Данный способ модуляции относится к комбинированным. В случае QAM промодулированный сигнал представляет собой сумму двух ортогональных несущих: косинусоидальной и синусоидальной, амплитуды которых принимают независимые дискретные значения:
где UQ — амплитуда сигнала; шс — частота несущей, С|(/), Сц(/) — модулирующие сигналы в квадратурных каналах. При приеме сигналов с QAM производится когерентное детектирование.
Если в выражении (4.6) модулирующие сигналы Ci(f) и сп(?) принимают значения ±1, то получим QAM-4 (четырехпозиционную QAM). Если же для модуляции, как в синфазном, так и в квадратурном каналах используются четырехуровневые сигналы c(f) = ±1; ±3, то при этом получается 16-позиционная QAM (QAM-16), которую можно описать следующим выражением:
и представить в фазово-амплитудном пространстве в виде специального рис. 4.15, где точками показаны положения концов вектора сигнала Л, при различных значениях /. Оси координат на рис. 4.15 соответствуют синфазной ./ и квадратурной Q составляющим сигнала. В модуляции типа QAM- 16 несущая может иметь три значения амплитуды и 12 значений фазы, причем каждой позиции сигнального вектора соответствует четырехразрядный символ, состоящий из двоичных импульсов. При формировании подобных символов используется код Грея, поэтому соседние символы отличаются значением бита только в одном разряде, что минимизирует вероятность ошибки на символ.
Выбрать ТВ ДИСПЛЕЙ: IPS vs TN vs VA. В ЧЕМ РАЗНИЦА?
С точки зрения помехоустойчивости важно сохранить достаточно большим минимальное расстояние между двумя соседними точками в фазово-амплитудном пространстве. Доказано, что это условие выполняется при размещении сигнальных точек в узлах квадратной решетки.
Рис. 4.15. Векторная диаграмма возможных состояний сиг нала при ОАМ-16 (х = 1)
Рис. 4.16. Возможная структурная схема модулятора QAM-16
Для примера рассмотрим принцип построения квадратурного модулятора QAM-16 (рис. 4.16). Входной поток данных вначале подвергается необходимой цифровой обработке в процессоре данных.
Так как модуляция QAM-16 обеспечивает удельную скорость передачи 4 (бит/с)/Гц, то для последующей модуляции поток данных в ходе его цифровой обработки разделяется на четыре подпотока с соответственно сниженными скоростями. Затем производится цифро-аналоговое преобразование двух двоичных подпотоков в один четырехуровневый с одновременным формированием их спектра в ЦТФ, где импульсам придается сглаженная форма. Четырехуровневые сигналы в каналах / и Q управляют работой балансных модуляторов, выходные сигналы которых складываются, образуя сигнал QAM-16 с двумя полосами и подавленной несущей. На балансные модуляторы несущая поступает со сдвигом л/2, то есть в квадратуре. Выходной сигнал модулятора на промежуточной частоте несущей проходит через полосовой фильтр, ограничивающий внеполосные излучения, и может быть конвертирован в полосу любого вещательного канала.
Как подключить CAM-модуль к телевизору?
В демодуляторе имеется аналогичная пара балансных модуляторов и блоки обратного преобразования из четырехуровневых в двоичные сигналы е последующей обработкой данных.
Кроме модуляции типа QAM-16 в системах цифрового телевидения широко используется QAM-64. В данном случае числа в обозначениях типа модуляции означают количество вариантов суммарного сигнала. Например, в модуляции QAM-64 несущая может иметь 9 значений амплитуды и 48 значений фазы. В многопозиционных способах модуляции разрядность символа, соответствующего любой позиции сигнального вектора, равна log 2 о, где а — количество вариантов суммарного сигнала, то есть кратность модуляции.
