Он способен обеспечить высокоэффективную форму модуляции для данных, и поэтому он используется во всем, от сотовых телефонов до Wi-Fi, и почти во всех других формах высокоскоростной системы передачи данных.
Например, он используется в телевизионных системах PAL и NTSC, где различные каналы, предоставляемые QAM, позволяют ему переносить компоненты информации цветности или цвета. В радиоприложениях система, известная как C-QUAM, используется для AM стерео радио. Здесь разные каналы позволяют двум каналам, необходимым для стерео, передаваться на одной несущей.
# Цифро-аналоговые методы преобразования
Цифровые форматы QAM часто называют «квантованного QAM» и они все шире используются для передачи данных часто в системах радиосвязи. Системы радиосвязи, начиная от клеточных технологий, как в случае LTE через беспроводные системы, включая WiMAX, и Wi-Fi 802.11 использовать различные формы QAM, и использование QAM будет только увеличиваться в области радиосвязи.
Базовые сигналы имеют только две позиции, которые позволяют передавать либо 0, либо 1. Используя QAM, можно использовать множество различных точек, каждая из которых имеет определенные значения фазы и амплитуды. Это известно как диаграмма созвездия. Различным позициям назначаются разные значения, и, таким образом, один сигнал может передавать данные с гораздо большей скоростью.
Используя форматы модуляции более высокого порядка, то есть больше точек в созвездии, можно передавать больше битов на символ. Однако точки расположены ближе друг к другу, и поэтому они более восприимчивы к шуму и ошибкам данных..
Преимущество перехода к форматам более высокого порядка состоит в том, что в созвездии больше точек и, следовательно, можно передавать больше битов на символ. Недостатком является то, что точки созвездия находятся ближе друг к другу, и, следовательно, линия более чувствительна к шуму. В результате версии QAM более высокого порядка используются только при достаточно высоком отношении сигнал / шум.
Чтобы обеспечить пример того, как работает КАМ, созвездие ниже диаграмма показывает значения, связанные с различными государствами для сигнала 16QAM. Из этого видно, что непрерывный поток битов могут быть сгруппированы в четыре и представлены в виде последовательности.
#QAM преимущества и недостатки
● Во-первых, он более восприимчив к шуму, поскольку состояния ближе друг к другу, поэтому для перемещения сигнала в другую точку принятия решения требуется более низкий уровень шума. Приемники для использования с фазовой или частотной модуляцией могут использовать ограничивающие усилители, которые способны удалять любые амплитудные шумы и, таким образом, улучшать шумовую зависимость. Это не так с QAM.
● Второе ограничение связано также с компонентом амплитуды сигнала. Когда сигнал фазы или частоты модулированного усиливается в радиопередатчика, нет необходимости использовать линейные усилители, в то время как при использовании QAM, содержащий амплитуды компонента, линейность должен быть сохранен. К сожалению, линейные усилители являются менее эффективными и потребляют больше энергии, и это делает их менее привлекательными для мобильных приложений.
#QAM против PSK и другие режимы При выборе формы модуляции стоит сравнить AM против PSK и другие режимы, глядя на то, что каждый из них может предложить.
В приведенной ниже таблице различные формы модуляции:
Однако точки больше не то же самое амплитуда. Это означает, что демодулятор должен обнаруживать как фазу и амплитуду. Кроме того, тот факт, что амплитуда изменяется означает, что линейный усилитель SI требуется для усиления сигнала.
Сети кабельного телевидения для самых маленьких. Часть 4: Цифровая составляющая сигнала
Все мы прекрасно знаем, что мир техники вокруг — цифровой, либо стремится к этому. Цифровое телевещание — далеко не новость, однако если вы не интересовались этим специально, для вас могут быть неожиданными присущие ему технологии.
Состав цифрового телевизионного сигнала
Цифровой телевизионный сигнал представляет из себя транспортный поток разных версий MPEG (иногда и других кодеков), передаваемый радиосигналом с применением квадратурно-амплитудной модуляции QAM разной степени. Любому связисту эти слова должны быть ясны как день, поэтому приведу лишь гифку из википедии, которая, надеюсь, даст понимание что это такое для тех, кто просто ещё не интересовался:
UPD: В комментариях эта картинка признана некорректной, но, тем не менее, она весьма наглядна. Поэтому оставлю для тех, кто ничего не знает о модуляции и не очень хочет углубляться, но хочет понять что за точки мы тут обсуждаем.
Такая модуляция в том или ином виде используется не только для «телеанахронизма», но и всех, находящихся на пике технологий систем передачи данных. Скорость цифрового потока в «антенном» кабеле составляет сотни мегабит!
Параметры цифрового сигнала
Воспользовавшись прибором Deviser DS2400T в режиме отображения параметров цифрового сигнала, мы сможем увидеть как это бывает на самом деле:
В нашей сети пристутсвуют сигналы сразу трёх стандартов: это DVB-T, DVB-T2 и DVB-C. Рассмотрим их по очереди.
