A modulação de amplitude em quadratura pode ser usada com uma variedade de formatos diferentes: 8QAM, 16QAM, 64QAM, 128QAM, 256QAM, XNUMXQAM, mas existem diferenças de desempenho e trade-offs

QAM, modulação em amplitude em quadratura fornece alguns benefícios significativos para a transmissão de dados. À medida que o 16QAM faz a transição para o 64QAM, o 64QAM para o 256 QAM e assim por diante, é possível obter taxas de dados mais altas, mas com o custo da margem de ruído.

Muitos sistemas de transmissão de dados migram entre os diferentes pedidos de QAM, 16QAM, 32QAM etc., dependendo das condições do link. Se houver uma boa margem, ordens mais altas de QAM podem ser usadas para obter uma taxa de dados mais rápida, mas se o link se deteriorar, ordens mais baixas serão usadas para preservar a margem de ruído e garantir que uma taxa de erro de bit baixa seja preservada.

À medida que a ordem do QAM aumenta, a distância entre os diferentes pontos no diagrama da constelação diminui e há uma maior possibilidade de erros de dados serem introduzidos. Para utilizar os formatos QAM de alta ordem, o link deve ter um Eb / No muito bom, caso contrário, erros de dados estarão presentes. Quando o Eb / No se deteriorar, outro nível de energia deverá ser aumentado ou a ordem QAM reduzida se o erro de bit taxa deve ser preservada.

Consequentemente, há um equilíbrio a ser feito entre a taxa de dados e a ordem de modulação QAM, a potência e a taxa de erro de bit aceitável. Embora uma correção de erro adicional possa ser introduzida para mitigar qualquer deterioração na qualidade do link, isso também diminuirá a taxa de transferência de dados.

Bit mapeamento seqüência para um sinal 16QAM

Formatos e aplicativos QAM

QAM é em muitas comunicações de rádio e aplicações de entrega de dados. No entanto, algumas variantes específicas de QAM são usados em algumas aplicações e padrões específicos.

Há um equilíbrio entre a taxa de transferência de dados e a relação sinal / ruído necessária. À medida que a ordem do sinal QAM é aumentada, ou seja, passando de 16QAM para 64QAM, etc., a taxa de transferência de dados alcançável em condições ideais aumenta. No entanto, a desvantagem é que é necessária uma melhor relação sinal / ruído para conseguir isso.

Para alguns sistemas, a ordem do formato de modulação é fixa, mas em outros onde há um link bidirecional, é possível adaptar a ordem da modulação para obter a melhor taxa de transferência para as condições de link fornecidas. O nível de correção de erros usado também é alterado. Dessa forma, alterando a ordem da modulação e a correção de erros, a velocidade dos dados pode ser otimizada, mantendo a taxa de erro necessária.

Para aplicativos de transmissão doméstica, por exemplo, 64 QAM e 256 QAM são frequentemente usados em aplicativos de televisão a cabo digital e modem a cabo. A ordem da modulação QAM deve ser definida no transmissor, porque a transmissão é apenas de uma maneira e, além disso, existem milhares de receptores, impossibilitando uma forma de modulação adaptativa dinamicamente.

No Reino Unido, atualmente 16 QAM e 64 QAM são usados para televisão digital terrestre usando DVB - Digital Video Broadcasting. Nos EUA, 64 QAM e 256 QAM são os esquemas de modulação obrigatórios para cabos digitais, conforme padronizado pelo SCTE no padrão ANSI / SCTE 07 2000.

Para as várias formas de tecnologia sem fio e celular, é possível alterar dinamicamente a ordem da modulação QAM e correção de erros de acordo com as condições do link entre as duas extremidades.

À medida que as taxas de dados aumentaram e as demandas por eficiência do espectro aumentaram, também aumentou a complexidade da tecnologia de adaptação de link. Os canais de dados são transportados no sinal de rádio celular para permitir uma rápida adaptação do link para atender à qualidade predominante do link e garantir a taxa de transferência ideal dos dados, balanceamento de potência do transmissor, ordem QAM e correção direta de erros, etc.

