QAM modulacija prenaša dva analogna sporočilna signala ali dva digitalna bitna toka s spreminjanjem (moduliranjem) amplitud dveh nosilnih valov z uporabo ASK ali analogne AM digitalne modulacijske sheme.
Načelo dela
Dva nosilna vala enake frekvence, običajno sinusoidi, sta med seboj v razmaknjeni fazi za 90° in se zato imenujeta kvadraturni nosilci ali kvadraturne komponente – od tod tudi ime vezja. Modulirani valovi se seštejejo in končna valovna oblika je kombinacija faznega premikanja (PSK) in amplitudnega premikanja (ASK) ali v analognem primeru fazne modulacije (PM) in amplitudne modulacije.
Kot vse modulacijske sheme, QAM prenaša podatke tako, da spremeni nekatere vidike signala nosilnega vala (običajno sinusnega) kot odziv na podatkovni signal. V primeru digitalnega QAM se uporablja več faznih in več amplitudnih vzorcev. Phase shift keying (PSK) je preprostejša oblika QAM, pri kateri je amplituda nosilca konstantna in se premikajo samo fazni premiki.
V primeru deformacijeQAM prenos, nosilni val je skupek dveh sinusnih valov enake frekvence, 90° v fazi drug od drugega (v kvadraturi). Te se pogosto imenujejo "I" ali v fazni komponenti, pa tudi "Q" ali kvadraturna komponenta. Vsak komponentni val je amplitudno moduliran, kar pomeni, da se njegova amplituda spremeni tako, da predstavlja podatke, ki jih je treba prenesti, preden jih je mogoče združiti.
Prijava
Napis meje odločitve na zgornji fotografiji označuje mejo površine (ali "meja odločitve", dobesedno).
QAM (kvadraturna amplitudna modulacija) se pogosto uporablja kot modulacijska shema za digitalne telekomunikacijske sisteme, kot so standardi Wi-Fi 802.11. Poljubno visoko spektralno učinkovitost je mogoče doseči s QAM z nastavitvijo primerne velikosti konstelacije, omejene samo z nivojem hrupa in linearnostjo povezave.
QAM modulacija se uporablja v sistemih z optičnimi vlakni, ko se bitna hitrost povečuje. QAM16 in QAM64 je mogoče optično emulirati s 3-kanalnim interferometrom.
Digitalna tehnologija
V digitalnem QAM-u je vsak komponentni val sestavljen iz vzorcev konstantne amplitude, od katerih vsak zaseda en časovni interval, amplituda pa je kvantizirana, omejena na eno od končnega števila ravni, ki predstavlja eno ali več binarnih števk (bitov) digitalni bit. V analognem QAM-u se amplituda vsake komponente sinusnega vala nenehno spreminjapravočasno z analognim signalom.
Fazno modulacijo (analogni PM) in keying (digitalno PSK) lahko obravnavamo kot poseben primer QAM, kjer je velikost modulirnega signala konstantna, s spreminjanjem le faze. Kvadraturno modulacijo je mogoče razširiti tudi na frekvenčno modulacijo (FM) in keying (FSK), saj ju lahko štejemo za njeno podvrsto.
Tako kot pri mnogih digitalnih modulacijskih shemah je konstelacijski diagram uporaben za QAM. V QAM so konstelacijske točke običajno razporejene v kvadratno mrežo z enakim navpičnim in vodoravnim razmikom, čeprav so možne tudi druge konfiguracije (npr. Cross-QAM). Ker so podatki v digitalnih telekomunikacijah običajno binarni, je število točk v mreži običajno 2 (2, 4, 8, …).
Ker je QAM običajno kvadraten, so nekatere redke - najpogostejše oblike so 16-QAM, 64-QAM in 256-QAM. S premikanjem v konstelacijo višjega reda se lahko prenese več bitov na simbol. Če pa povprečna energija ozvezdja ostane enaka (s pošteno primerjavo), bi morale biti točke bližje skupaj in zato bolj dovzetne za hrup in druge poškodbe.
To ima za posledico višjo stopnjo bitnih napak in zato lahko QAM višjega reda zagotovi več podatkov manj zanesljivo kot QAM nižjega reda za konstantno povprečno energijo konstelacije. Uporaba QAM višjega reda brez povečanja stopnje bitnih napak zahteva višjorazmerje med signalom in šumom (SNR) s povečanjem energije signala, zmanjšanjem šuma ali obojem.
Tehnični pripomočki
Če so potrebne hitrosti prenosa podatkov, ki presegajo tiste, ki jih ponuja 8-PSK, je pogostejši prehod na QAM, saj doseže večjo razdaljo med sosednjimi točkami v ravnini I-Q, s čimer se točke enakomerneje porazdelijo. Zapleten dejavnik je, da točke nimajo več enake amplitude, zato mora demodulator zdaj pravilno zaznati tako fazo kot amplitudo, ne pa samo fazo.
televizija
64-QAM in 256-QAM se pogosto uporabljata v digitalni kabelski televiziji in kabelskih modemih. V Združenih državah sta 64-QAM in 256-QAM pooblaščeni digitalni kabelski modulacijski shemi, ki ju standardizira SCTE v standardu ANSI/SCTE 07 2013. Upoštevajte, da jih bodo mnogi tržniki imenovali QAM-64 in QAM-256. UK modulacija QAM-64 se uporablja za digitalno prizemno televizijo (Freeview), 256-QAM pa za Freeview-HD.
Komunikacijski sistemi, zasnovani za doseganje zelo visokih stopenj spektralne učinkovitosti, običajno uporabljajo zelo goste frekvence v tej seriji. Na primer, trenutne naprave Powerplug AV2 500-Mbit Ethernet uporabljajo naprave 1024-QAM in 4096-QAM, pa tudi prihodnje naprave, ki uporabljajo standard ITU-T G.hn za povezavo z obstoječimi domačimi napeljavami.(koaksialni kabel, telefonski vodi in električni vodi); 4096-QAM zagotavlja 12 bitov/simbol.
Drug primer je tehnologija ADSL za bakrene sukane parice, katere velikost konstelacije doseže 32768-QAM (v terminologiji ADSL se to imenuje bit-nalaganje ali bitov na ton, 32768-QAM je enakovreden 15 bitom na ton).
Sistemi z zaprto zanko z ultra visoko pasovno širino uporabljajo tudi 1024-QAM. Z uporabo 1024-QAM, prilagodljivega kodiranja in modulacije (ACM) in XPIC lahko proizvajalci dosežejo gigabitno zmogljivost v enem samem 56 MHz kanalu.
V sprejemniku SDR
Znano je, da je krožna frekvenca 8-QAM optimalna 8-QAM modulacija v smislu potrebe po najnižji povprečni moči za dano minimalno evklidsko razdaljo. Frekvenca 16-QAM je podoptimalna, čeprav je mogoče ustvariti optimalno na enak način kot 8-QAM. Te frekvence se pogosto uporabljajo pri nastavljanju sprejemnika SDR. Druge frekvence je mogoče ponovno ustvariti z manipulacijo podobnih (ali podobnih) frekvenc. Te lastnosti se aktivno uporabljajo v sodobnih SDR sprejemnikih in oddajnikih, usmerjevalnikih, usmerjevalnikih.
