Η διαμόρφωση QAM μεταδίδει δύο αναλογικά σήματα μηνυμάτων ή δύο ψηφιακές ροές δυαδικών ψηφίων μεταβάλλοντας (διαμορφώνοντας) τα πλάτη δύο κυμάτων φορέα χρησιμοποιώντας ένα σχήμα ψηφιακής διαμόρφωσης ASK ή αναλογικής AM.
Αρχή λειτουργίας
Δύο φέροντα κύματα της ίδιας συχνότητας, συνήθως ημιτονοειδείς, είναι εκτός φάσης μεταξύ τους κατά 90° και ονομάζονται έτσι τετράγωνοι φορείς ή τετράγωνα συστατικά - εξ ου και το όνομα του κυκλώματος. Τα διαμορφωμένα κύματα αθροίζονται και η τελική κυματομορφή είναι ένας συνδυασμός και των δύο πλήκτρων μετατόπισης φάσης (PSK) και πλήκτρων μετατόπισης πλάτους (ASK), ή στην αναλογική περίπτωση διαμόρφωσης φάσης (PM) και διαμόρφωσης πλάτους.
Όπως όλα τα σχήματα διαμόρφωσης, το QAM μεταδίδει δεδομένα αλλάζοντας κάποια πτυχή του σήματος του φέροντος κύματος (συνήθως ένα ημιτονοειδές κύμα) ως απόκριση στο σήμα δεδομένων. Στην περίπτωση του ψηφιακού QAM, χρησιμοποιούνται δείγματα πολλαπλών φάσεων και πολλαπλού πλάτους. Η πληκτρολόγηση μετατόπισης φάσης (PSK) είναι μια απλούστερη μορφή QAM στην οποία το πλάτος του φορέα είναι σταθερό και μόνο οι μετατοπίσεις φάσης.
Σε περίπτωση παραμόρφωσηςΜετάδοση QAM, ένα φέρον κύμα είναι μια συλλογή δύο ημιτονοειδών κυμάτων της ίδιας συχνότητας, 90° σε φάση το ένα από το άλλο (σε τετραγωνισμό). Αυτά αναφέρονται συχνά ως συνιστώσα «Ι» ή σε φάση, καθώς και ως συνιστώσα «Q» ή τετραγωνική. Κάθε συστατικό κύμα διαμορφώνεται κατά πλάτος, που σημαίνει ότι το πλάτος του αλλάζει για να αντιπροσωπεύει τα δεδομένα που πρέπει να μεταφερθούν για να μπορέσουν να συνδυαστούν μαζί.
Αίτηση
Τα όρια απόφασης επιγραφής στην παραπάνω φωτογραφία υποδηλώνουν το όριο της επιφάνειας (ή "όριο απόφασης", κυριολεκτικά).
Το QAM (διαμόρφωση πλάτους τετραγώνου) χρησιμοποιείται ευρέως ως σχήμα διαμόρφωσης για ψηφιακά συστήματα τηλεπικοινωνιών, όπως τα πρότυπα Wi-Fi 802.11. Αυθαίρετη υψηλή φασματική απόδοση μπορεί να επιτευχθεί με το QAM ορίζοντας ένα κατάλληλο μέγεθος αστερισμού, που περιορίζεται μόνο από το επίπεδο θορύβου και τη γραμμικότητα ζεύξης.
Η διαμόρφωση QAM χρησιμοποιείται σε συστήματα οπτικών ινών καθώς αυξάνεται ο ρυθμός bit. Τα QAM16 και QAM64 μπορούν να εξομοιωθούν οπτικά με συμβολόμετρο 3 καναλιών.
Ψηφιακή τεχνολογία
Στο ψηφιακό QAM, κάθε συστατικό κύμα αποτελείται από δείγματα σταθερού πλάτους, το καθένα καταλαμβάνει ένα ενιαίο χρονικό διάστημα και το πλάτος κβαντίζεται, περιορίζεται σε ένα από έναν πεπερασμένο αριθμό επιπέδων που αντιπροσωπεύουν ένα ή περισσότερα δυαδικά ψηφία (bit) του ένα ψηφιακό κομμάτι. Στο αναλογικό QAM, το πλάτος κάθε στοιχείου ενός ημιτονοειδούς κύματος αλλάζει συνεχώςέγκαιρα με αναλογικό σήμα.
Η διαμόρφωση φάσης (αναλογικό PM) και η πληκτρολόγηση (ψηφιακό PSK) μπορούν να θεωρηθούν ως ειδική περίπτωση QAM, όπου το μέγεθος του σήματος διαμόρφωσης είναι σταθερό, με μόνο τη φάση να αλλάζει. Η τετραγωνική διαμόρφωση μπορεί επίσης να επεκταθεί στη διαμόρφωση συχνότητας (FM) και στο keying (FSK), καθώς μπορούν να θεωρηθούν ως υποείδη της.
Όπως συμβαίνει με πολλά σχήματα ψηφιακής διαμόρφωσης, το διάγραμμα αστερισμού είναι χρήσιμο για το QAM. Στο QAM, τα σημεία αστερισμού διατάσσονται συνήθως σε ένα τετράγωνο πλέγμα με ίσες κατακόρυφες και οριζόντιες αποστάσεις, αν και είναι δυνατές και άλλες διαμορφώσεις (π.χ. Cross-QAM). Δεδομένου ότι τα δεδομένα είναι συνήθως δυαδικά στις ψηφιακές τηλεπικοινωνίες, ο αριθμός των σημείων σε ένα πλέγμα είναι συνήθως 2 (2, 4, 8, …).
