Квадратурная амплитудная модуляцияSOBRS
SOurce Building Really System
 
Квадратурная амплитудная модуляция
 
При квадратурной амплитудной модуляции (КАМ, QAM - Quadrature Amplitude 
Modulation) изменяется как фаза, так и амплитуда сигнала, что позволяет 
увеличить количество кодируемых бит и при этом существенно повысить 
помехоустойчивость. 
В настоящее время используются способы модуляции, в которых 
число кодируемых на одном бодовом интервале информационных бит может достигать 
8...9, а число позиций сигнала в сигнальном пространстве - 256...512.
Квадратурное представление сигналов является удобным и достаточно универсальным 
средством их описания. Квадратурное представление заключается в выражении 
колебания линейной комбинацией двух ортогональных составляющих — синусоидальной 
и косинусоидальной:
S(t)=x(.t)sin(wt+(p)+y(t)cos(wt+(p),
где x(t) и y(t) — биполярные дискретные величины. Такая дискретная модуляция 
(манипуляция) осуществляется по двум каналам на несущих, сдвинутых на 90° друг 
относительно друга, т.е. находящихся в квадратуре (отсюда и название 
представления и метода формирования сигналов).
Поясним работу квадратурной схемы (рис. 6.2) на примере формирования сигналов 
четырехфазной ФМ (ФМ-4). 
Исходная последовательность двоичных символов длительностью Т при помощи 
регистра сдвига разделяется на нечетные импульсы у, которые подаются в 
квадратурный канал (coswt), и четные — х, поступающие в синфазный канал (sinwt). 
Обе последовательности импульсов поступают на входы соответствующих 
формирователей манипулирующих импульсов, на выходах которых образуются 
последовательности биполярных импульсов x(t) и y(t). Манипулирующие импульсы 
имеют амплитуду С/д/^з и длительность 2Г. Импульсы x(t) и y(t) поступают на 
входы канальных перемножителей, на выходах которых формируются двухфазные (0,л) 
ФМ колебания. После суммирования они образуют сигнал ФМ-4. В соответствии с 
методом формирования сигнал ФМ-4 также называют квадратурным ФМ сигналом (QPSK — 
Quadrature PSK).
При одновременной смене символов в обоих каналах модулятора (с 10 на 01, или с 
00 на 11) в сигнале ДОФМ происходит скачок фазы на 180° (я).

Рис. 6.2. Схема квадратурного модулятора

Рис. 6.3. Формирование сигналов OQPSK
Такие скачки фазы, также имеющие место и при обыкновенной двухфазной модуляции 
(ФМ-2), вызывают паразитную амплитудную модуляцию огибающей сигнала. В 
результате этого при прохождении сигнала через узкополосный фильтр возникают 
провалы огибающей до нуля. Такие изменения сигнала нежелательны, поскольку 
приводят к увеличению энергии боковых полос и помех в канале связи.
Четырехфазная ФМ со сдвигом (OQPSK - Offset QPSK) (рис. 6.3) позволяет избежать 
скачков фазы на 180° и, следовательно, глубокой модуляции огибающей. 
Формирование сигнала в квадратурной схеме происходит так же, как и в модуляторе 
ФМ-4, за исключением того, что манипуляционные элементы информационной 
последовательности x(t) и y(t) смещены во времени на длительность одного 
элемента Т, как показано на рис. 6.3, б, в. Изменение фазы при таком смещении 
модулирующих потоков определяется лишь одним элементом последовательности, а не 
двумя, как при ФМ-4. В результате скачки фазы на 180" отсутствуют, так как 
каждый элемент последовательности, поступающий на вход модулятора синфазного или 
квадратурного канала, может вызвать изменение фазы на 0°, +90° или -90°.
Для приведенного в начале раздела выражения для описания сигнала характерна 
взаимная независимость многоуровневых манипулирующих импульсов x(t), y(t) в 
каналах, т.е. единичному уровню в одном канале может соответствовать единичный 
или нулевой уровень в другом канале. В результате выходной сигнал квадратурной 
схемы изменяется не только по фазе, но и по амплитуде. Поскольку в каждом канале 
осуществляется амплитудная манипуляция, этот вид модуляции называют квадратурной 
манипуляцией с изменением амплитуды (QASK — Quadrature Amplitude Shift Keying) 
или просто квадратурной амплитудной модуляцией — КАМ.
Пользуясь геометрической трактовкой, каждый сигнал КАМ можно изобразить вектором 
в сигнальном пространстве. Отмечая только концы векторов, для сигналов КАМ 
получаем изображение в виде сигнальной точки, координаты которой определяются 
значениями x(t) и y(t). Совокупность сигнальных точек образует так называемое 
сигнальное созвездие (signal constellation).
На рис. 6.4 показана структурная схема модулятора и-сигнальное созвездие для 
случая, когдал-(0 и y(t) принимают значения ±1, ±3 (4-х уровневая КАМ).

Рис. 6.4. Схема модулятора и сигнальная диаграмма КАМ-4
Величины ±1, ±3 определяют уровни модуляции и имеют относительный характер. 
Созвездие содержит 16 сигнальных точек, каждая из которых соответствует четырем 
передаваемым информационным битам.
Комбинация уровней ±1, ±3, ±5 может сформировать созвездие из 36 сигнальных 
точек. Однако из них в протоколах ITU-T используется только 16 равномерно 
распределенных в сигнальном пространстве точек.
Существует несколько способов практической реализации 4-х уровневой КАМ, 
наиболее распространенным из которых является так называемый способ модуляции 
наложением (SPM — Supersposed Modulation). В схеме, реализующей данный способ, 
используются два одинаковых 4-х фазных модулятора (рис. 6.2). Структурная схема 
модулятора SPM и диаграммы, поясняющие его работу приведены на рис. 6.5.
Из теории связи известно, что при равном числе точек в сигнальном созвездии 
спектр сигналов КАМ идентичен спектру сигналов ФМ. Однако помехоустойчивость 
систем ФМ и КАМ различна. При большом числе точек сигналы системы КАМ имеют 
лучшие характеристики, чем системы ФМ. Основная причина этого состоит в том, что 
расстояние между сигнальными точками в системе ФМ меньше расстояния между 
сигнальными точками в системе КАМ.
На рис. 6.6 представлены сигнальные созвездия систем КАМ-16 и ФМ-16 при 
одинаковой мощности сигнала. Расстояние d между соседними точками сигнального 
созвездия в системе КАМ с L уровнями модуляции определяется выражением: 
c?=v2/(JL-l). Аналогично для ФМ 
d=2sin(n/M), где М — число фаз.

Рис 6 5 Схема модулятора КАМ-16
И ч приведенных выражений следует, что при при увеличении значения М и одном и 
том же уровне мощности системы КАМ предпочтительнее систем ФМ Например, при М=16 
(Ј=4) </кАМ=0.47 и </фм=0,396, а при М=32 (L=6) й/кАМ=0,28, с?фм=0,174

Рис 6 6 Сигнальные созвездия КАМ 16 и ФМ-16
  Поиск по сайту 
  
Copyright © 2009. All Rights Reserved.
 