Die Quadraturamplitudenmodulation kann mit einer Vielzahl verschiedener Formate verwendet werden: 8QAM, 16QAM, 64QAM, 128QAM, 256QAM, es gibt jedoch Leistungsunterschiede und Kompromisse

QAM, Quadraturamplitudenmodulation bietet einige signifikante Vorteile für die Datenübertragung. Wenn 16QAM zu 64QAM, 64QAM zu 256 QAM usw. übergeht, können höhere Datenraten erzielt werden, jedoch auf Kosten der Rauschmarge.

Viele Datenübertragungssysteme migrieren abhängig von den Verbindungsbedingungen zwischen den verschiedenen Ordnungen von QAM, 16QAM, 32QAM usw. Wenn es eine gute Marge gibt, können höhere QAM-Ordnungen verwendet werden, um eine schnellere Datenrate zu erzielen. Wenn sich die Verbindung jedoch verschlechtert, werden niedrigere Ordnungen verwendet, um die Rauschmarge zu erhalten und sicherzustellen, dass eine niedrige Bitfehlerrate erhalten bleibt.

Mit zunehmender QAM-Reihenfolge nimmt der Abstand zwischen den verschiedenen Punkten im Konstellationsdiagramm ab und es besteht eine höhere Wahrscheinlichkeit, dass Datenfehler auftreten. Um die QAM-Formate höherer Ordnung zu verwenden, muss die Verbindung ein sehr gutes Eb / No aufweisen, da sonst Datenfehler vorliegen. Wenn sich das Eb / No verschlechtert, muss der Leistungspegel erhöht oder die QAM-Reihenfolge verringert werden, wenn der Bitfehler auftritt Rate ist zu erhalten.

Dementsprechend muss ein Gleichgewicht zwischen der Datenrate und der QAM-Modulationsreihenfolge, der Leistung und der akzeptablen Bitfehlerrate hergestellt werden. Es kann zwar eine weitere Fehlerkorrektur eingeführt werden, um eine Verschlechterung der Verbindungsqualität zu verringern, dies verringert jedoch auch den Datendurchsatz.

Bit-Sequenz-Mapping für einen 16QAM Signal

QAM-Formate und -Anwendungen

QAM ist in vielen Funkkommunikation und Datenbereitstellung Anwendungen. Jedoch einige spezielle Varianten der QAM werden in einigen spezifischen Anwendungen und Standards verwendet.

Es ist ein Gleichgewicht zwischen Datendurchsatz und Signal-Rausch-Verhältnis erforderlich. Wenn die Reihenfolge des QAM-Signals erhöht wird, dh von 16QAM auf 64QAM usw. übergeht, steigt der unter idealen Bedingungen erreichbare Datendurchsatz. Der Nachteil ist jedoch, dass ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis erforderlich ist, um dies zu erreichen.

Bei einigen Systemen ist die Reihenfolge des Modulationsformats festgelegt, bei anderen, bei denen eine bidirektionale Verbindung besteht, ist es möglich, die Reihenfolge der Modulation anzupassen, um den besten Durchsatz für die gegebenen Verbindungsbedingungen zu erhalten. Der Grad der Fehlerkorrektur wird ebenfalls geändert. Auf diese Weise kann durch Ändern der Modulationsreihenfolge und der Fehlerkorrektur die Datengeschwindigkeit optimiert werden, während die erforderliche Fehlerrate beibehalten wird.

Für inländische Rundfunkanwendungen werden beispielsweise häufig 64 QAM und 256 QAM in digitalen Kabelfernseh- und Kabelmodemanwendungen verwendet. Die Reihenfolge der QAM-Modulation muss am Sender eingestellt werden, da die Übertragung nur in eine Richtung erfolgt und zusätzlich Tausende von Empfängern vorhanden sind, was eine dynamisch adaptive Form der Modulation unmöglich macht.

In Großbritannien werden derzeit 16 QAM und 64 QAM für digitales terrestrisches Fernsehen mit DVB - Digital Video Broadcasting verwendet. In den USA sind 64 QAM und 256 QAM die vorgeschriebenen Modulationsschemata für digitale Kabel, wie sie vom SCTE im Standard ANSI / SCTE 07 2000 standardisiert wurden.

Für die vielen Formen der drahtlosen und zellularen Technologie ist es möglich, die Reihenfolge der QAM-Modulation und der Fehlerkorrektur entsprechend den Verbindungsbedingungen zwischen den beiden Enden dynamisch zu ändern.

Mit steigenden Datenraten und steigenden Anforderungen an die Spektrumseffizienz steigt auch die Komplexität der Verbindungsanpassungstechnologie. Datenkanäle werden auf dem Mobilfunksignal übertragen, um eine schnelle Anpassung der Verbindung an die vorherrschende Verbindungsqualität zu ermöglichen und den optimalen Datendurchsatz, den Ausgleich der Sendeleistung, die QAM-Reihenfolge und die Vorwärtsfehlerkorrektur usw. sicherzustellen.

