¿Cuál es QAM - Quadrature Amplitude Modulation

Descripción, información y tutorial sobre los fundamentos de lo que es QAM, Quadrature Amplitude Modulation, una forma de modulación utilizado para aplicaciones de comunicaciones de radio.

Quadrature Amplitude Modulation o QAM es una forma de modulación que se utiliza ampliamente para la modulación de las señales de datos sobre un portador utilizado para las comunicaciones de radio. Es ampliamente utilizado, ya que ofrece ventajas sobre otras formas de modulación de datos, tales como PSK, aunque muchas formas de modulación de datos operan uno junto al otro.

Quadrature Amplitude Modulation, QAM es una señal en la que dos portadoras desplazadas en fase en grados 90 se modulan y la salida resultante se compone tanto de variaciones de amplitud y de fase. En vista del hecho de que tanto las variaciones de amplitud y fase están presentes también puede ser considerado como una mezcla de amplitud y modulación de fase.

Una motivación para el uso de la modulación de amplitud en cuadratura proviene del hecho de que una señal modulada en amplitud recta, es decir doble banda lateral, incluso con una portadora suprimida ocupa dos veces el ancho de banda de la señal moduladora. Esto es un gran desperdicio del espectro de frecuencias disponible. QAM restablece el equilibrio mediante la colocación de dos suprimida de banda lateral doble señales portadoras independientes en el mismo espectro como una doble banda lateral señal portadora reprimida a ordinaria.

Analógicos y digitales QAM

Quadrature Amplitude Modulation, QAM puede existir en lo que puede denominarse ya sea analógica o formatos digitales. Las versiones analógicas de QAM se utilizan normalmente para permitir que múltiples señales analógicas que deban transportarse en una única portadora. Por ejemplo, se utiliza en sistemas de televisión NTSC y PAL, donde los diferentes canales proporcionados por QAM le permiten llevar a los componentes de croma o el color de la información. En las aplicaciones de radio de un sistema conocido como C-QUAM se utiliza para la radio estéreo AM. Aquí los diferentes canales permiten a los dos canales necesarios para equipo de música que se realizarán en la única portadora.

Formatos digitales de QAM se refieren a menudo como "cuantificada QAM" y se están utilizando cada vez más para las comunicaciones de datos a menudo dentro de los sistemas de comunicaciones de radio. Sistemas de comunicaciones de radio que van desde la tecnología celular como en el caso de LTE a través de sistemas inalámbricos incluidos WiMAX y Wi-Fi 802.11 utilizan una variedad de formas de QAM, y el uso de QAM no hará sino aumentar en el campo de las comunicaciones por radio.

Fundamentos QAM Digital / cuantificada

Quadrature Amplitude Modulation, QAM, cuando se utiliza para la transmisión digital para aplicaciones de comunicaciones de radio es capaz de llevar velocidades de datos más altas que los esquemas de amplitud modulada ordinarios y esquemas de modulación de fase. Al igual que con modulación por desplazamiento de fase, etc., el número de puntos en los que la señal puede reposo, es decir el número de puntos de la constelación se indica en la descripción formato de modulación, por ejemplo 16QAM utiliza una constelación punto 16.

Cuando se utiliza QAM, los puntos de la constelación están normalmente dispuestos en una rejilla cuadrada con un espaciado vertical y horizontal igual y como resultado las formas más comunes de QAM utilizan una constelación con el número de puntos igual a una potencia de 2 es decir 4, 16, 64 . . . .

Mediante el uso de formatos de orden superior modulación, es decir más puntos en la constelación, es posible transmitir más bits por símbolo. Sin embargo, los puntos están más cerca juntos y por lo tanto son más susceptibles al ruido y de datos errores.

Normalmente una constelación QAM es cuadrado y, por tanto, las formas más comunes de QAM 16QAM, 64QAM y 256QAM.

La ventaja de mover a los formatos de orden superior es que hay más puntos dentro de la constelación y por lo tanto es posible transmitir más bits por símbolo. La desventaja es que los puntos de la constelación están más cerca entre sí y, por tanto, el vínculo es más susceptible al ruido. Como resultado, las versiones de QAM de orden superior se utilizan sólo cuando hay una señal suficientemente alta a ruido.

Para dar un ejemplo de cómo funciona QAM, el diagrama de constelación muestra los valores asociados a los diferentes estados de una señal 16QAM. De esto se puede observar que un flujo de bits continuo puede agrupar en cuatro patas y representa como una secuencia.

 

Mapeo secuencia de bits para una señal 16QAM

Normalmente, la QAM orden más baja encontrada es 16QAM. La razón de esto es el orden más bajo que se encuentran normalmente es que 2QAM es el mismo que keying por desplazamiento de fase binaria, BPSK, y 4QAM es el mismo que keying cuadratura por desplazamiento de fase, QPSK.

Además 8QAM no se utiliza ampliamente. Esto es porque el rendimiento de tasa de error de 8QAM es casi la misma que la de 16QAM - es sólo alrededor de 0.5 dB mejor y la velocidad de datos es sólo tres cuartos mayor que la de 16QAM. Esto surge de la rectangular, en lugar de forma cuadrada de la constelación.

Ventajas y desventajas QAM

Aunque QAM parece aumentar la eficacia de la transmisión para sistemas de comunicaciones de radio mediante la utilización de ambas variaciones de amplitud y fase, que tiene una serie de inconvenientes. La primera es que es más susceptible al ruido debido a que los estados están más cerca juntos de modo que se necesita un menor nivel de ruido para mover la señal a un punto de decisión diferente. Receptores para uso con fase o modulación de frecuencia son ambos capaces de utilizar la limitación de amplificadores que son capaces de eliminar cualquier ruido de amplitud y de ese modo mejorar la dependencia de ruido. Este no es el caso con QAM.

La segunda limitación también se asocia con el componente de amplitud de la señal. Cuando una señal de fase o de frecuencia modulada se amplifica en un transmisor de radio, no hay necesidad de utilizar amplificadores lineales, mientras que cuando se utiliza QAM que contiene un componente de amplitud, la linealidad debe ser mantenida. Desafortunadamente amplificadores lineales son menos eficientes y consumen más energía, y esto los hace menos atractivos para aplicaciones móviles.

QAM vs otros formatos de modulación

Como hay ventajas y desventajas del uso de QAM es necesario comparar QAM con otros modos antes de tomar una decisión sobre el modo óptimo. Algunos sistemas de comunicaciones de radio cambiar dinámicamente el esquema de modulación depende de las condiciones y requisitos de enlace - nivel de la señal, el ruido, la velocidad de datos requerida, etc.

La siguiente tabla compara las diversas formas de la modulación:

Resumen de tipos de modulación con capacidades de datos
Bits de modulación por símbolo Margen de error Complejidad
OOK 1 1/2 0.5 Bajo
BPSK 1 1 1 Medio
QPSK 2 1 / √2 0.71 Medio
16 QAM 4 √2 / 6 0.23 Alto

64QAM 6 √2 / 14 0.1 Alto

Normalmente se ha encontrado que si se requieren velocidades de datos superiores a los que se puede lograr utilizando 8-PSK, es más habitual el uso de la modulación de amplitud en cuadratura. Esto es porque tiene una mayor distancia entre puntos adyacentes en la I - Q plano y esto mejora su inmunidad al ruido. Como resultado se puede lograr el mismo tipo de datos a un nivel de señal más baja.

Sin embargo ya no los puntos de la misma amplitud. Esto significa que el demodulador debe detectar tanto de fase y amplitud. También el hecho de que la amplitud varía significa que un SI amplificador lineal requiere para amplificar la señal.

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