Worauf bezieht sich die Quadratur-Amplituden-Modulation (QAM)?

Quadrature Amplitude Modulation (QAM) ist der Name einer Reihe von digitalen Modulationsverfahren und verwandten analogen Modulationsverfahren, die in der modernen Telekommunikation weit verbreitet zur Übertragung von Informationen verwendet werden. Es verwendet das digitale Modulationsschema Amplitude Shift Keying (ASK) oder das analoge Modulationsschema Amplitude Modulation (AM), um zwei analoge Nachrichtensignale oder zwei digitale Bitströme durch Ändern (Modulieren) der Amplitude von zwei Trägern zu übertragen. Zwei Träger derselben Frequenz sind zueinander um 90° phasenverschoben. Diese Bedingung wird Quadratur genannt. Das Sendesignal wird durch Addition zweier Trägerwellen erzeugt, hat eine gewisse Amplitude, die sich aus der Summe beider Signale ergibt, und eine Phase, die wiederum von der Summe der Signale abhängt. Diese Methode hilft, die effektive Bandbreite zu verdoppeln. QAM wird auch mit Puls-AM (PAM) in digitalen Systemen wie drahtlosen Anwendungen verwendet.

Wird die Amplitude eines der Signale angepasst, so beeinflusst dies sowohl die Phase als auch die Amplitude des Gesamtsignals, wobei die Phase zu der des Signals mit dem höheren Amplitudenanteil tendiert. Beim Empfänger können die beiden Wellen aufgrund ihrer Orthogonalität kohärent getrennt (demoduliert) werden. Ein weiteres Schlüsselmerkmal ist, dass die Modulation im Vergleich zur Trägerfrequenz eine Wellenform mit niedriger Frequenz/niedriger Bandbreite ist. Dies wird als Schmalbandannahme bezeichnet.Phasenmodulation (analoges PM) und Phasenumtastung (digitales PSK) können als Spezialfall von QAM angesehen werden, bei dem die Amplitude des übertragenen Signals konstant ist, sich jedoch seine Phase ändert. Dies lässt sich auch auf Frequenzmodulation (FM) und Frequenzumtastung (FSK) erweitern, da sie als Sonderfälle der Phasenmodulation angesehen werden können.

Jetzt, da wir wissen, dass digitale Nachrichten auf den RF-Träger moduliert werden können, QPSK und BPSK.Warum könnten wir dann nicht kombinieren, um mehr digitale Informationen in der Sinuswelle zu erhalten?Daher kommt QAM, die Abkürzung für QPSK & AM. Theoretisch kann QAM mit einer kleineren Phasenverschiebung moduliert werden. Es gibt mehr als zwei mögliche Amplituden, um jede Sinuswelle mit mehr Informationen zu füllen. Normalerweise ist die Anwendung auf das Kabel beschränkt, da dort das Rauschen stark gedämpft wurde. Grundsätzlich ermöglicht QAM analogen Signalen die effektive Übertragung digitaler Informationen. Es bietet auch den Betreibern die Möglichkeit, mehr Bits im gleichen Zeitraum zu übertragen, wodurch die Bandbreite effektiv erhöht wird.

Was sind die Vor- und Nachteile der Verwendung von QAM?

Die effiziente Nutzung der Bandbreite ist der Hauptvorteil von QAM-Modulationsabweichungen. Dies liegt daran, dass QAM eine größere Anzahl von Bits pro Träger symbolisiert. Zum Beispiel bildet 256-QAM 8 Bits pro Träger ab und 16-QAM bildet 4 Bits pro Träger ab. Nachteile sind, dass der QAM-Modulationsprozess das Rauschen stärker anspricht. Dies liegt daran, dass die Übertragungszustände sehr nahe beieinander liegen und einen geringeren Rauschpegel erfordern um das Signal von einem Punkt zum anderen zu verschieben.

Die Quadraturamplitudenmodulation kann mit einer Vielzahl von verschiedenen Formaten verwendet werden:

8QAM, 16QAM, 64QAM, 128QAM, 256QAM

Grundkenntnisse des QAM-Modulators

Der QAM-Modulator folgt im Wesentlichen der Idee, die aus der grundlegenden QAM-Theorie ersichtlich ist, wo zwei Trägersignale vorliegen und die Phasenverschiebung zwischen ihnen 90° beträgt. Sie werden dann mit zwei Datenströmen amplitudenmoduliert, die als I- oder In-Phase- und Q- oder Quadratur-Datenströme bezeichnet werden. Diese werden im Bereich der Basisbandverarbeitung erzeugt. Ein QAM-Modulator arbeitet wie ein Übersetzer und hilft dabei, digitale Pakete in ein analoges Signal zu übersetzen, um Daten nahtlos zu übertragen.

Die beiden synthetisierten Signale werden addiert und dann nach Bedarf in der HF-Signalkette verarbeitet. Sie werden in der Regel frequenzmäßig auf die gewünschte Endfrequenz umgesetzt und bei Bedarf verstärkt.

Es ist erwähnenswert, dass jeder HF-Verstärker linear sein muss, wenn sich die Signalamplitude ändert, um die Signalintegrität aufrechtzuerhalten. Jede Nichtlinearität ändert den relativen Pegel des Signals und ändert die Phasendifferenz, wodurch das Signal verzerrt und die Möglichkeit von Datenfehlern eingeführt wird.

Grundlagen des QAM-Demodulators

Der QAM-Demodulator ist das Gegenteil des QAM-Modulators. Die Signale gelangen in das System, werden gesplittet und auf jeder Seite einem Mischer zugeführt. An eine Hälfte wird der phasengleiche lokale Oszillator angelegt und an die andere Hälfte wird das Quadraturoszillatorsignal angelegt.

Der Basismodulator geht davon aus, dass die beiden Quadratursignale genau in Quadratur bleiben.Eine weitere Anforderung besteht darin, ein Lokaloszillatorsignal für die Demodulation abzuleiten, das genau auf der erforderlichen Frequenz für das Signal liegt. Jeder Frequenzversatz ist eine Änderung der Phase des Lokaloszillatorsignals in Bezug auf die zwei doppelseitenbandunterdrückten Trägerbestandteile des Gesamtsignals.

Das System enthält Schaltungen zur Trägerrückgewinnung, normalerweise Phasenregelschleifen - einige haben sogar innere und äußere Schleifen. Es ist wichtig, die Phase des Trägers wiederherzustellen, da sonst die Bitfehlerrate der Daten beeinflusst wird.

Die oben gezeigte Schaltung zeigt gemeinsame IQ-QAM-Modulator- und -Demodulatorschaltungen, die in einer großen Anzahl unterschiedlicher Gebiete verwendet werden. Diese Schaltungen bestehen nicht nur aus diskreten Komponenten, sondern werden häufiger in integrierten Schaltungen verwendet, die eine große Anzahl von Funktionen bereitstellen können.

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