2.14: Квадратурна амплітудна модуляція

Last updated
Save as PDF

Page ID: 30755

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Цифрові схеми модуляції, описані до цих пір, модулюють фазу або частоту носія для передачі цифрових даних, а точки сузір'я лежать на колі постійної амплітуди. Ефект від цього полягає в забезпеченні деякого імунітету до амплітудних змін сигналу. Однак набагато більше інформації може бути передано, якщо амплітуда змінюється, а також фаза. При значній обробці сигналу можна надійно використовувати квадратурну амплітудну модуляцію (QAM), в якій змінюються амплітуда і фаза.

A\(16\) -стан прямокутного QAM, 16-QAM, сузір'я показано на малюнку 2.8.18 (c). Оскільки існують\(16 (= 2^{4})\) символи, значення\(4\) двійкових бітів однозначно задаються кожним символом. На малюнку 2.8.18 (c) показано призначення\(4\) бітових значень у масштабі сірого. Кілька схем QAM показані на малюнку 2.8.20. Ці сузір'я можуть бути отримані шляхом окремо амплітудної модуляції\(I\) носія і\(Q\) носія. Обидва носії мають однакову частоту, але знаходяться\(90^{\circ}\) поза фазою. Потім два носії об'єднуються так, щоб нерухомий носій пригнічувався. Найбільш поширеною формою QAM є квадратний QAM, або прямокутний QAM з рівним числом\(Q\) станів\(I\) і. Найбільш поширеними формами є:

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Блок-схема модулятора QAM. У модуляції QAM\(i(t)\) і\(q(t)\) адресуються реальні та уявні компоненти фазора. Блок формування хвилі гарантує, що символ має правильну амплітуду та фазу на кожному годиннику.

Модуляція	\(\text{bits/s/Hz}\)
BPSK (ідеально)	\ (\ текст {біти/S/Гц}\) ">\(1\)
BFSK (фактичний)	\ (\ текст {біти/S/Гц}\) ">\(1\)
QPSK (ідеально)	\ (\ текст {біти/S/Гц}\) ">\(2\)
GMSK (фактичний метод FSK)	\ (\ текст {біти/S/Гц}\) ">\(1.354\)
\(π/4\)-DQPSK (фактичний метод QPSK)	\ (\ текст {біти/S/Гц}\) ">\(1.63\)
8-PSK (ідеально)	\ (\ текст {біти/S/Гц}\) ">\(3\)
\(3π/8\)-8PSK (фактичний метод 8PSK)	\ (\ текст {біти/S/Гц}\) ">\(2.7\)
16-QAM (ідеально)	\ (\ текст {біти/S/Гц}\) ">\(4\)
16-QAM (фактичний)	\ (\ текст {біти/S/Гц}\) ">\(2.98\)
32-QAM (ідеально)	\ (\ текст {біти/S/Гц}\) ">\(4\)
32-QAM (фактичний)	\ (\ текст {біти/S/Гц}\) ">\(3.35\)
64-QAM (ідеально)	\ (\ текст {біти/S/Гц}\) ">\(6\)
64-QAM (фактичний)	\ (\ текст {біти/S/Гц}\) ">\(4.47\)
256-QAM (ідеально)	\ (\ текст {біти/S/Гц}\) ">\(8\)
256-QAM (фактичне, супутникове та кабельне телебачення)	\ (\ текст {біти/S/Гц}\) ">\(6.33\)
512-QAM (ідеально)	\ (\ текст {біти/S/Гц}\) ">\(9\)
1024-QAM (ідеально)	\ (\ текст {біти/S/Гц}\) ">\(10\)
2048-QAM (ідеально)	\ (\ текст {біти/S/Гц}\) ">\(11\)

Таблиця\(\PageIndex{1}\): Ефективність модуляції різних форматів модуляції в\(\text{bits/s/Hz}\) (біти в секунду на герц). Максимальна (або ідеальна) ефективність модуляції, отримана схемами модуляції (наприклад, BPSK, BFSK, 64- QAM, 256-QAM), призводить до широких спектрів. Фактична ефективність модуляції досягається менше в спробі керувати смугою пропускання. Наприклад, актуальні значення для\(pi/4\) -DQPSK і\(3pi/8\) -8PSK. Це скорочення від ідеалу виникає, оскільки переходи символів мають різну довжину, а довжина відповідає тривалості часу. Оскільки інтервал символів фіксований, це найдовший шлях, який визначає необхідну пропускну здатність.

16-QAM, 64-QAM та 128-QAM, у 4G та 256-QAM додатково в 5G. Точки сузір'я ближче один до одного з QAM високого порядку і тому більш сприйнятливі до шуму та інших перешкод. Таким чином, QAM високого порядку може доставляти більше даних, але менш надійно, ніж QAM нижчого порядку.

Сузір'я в QAM можна побудувати різними способами, і хоча прямокутна QAM є найбільш поширеною формою, існують непрямокутні схеми; наприклад, мають дві схеми PSK на двох різних рівнях амплітуди. Хоча іноді є незначні переваги таких схем, квадратний QAM, як правило, є кращим, оскільки він вимагає простішої модуляції та демодуляції.

Одна з можливих архітектур модулятора QAM показана на малюнку,\(\PageIndex{1}\) і це може бути реалізовано лише в DSP, оскільки недостатньо використовувати аналогову фільтрацію низьких частот для реалізації функції формування хвилі, оскільки\(i(t)\) і\(q(t)\) повинна бути точно реальною та уявною частинами символу на кожен годинник галочки.