Квадратурная амплитудная модуляция QAM

В этой статье описывается другой член семейства цифровых видов модуляции – квадратурная амплитудная модуляция (QAM модуляция). QAM модуляция используется в микроволновой цифровой связи, DVB-C (кабельное широкополосное цифровое телевидение) и модемах.

qam модуляция

В 16 – позиционной QAM (16QAM) имеются 4 значения I и 4 значения Q. В результате это дает 16 возможных состояний сигнала. За каждое время символа сигнал может переходить из одного состояния в другое. Поскольку 16 = 24, то в одном символе могут быть переданы 4 бита. QAM имеет 2 бита для I компоненты и 2 бита для Q компоненты. Символьная скорость равна ? от битовой скорости. Этот формат модуляции обладает большей спектральной эффективностью передачи, чем рассмотренные в предыдущих статьях. Он более эффективен в этом плане, чем BPSK, QPSK, или 8PSK. Заметим, что QPSK – то же самое, что и 4QAM.





Другим вариантом является 32QAM. В этом случае как на I, так и на Q приходится по 6 значений, и всего 36 возможных состояний (6 х 6 = 36). Этих состояний слишком много (нужно всего лишь 32), поэтому четыре угловых символьных состояния, которые при передаче потребляют наибольшую энергию, опускают. Следовательно, от передатчика требуется меньшее значение максимальной мощности. Поскольку 25 = 32, используется 5 бит на символ, и символьная скорость равна 1/5 битовой скорости. В настоящее время QAM на практике ограничена значением 256QAM, но всё же ведутся работы по расширению границ формата до 512QAM и до 1024QAM. В системе с 256QAM используются по 16 значений на I и на Q. Поскольку 28 = 256, каждый символ может быть представлен 8 битами. Сигнал 256QAM, способный передавать 8 бит в символе, очень эффективен в спектральном плане. Однако, поскольку символы расположены очень близко друг к другу, то существует более серьезная вероятность ошибок из-за шума и искажений. Такой сигнал может передаваться только будучи достаточно мощным (чтобы уменьшить рассеяние символов), и это ухудшает энергетическую эффективность по сравнению с более простыми видами модуляции.

А теперь сравним полосовую эффективность 256QAM и BPSK при использовании в цифровой связи. BPSK использует 80 Ксимволов в секунду, передавая 1 бит информации на символ. Система, использующая 256QAM, передает 8 бит на символ, так что символьная скорость будет равна 10 Ксимволов в секунду. Система 256QAM позволяет передавать ту же самую информацию, что и BPSK, но в полосе, в восемь раз меньшей. Это означает в восемь раз большую полосовую эффективность.

Однако, здесь существует противоречие. Системы связи все больше усложняются и все больше подвергаются возникновению ошибок из-за шума и искажений. Частота возникновения ошибок в системах QAM высшего порядка увеличивается более быстро, чем в QPSK из – за вносимого шума и интерференции между символами. При измерении этого параметра используется понятие BER (частота битовой ошибки). В любой системе с цифровой модуляцией, если входной сигнал искажен или сильно ослаблен, приемник в конечном итоге может полностью потерять захват символа. Если приемник не может больше восстановить символьный такт, это значит, что он не может демодулировать сигнал и восстановить какую-либо информацию. С уменьшением значения BER символьное тактирование может быть восстановлено, но сигнал остается зашумленным, и следовательно позиция символа так же будет зашумлена. В некоторых случаях символ будет отстоять так далеко от предполагаемой позиции, что он будет пересекаться со смежной позицией. Для такого символа, находящегося в неправильной позиции, уровни I и Q детектора, используемого в демодуляторе, будут распознаны неправильно, приводя к битовой ошибке.

QPSK не столь эффективна, но позиции ее символов в созвездии отстоят намного дальше друг от друга и система может быть терпимой к более высокому уровню шума, не создавая при этом символьных ошибок. QPSK не имеет промежуточных состояний между четырьмя угловыми символьными позициями, поэтому уменьшается возможность неправильно распознать символ в демодуляторе. Для QPSK требуется меньшая мощность передатчика, чтобы достигнуть того же самого значения частоты битовой ошибки (BER), как в QAM высшего порядка.




Об авторе admin

Инженер. Окончил НГТУ по специальности "Радиосвязь, телевидение и радиовещание". С 2003 г. занимаюсь разработкой электронной начинки различных радиотехнических устройств и приборов.
Запись опубликована в рубрике Все статьи, Цифровая модуляция - это просто! с метками . Добавьте в закладки постоянную ссылку.

Оставить комментарий