Modulácia QAM prenáša dva analógové signály správ alebo dva digitálne bitové toky zmenou (moduláciou) amplitúd dvoch nosných vĺn pomocou schémy ASK alebo analógovej digitálnej modulácie AM.
Princíp činnosti
Dve nosné vlny s rovnakou frekvenciou, zvyčajne sínusoidy, sú navzájom mimo fázy o 90°, a preto sa nazývajú kvadratúrne nosné vlny alebo kvadratúrne komponenty – odtiaľ názov obvodu. Modulované vlny sa sčítajú a konečný tvar vlny je kombináciou kľúčovania s fázovým posunom (PSK) a kľúčovania s amplitúdovým posunom (ASK), alebo v analógovom prípade fázovej modulácie (PM) a amplitúdovej modulácie.
Ako všetky modulačné schémy, QAM prenáša dáta zmenou niektorého aspektu signálu nosnej vlny (zvyčajne sínusoidy) v reakcii na dátový signál. V prípade digitálnej QAM sa používajú viacfázové a viacnásobné amplitúdové vzorky. Kľúčovanie fázovým posunom (PSK) je jednoduchšia forma QAM, v ktorej je amplitúda nosnej konštantná a posúva sa iba fázový posun.
V prípade deformácieQAM prenos, nosná vlna je súborom dvoch sínusových vĺn rovnakej frekvencie, navzájom fázovo 90° (v kvadratúre). Tieto sú často označované ako „I“alebo in-fázová zložka, ako aj „Q“alebo kvadratúrna zložka. Každá zložka vlny je amplitúdovo modulovaná, čo znamená, že jej amplitúda je zmenená tak, aby reprezentovala dáta, ktoré musia byť prenesené pred tým, ako sa dajú skombinovať.
Aplikácia
Nápis hranice rozhodovania na fotografii vyššie označuje hranicu povrchu (alebo „hranicu rozhodnutia“, doslova).
QAM (kvadratúrna amplitúdová modulácia) sa široko používa ako modulačná schéma pre digitálne telekomunikačné systémy, ako sú štandardy 802.11 Wi-Fi. Ľubovoľne vysokú spektrálnu účinnosť možno dosiahnuť pomocou QAM nastavením vhodnej veľkosti konštelácie, ktorá je obmedzená iba úrovňou šumu a linearitou spojenia.
Modulácia QAM sa používa v systémoch s optickými vláknami so zvyšujúcou sa bitovou rýchlosťou. QAM16 a QAM64 je možné opticky emulovať pomocou 3-kanálového interferometra.
Digitálna technológia
V digitálnej QAM sa každá zložková vlna skladá zo vzoriek konštantnej amplitúdy, z ktorých každá zaberá jeden časový interval, a amplitúda je kvantovaná, obmedzená na jednu z konečného počtu úrovní reprezentujúcich jednu alebo viac binárnych číslic (bitov) digitálny bit. V analógovej QAM sa amplitúda každej zložky sínusovej vlny neustále menív čase s analógovým signálom.
Fázová modulácia (analógové PM) a kľúčovanie (digitálne PSK) môžu byť považované za špeciálny prípad QAM, kde je veľkosť modulačného signálu konštantná, pričom sa mení iba fáza. Kvadratúrnu moduláciu možno rozšíriť aj na frekvenčnú moduláciu (FM) a kľúčovanie (FSK), keďže ich možno považovať za jej poddruh.
Ako pri mnohých schémach digitálnej modulácie je konštelačný diagram užitočný pre QAM. V QAM sú konštelačné body zvyčajne usporiadané do štvorcovej siete s rovnakým vertikálnym a horizontálnym rozostupom, hoci sú možné aj iné konfigurácie (napr. Cross-QAM). Keďže dáta sú v digitálnych telekomunikáciách zvyčajne binárne, počet bodov v mriežke je zvyčajne 2 (2, 4, 8, …).