Этот стандарт не стал основным в нашей стране, уступив место второй версии, однако он вполне пригоден для использования оператором по той причине, что приёмники DVB-T2 обратно совместимы со стандартом первого поколения, а значит абонент может принять такой сигнал на практически любой цифровой телевизор без дополнительных приставок. Кроме того, предназначенный для передачи по воздуху стандарт (буква T — означает Terrestrial, эфир), обладает столь хорошей помехозащищённостью и избыточностью, что порой работает там, где по каким-то причинам не пролезает аналоговый сигнал.
На экране прибора мы можем наблюдать как строится созвездие 64QAM (стандарт поддерживает QPSK, 16QAM, 64QAM). Видно, что в реальных условиях точки отнюдь не складываются в одну, а приходят с некоторым разлётом. Это нормально до тех пор, пока декодер может определить к какому именно квадрату относится прилетевшая точка, но даже на приведённом изображении видны участки, где они расположены на границе или близко к ней. По этой картине можно быстро «на глаз» определить качество сигнала: при плохой работе усилителя, например, точки располагаются хаотично, а телевизор не может собрать картинку из полученных данных: «пикселит», а то и совсем замирает. Бывают случаи, когда процессор усилителя «забывает» добавить в сигнал одну из составляющих (амплитуду или фазу). В таких случаях на экране прибора можно увидеть круг или кольцо размером во всё поле. Две точки за пределами основного поля являются опорными для приёмника и не несут информации.
В левой части экрана под номером канала мы видим количественные параметры:
Уровень сигнала (P) в тех же дБмкВ, что и для аналога, однако для цифрового сигнала ГОСТ регламентирует уже лишь 50дБмкВ на входе в приёмник. То есть на участках с бо́льшим затуханием «цифра» будет работать лучше аналога.
DVB-T2
Принятый в России стандарт цифрового эфирного вещания так же может быть передан по кабелю. Форма созвездия при первом взгляде может несколько удивить:
Этот стандарт изначально создан для передачи по кабелю (C — Cable) — среде намного стабильнее воздуха, поэтому позволяет использовать более высокую степень модуляции чем DVB-T, а значит и передавать больший объём информации, не используя при этом сложное кодирование.
Тут мы видим созвездие 256QAM. Квадратов стало больше, размер их стал меньше. Вероятность ошибки увеличилась, а значит для передачи такого сигнала нужна более надёжная среда (или более сложное кодирование, как в DVB-T2). Такой сигнал может «рассыпаться» там, где работают аналог и DVB-T/T2, однако он так же имеет запас помехозащищённости и алгоритмы исправления ошибок.
В силу большей вероятности ошибки, параметр MER для 256-QAM нормирован уже в 32дБ.
Счётчик ошибочных бит поднялся ещё на порядок и вычисляет уже один ошибочный бит на миллиард, но даже если их будет сотни миллионов (PRE-BER
E-07-8), то используемый в этом стандарте декодер Рида-Соломона устранит все ошибки.
Вопрос: Прошу кратко дать характеристику стандарту QAM.
Каковы возможности (преимущества и недостатки) при трансляции данного вида сигнала по КСКТП?
Ответ («Теле-Спутник»): QAM это не стандарт, а метод модуляции — Quadrature Amplitude Modulation, на русском называемый квадратурно-амплитудной модуляцией (КАМ). Он используется для передачи цифровых сигналов и предусматривает дискретное изменение состояния сегмента несущей одновременно по фазе и амплитуде.
В телевидении может применяться QAM модуляция различного уровня от 16 QAM до 256 QAM. Уровень модуляции определяет количество состояний несущей, используемых для передачи информации. Число бит, передаваемых одним состоянием, определяется как Log N где Т — уровень модуляции. Так, модуляция 16 QAM передает 4 бита информации, а модуляция 256 QAM — 8 бит. На рисунке показано пространство сигналов при модуляции 32 QAM и 64 QAM.
Очевидно, что чем выше уровень модуляции, тем большими скоростными возможностями и меньшей помехоустойчивостью она обладает. QAM модуляция более чем QPSK и 8PSK1 чувствительна к нелинейным искажениям и шумам радиотракта. Поэтому она почти не используется для каналов спутниковой связи. Единственный известный нам спутниковый тракт с модуляцией 16 QAM организован на спутнике Sirius.
В коаксиальных линиях связи, характеризующихся высоким отношением несущая/шум, и с высоким отношением амплитудной (передаточной) характеристики, используется преимущественно QAM модуляция разного уровня. Стандарт DVB-С предлагает в качестве основной использовать 64-уровневую QAM-модуляцию, позволяющую в канале с полосой пропускания 7.92 МГц обеспечить скорость передачи данных 41.34 Мбит/с и полезную скорость, с учетом помехоустойчивого кодирования — 38.1 Мбит/с. Сигналы этого уровня не налагают особых требований к качеству распределительного тракта и, как правило, могут быть добавлены в уже существующие сети.
