QAM-Modulation überträgt zwei analoge Nachrichtensignale oder zwei digitale Bitströme durch Variieren (Modulieren) der Amplituden von zwei Trägerwellen unter Verwendung eines ASK- oder analogen digitalen AM-Modulationsschemas.
Funktionsprinzip
Zwei Trägerwellen gleicher Frequenz, meist Sinuswellen, sind zueinander um 90° phasenverschoben und werden daher Quadraturträger oder Quadraturkomponenten genannt - daher der Name der Sch altung. Die modulierten Wellen werden summiert und die endgültige Wellenform ist eine Kombination aus Phasenumtastung (PSK) und Amplitudenumtastung (ASK) oder im analogen Fall aus Phasenmodulation (PM) und Amplitudenmodulation.
Wie alle Modulationsschemata überträgt QAM Daten, indem es einen Aspekt des Trägerwellensignals (normalerweise eine Sinuswelle) als Reaktion auf das Datensignal ändert. Im Fall von digitaler QAM werden mehrere Phasen- und mehrere Amplitudenabtastungen verwendet. Phase Shift Keying (PSK) ist eine einfachere Form von QAM, bei der die Trägeramplitude konstant ist und sich nur die Phase verschiebt.
Im Falle einer VerzerrungQAM-Übertragung, eine Trägerwelle ist eine Ansammlung von zwei Sinuswellen der gleichen Frequenz, die um 90° in Phase zueinander (in Quadratur) sind. Diese werden oft als "I"- oder In-Phase-Komponente sowie als "Q"- oder Quadratur-Komponente bezeichnet. Jede Komponentenwelle ist amplitudenmoduliert, was bedeutet, dass ihre Amplitude geändert wird, um die Daten darzustellen, die übertragen werden müssen, bevor sie miteinander kombiniert werden können.
Bewerbung
Die Inschrift Entscheidungsgrenzen auf dem Foto oben zeigt die Grenze der Oberfläche (oder wörtlich "Entscheidungsgrenze") an.
QAM (Quadraturamplitudenmodulation) wird häufig als Modulationsschema für digitale Telekommunikationssysteme wie 802.11 Wi-Fi-Standards verwendet. Mit QAM kann eine beliebig hohe spektrale Effizienz erreicht werden, indem eine geeignete Konstellationsgröße eingestellt wird, die nur durch Rauschpegel und Link-Linearität begrenzt ist.
QAM-Modulation wird in Glasfasersystemen verwendet, wenn die Bitrate zunimmt. QAM16 und QAM64 können mit einem 3-Kanal-Interferometer optisch emuliert werden.
Digitale Technologie
In der digitalen QAM besteht jede Komponentenwelle aus Samples mit konstanter Amplitude, die jeweils ein einzelnes Zeitintervall belegen, und die Amplitude ist quantisiert, begrenzt auf einen einer endlichen Anzahl von Pegeln, die eine oder mehrere Binärziffern (Bits) darstellen ein digitales bisschen. Bei der analogen QAM ändert sich die Amplitude jeder Komponente einer Sinuswelle kontinuierlichim Takt eines analogen Signals.
Phasenmodulation (analoge PM) und Tastung (digitale PSK) können als Sonderfälle von QAM betrachtet werden, bei denen die Größe des modulierenden Signals konstant ist und sich nur die Phase ändert. Die Quadraturmodulation kann auch auf die Frequenzmodulation (FM) und die Tastung (FSK) erweitert werden, da sie als ihre Unterarten betrachtet werden können.
Wie bei vielen digitalen Modulationsverfahren ist das Konstellationsdiagramm für QAM nützlich. Bei QAM werden Konstellationspunkte normalerweise in einem quadratischen Raster mit gleichen vertikalen und horizontalen Abständen angeordnet, obwohl andere Konfigurationen (z. B. Cross-QAM) möglich sind. Da Daten in der digitalen Telekommunikation normalerweise binär sind, beträgt die Anzahl der Punkte in einem Gitter normalerweise 2 (2, 4, 8, …).