Pretože QAM je zvyčajne štvorcový, niektoré sú zriedkavé – najbežnejšie tvary sú 16-QAM, 64-QAM a 256-QAM. Prechodom na konšteláciu vyššieho rádu možno preniesť viac bitov na symbol. Ak však priemerná energia konštelácie zostane rovnaká (pri spravodlivom porovnaní), body by mali byť bližšie k sebe, a preto by mali byť náchylnejšie na hluk a iné poškodenia.
To má za následok vyššiu bitovú chybovosť, a preto QAM vyššieho rádu môže poskytovať viac dát menej spoľahlivo ako QAM nižšieho rádu pre konštantnú priemernú energiu konštelácie. Použitie QAM vyššieho rádu bez zvýšenia bitovej chybovosti vyžaduje vyššiuodstup signálu od šumu (SNR) zvýšením energie signálu, znížením šumu alebo oboje.
Technické pomôcky
Ak sú požadované rýchlosti prenosu dát vyššie ako tie, ktoré ponúka 8-PSK, je bežnejšie prejsť na QAM, pretože sa tým dosiahne väčšia vzdialenosť medzi susednými bodmi v rovine I-Q, čím sa body rozložia rovnomernejšie. Komplikujúcim faktorom je, že body už nemajú rovnakú amplitúdu, a preto musí demodulátor teraz správne detegovať fázu aj amplitúdu, a nie iba fázu.
Televízia
64-QAM a 256-QAM sa často používajú v digitálnej káblovej televízii a káblových modemoch. V Spojených štátoch sú 64-QAM a 256-QAM autorizované schémy digitálnej káblovej modulácie, ktoré sú štandardizované spoločnosťou SCTE v štandarde ANSI/SCTE 07 2013. Všimnite si, že mnohí obchodníci ich budú označovať ako QAM-64 a QAM-256. UK modulácia QAM-64 sa používa pre digitálnu pozemnú televíziu (Freeview) a 256-QAM sa používa pre Freeview-HD.
Komunikačné systémy navrhnuté tak, aby dosahovali veľmi vysokú úroveň spektrálnej účinnosti, zvyčajne používajú v tejto sérii veľmi husté frekvencie. Napríklad súčasné zariadenia Powerplug AV2 500-Mbit Ethernet používajú zariadenia 1024-QAM a 4096-QAM, ako aj budúce zariadenia využívajúce štandard ITU-T G.hn na pripojenie k existujúcej domácej elektroinštalácii.(koaxiálny kábel, telefónne linky a elektrické vedenia); 4096-QAM poskytuje 12 bitov/symbol.
Ďalším príkladom je technológia ADSL pre krútenú dvojlinku, ktorej veľkosť konštelácie dosahuje 32768-QAM (v terminológii ADSL sa to nazýva bit-loading alebo bity za tón, 32768-QAM je ekvivalentné 15 bitom na tón).
Systémy s uzavretou slučkou s ultra vysokou šírkou pásma tiež používajú 1024-QAM. Použitím 1024-QAM, adaptívneho kódovania a modulácie (ACM) a XPIC môžu výrobcovia dosiahnuť gigabitovú kapacitu na jedinom 56 MHz kanáli.
V prijímači SDR
Je známe, že kruhová frekvencia 8-QAM je optimálna modulácia 8-QAM v zmysle potreby najnižšieho priemerného výkonu pre danú minimálnu euklidovskú vzdialenosť. Frekvencia 16-QAM nie je optimálna, hoci optimálnu možno vytvoriť podľa rovnakých línií ako 8-QAM. Tieto frekvencie sa často používajú pri ladení prijímača SDR. Manipuláciou s podobnými (alebo podobnými) frekvenciami možno znovu vytvoriť iné frekvencie. Tieto vlastnosti sa aktívne využívajú v moderných SDR prijímačoch a transceiveroch, smerovačoch, smerovačoch.
