O que é QAM - Quadrature Amplitude Modulation

Visão geral, informações e tutorial sobre o básico do que é QAM, Quadrature Amplitude Modulation, uma forma de modulação usada para aplicações de comunicações de rádio.

Quadrature Amplitude Modulation ou QAM é uma forma de modulação que é amplamente utilizado para modular sinais de dados para um suporte utilizado para comunicações de rádio. É amplamente usada porque ele oferece vantagens sobre outras formas de modulação de dados, tais como PSK, embora muitas formas de modulação de dados operam em paralelo uns aos outros.

Quadrature Amplitude Modulation, QAM é um sinal no qual duas transportadoras deslocado em fase de 90 graus são modulados ea saída resultante consiste em ambas as variações de amplitude e fase. Em vista do facto de que ambas as variações de amplitude e fase estão presentes, pode também ser considerado como uma mistura de modulação de amplitude e fase.

A motivação para a utilização de modulação de amplitude de quadratura vem do facto de um sinal de amplitude modulada linear, ou seja de banda lateral dupla, mesmo com uma portadora suprimida ocupa duas vezes a largura de banda do sinal de modulação. Isto é muito desperdício do espectro de frequências disponível. QAM restaura o equilíbrio colocando dois sinais de portadora suprimida de banda lateral dupla independentes no mesmo espectro como um sinal de portadora suprimida de banda lateral dupla ordinária.

Analógicas e digitais QAM

Modulação de amplitude em quadratura, QAM podem existir no que pode ser chamado de qualquer formatos analógicos ou digitais. As versões analógicas de QAM são normalmente utilizados para permitir que vários sinais analógicos a serem transportados num único portador. Por exemplo, é usada em sistemas de televisão PAL e NTSC, onde os diferentes canais fornecidos por QAM lhe permitam realizar os componentes de crominância de cor ou informações. Em aplicações de rádio um sistema conhecido como C-QUAM é usado para o rádio AM estéreo. Aqui os diferentes canais permitem que os dois canais requeridos para estéreo para ser transportados no transportador único.

Os formatos digitais de QAM são muitas vezes referidos como "quantizados QAM" e estão a ser utilizados cada vez mais para comunicações de dados com frequência dentro dos sistemas de comunicação de rádio. Os sistemas de comunicações de rádio que variam de tecnologia celular tal como no caso de LTE, através de sistemas sem fios, incluindo WiMAX, Wi-Fi e 802.11 utilizar uma variedade de formas de QAM, e a utilização de QAM só irá aumentar no campo das comunicações de rádio.

Básico QAM Digital / quantizados

Modulação de amplitude em quadratura, QAM, quando utilizado para a transmissão digital para aplicações de comunicações de rádio é capaz de transportar taxas de dados mais elevados do que os regimes de amplitude modulada comuns e regimes de fase modulada. Tal como acontece com shift keying fase, etc., o número de pontos em que o sinal pode repouso, ou seja, o número de pontos da constelação é indicada na descrição do formato de modulação, por exemplo, usa uma constelação 16QAM ponto 16.

Quando se utiliza QAM, os pontos da constelação são normalmente dispostos numa grelha quadrada com espaçamento vertical e horizontal igual e, como resultado das formas mais comuns de QAM usar uma constelação com o número de pontos igual a uma potência de 2 ou seja 4, 16, 64 . . . .

Ao utilizar formatos de modulação de ordem superior, ou seja, mais pontos na constelação, é possível transmitir mais bits por símbolo. No entanto, os pontos estão mais próximos em conjunto e, portanto, eles são mais sensíveis a erros de ruído e de dados.

Normalmente uma constelação QAM é quadrada e, portanto, as formas mais comuns de QAM 16QAM, 64QAM e 256QAM.

A vantagem de se mudar para os formatos de ordem superior é que existem mais pontos na constelação e, por conseguinte, é possível transmitir mais bits por símbolo. A desvantagem é que os pontos da constelação estão mais próximos e, portanto, a ligação é mais suscetíveis ao ruído. Como resultado, as versões de ordem superior de QAM são utilizadas apenas quando há um sinal suficientemente alta à relação de ruído.

Para fornecer um exemplo de como funciona QAM, o diagrama de constelação abaixo mostra os valores associados aos diferentes estados de um sinal 16QAM. A partir disto, pode ser visto que uma corrente de bits contínua podem ser agrupados em quatro e representada como uma sequência.

 

Bit mapeamento seqüência para um sinal 16QAM

Normalmente o menor ordem QAM encontrado é 16QAM. A razão para isso é o menor a fim normalmente encontrada é de que 2QAM é o mesmo como de codificação binária de deslocamento de fase, BPSK, e 4QAM é o mesmo que o chaveamento de deslocamento de fase em quadratura, QPSK.

Além disso 8QAM não é amplamente utilizado. Isto é porque o desempenho da taxa de erro-8QAM é quase a mesma que a de 16QAM - é apenas cerca de 0.5 dB melhor e a taxa de dados é apenas três quartos do que 16QAM. Isto surge a partir da rectangular, em vez de forma quadrada da constelação.

QAM vantagens e desvantagens

Embora QAM parece aumentar a eficiência da transmissão para sistemas de radiocomunicações, utilizando ambas as variações de amplitude e de fase, que tem uma série de inconvenientes. A primeira é que é mais susceptível a ruído porque os estados estão mais juntos de modo que é necessário um nível de ruído mais baixo para deslocar o sinal para um ponto de decisão diferente. Receptores para uso com a fase ou modulação de frequência são ambos capazes de usar limitando amplificadores que são capazes de remover qualquer ruído de amplitude e, assim, melhorar a suficiência de ruído. Este não é o caso de QAM.

A segunda limitação é também associado com o componente de amplitude do sinal. Quando um sinal de fase ou de frequência modulada é amplificado em um transmissor de rádio, não há nenhuma necessidade de usar amplificadores lineares, enquanto que quando se utiliza QAM que contém um componente de amplitude, linearidade deve ser mantida. Infelizmente amplificadores lineares são menos eficientes e consomem mais energia, e isso os torna menos atraentes para aplicações móveis.

QAM vs outros formatos de modulação

Como existem vantagens e desvantagens do uso de QAM é necessário comparar QAM com outros modos antes de tomar uma decisão sobre o modo mais adequado. Alguns sistemas de comunicação de rádio alterar dinamicamente o esquema de modulação depende das condições e requisitos de link - nível de sinal, ruído, taxa de dados necessária, etc.

O quadro que se segue compara as várias formas de modulação:

Resumo de tipos de modulação com capacidades de dados
Bits de modulação por símbolo Complexidade da margem de erro
OOK 1 1/2 0.5 baixo
BPSK 1 1 1 Médio
QPSK 2 1 / √2 0.71 Médio
16 QAM 4 √2 / 6 0.23 alto

64QAM 6 √2 / 14 0.1 alto

Tipicamente, verificou-se que se forem necessários débitos de dados superiores aos que podem ser alcançados utilizando 8-PSK, é mais usual utilizar a modulação de amplitude em quadratura. Isso é porque ele tem uma maior distância entre pontos adjacentes no I - plano Q e isso melhora a sua imunidade a ruídos. Como resultado, pode atingir a mesma taxa de dados a um nível de sinal mais baixo.

No entanto, os não aponta a mesma amplitude. Isto significa que o desmodulador deve detectar tanto de fase e amplitude. Também o facto de a amplitude varia significa que um amplificador linear Si necessário para amplificar o sinal.

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