahastigheter än vanliga amplitudmodulerade system och fasmodulerade system. Som med fasskiftsmodulering, etc, är antalet punkter vid vilken signalen kan, vila dvs. antalet punkter på konstellationen anges i moduleringsformatet beskrivningen, t.ex. 16QAM använder en 16 punkters konstellation.

Vid användning av QAM är konstellationspunkterna normalt anordnade i ett kvadratiskt rutmönster med lika vertikala och horisontella avståndet och som ett resultat de vanligaste formerna av QAM använder en konstellation med det antal poäng som är lika med en potens av 2 dvs. 4, 16, 64 . . . .

Genom att använda högre ordningens moduleringsformat, det vill säga flera punkter på konstellationen, är det möjligt att sända fler bitar per symbol. Men poängen är närmare varandra och de är därför mer känsliga för buller och datafel.

Normalt är en QAM konstellation är fyrkantig och därför de vanligaste formerna av QAM 16QAM, 64QAM och 256QAM.

Fördelen med att flytta till de högre ordningens format är att det finns fler punkter inom konstellationen och därför är det möjligt att sända fler bitar per symbol. Nackdelen är att konstellationspunkter är närmare varandra och därför länken är mer känslig för brus. Som ett resultat, är högre ordningens versioner av QAM används endast när det finns en tillräckligt hög signal-brusförhållande.

För att ge ett exempel på hur QAM fungerar, konstellationen diagrammet nedan visar de värden som är förknippade med de olika stater för en 16QAM signal. Av detta kan man se att en kontinuerlig bitström kan grupperas i fyra och representeras som en sekvens.

 

Bitsekvens kartläggning för en 16QAM signal

Normalt lägsta ordningens QAM påträffas är 16QAM. Anledningen till detta är den lägsta ordningens normalt påträffas är att 2QAM är detsamma som binär fas-shift keying, BPSK, och 4QAM är samma som kvadraturfas-shift keying, QPSK.

Dessutom 8QAM inte används i stor utsträckning. Detta beror på att fel-hastighet prestanda 8QAM är nästan densamma som den för 16QAM - det handlar bara om 0.5 dB bättre och datahastigheten är endast tre fjärde den hos 16QAM. Detta beror på den rektangulära, i stället för fyrkantig form av konstellationen.

QAM och nackdelar

Även QAM verkar öka effektiviteten i sändning för radiokommunikationssystem genom att utnyttja både amplitud- och fasvariationer, den har ett antal nackdelar. Den första är att det är mer känslig för brus eftersom tillstånden är närmare varandra så att det krävs en lägre ljudnivå för att flytta signalen till en annan beslutspunkt. Mottagare för användning med fas- eller frekvensmodulering är båda kunna använda begränsande förstärkare som kan avlägsna eventuell amplitud- brus och därigenom förbättra brus beroendet. Detta är inte fallet med QAM.

Den andra begränsningen är också förknippat med amplituden komponenten i signalen. När en fas eller frekvensmodulerade signalen förstärks i en radiosändare, finns det inget behov att använda linjära förstärkare, medan vid användning av QAM som innehåller en amplitud-komponent måste lineariteten bibehållas. Tyvärr linjära förstärkare är mindre effektiva och drar mer ström, vilket gör dem mindre attraktiva för mobila applikationer.

QAM vs andra moduleringsformat

Eftersom det finns fördelar och nackdelar med att använda QAM är det nödvändigt att jämföra QAM med andra transportsätt innan beslut fattas om optimalt läge. Vissa radiokommunikationssystem ändras dynamiskt moduleringsschemat beroende av länk villkor och krav - signalnivå, buller, datahastighet som krävs, etc.

I tabellen nedan jämförs olika former av modulering:

Sammanfattning av olika typer av modulering med datakapacitet
Modulationsbit per symbol Felmarginal Komplexitet
OOK 1 1/2 0.5 Låg
BPSK 1 1 1 Medium
QPSK 2 1 / √2 0.71 Medium
16 QAM 4 √2 / 6 0.23 Hög

64QAM 6 √2 / 14 0.1 Hög

Typiskt har man funnit att om datahastigheter utöver dem som kan uppnås med användning 8-PSK krävs, är det mer vanligt att använda kvadraturamplitudmodulering. Detta beror på att den har ett större avstånd mellan närliggande punkter i I - Q-planet och detta förbättrar dess brusimmunitet. Som ett resultat kan den uppnå samma datahastighet vid en lägre signalnivå.

Men poängen inte längre samma amplitud. Detta innebär att demodulatorn måste detektera både fas och amplitud. Även det faktum att amplituden varierar innebär att en linjär förstärkare si erfordras för att förstärka signalen.

Lämna ett meddelande 

meddelande~~POS=TRUNC