مدولاسیون QAM دو سیگنال پیام آنالوگ یا دو جریان بیت دیجیتال را با تغییر (مدولاسیون) دامنه دو موج حامل با استفاده از طرح مدولاسیون دیجیتال ASK یا آنالوگ AM ارسال می کند.
اصل کار
دو موج حامل با فرکانس یکسان، معمولاً سینوسی، تا 90 درجه با یکدیگر خارج از فاز هستند و به این ترتیب حامل های چهارتایی یا اجزای مربعی نامیده می شوند - از این رو نام مدار است. امواج مدوله شده جمع می شوند و شکل موج نهایی ترکیبی از هر دو کلید تغییر فاز (PSK) و کلیدسازی تغییر دامنه (ASK)، یا در حالت آنالوگ مدولاسیون فاز (PM) و مدولاسیون دامنه است.
مانند همه طرح‌های مدولاسیون، QAM داده‌ها را با تغییر برخی جنبه‌های سیگنال موج حامل (معمولاً یک موج سینوسی) در پاسخ به سیگنال داده ارسال می‌کند. در مورد QAM دیجیتال از نمونه های چند فاز و چند دامنه استفاده می شود. کلید تغییر فاز (PSK) شکل ساده‌تری از QAM است که در آن دامنه حامل ثابت است و فقط فاز تغییر می‌کند.
در صورت تابانتقال QAM، یک موج حامل مجموعه ای از دو موج سینوسی با فرکانس یکسان، در فاز 90 درجه از یکدیگر (در چهارچوب) است. اینها اغلب به عنوان "I" یا جزء درون فازی و همچنین "Q" یا جزء مربعی نامیده می شوند. هر موج جزء مدوله‌شده دامنه است، به این معنی که دامنه آن برای نشان دادن داده‌هایی که باید قبل از ترکیب با هم منتقل شوند، تغییر می‌کند.
برنامه
مرزهای تصمیم کتیبه در عکس بالا مرز سطح را نشان می دهد (یا "مرز تصمیم"، به معنای واقعی کلمه).
QAM (مدولاسیون دامنه چهارگانه) به طور گسترده به عنوان یک طرح مدولاسیون برای سیستم های مخابراتی دیجیتال مانند استانداردهای 802.11 Wi-Fi استفاده می شود. راندمان طیفی بالا دلخواه با QAM با تنظیم اندازه صورت فلکی مناسب، محدود به سطح نویز و خطی بودن پیوند قابل دستیابی است.
مدولاسیون QAM در سیستم های فیبر نوری با افزایش نرخ بیت استفاده می شود. QAM16 و QAM64 را می توان با یک تداخل سنج 3 کانالی به صورت نوری شبیه سازی کرد.
فناوری دیجیتال
در QAM دیجیتال، هر موج مؤلفه شامل نمونه‌های دامنه ثابت است که هر یک یک بازه زمانی واحد را اشغال می‌کنند، و دامنه کوانتیزه می‌شود، محدود به یکی از تعداد محدود سطوح که یک یا چند رقم (بیت) باینری را نشان می‌دهد. یک بیت دیجیتال در QAM آنالوگ، دامنه هر جزء از یک موج سینوسی به طور مداوم تغییر می کندبه موقع با سیگنال آنالوگ.
مدولاسیون فاز (PM آنالوگ) و کلید زدن (PSK دیجیتال) را می توان به عنوان یک مورد خاص از QAM در نظر گرفت، که در آن بزرگی سیگنال مدوله ثابت است و فقط فاز تغییر می کند. مدولاسیون چهارگانه را می توان به مدولاسیون فرکانس (FM) و کلید زدن (FSK) نیز تعمیم داد، زیرا آنها را می توان به عنوان زیرگونه آن در نظر گرفت.
مانند بسیاری از طرح های مدولاسیون دیجیتال، نمودار صورت فلکی برای QAM مفید است. در QAM، نقاط صورت فلکی معمولاً در یک شبکه مربع با فواصل عمودی و افقی مساوی مرتب می شوند، اگرچه پیکربندی های دیگر (مثلاً Cross-QAM) امکان پذیر است. از آنجایی که داده ها معمولاً در مخابرات دیجیتال باینری هستند، تعداد نقاط یک شبکه معمولاً 2 (2، 4، 8، …) است.
