Was ist QAM - Quadrature Amplitude Modulation

Übersicht, Informationen und Tutorial über die Grundlagen dessen, was QAM Quadratur-Amplitudenmodulation, eine Form der Modulation für Funkanwendungen eingesetzt.

Quadrature Amplitude Modulation oder QAM ist eine Form der Modulation, die weithin zum Modulieren von Datensignalen auf einen Träger für die Funkkommunikation verwendet wird. Es ist weit verbreitet, da sie Vorteile gegenüber anderen Formen der Datenmodulation wie PSK, obwohl viele Formen von Datenmodulation arbeiten nebeneinander.

Quadrature Amplitude Modulation, QAM ein Signal, in dem zwei Träger in der Phase um 90 Grad moduliert, und das resultierende Ausgangssignal aus den beiden Amplituden- und Phasenänderungen. Angesichts der Tatsache, dass sowohl Amplituden- und Phasenvariationen vorhanden sind kann es auch als eine Mischung von Amplituden- und Phasenmodulation betrachtet werden.

Eine Motivation für die Verwendung von Quadraturamplitudenmodulation kommt von der Tatsache, dass eine gerade amplitudenmodulierten Signals, dh Zweiseitenband noch mit einem unterdrückten Träger nimmt die doppelte Bandbreite des Modulationssignals. Dies ist sehr verschwenderisch des verfügbaren Frequenzspektrums. QAM stellt das Gleichgewicht, indem zwei unabhängige Doppel-Seitenband unterdrückt Trägersignale in der gleichen Spektrum wie eine gewöhnliche Zweiseitenband-Trägersignal unterdrückt.

Analoge und digitale QAM

Quadratur-Amplitudenmodulation, QAM, was entweder analogen oder digitalen Formaten bezeichnen existieren. Die analogen Versionen der QAM werden typischerweise verwendet, um mehreren analogen Signale auf einem einzigen Träger getragen werden. Zum Beispiel ist es in PAL- und NTSC-Fernsehsystemen, bei denen die verschiedenen Kanäle durch QAM vorgesehen ermöglichen es, die Komponenten der Chrominanz oder Farbinformationen tragen, verwendet wird. In Funkanwendungen ist für AM-Stereo-Radio ein System, wie C-QUAM bekannt ist. Hier werden die verschiedenen Kanäle zu ermöglichen, die zwei Kanäle für die Stereo bringt, auf dem einzigen Träger durchgeführt werden.

Digitale Formate der QAM werden oft als "quantisiert QAM" bezeichnet, und sie werden zunehmend für die Datenkommunikation häufig in Funkkommunikationssystemen verwendet werden. Funk-Kommunikationssysteme, die von Mobilfunktechnologie, wie im Fall von LTE durch Funksysteme einschließlich WiMAX und Wi-Fi 802.11 verwenden eine Vielzahl von Formen der QAM, und die Verwendung von QAM werden nur auf dem Gebiet der Funkkommunikation zu erhöhen.

Digital / quantisiert QAM Grundlagen

Quadratur-Amplitudenmodulation, QAM, als für die digitale Übertragung von Funk-Kommunikationsanwendungen verwendet werden, um höhere Datenraten als herkömmliche amplitudenmodulierten Systemen und phasenmodulierte Systeme tragen. Wie mit Phasenumtastung, etc, wird die Anzahl der Punkte, an denen das Signal ruhen, dh die Anzahl der Punkte auf der Konstellation im Modulationsformat Beschreibung angegeben, zB 16QAM verwendet eine 16 Punktkonstellation.

Bei Verwendung von QAM, die Konstellationspunkte sind in der Regel in einem quadratischen Raster mit gleichen vertikalen und horizontalen Abstand angeordnet sind und als ein Ergebnis die häufigsten Formen von QAM verwenden eine Konstellation mit der Anzahl von Punkten gleich einer Potenz von 2 dh 4, 16, 64 . . . .

Durch Verwendung höherer Ordnung Modulationsformate, dh mehr Punkte der Konstellation ist es möglich, mehr Bits pro Symbol zu übertragen. Jedoch sind die Punkte näher beieinander und sind daher anfälliger für Rauschen und Datenfehler.

Normalerweise wird ein QAM-Konstellation ist quadratisch und daher sind die häufigsten Formen der QAM 16QAM, 64QAM und 256QAM.

