Квадратурная амплитудная модуляция ( QAM ) — это название семейства методов цифровой модуляции и связанного с ним семейства методов аналоговой модуляции, широко используемых в современных телекоммуникациях для передачи информации. Он передает два аналоговых сигнала сообщения или два цифровых битовых потока путем изменения ( модулирования ) амплитуд двух несущих волн , используя схему цифровой модуляции с амплитудной манипуляцией (ASK) или схему аналоговой модуляции с амплитудной модуляцией (AM). Две несущие волны имеют одинаковую частоту и сдвинуты по фазе друг с другом на 90°; это состояние известно как ортогональность или квадратура . Передаваемый сигнал создается путем сложения двух несущих волн. В приемнике две волны могут быть когерентно разделены (демодулированы) из-за их ортогональности. Еще одним ключевым свойством является то, что модуляции представляют собой низкочастотные сигналы с низкой полосой пропускания по сравнению с несущей частотой, что известно как предположение об узкой полосе частот .
Фазовую модуляцию (аналоговый ФМ) и фазовую манипуляцию (цифровую ФМ) можно рассматривать как частный случай КАМ, где амплитуда передаваемого сигнала является постоянной, но его фаза меняется. Это также можно распространить на частотную модуляцию (FM) и частотную манипуляцию (FSK), поскольку их можно рассматривать как частный случай фазовой модуляции.
QAM широко используется в качестве схемы модуляции для цифровых телекоммуникационных систем, например, в стандартах Wi-Fi 802.11 . С помощью QAM можно достичь произвольно высокой эффективности использования спектра , установив подходящий размер созвездия , ограниченный только уровнем шума и линейностью канала связи. [1] QAM используется в волоконно-оптических системах по мере увеличения скорости передачи данных; QAM16 и QAM64 можно оптически имитировать с помощью трехлучевого интерферометра . [2] [3]
В сигнале QAM одна несущая отстает от другой на 90°, и ее амплитудную модуляцию обычно называют синфазной составляющей , обозначаемой I ( t ). Другая модулирующая функция — это квадратурная составляющая Q ( t ). Таким образом, составной сигнал математически моделируется как:
где f c – несущая частота. В приемнике когерентный демодулятор умножает принятый сигнал отдельно как на косинусный , так и на синусоидальный сигнал, чтобы получить полученные оценки I ( t ) и Q ( t ) . Например:
Фильтрация нижних частот r ( t ) удаляет высокочастотные члены (содержащие 4π f c t ), оставляя только член I ( t ) . На этот отфильтрованный сигнал не влияет Q ( t ), показывая, что синфазная составляющая может быть получена независимо от квадратурной составляющей. Точно так же мы можем умножить s c ( t ) на синусоидальную волну, а затем использовать фильтр нижних частот для извлечения Q ( t ).