La modulazione QAM trasmette due segnali di messaggi analogici o due flussi di bit digitali variando (modulando) le ampiezze di due onde portanti utilizzando uno schema di modulazione digitale ASK o AM analogico.
Principio di funzionamento
Due onde portanti della stessa frequenza, generalmente sinusoidi, sono sfasate tra loro di 90° e sono quindi chiamate portanti di quadratura o componenti di quadratura - da cui il nome del circuito. Le onde modulate vengono sommate e la forma d'onda finale è una combinazione di phase shift keying (PSK) e amplitude shift keying (ASK), o nel caso analogico modulazione di fase (PM) e modulazione di ampiezza.
Come tutti gli schemi di modulazione, QAM trasmette i dati modificando alcuni aspetti del segnale dell'onda portante (solitamente un'onda sinusoidale) in risposta al segnale dei dati. Nel caso del QAM digitale, vengono utilizzati campioni di fase multipla e di ampiezza multipla. Il phase shift keying (PSK) è una forma più semplice di QAM in cui l'ampiezza della portante è costante e solo gli sfasamenti cambiano.
In caso di curvaturaTrasmissione QAM, un'onda portante è un insieme di due onde sinusoidali della stessa frequenza, a 90° in fase l'una dall' altra (in quadratura). Questi sono spesso indicati come il componente "I" o in fase, così come il componente "Q" o quadratura. Ogni onda componente è modulata in ampiezza, il che significa che la sua ampiezza viene modificata per rappresentare i dati che devono essere trasferiti prima che possano essere combinati insieme.
Applicazione
L'iscrizione sui confini della decisione nella foto sopra indica il confine della superficie (o "confine della decisione", letteralmente).
QAM (modulazione di ampiezza in quadratura) è ampiamente utilizzato come schema di modulazione per i sistemi di telecomunicazioni digitali come gli standard Wi-Fi 802.11. È possibile ottenere un'elevata efficienza spettrale arbitraria con QAM impostando una dimensione di costellazione adeguata, limitata solo dal livello di rumore e dalla linearità del collegamento.
La modulazione QAM viene utilizzata nei sistemi in fibra ottica all'aumentare del bit rate. QAM16 e QAM64 possono essere emulati otticamente con un interferometro a 3 canali.
Tecnologia digitale
Nel QAM digitale, ogni onda componente è costituita da campioni di ampiezza costante, ciascuno dei quali occupa un singolo intervallo di tempo, e l'ampiezza è quantizzata, limitata a uno di un numero finito di livelli che rappresentano una o più cifre binarie (bit) di un bit digitale. In analogico QAM, l'ampiezza di ogni componente di un'onda sinusoidale cambia continuamentea tempo con un segnale analogico.
La modulazione di fase (PM analogico) e il keying (PSK digitale) possono essere considerati un caso speciale di QAM, in cui l'ampiezza del segnale modulante è costante, con solo il cambio di fase. La modulazione in quadratura può essere estesa anche alla modulazione di frequenza (FM) e al keying (FSK), poiché possono essere considerate come sue sottospecie.
Come con molti schemi di modulazione digitale, il diagramma di costellazione è utile per QAM. In QAM, i punti di costellazione sono solitamente disposti in una griglia quadrata con uguale spaziatura verticale e orizzontale, sebbene siano possibili altre configurazioni (ad es. Cross-QAM). Poiché i dati sono generalmente binari nelle telecomunicazioni digitali, il numero di punti in una griglia è solitamente 2 (2, 4, 8, …).
Poiché QAM è solitamente quadrato, alcuni sono rari: le forme più comuni sono 16-QAM, 64-QAM e 256-QAM. Passando a una costellazione di ordine superiore, è possibile trasmettere più bit per simbolo. Tuttavia, se l'energia media della costellazione rimane la stessa (facendo un confronto equo), i punti dovrebbero essere più vicini tra loro e quindi più suscettibili a rumore e altra corruzione.
Ciò si traduce in un tasso di errore di bit più elevato e quindi un QAM di ordine superiore può fornire più dati in modo meno affidabile rispetto a un QAM di ordine inferiore per un'energia di costellazione media costante. L'uso di QAM di ordine superiore senza aumentare il tasso di errore di bit richiede una maggiorerapporto segnale/rumore (SNR) aumentando l'energia del segnale, riducendo il rumore o entrambi.
Aiuti tecnici
Se sono richieste velocità di trasmissione dati superiori a quelle offerte da 8-PSK, è più comune passare a QAM poiché raggiunge una maggiore distanza tra punti adiacenti nel piano I-Q, distribuendo i punti in modo più uniforme. Un fattore complicante è che i punti non hanno più la stessa ampiezza, quindi il demodulatore ora deve rilevare correttamente sia la fase che l'ampiezza, anziché solo la fase.
Televisione
64-QAM e 256-QAM sono spesso utilizzati nella TV digitale via cavo e nei modem via cavo. Negli Stati Uniti, 64-QAM e 256-QAM sono schemi di modulazione del cavo digitale autorizzati che sono standardizzati da SCTE nello standard ANSI/SCTE 07 2013. Si noti che molti esperti di marketing li chiameranno QAM-64 e QAM-256. La modulazione britannica QAM-64 viene utilizzata per la TV digitale terrestre (Freeview) e 256-QAM viene utilizzata per Freeview-HD.
I sistemi di comunicazione progettati per raggiungere livelli molto elevati di efficienza spettrale utilizzano tipicamente frequenze molto dense in questa serie. Ad esempio, gli attuali dispositivi Powerplug AV2 500-Mbit Ethernet utilizzano dispositivi 1024-QAM e 4096-QAM, così come dispositivi futuri che utilizzano lo standard ITU-T G.hn per connettersi al cablaggio domestico esistente.(cavo coassiale, linee telefoniche e linee elettriche); 4096-QAM fornisce 12 bit/simbolo.
Un altro esempio è la tecnologia ADSL per il rame a doppino intrecciato, la cui dimensione della costellazione raggiunge 32768-QAM (nella terminologia ADSL questo è chiamato caricamento di bit o bit per tono, 32768-QAM equivale a 15 bit per tono).
Anche i sistemi ad anello chiuso a larghezza di banda ultra elevata utilizzano 1024-QAM. Utilizzando 1024-QAM, Adaptive coding and modulation (ACM) e XPIC, i produttori possono raggiungere capacità gigabit in un singolo canale a 56 MHz.
Nel ricevitore SDR
È noto che la frequenza circolare 8-QAM è la modulazione 8-QAM ottimale nel senso che necessita della potenza media più bassa per una data distanza minima euclidea. La frequenza 16-QAM non è ottimale, sebbene sia possibile crearne una ottimale sulla stessa linea di 8-QAM. Queste frequenze vengono spesso utilizzate durante la sintonizzazione di un ricevitore SDR. Altre frequenze possono essere ricreate manipolando frequenze simili (o simili). Queste qualità sono utilizzate attivamente nei moderni ricevitori e ricetrasmettitori SDR, router, router.