از آنجایی که QAM معمولاً مربعی است، برخی نادر هستند - رایج ترین اشکال 16-QAM، 64-QAM و 256-QAM هستند. با حرکت به یک صورت فلکی مرتبه بالاتر، بیت های بیشتری در هر نماد قابل انتقال است. با این حال، اگر میانگین انرژی صورت فلکی ثابت بماند (با انجام یک مقایسه منصفانه)، نقاط باید به هم نزدیک‌تر باشند و بنابراین بیشتر در معرض نویز و سایر فسادها هستند.
این منجر به نرخ خطای بیت بالاتری می شود و بنابراین یک QAM مرتبه بالاتر ممکن است داده های بیشتری را با اطمینان کمتری نسبت به QAM مرتبه پایین تر برای انرژی میانگین ثابت صورت فلکی ارائه دهد. استفاده از QAM مرتبه بالاتر بدون افزایش نرخ خطای بیت مستلزم بالاتری استنسبت سیگنال به نویز (SNR) با افزایش انرژی سیگنال، کاهش نویز یا هر دو.
کمک های فنی
اگر نرخ‌های داده بیش از نرخ‌های ارائه‌شده توسط 8-PSK مورد نیاز باشد، انتقال به QAM رایج‌تر است زیرا فاصله بیشتری بین نقاط مجاور در صفحه I-Q به دست می‌آورد و نقاط را به طور مساوی‌تری توزیع می‌کند. یک عامل پیچیده این است که نقاط دیگر دامنه یکسانی ندارند، و بنابراین دمدولاتور اکنون باید به‌جای فاز، هم فاز و هم دامنه را به درستی تشخیص دهد.
تلویزیون
64-QAM و 256-QAM اغلب در تلویزیون کابلی دیجیتال و مودم های کابلی استفاده می شود. در ایالات متحده، 64-QAM و 256-QAM طرح های مدولاسیون کابل دیجیتال مجاز هستند که توسط SCTE در استاندارد ANSI/SCTE 07 2013 استاندارد شده اند. توجه داشته باشید که بسیاری از بازاریابان از آنها به عنوان QAM-64 و QAM-256 یاد می کنند. مدولاسیون انگلستان QAM-64 برای تلویزیون دیجیتال زمینی (Freeview) و 256-QAM برای Freeview-HD استفاده می شود.
سیستم های ارتباطی طراحی شده برای دستیابی به سطوح بسیار بالایی از بازده طیفی معمولاً از فرکانس های بسیار متراکم در این سری استفاده می کنند. به عنوان مثال، دستگاه‌های اترنت 500 مگابایتی Powerplug AV2 فعلی از دستگاه‌های 1024-QAM و 4096-QAM و همچنین دستگاه‌های آینده با استفاده از استاندارد ITU-T G.hn برای اتصال به سیم‌کشی خانه موجود استفاده می‌کنند.(کابل کواکسیال، خطوط تلفن و خطوط برق)؛ 4096-QAM 12 بیت/نماد ارائه می دهد.
مثال دیگر فناوری ADSL برای مس جفت تابیده است که اندازه صورت فلکی آن به 32768-QAM می رسد (در اصطلاح ADSL این را بارگذاری بیت یا بیت در تن می نامند، 32768-QAM معادل 15 بیت در تن است).
سیستم های حلقه بسته با پهنای باند فوق العاده بالا نیز از 1024-QAM استفاده می کنند. با استفاده از 1024-QAM، کدگذاری و مدولاسیون تطبیقی (ACM) و XPIC، سازندگان می‌توانند به ظرفیت گیگابیت در یک کانال 56 مگاهرتز دست یابند.
در گیرنده SDR
مشخص است که فرکانس دایره ای 8-QAM مدولاسیون بهینه 8-QAM است به این معنا که به کمترین میانگین توان برای حداقل فاصله اقلیدسی معین نیاز دارد. فرکانس 16-QAM کمتر از حد بهینه است، اگرچه می توان فرکانس بهینه را در امتداد خطوط 8-QAM ایجاد کرد. این فرکانس ها اغلب هنگام تنظیم یک گیرنده SDR استفاده می شوند. فرکانس های دیگر را می توان با دستکاری فرکانس های مشابه (یا مشابه) دوباره ایجاد کرد. این کیفیت ها به طور فعال در گیرنده ها و فرستنده های SDR مدرن، روترها، روترها استفاده می شود.