Для ретрансляции спутниковых потоков актуальным является использование и 32 QAM. В этом случае в кабельном канале обеспечивается скорость передачи данных 34. 367 Мбит/с, совместимая со скоростью передачи в спутниковых каналах связи. Полезная скорость передачи составляет при этом 31.367 Мбит/с.
Во вновь проектируемых кабельных сетях возможен переход к модуляциям 128 QAM и 256 QAM, но он потребует ужесточения норм на неравномерность АЧХ, ГВЗ и уровень отраженных эхо-сигналов в радиотракте кабельной сети.
QAM модуляция используется и для передачи данных по сетям кабельного ТВ.
Вопрос: Как производится воздушная прокладка кабеля и каким нормативам она должна соответствовать?
Длина подвесных воздушных линий не должна превышать 100 м, высота установки стоек должна быть в пределах 100 м от уровня земли.
В зависимости от географического месторасположения строительства, трубостойки и канат, поддерживающий кабель, должны рассчитываться с учетом:
Ветровые нагрузки и нагрузки от обледенения определяются в соответствии со СНиП 2.01.07-85.
При подвесе кабеля необходимо придерживаться следующих правил: для пролета 20 м провисание не должно превышать 1 м, для пролета 40 м — 2,2 м, для пролета 70 м — 6 м, для пролета 100 м — не более 8 м. Все тросы должны быть предварительно вытянуты на усилие, равное 0,6 разрывного усилия троса в целом, указанного в соответствующем ГОСТе на тросы.
При определении высоты промежуточной стойки необходимо учитывать, что расстояние от самой низкой точки провисания кабеля до кровли должно быть не менее 1,5 м.
При воздушных линиях необходимо применять кабели с минимальным сопротивлением связи и весом.
Применение воздушных кабельных линий в СКПТ допускается с необходимым согласованием с организацией, осуществляющей техническое обслуживание СКПТ.
Таким образом, точки на созвездии становятся более четкими, а ошибки данных уменьшаются. Хотя возможно передавать больше битов на символ, если энергия созвездия должна оставаться неизменной, точки на созвездии должны быть ближе друг к другу, и передача становится более восприимчивой к шуму. Это приводит к более высокому уровню ошибок по сравнению с вариантами QAM более низкого порядка. Таким образом, существует баланс между получением более высоких скоростей передачи данных и поддержанием приемлемой частоты ошибок по битам для любой системы радиосвязи.
#QAM приложения
КАМ во многих радиосвязи и приложений доставки данных. Однако некоторые конкретные варианты QAM используются в некоторых конкретных приложений и стандартов.
# Диаграммы созвездий для QAM
#QAM бит на символ
Преимущество использования QAM является то, что она является более высокой формой порядка модуляции, и в результате он может нести больше битов информации на символ. При выборе более высокого порядка формат КАМ, скорость передачи данных связь может быть увеличена.
Приведенная ниже таблица дает сводку битовых скоростей различных форм QAM и ФМн.
Модуляция
Биты на символ
Скорость передачи
БПСК
1
1 х битрейт
QPSK
2
1/2 битрейт
8PSK
3
1/3 битрейт
16QAM
4
1/4 битрейт
32QAM
5
1/5 битрейт
64QAM
6
1/6 битрейт
#QAM запас по шуму
Хотя уровень модуляции более высокого порядка могут предложить гораздо более высокие скорости передачи данных и более высокие уровни спектральной эффективности для системы радиосвязи, это происходит по цене. Схемы модуляции более высокого порядка значительно менее устойчивы к шумам и помехам.
В результате этого, многие системы радиосвязи в настоящее время используют динамические адаптивные методы модуляции. Они чувствуют условия канала и адаптировать схему модуляции, чтобы получить самую высокую скорость передачи данных для заданных условий. В качестве сигнала к шуму уменьшить ошибки будут вместе увеличиваться с повторно посылает данные, таким образом, замедляя пропускную способность. Вернувшись к более низкой схемы модуляции порядка связь можно сделать более надежным с меньшим количеством ошибок данных и повторно отправляет.
Квадратурная амплитудная модуляция (QAM): что это такое и где применяется
Модуляция QAM передает два аналоговых сигнала сообщений или два цифровых битовых потока путем изменения (модуляции) амплитуд двух несущих волн с использованием схемы цифровой модуляции с амплитудной манипуляцией (ASK) или аналоговой AM.