Der Vorteil beim Übergang auf die höhere Ordnung Formaten ist, dass es mehrere Punkte innerhalb der Konstellation und daher ist es möglich, mehr Bits pro Symbol zu übertragen. Der Nachteil ist, daß die Konstellationspunkte näher zusammen sind und somit die Verbindung ist anfälliger für Rauschen. Als Ergebnis werden höhere Ordnung Versionen QAM nur verwendet, wenn es ein ausreichend hohes Signal-Rausch-Verhältnis.

Um ein Beispiel, wie QAM betreibt bereitzustellen, das Konstellationsdiagramm unten zeigt die Werte mit den verschiedenen Staaten für eine 16QAM Signal zugeordnet. Daraus ist ersichtlich, dass ein kontinuierlicher Bitstrom zu Vieren gruppiert und als eine Sequenz wiedergegeben werden.

 

Bit-Sequenz-Mapping für einen 16QAM Signal

Normalerweise ist die niedrigste Ordnung QAM angetroffen wird, ist 16QAM. Der Grund dafür ist die niedrigste um normalerweise anzutreffen ist, dass 2QAM ist die gleiche wie binäre Phasenumtastung, BPSK und 4QAM ist die gleiche wie Quadratur-Phase-Shift-Keying, QPSK.

Zusätzlich 8QAM wird nicht häufig verwendet. Dies liegt daran, Fehlerratenleistung 8QAM ist fast die gleiche wie die der 16QAM - sie ist nur etwa 0.5 dB besser und der Datenrate nur zu drei Vierteln die des 16QAM. Dies ergibt sich aus der rechtwinkligen, statt quadratische Form der Konstellation.

QAM Vor- und Nachteile

Obwohl QAM scheint die Effizienz der Übertragung von Funk-Kommunikationssystemen durch die Verwendung sowohl Amplituden- und Phasenschwankungen zu erhöhen, hat es eine Reihe von Nachteilen. Der erste ist, dass es anfälliger für Rauschen, da die Zustände näher zusammen sind, so daß ein niedriger Geräuschpegel erforderlich ist, um das Signal zu einem anderen Entscheidungspunkt zu bewegen. Empfänger zur Verwendung mit Phasen- oder Frequenzmodulation können beide Begrenzungsverstärker, die in der Lage, eine beliebige Amplitudenrauschen zu entfernen und dadurch die Verbesserung der Rausch Vertrauen zu verwenden sind. Dies ist nicht der Fall bei QAM.

Die zweite Begrenzung ist auch mit der Amplitudenkomponente des Signals zugeordnet ist. Wenn eine Phase oder Frequenz modulierten Signals in einem Funksender verstärkt, gibt es keine Notwendigkeit, lineare Verstärker zu verwenden, während bei der Verwendung von QAM, das eine Amplitudenkomponente enthält, die Linearität beibehalten werden muss. Leider Linearverstärker sind weniger effizient und verbrauchen mehr Energie, und das macht sie für mobile Anwendungen weniger attraktiv.

QAM vs andere Modulationsformate

Da gibt es Vor- und Nachteile der Verwendung von QAM ist es notwendig, QAM mit anderen Verkehrsträgern, bevor sie eine Entscheidung über den optimalen Modus zu vergleichen. Signalpegel, Rauschen, erforderliche Datenrate, etc. - Einige Funk-Kommunikationssysteme dynamisch das Modulationsschema abhängig von den Verbindungsbedingungen und Anforderungen ändern

Die nachstehende Tabelle vergleicht verschiedene Modulationsformen:

Zusammenfassung der Modulationsarten mit Datenkapazitäten
Modulationsbits pro Symbol Fehlergrenze Komplexität
OOK 1 1/2 0.5 Niedrig
BPSK 1 1 1 Medium
QPSK 2 1 / √2 0.71 Medium
16 QAM 4 √2 / 6 0.23 hoch

64QAM 6 √2 / 14 0.1 Hoch

Typischerweise wird gefunden, daß wenn die Datenraten, die über die mit 8-PSK erreicht werden kann benötigt werden, ist es üblich, Quadraturamplitudenmodulation zu verwenden. Dies ist, weil es einen größeren Abstand zwischen benachbarten Punkten in der I hat - Q-Ebene, und diese seine Störsicherheit erhöht. Als Ergebnis kann es die gleiche Datenrate zu einem niedrigeren Signalpegel zu erreichen.

Jedoch sind die Punkte nicht mehr die gleiche Amplitude. Das heißt, der Demodulator ist sowohl Phase und Amplitude erfassen. Auch die Tatsache, dass die Amplitude variiert bedeutet, daß ein linearer Verstärker si erforderlich, um das Signal zu verstärken.

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