QAM modulace přenáší dva analogové signály zpráv nebo dva digitální bitové toky změnou (modulací) amplitud dvou nosných vln pomocí ASK nebo analogového AM digitálního modulačního schématu.
Funkční princip
Dvě nosné vlny o stejné frekvenci, obvykle sinusoidy, jsou vzájemně fázově posunuty o 90°, a proto se nazývají kvadraturní nosné nebo kvadraturní složky – odtud název obvodu. Modulované vlny se sečtou a konečný tvar vlny je kombinací klíčování s fázovým posunem (PSK) a klíčování s amplitudovým posunem (ASK), nebo v analogovém případě s fázovou modulací (PM) a amplitudovou modulací.
Jako všechna modulační schémata, QAM přenáší data změnou některého aspektu signálu nosné vlny (obvykle sinusovka) v reakci na datový signál. V případě digitální QAM se používá více fázových a vícenásobných amplitudových vzorků. Klíčování fázovým posunem (PSK) je jednodušší forma QAM, ve které je amplituda nosné konstantní a pouze fázový posun.
V případě deformaceQAM přenos, nosná vlna je sbírka dvou sinusových vln stejné frekvence, 90° ve fázi od sebe navzájem (v kvadratuře). Ty se často označují jako "I" nebo složka ve fázi, stejně jako "Q" nebo kvadraturní složka. Každá složka vlny je amplitudově modulována, což znamená, že její amplituda je změněna tak, aby reprezentovala data, která musí být přenesena, než je lze spojit dohromady.
Aplikace
Nápis hranice rozhodnutí na fotografii výše označuje hranici povrchu (nebo "hranice rozhodnutí", doslova).
QAM (kvadraturní amplitudová modulace) se široce používá jako modulační schéma pro digitální telekomunikační systémy, jako jsou standardy 802.11 Wi-Fi. Libovolně vysoké spektrální účinnosti lze pomocí QAM dosáhnout nastavením vhodné velikosti konstelace, omezené pouze úrovní šumu a linearitou spoje.
Modulace QAM se používá v systémech s optickými vlákny se zvyšující se přenosovou rychlostí. QAM16 a QAM64 lze opticky emulovat pomocí 3kanálového interferometru.
Digitální technologie
V digitální QAM se každá složka vlna skládá ze vzorků s konstantní amplitudou, z nichž každý zabírá jediný časový interval, a amplituda je kvantována, omezena na jednu z konečného počtu úrovní představujících jednu nebo více binárních číslic (bitů) digitální bit. V analogové QAM se amplituda každé složky sinusové vlny neustále měnív čase s analogovým signálem.
Fázovou modulaci (analogové PM) a klíčování (digitální PSK) lze považovat za speciální případ QAM, kde je velikost modulačního signálu konstantní, pouze se mění fáze. Kvadraturní modulaci lze také rozšířit na frekvenční modulaci (FM) a klíčování (FSK), protože je lze považovat za její poddruh.
Stejně jako u mnoha schémat digitální modulace je konstelační diagram užitečný pro QAM. V QAM jsou konstelační body obvykle uspořádány do čtvercové sítě se stejnými vertikálními a horizontálními rozestupy, ačkoli jsou možné i jiné konfigurace (např. Cross-QAM). Protože data jsou v digitálních telekomunikacích obvykle binární, počet bodů v mřížce je obvykle 2 (2, 4, 8, …).
Protože je QAM obvykle čtvercová, některé jsou vzácné – nejběžnější tvary jsou 16-QAM, 64-QAM a 256-QAM. Přechodem do konstelace vyššího řádu lze přenést více bitů na symbol. Pokud však průměrná energie souhvězdí zůstane stejná (při spravedlivém srovnání), body by měly být blíže u sebe, a proto by měly být náchylnější k šumu a jiné korupci.
To má za následek vyšší bitovou chybovost, a proto QAM vyššího řádu může poskytovat více dat méně spolehlivě než QAM nižšího řádu pro konstantní průměrnou energii konstelace. Použití QAM vyššího řádu bez zvýšení bitové chybovosti vyžaduje vyššíodstup signálu od šumu (SNR) zvýšením energie signálu, snížením šumu nebo obojím.
Technické pomůcky
Pokud jsou vyžadovány přenosové rychlosti přesahující ty, které nabízí 8-PSK, je běžnější přejít na QAM, protože dosahuje větší vzdálenosti mezi sousedními body v rovině I-Q, čímž se body rozdělují rovnoměrněji. Komplikujícím faktorem je, že body již nemají stejnou amplitudu, a tak demodulátor nyní musí správně detekovat fázi i amplitudu, nikoli pouze fázi.
Televize
64-QAM a 256-QAM se často používají v digitální kabelové televizi a kabelových modemech. Ve Spojených státech jsou 64-QAM a 256-QAM autorizovaná schémata digitální kabelové modulace, která jsou standardizována společností SCTE ve standardu ANSI/SCTE 07 2013. Všimněte si, že mnoho obchodníků je bude označovat jako QAM-64 a QAM-256. UK modulace QAM-64 se používá pro digitální pozemní TV (Freeview) a 256-QAM se používá pro Freeview-HD.
Komunikační systémy navržené k dosažení velmi vysoké úrovně spektrální účinnosti typicky používají v této řadě velmi husté frekvence. Například současná zařízení Powerplug AV2 500-Mbit Ethernet používají zařízení 1024-QAM a 4096-QAM, stejně jako budoucí zařízení využívající standard ITU-T G.hn pro připojení ke stávající domácí elektroinstalaci.(koaxiální kabel, telefonní vedení a elektrické vedení); 4096-QAM poskytuje 12 bitů/symbol.
Dalším příkladem je technologie ADSL pro kroucenou dvoulinku, jejíž velikost konstelace dosahuje 32768-QAM (v terminologii ADSL se tomu říká bit-loading neboli bity za tón, 32768-QAM je ekvivalentní 15 bitům na tón).
Systémy s uzavřenou smyčkou s ultra vysokou šířkou pásma také používají 1024-QAM. Pomocí 1024-QAM, adaptivního kódování a modulace (ACM) a XPIC mohou výrobci dosáhnout gigabitové kapacity v jediném kanálu 56 MHz.
V přijímači SDR
Je známo, že kruhová frekvence 8-QAM je optimální modulace 8-QAM ve smyslu potřeby nejnižšího průměrného výkonu pro danou minimální euklidovskou vzdálenost. Frekvence 16-QAM je suboptimální, i když optimální lze vytvořit podle stejných linií jako 8-QAM. Tyto frekvence se často používají při ladění přijímače SDR. Další frekvence lze znovu vytvořit manipulací s podobnými (nebo podobnými) frekvencemi. Tyto vlastnosti jsou aktivně využívány v moderních SDR přijímačích a transceiverech, routerech, routerech.