Принцип работы
Вам будет интересно: Интерфаза — это период клеточного цикла. Определение и характеристика, стадии интерфазы
В случае основы передачи QAM, несущая волна является совокупностью двух синусоидальных волн с одинаковой частотой, 90° по фазе друг от друга (в квадратуре). Они часто называются «I» или синфазной составляющей, а также «Q» или квадратурной составляющей. Каждая волна компонента модулируется по амплитуде, то есть ее амплитуда изменяется для представления данных, которые должны быть перенесены до того, как они будут объединены вместе.
Применение
Надпись decision boundaries на фото выше обозначает границу поверхности (или «границу принятия решений», дословно).
QAM (quadrature amplitude modulation) широко используется в качестве схемы модуляции для цифровых телекоммуникационных систем таких, как стандарты 802.11 Wi-Fi. Произвольная высокая спектральная эффективность может быть достигнута с помощью QAM путем установки подходящего размера созвездия, ограниченного только уровнем шума и линейностью канала связи.
Модуляция QAM используется в системах с оптическим волокном по мере увеличения скорости передачи битов. QAM16 и QAM64 могут быть оптически эмулированы с 3-канальным интерферометром.
Цифровая техника
В цифровой QAM каждая составляющая волна состоит из выборок постоянной амплитуды, каждая из которых занимает единый временной интервал, а амплитуда квантуется, ограничивается одним из конечного числа уровней, представляющим одну или несколько двоичных цифр (бит) цифровой бит. В аналоговой QAM амплитуда каждой составляющей синусоидальной волны непрерывно изменяется во времени аналоговым сигналом.
Фазовую модуляция (аналоговый PM) и манипуляцию (цифровая PSK) можно рассматривать как частный случай QAM, где величина модулирующего сигнала является постоянной, причем только фаза изменяется. Квадратурную модуляцию также можно расширить до частотной модуляции (FM) и манипуляции (FSK), поскольку они могут рассматриваться как ее подвид.
Это приводит к более высокой частоте ошибок в битах, и поэтому QAM более высокого порядка может предоставлять больше данных менее надежно, чем QAM более низкого порядка, для постоянной средней энергии созвездия. Использование QAM более высокого порядка без увеличения скорости битовых ошибок требует более высокого отношения сигнал / шум (SNR) за счет увеличения энергии сигнала, уменьшения шума или того и другого.
Технические приспособления
Если требуются скорости передачи данных, превышающие тарифы, предлагаемые 8-PSK, более обычным является переход в QAM, поскольку он достигает большего расстояния между соседними точками в плоскости I-Q, распределяя точки более равномерно. Усложняющим фактором является то, что точки больше не имеют одинаковой амплитуды, и поэтому демодулятор должен теперь правильно определять как фазу, так и амплитуду, а не просто фазу.
Телевидение
64-QAM и 256-QAM часто используются в цифровом кабельном телевидении и кабельных модемах. В Соединенных Штатах 64-QAM и 256-QAM являются санкционированными схемами модуляции для цифрового кабеля, которые стандартизованы SCTE в стандартном ANSI / SCTE 07 2013. Обратите внимание, что многие специалисты по маркетингу будут ссылаться на них как на QAM-64 и QAM-256. Великобритании модуляция QAM-64 используется для цифрового наземного телевидения (Freeview), а 256-QAM используется для Freeview-HD.
Системы связи, предназначенные для достижения очень высоких уровней спектральной эффективности, обычно используют очень плотные частоты из этой серии. Например, в современных устройствах Ethernet Powerplug AV2 500-Mbit используются устройства 1024-QAM и 4096-QAM, а также будущие устройства, использующие стандарт ITU-T G.hn для подключения к существующей домашней проводке (коаксиальный кабель, телефонные линии и линии электропередач); 4096-QAM обеспечивает 12 бит / символ.
Другим примером является технология ADSL для медных витых пар, размер созвездия которых достигает 32768-QAM (в терминологии ADSL это называется битовой загрузкой или бит на тон, 32768-QAM эквивалентно 15 бит на тон).
Системы сверхвысокой пропускной способности с обратной связью также используют 1024-QAM. При использовании 1024-QAM, адаптивного кодирования и модуляции (ACM) и XPIC, производители могут получить гигабитную емкость в одном канале с частотой 56 МГц.
В SDR-приемнике
Известно, что круговая частота 8-QAM является оптимальной модуляцией 8-QAM в смысле необходимости наименьшей средней мощности для данного минимального евклидова расстояния. Частота 16-QAM является субоптимальной, хотя оптимальная может быть создана по тем же принципам, что и 8-QAM. Эти частоты часто используются при настройке SDR-приемника. Другие частоты могут быть воссозданы путем манипуляций с аналогичными (или похожими) частотами. Эти качества активно используются в современных СДР-приемниках и трансиверах, маршрутизаторах, роутерах.
Вам будет интересно: Интерфаза — это период клеточного цикла. Определение и характеристика, стадии интерфазы