Da QAM normalerweise quadratisch ist, sind einige selten - die häufigsten Formen sind 16-QAM, 64-QAM und 256-QAM. Durch Bewegen zu einer Konstellation höherer Ordnung können mehr Bits pro Symbol übertragen werden. Wenn jedoch die durchschnittliche Energie der Konstellation gleich bleibt (durch einen fairen Vergleich), sollten die Punkte näher beieinander liegen und daher anfälliger für Rauschen und andere Störungen sein.
Dies führt zu einer höheren Bitfehlerrate und daher kann eine QAM höherer Ordnung weniger zuverlässig mehr Daten liefern als eine QAM niedrigerer Ordnung für eine konstante durchschnittliche Konstellationsenergie. Die Verwendung von QAM höherer Ordnung ohne Erhöhung der Bitfehlerrate erfordert höhereSignal-Rausch-Verhältnis (SNR) durch Erhöhen der Signalenergie, Reduzieren des Rauschens oder beides.
Technische Hilfsmittel
Wenn Datenraten benötigt werden, die über die von 8-PSK angebotenen hinausgehen, ist es üblicher, auf QAM umzusteigen, da es einen größeren Abstand zwischen benachbarten Punkten in der I-Q-Ebene erreicht und die Punkte gleichmäßiger verteilt. Erschwerend kommt hinzu, dass die Punkte nicht mehr die gleiche Amplitude haben und der Demodulator nun sowohl Phase als auch Amplitude korrekt erkennen muss und nicht nur Phase.
Fernsehen
64-QAM und 256-QAM werden häufig im digitalen Kabelfernsehen und in Kabelmodems verwendet. In den Vereinigten Staaten sind 64-QAM und 256-QAM autorisierte digitale Kabelmodulationsschemata, die von SCTE im Standard ANSI/SCTE 07 2013 standardisiert werden. Beachten Sie, dass viele Vermarkter sie als QAM-64 und QAM-256 bezeichnen werden. UK-Modulation QAM-64 wird für digitales terrestrisches Fernsehen (Freeview) und 256-QAM für Freeview-HD verwendet.
Kommunikationssysteme, die entwickelt wurden, um eine sehr hohe spektrale Effizienz zu erreichen, verwenden typischerweise sehr dichte Frequenzen in dieser Reihe. Beispielsweise verwenden aktuelle Powerplug AV2 500-Mbit-Ethernet-Geräte 1024-QAM- und 4096-QAM-Geräte sowie zukünftige Geräte, die den ITU-T G.hn-Standard verwenden, um eine Verbindung zu vorhandener Hausverkabelung herzustellen.(Koaxialkabel, Telefonleitungen und Stromleitungen); 4096-QAM bietet 12 Bit/Symbol.
Ein weiteres Beispiel ist die ADSL-Technologie für Twisted-Pair-Kupferkabel, deren Konstellationsgröße 32768-QAM erreicht (in der ADSL-Terminologie wird dies als Bit-Loading oder Bits per Tone bezeichnet, 32768-QAM entspricht 15 Bits pro Ton).
Closed-Loop-Systeme mit ultrahoher Bandbreite verwenden ebenfalls 1024-QAM. Durch die Verwendung von 1024-QAM, adaptiver Codierung und Modulation (ACM) und XPIC können Hersteller Gigabit-Kapazität in einem einzigen 56-MHz-Kanal erreichen.
Im SDR-Empfänger
Es ist bekannt, dass die 8-QAM-Kreisfrequenz die optimale 8-QAM-Modulation in dem Sinne ist, dass für einen gegebenen minimalen euklidischen Abstand die niedrigste mittlere Leistung benötigt wird. Die 16-QAM-Frequenz ist suboptimal, obwohl eine optimale auf die gleiche Weise wie 8-QAM erzeugt werden kann. Diese Frequenzen werden häufig beim Abstimmen eines SDR-Empfängers verwendet. Andere Frequenzen können durch Manipulation ähnlicher (oder ähnlicher) Frequenzen neu erstellt werden. Diese Qualitäten werden in modernen SDR-Empfängern und -Transceivern, Routern, Routern aktiv genutzt.