Επειδή το QAM είναι συνήθως τετράγωνο, μερικά είναι σπάνια - τα πιο κοινά σχήματα είναι 16-QAM, 64-QAM και 256-QAM. Μετακινώντας σε έναν αστερισμό υψηλότερης τάξης, μπορούν να μεταδοθούν περισσότερα bit ανά σύμβολο. Ωστόσο, εάν η μέση ενέργεια του αστερισμού παραμένει η ίδια (κάνοντας μια δίκαιη σύγκριση), τα σημεία θα πρέπει να είναι πιο κοντά μεταξύ τους και επομένως πιο επιρρεπή σε θόρυβο και άλλη διαφθορά.
Αυτό έχει ως αποτέλεσμα υψηλότερο ποσοστό σφάλματος bit και επομένως ένα QAM υψηλότερης τάξης μπορεί να παρέχει περισσότερα δεδομένα λιγότερο αξιόπιστα από ένα QAM χαμηλότερης τάξης για μια σταθερή μέση ενέργεια αστερισμού. Η χρήση QAM υψηλότερης τάξης χωρίς αύξηση του ποσοστού σφάλματος bit απαιτεί υψηλότεροαναλογία σήματος προς θόρυβο (SNR) αυξάνοντας την ενέργεια του σήματος, μειώνοντας το θόρυβο ή και τα δύο.
Τεχνικά βοηθήματα
Εάν απαιτούνται ταχύτητες δεδομένων που υπερβαίνουν εκείνους που προσφέρονται από το 8-PSK, είναι πιο συνηθισμένο να μετακινηθείτε σε QAM καθώς επιτυγχάνει μεγαλύτερη απόσταση μεταξύ γειτονικών σημείων στο επίπεδο I-Q, κατανέμοντας τους πόντους πιο ομοιόμορφα. Ένας παράγοντας που περιπλέκει είναι ότι τα σημεία δεν έχουν πλέον το ίδιο πλάτος, και έτσι ο αποδιαμορφωτής πρέπει τώρα να ανιχνεύει σωστά τόσο τη φάση όσο και το πλάτος, και όχι απλώς τη φάση.
Τηλεόραση
Το 64-QAM και 256-QAM χρησιμοποιούνται συχνά σε ψηφιακή καλωδιακή τηλεόραση και καλωδιακά μόντεμ. Στις Ηνωμένες Πολιτείες, το 64-QAM και το 256-QAM είναι εξουσιοδοτημένα σχήματα διαμόρφωσης ψηφιακών καλωδίων που είναι τυποποιημένα από την SCTE στο πρότυπο ANSI/SCTE 07 2013. Σημειώστε ότι πολλοί έμποροι θα τα αναφέρουν ως QAM-64 και QAM-256. Η διαμόρφωση UK QAM-64 χρησιμοποιείται για ψηφιακή επίγεια τηλεόραση (Freeview) και η 256-QAM χρησιμοποιείται για Freeview-HD.
Συστήματα επικοινωνίας που έχουν σχεδιαστεί για να επιτυγχάνουν πολύ υψηλά επίπεδα φασματικής απόδοσης συνήθως χρησιμοποιούν πολύ πυκνές συχνότητες σε αυτήν τη σειρά. Για παράδειγμα, οι τρέχουσες συσκευές Powerplug AV2 500 Mbit Ethernet χρησιμοποιούν συσκευές 1024-QAM και 4096-QAM, καθώς και μελλοντικές συσκευές που θα χρησιμοποιούν το πρότυπο ITU-T G.hn για σύνδεση με την υπάρχουσα οικιακή καλωδίωση.(ομοαξονικό καλώδιο, τηλεφωνικές γραμμές και γραμμές ρεύματος). 4096-QAM παρέχει 12 bit/σύμβολο.
Ένα άλλο παράδειγμα είναι η τεχνολογία ADSL για χαλκό συνεστραμμένου ζεύγους, του οποίου το μέγεθος αστερισμού φτάνει τα 32768-QAM (στην ορολογία ADSL αυτό ονομάζεται bit-loading ή bits ανά τόνο, το 32768-QAM ισοδυναμεί με 15 bit ανά τόνο).
Συστήματα κλειστού βρόχου εξαιρετικά υψηλού εύρους ζώνης χρησιμοποιούν επίσης 1024-QAM. Χρησιμοποιώντας 1024-QAM, προσαρμοστική κωδικοποίηση και διαμόρφωση (ACM) και XPIC, οι κατασκευαστές μπορούν να επιτύχουν χωρητικότητα gigabit σε ένα μόνο κανάλι 56 MHz.
Σε δέκτη SDR
Είναι γνωστό ότι η κυκλική συχνότητα 8-QAM είναι η βέλτιστη διαμόρφωση 8-QAM με την έννοια ότι χρειάζεται η χαμηλότερη μέση ισχύς για μια δεδομένη ελάχιστη Ευκλείδεια απόσταση. Η συχνότητα 16-QAM δεν είναι η βέλτιστη, αν και μπορεί να δημιουργηθεί μια βέλτιστη στην ίδια γραμμή με το 8-QAM. Αυτές οι συχνότητες χρησιμοποιούνται συχνά κατά τον συντονισμό ενός δέκτη SDR. Άλλες συχνότητες μπορούν να αναδημιουργηθούν χειραγωγώντας παρόμοιες (ή παρόμοιες) συχνότητες. Αυτές οι ιδιότητες χρησιμοποιούνται ενεργά σε σύγχρονους δέκτες και πομποδέκτες SDR, δρομολογητές, δρομολογητές.
