直交振幅変調 - QAMは何ですか

概要、QAMであるものの基本についての情報やチュートリアル、直交振幅変調、無線通信用途に使用される変調の形。

直交振幅変調またはQAMは、広く無線通信に使用されるキャリアにデータ信号を変調するために使用される変調の一形態です。 データ変調の多くの形態が互いに並んで動作しているが、それは、例えば、PSKなどのデータ変調の他の形態を超える利点を提供するので、広く使用されています。

直交振幅変調は、QAMは、2つのキャリアは変調度であり、その出力は両方の振幅と位相の変動から構成90により位相シフトした信号です。 両方の振幅及び位相の変動が存在するという事実を考慮して、また、振幅及び位相変調の混合物と考えることができます。

直交振幅変調を使用するための動機はあっても抑圧搬送波を有する直振幅変調された信号、すなわち、両側波帯は、二回変調信号の帯域幅を占有しているという事実から来ています。 これは、利用可能な周波数スペクトルの非常に無駄です。 QAMは1通常の両側波帯に取り除かキャリア信号と同じスペクトル内の独立した2つの搬送波抑圧両側波帯信号を配置することによってバランスを復元します。

アナログとデジタルQAM

直交振幅変調、QAMは、アナログまたはデジタル形式のいずれかを呼ぶことができるものの中に存在してもよいです。 QAMのアナログバージョンは、通常、複数のアナログ信号を単一の担体に担持されることを可能にするために使用されます。 例えば、それは、QAMによって提供される異なるチャネルは彩度または色情報の成分を運ぶためにそれを有効PALおよびNTSCテレビシステムに使用されます。 無線アプリケーションでC-QUAMとして知られているシステムは、AMステレオラジオのために使用されます。 ここでは、異なるチャネルは、ステレオは、単一の担体に担持されるために必要な2つのチャンネルを有効にしてください。

QAMのデジタル形式は、しばしば、「量子化されたQAM」と呼ばれ、それらは、ますます多くの場合、無線通信システム内でデータ通信に使用されています。 無線通信システムは、WiMAXなどの無線システムを介して、LTEの場合のように携帯電話技術に至るまで、とWi-Fi 802.11は、QAMの様々な形態を使用し、QAMの使用が唯一の無線通信のフィールド内で増加します。

デジタル/量子化のQAMの基本

無線通信アプリケーション用のデジタル伝送のために使用される直交振幅変調、QAMは、通常、振幅変調方式および位相変調方式よりも高いデータレートを運ぶことができます。 位相シフトキーイングなどのように、信号コンステレーション上の点の数、すなわち、休むことができるれる点の数は、例えば、16QAMは16点配置を使用して、変調フォーマットの説明に示されています。

QAMを使用する場合は、コンスタレーションポイントは、通常、同じ垂直方向と水平方向の間隔で正方格子状に配列され、結果として、QAMの最も一般的な形態は2 4すなわち、16、64のパワーに等しい点数で星座を使用しています。 。 。 。

より高次の変調フォーマットを使用して、コンスタレーション上でより多くのポイント、すなわち、それはシンボル当たりより多くのビットを送信することが可能です。 しかし、ポイントは互いに接近していると、彼らは、したがって、ノイズやデータの誤差の影響を受けやすくなります。

通常、QAMコンステレーションは、広場やQAM 16QAM、64QAMと256QAMのしたがって、最も一般的な形態です。

高次形式に移動することの利点は、コンスタレーション内の複数のポイントが存在することであり、したがって、それはシンボル当たりより多くのビットを送信することが可能です。 欠点は、星座の点が互いに接近しているため、リンクはノイズの影響を受けやすいということです。 対雑音比が十分に高い信号がある場合に結果として、QAMの上位バージョンにのみ使用されます。

QAMがどのように動作するかの例を提供するには、以下のコンスタレーション・ダイアグラムは16QAM信号のためのさまざまな状態に関連付けられた値を示しています。 このことから、連続的なビットストリームは四つんばいにグループ化シーケンスとして表すことができることが分かります。

 

16QAM信号のビット列のマッピング

通常遭遇最下位QAMは16QAMです。 これは通常遭遇最下位である理由は、2QAM、バイナリ位相シフトキーイング、BPSKと同じであり、かつ4QAMは直交位相偏移変調、QPSKと同じであることです。

さらに8QAMは、広く使用されていません。 8QAMの誤り率性能はほとんど16QAMと同じであるためである - それは唯一の四分の三0.5QAMのものであるだけ16デシベルよりよいデータレートについてです。 これはむしろ星座の正方形よりも、長方形から生じます。

QAMの長所と短所

QAMは、両方の振幅および位相の変動を利用して無線通信システムのための伝送効率を高めるように見えるが、それは多くの欠点を有しています。 まず、ノイズの低いレベルは、異なる決定点に信号を移動するために必要とされるように、状態が一緒に近接しているので、ノイズの影響を受けやすいということです。 位相又は周波数変調で使用するための受信機は両方の任意の振幅ノイズを除去することにより、ノイズの信頼性を向上することができる制限増幅器を使用することができます。 これは、QAMの場合ではありません。

第2の制限は、信号の振幅成分と関連しています。 位相又は周波数変調された信号は、無線送信機で増幅されると、振幅成分を含むQAMを使用する場合に、線形性が維持されなければならないのに対して、線形増幅器を使用する必要はありません。 残念ながら、線形増幅器は、あまり効率的であり、より多くの電力を消費し、これは、モバイル用途にはあまり魅力。

他の変調フォーマット対QAM

QAMを使用することの利点と欠点があるので、最適なモードについての決定を下す前に、他のモードとQAMを比較する必要があります。 信号レベル、ノイズ、データレート要求さ、等 - いくつかの無線通信システムは、動的にリンク条件および要件に応じて変調方式を変更します

以下の表は、変調の様々な形を比較します。

データ容量の変調の種類の概要
シンボルあたりの変調ビットエラーマージン複雑さ
OOK 1 1 / 2低
BPSK 1 1ミディアム
QPSK 2 1 /√2中
16QAM4√2/ 6高

64QAM6√2/ 14高

典型的には8-PSKを使用して達成することができるもの、上記データレートが必要な場合、それは、直交振幅変調を使用することがより一般的であることがわかりました。 Q平面、これは、そのノイズ耐性を向上させる - それはIに隣接する点の間のより大きな距離を有しているためです。 結果として、より低い信号レベルで同じデータレートを達成することができます。

しかしポイントはもはや同じ振幅。 これは、復調器は、位相と振幅の両方を検出しなければならないことを意味します。 また、振幅が変化するということは、リニアアンプSI信号を増幅するために必要なことを意味します。

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