Constelação de diagramas para QAM
Os diagramas de constelação mostram as diferentes posições para os estados dentro de diferentes formas de QAM, modulação de amplitude em quadratura. À medida que o fim da modulação aumenta, o mesmo acontece com o número de pontos no diagrama de constelao QAM.

Os diagramas abaixo mostram diagramas de constelação para uma variedade de formatos de modulação:

Constelação 16QAM

Constelação 32QAM

Constelação 64QAM

É possível observar nesses poucos diagramas de constelação QAM, que à medida que a ordem da modulação aumenta, a distância entre os pontos na constelação diminui. Consequentemente, pequenas quantidades de ruído podem causar problemas maiores.

À medida que o nível de ruído aumenta devido à baixa força do sinal, a área coberta por um ponto na constelação aumenta. Se ficar muito grande, o receptor não poderá determinar qual posição na constelação o sinal transmitido deveria ser, e isso resultará em erros.

Verificou-se também que quanto maior a ordem de modulação para o sinal QAM, maior a quantidade de variação de amplitude presente no sinal transmitido. Para amplificadores de RF de transmissores, desde Wi-Fi a celulares e mais, isso significa que são necessários amplificadores lineares. Como os amplificadores lineares são menos eficientes do que aqueles que podem ser executados em saturação, isso significa que podem ser necessárias técnicas como amplificadores de Doherty e rastreamento de envelope.

Também à medida que a variação da amplitude aumenta, o nível de eficiência diminui. Isso é muito importante para a eficiência da bateria do equipamento móvel e a eficiência de energia da estação base.

bits de QAM por símbolo
A vantagem de usar QAM é que ela é uma forma de modulação de ordem superior e, como resultado, é capaz de realizar mais bits de informação por símbolo. Ao seleccionar um formato de ordem superior de QAM, a taxa de dados de uma ligação pode ser aumentada.

A tabela a seguir apresenta um resumo das taxas de diferentes formas de QAM e PSK bits.

Mapeamento de bits para um sinal 16QAM

COMPARAÇÃO DE FORMATOS QAM E TAXAS DE BIT

MODULAÇÃO BITS POR SÍMBOLO TAXA DE SÍMBOLOS

* BPSK 1 1 x taxa de bits

* QPSK 2 1/2 taxa de bits

* 8PSK 3 1/3 taxa de bits

* 16QAM 4 1/4 taxa de bits

* 32QAM 5 1/5 taxa de bits

* 64QAM 6 1/6 taxa de bits

O espectro de potência e a eficiência de largura de banda da modulação QAM são idênticos aos da modulação M-ária PSK; em outras palavras, para a mesma solicitação de troca de fase, o nível de eficiência do espectro de potência e largura de banda é exatamente o mesmo, seja usada modulação de amplitude em quadratura ou troca de fase. .

margem de ruído QAM
Enquanto as taxas de modulação de ordem superior são capazes de oferecer taxas de dados muito mais rápidas e maiores níveis de eficiência de espectro para o sistema de comunicações de rádio, isso tem um preço. Os esquemas de modulação de ordem superior são consideravelmente menos resistentes a ruídos e interferências.

Como um resultado disto, muitos sistemas de comunicações de rádio agora usar técnicas de modulação adaptativo dinâmico. Eles sentir as condições do canal e adaptar o esquema de modulação para obter a mais alta taxa de dados para as condições dadas. Como sinal para relações de ruído diminuir erros irá aumentar juntamente com re-envia os dados, atrasando assim o rendimento. Revertendo a um esquema de modulação de ordem inferior a ligação pode ser feita mais de confiança com menos erros de dados e re-envia.

FORMATOS QAM E DESEMPENHO DE RUÍDO
MODULAÇÃO ηB EB / NO PARA BER = 1 EM 106
16QAM 2 10.5
64QAM 3 18.5
256QAM 4 24
1024QAM 5 28

Selecionar a ordem correta da modulação QAM para qualquer situação e ter a capacidade de adaptá-la dinamicamente podem permitir que a taxa de transferência ideal seja obtida para as condições do link naquele momento. A redução da ordem da modulação QAM permite obter taxas de erro de bit mais baixas e isso reduz a quantidade de correção de erros necessária. Dessa maneira, a taxa de transferência pode ser maximizada para a qualidade do link predominante.

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