Расположение сигнальных точек в фазово-амплитудном пространстве при различных типах QAM определяют сигнальные созвездия модулированных сигналов, то сеть геометрическое представление ансамбля сигналов с цифровой многопозиционной модуляцией в отсчстные моменты времени на двумерной комплскеной плоекоети. Практически используются как обычные равномерные, так и неравномерные сигнальные созвездия с различными расстояниями между двумя ближайшими точками созвездия в смежных квадрантах, что количественно оценивается коэффициентом неравномерности сигнального созвездия х- Данный параметр равен отношению расстояния между соседними точками в двух разных квадрантах к расстоянию между точками в одном квадранте. Применительно к модуляции типа QAM-16 и QAM-64 рекомендуются три значения коэффициента
X = 1 соответствует обычной QAM е равномерным сигнальным созвездием (ем. рис. 4.15); х = 2 характеризует QAM с неравномерным сигнальным созвездием, когда расстояние между двумя ближайшими точками созвездия в смежных квадрантах в два раза больше расстояния в пределах одного квадранта (рис.
4.17); х = 4 оценивает QAM е неравномерным сигнальным созвездием, когда различие расстояний между точками внутри и между квадрантами является четырехкратным (рис. 4.18). Применение неравномерной структуры сигнальных созвездий с коэффициентами X. = 2, X = 4 обеспечивает улучшение декодирования потока данных, модулированных методами QAM-16 и QAM-64.
Однако при этом требуется увеличение отношения сигнал/шум для потока данных, так как шумы и помехи трансформируют сигнальные точки созвездия в «облака». Центром «облака» остается сигнальная точка, а его «размытость» характеризует остаточный уровень несущей, нарушение баланса уровней сигналов ./ и Q, коэффициент модуляционных ошибок и другие параметры. При очень сильном шуме различить сигнальные точки внутри квадрантов становится практически невозможным. Однако благодаря введенной неравномерности в сигнальные созвездия сигнальные точки между квадрантами различаются
Рис. 4.17. Векторная диаграмма возможных состояний сигнала при QAM-16 (х = 2)
Рис. 4.18. Векторная диаграмма возможных состояний сигнала при фАМ-64 (х = 4) достаточно хорошо, то есть декодирование может осуществляться с приемлемой вероятностью ошибок.
Источник: ozlib.com
Разница между QAM и QPSK
Примитивное различие между QAM и QPSK состоит в том, что спектральная ширина QAM уже, чем QPSK. Кроме того, BER (частота ошибок по битам) QAM выше, чем QPSK. Раньше для передачи цифровых данных использовалась аналоговая среда передачи. Следовательно, нам потребовалась технология, которая может преобразовывать цифровые данные в аналоговые сигналы, например, используемые в телефонных сетях. Итак, для выполнения такой задачи используется модем (модулятор / демодулятор), в котором осуществляется модуляция и демодуляция сигнала.
Модуляция требует изменения любой из трех характеристик (то есть амплитуды, частоты и фазы) несущей волны. Это привело к развитию методов кодирования или модуляции, названных PSK, FSK, ASK, QPSK и QAM, для преобразования цифровых данных в аналоговые сигналы. Среди этих методов модуляции мы собираемся сравнить два, QAM и QPSK.
QPSK очень похож на PSK, единственное различие между PSK и QPSK состоит в том, что в базовом PSK сдвиг фазы происходит через каждые 180 ° градусов, в то время как в QPSK сдвиг фазы происходит кратно 90 °. С другой стороны, QAM — это группа ASK и PSK.
BER представляет собой процент ошибочных битов по отношению к общему количеству переданных, полученных и обработанных битов за определенный период времени, который эквивалентен отношению сигнал / шум в аналоговой системе.
Сравнительная таблица
| Стенды для | Квадратурная амплитудная модуляция | Квадратурная фазовая манипуляция |
| Спектральная ширина | Узкий | Широкий |
| Количество переданных битов | Зависит от его типа | 2 бита |
| Производительность | В среднем | Лучше |
| Коэффициент битовых ошибок | Высоко | Низкий |
Определение QAM
QAM (квадратурная амплитудная модуляция) представляет собой комбинацию аналогового и цифрового метода модуляции. Для передачи двух сигналов аналогового сообщения / двух цифровых битовых потоков он модулирует амплитуду двух несущих волн с помощью амплитудной манипуляции (ASK).