Konstellationsdiagramme für QAM
Die Konstellationsdiagramme zeigen die verschiedenen Positionen für die Staaten in verschiedenen Formen der QAM Quadratur-Amplitudenmodulation. Da die Reihenfolge der Modulations zunimmt, nimmt auch die Anzahl der Punkte auf dem QAM-Konstellationsdiagramm.

Die folgenden Grafiken zeigen Konstellationsdiagramme für eine Vielzahl von Formaten der Modulation:

16QAM-Konstellation

32QAM-Konstellation

64QAM-Konstellation

Aus diesen wenigen QAM-Konstellationsdiagrammen ist ersichtlich, dass mit zunehmender Modulationsreihenfolge der Abstand zwischen den Punkten auf der Konstellation abnimmt. Dementsprechend können kleine Geräuschmengen größere Probleme verursachen.

Wenn der Rauschpegel aufgrund geringer Signalstärken zunimmt, nimmt auch die Fläche zu, die von einem Punkt auf der Konstellation abgedeckt wird. Wenn es zu groß wird, kann der Empfänger nicht bestimmen, an welcher Position in der Konstellation das übertragene Signal sein sollte, und dies führt zu Fehlern.

Es wird auch gefunden, dass je höher die Modulationsordnung für das QAM-Signal ist, desto größer ist das Ausmaß der Amplitudenänderung, die auf dem übertragenen Signal vorhanden ist. Für Sender-HF-Verstärker für alles von Wi-Fi bis Mobilfunk und mehr bedeutet dies, dass lineare Verstärker erforderlich sind. Da lineare Verstärker weniger effizient sind als solche, die in Sättigung betrieben werden können, sind möglicherweise Techniken wie Doherty-Verstärker und Hüllkurvenverfolgung erforderlich.

Auch wenn die Amplitudenänderung zunimmt, sinkt der Wirkungsgrad. Dies ist sehr wichtig für die Batterieeffizienz mobiler Geräte und die Energieeffizienz der Basisstation.

QAM Bit pro Symbol
Der Vorteil der Verwendung von QAM ist, dass es eine höhere Ordnung Modulationsform und als Ergebnis ist es, um mehr Bits pro Symbol tragen kann. Indem eine höhere Auftragsformat von QAM, kann die Datenrate einer Verbindung erhöht werden kann.

Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die Bit-Raten der verschiedenen Formen von QAM und PSK.

Bitmapping für ein 16QAM-Signal

VERGLEICH VON QAM-FORMATEN UND BIT-PREISEN

MODULATION BITS PRO SYMBOL SYMBOLRATE

* BPSK 1 1 x Bitrate

* QPSK 2 1/2 Bitrate

* 8PSK 3 1/3 Bitrate

* 16QAM 4 1/4 Bitrate

* 32QAM 5 1/5 Bitrate

* 64QAM 6 1/6 Bitrate

Das Leistungsspektrum und die Bandbreiteneffizienz der QAM-Modulation sind identisch mit der M-ary-PSK-Modulation, mit anderen Worten, für die Phasenumtastung gleicher Ordnung sind die Leistungsspektrum- und Bandbreiteneffizienzniveaus genau gleich, unabhängig davon, ob Quadraturamplitudenmodulation oder Phasenumtastung verwendet werden .

QAM-Rauschabstand
Während höherer Ordnung Modulationsraten sind in der Lage, viel schneller Datenraten und höhere spektrale Effizienz für das Funk-Kommunikationssystem bieten, kommt zu einem Preis. Die höherwertigen Modulationsverfahren sind deutlich weniger anfällig für Rauschen und Störungen.

Als Folge davon sind viele Funkkommunikationssysteme verwenden nun dynamische adaptive Modulationstechniken. Sie spüren die Kanalbedingungen und passen Sie das Modulationsschema, um die höchste Datenrate für den gegebenen Bedingungen zu erhalten. Als Signal-Rausch-Verhältnis zu verringern Fehler werden zusammen mit dem Anstieg Wieder sendet der Daten, wodurch eine Verlangsamung Durchsatz. Durch Rückgriff auf einer niedrigeren Ordnung Modulationsschema der Link kann zuverlässiger mit weniger Datenfehler und gemacht werden neu sendet.

QAM-FORMATE & LÄRMLEISTUNG
MODULATION B EB / NO FÜR BER = 1 IN 106
16QAM 2 10.5
64QAM 3 18.5
256QAM 4 24
1024QAM 5 28

Durch Auswahl der richtigen Reihenfolge der QAM-Modulation für eine bestimmte Situation und die Fähigkeit, diese dynamisch anzupassen, kann der optimale Durchsatz für die Verbindungsbedingungen für diesen Moment erzielt werden. Durch Verringern der Reihenfolge der QAM-Modulation können niedrigere Bitfehlerraten erreicht werden, und dies verringert den Umfang der erforderlichen Fehlerkorrektur. Auf diese Weise kann der Durchsatz für die vorherrschende Verbindungsqualität maximiert werden.

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