Есть две синусоидальные несущие волны, которые не остаются в фазе друг с другом, демонстрируя разницу в 90 ° и поэтому называемые квадратурными несущими или квадратурными составляющими. Модулированные волны объединяются, и последующая форма волны является составной формой методов PSK (фазовая манипуляция) и ASK (амплитудная манипуляция) или PM (фазовая модуляция) и AM (амплитудная модуляция) (в аналоговом случае).
В случае цифровой КАМ используется определенное количество минимум двух фаз и минимум двух амплитуд. Поскольку амплитуда модулированной несущей согласована, инициируется разработка модуляторов PSK с использованием принципов QAM, но не рассматривается как QAM.
Схема модуляции QAM широко используется в цифровых телекоммуникационных системах. Для достижения большей спектральной эффективности в QAM подходящий размер созвездия фиксируется и ограничивается линейностью каналов связи и степенью шума. Модуляции QAM имеют различные применения, например, в волоконно-оптических системах при увеличении скорости передачи данных, а QAM 16 и 64 могут оптически эмулироваться с помощью 3-лучевого интерферометра.
Определение QPSK
QPSK (квадратурная фазовая манипуляция) это своего рода Фазовая манипуляция. Здесь квадратура добавляется к стандартному PSK, где 2 бита модулируются за один раз путем выбора одного из четырех возможных фазовых сдвигов несущей (0, 90, 180 или 270 градусов). Он может передавать двойную информацию, как стандартный PSK, используя ту же полосу пропускания. Он в основном используется для спутниковой передачи видео MPEG 2, кабельных модемов, видеоконференцсвязи, систем сотовой связи и других типов цифровой связи по радиочастотной несущей.
Есть различные названия QPSK, такие как четвертичный PSK, Quadriphase PSK, 4-PSK или 4QAM. Диаграмма QPSK построена с использованием четырех точек на диаграмме созвездия, размещенных с равным интервалом по кругу. Используя четыре фазы, кодирование в QPSK включает 2 бита в каждом символе с кодированием Грея, чтобы уменьшить частоту ошибок по битам (BER).
Вывод
Оба метода модуляции QAM и QPSK оцениваются на основе эффективности мощности, ошибки скорости передачи данных, эффективности полосы пропускания и некоторых других факторов. Однако в этом конкретном случае производительность QPSK лучше, чем QAM в некоторых аспектах.
Источник: ru1.surveillancepackages.com
Модуляция радиосигнала
В комментариях к статье «Критерии качества сигнала в сетях WiMax» zlyoha посетовал на отсутствие статей описывающей физическую сторону передачи информации по радио каналу.
Мы решили исправить это упущение и написать цикл постов о беспроводной передаче данных.
В первом из них мы расскажем о главном аспекте передачи информации посредством радиосигнала – модуляции.
- Позволяет сформировать радиосигнал, который будет обладать свойствами соответствующими свойствам несущей частоты. О свойствах волн разных частотных диапазонов можно почитать, например, тут.
- Позволяет использовать антенны малого размера, ведь размер антенны должен быть пропорционален длине волны.
- Позволяет избежать интерференции с другими радиосигналами.
Антенна длинной 24 километра не кажется достаточно удобной в использовании.
Если же мы будем передавать этот сигнал наложенным на несущую частоту в 2.5 ГГц (частота используемая в Yota WiMax), то нам понадобится антенна длиной 12 см.
Аналоговая модуляция.
Прежде чем перейти непосредственно к цифровой модуляции, приведу картинку, иллюстрирующую аналоговую AM (амплитудную) и FM (частотную) модуляцию, которая освежит у многих школные познания: 
исходный сигнал
AM (амплитудная модуляция)
FM (частотная модуляция)
Цифровая модуляция и ее типы.
В цифровой модуляции аналоговый несущий сигнал модулируется цифровым битовым потоком.
Существуют три фундаментальных типа цифровой модуляции (или шифтинга) и один гибридный:
- ASK – Amplitude shift keying (Амплитудная двоичная модуляция).
- FSK – Frequency shift keying (Частотая двоичная модуляция).
- PSK – Phase shift keying (Фазовая двоичная модуляция).
- ASK/PSK.
Упомяну, что существует традиция в русской терминологии радиосвязи использовать для модуляции цифровым сигналом термин «манипуляция». 
В случае амплитудного шифтинга амплитуда сигнала для логического нуля может быть (например) в два раза меньше логической и единицы.
Частотная модуляция похожим образом представляет логическую единицу интервалом с большей частотой, чем ноль.
Фазовый шифтинг представляет «0» как сигнал без сдвига, а «1» как сигнал со сдвигом.
Да, тут мы как раз имеем дело со «сдвигом по фазе» 🙂
Каждая из схем имеет свои сильные и слабые стороны.
- ASK хороша с точки зрения эффективности использования полосы частот, но подвержена искажениям при наличии шума и недостаточно эффективна с точки зрения потребляемой мощности.
- FSK – с точностью до наоборот, энергетически эффективна, но не эффективно использует полосу частот.
- PSK – хороша в обоих аспектах.
- ASK/PSK – комбинация двух схем. Она позволяет еще лучше использовать полосу частот.
Самая простая PSK схема (показанная на рисунке) имеет собственное название — Binary phase-shift keying. Используется единственный сдвиг фазы между «0» и «1» — 180 градусов, половина периода.
Существуют также QPSK и 8-PSK:
QPSK использует 4 различных сдвига фазы (по четверти периода) и может кодировать 2 бита в символе (01, 11, 00, 10). 8-PSK использует 8 разных сдвигов фаз и может кодировать 3 бита в символе.
Подробнее тут
Одна из частных реализаций схемы ASK/PSK которая называется QAM — Quadrature Amplitude Modulation (квадратурная амплитудная модуляция (КАМ). Это метод объединения двух AM-сигналов в одном канале. Он позваляет удвоить эффективную пропускную способность. В QAM используется две несущих с одинаковой частотой но с разницей в фазе на четверть периода (отсюда и возникает слово квадратура). Более высокие уровни QAM строятся по тому же принципы, что и PSK. Если вас интересуют детали, вы без труда можете их найти в сети.
Теоретическая эффективность использования полосы пропускания:
| Формат | Эффективность (бит/с/Гц) |
| BPSK | 1 |
| QPSK | 2 |
| 8-PSK | 3 |
| 16-QAM | 4 |
| 32-QAM | 5 |
| 64-QAM | 6 |
| 256-QAM | 8 |
Чем сложнее схема модуляции, тем более пагубное воздействие на нее оказывают искажения при передаче, и тем меньше расстояние от базовой станции, на котором сигнал может быть успешно принят.
Теоретически возможны PSK и QAM схемы еще более высокого уровня, но на практике при их использовании возникает слишком большое количество ошибок.
Теперь, когда мы рассмотрели основные моменты, можно написать какие схемы модуляции применяются в сетях WiMax.
Модуляция сигнала в сетях WiMax.
В WiMax используется «динамическая адаптивная модуляция», которая позволяет базовой станции делать выбор между пропускной способностью и максимальным расстоянием до приемника. Чтобы увеличить дальность, базовая станция может переключиться между 64-QAM, 16-QAM и QPSK.
Заключение.
Я надеюсь, что у меня получилось соблюсти баланс между популярностью изложения и техничностью содержания. Если данная статья окажется востребованной, я продолжу работать в этом направлении. Технология WiMax имеет множество нюансов, о которых можно рассказать.
Источник: habr.com