직교 진폭 변조

Quadrature amplitude modulation

직교 진폭 변조(QAM)는 디지털 변조 방식 패밀리와 정보를 전송하기 위해 현대 통신에서 널리 사용되는 아날로그 변조 방식 패밀리의 이름입니다.진폭 편이 변조(ASK) 디지털 변조 방식 또는 진폭 변조(AM) 아날로그 변조 방식을 사용하여 2개의 반송파진폭을 변경(변조)함으로써 2개의 아날로그 메시지 신호 또는 2개의 디지털 비트 스트림을 전송합니다.2개의 반송파는 주파수가 같고 서로 90°씩 위상이 어긋나 있습니다.이것은 직교성 또는 직교라고 불립니다.전송된 신호는 2개의 반송파를 합산하여 생성됩니다.수신기에서 두 개의 파형은 직교성이기 때문에 일관성 있게 분리(복조)할 수 있다.또 다른 주요 특성은 반송파 주파수에 비해 변조가 저주파/저대역 파형이라는 것입니다. 이를 협대역 가정이라고 합니다.

위상 변조(아날로그 PM) 및 위상 편이 키잉(디지털 PSK)은 전송된 신호의 진폭이 일정하지만 위상이 다른 QAM의 특수한 경우로 간주할 수 있습니다.이는 주파수 변조(FM) 및 주파수 편이 키잉(FSK)으로도 확장될 수 있으며, 이는 위상 변조의 특수한 경우로 간주할 수 있습니다.

QAM은 802.11 Wi-Fi 표준과 같은 디지털 통신 시스템의 변조 방식으로서 광범위하게 사용됩니다.통신 채널의 [1]노이즈 레벨과 선형성에 의해서만 제한되는 적절한 배치 크기를 설정함으로써 QAM으로 임의로 높은 스펙트럼 효율을 달성할 수 있다.QAM은 비트환율이 증가함에 따라 광섬유시스템에서 사용되고 있습니다.QAM16 및 QAM64는 3패스 간섭계[2][3]사용하여 광학적으로 에뮬레이트 할 수 있습니다.

QAM 복조

아날로그 QAM: 벡터 분석기 화면에서 측정된 PAL 컬러바 신호.

QAM 신호에서 한쪽 반송파가 다른 한쪽 반송파를 90° 지연시키고 그 진폭 변조를 통상 I(t)로 나타내는 동상 성분이라고 한다.다른 변조 함수는 직교 성분인 Q(t)입니다.따라서 복합 파형은 다음과 같이 수학적으로 모델링됩니다.

또는 다음과 같이 입력합니다.

(제1호)

여기c f는 반송파 주파수입니다.수신기에서 코히런트 복조기는 수신 신호에 코사인 신호와 사인 신호를 각각 곱하여 I(t) Q(t)의 수신 추정치를 생성한다.예를 들어 다음과 같습니다.

표준 삼각 아이덴티티를 사용하여 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

저역 필터링 r(t)는 고주파수 용어(4피트c 포함)를 삭제하고 I(t) 용어만 남습니다.이 필터링된 신호는 Q(t)영향을 받지 않으므로 동상 컴포넌트가 직교 컴포넌트와 독립적으로 수신될 수 있음을 나타냅니다.마찬가지로 s(t)에 사인파를 곱한c 다음 저역 통과 필터를 사용하여 Q(t)를 추출할 수 있습니다.

두 개의 사인파를 추가하는 것은 새로운 주파수 성분을 생성하지 않는 선형 연산입니다.따라서 복합 신호의 대역폭은 DSB(Double-Sideband) 컴포넌트의 대역폭과 비슷합니다.실제로 DSB의 스펙트럼 용장성은 이 기술을 사용하여 정보 용량을 두 배로 늘릴 수 있습니다.이것은 복조의 복잡함을 희생하는 것이다.특히 DSB 신호는 일정한 주파수로 제로 크로스를 가지므로 반송파 정현파의 위상 회복이 용이하다.셀프클럭이라고 합니다.그러나 직교 변조 신호의 송신자와 수신자는 클럭을 공유하거나 클럭 신호를 전송해야 합니다.클럭 위상이 어긋나면 복조된I 신호와 Q 신호가 서로 블리딩되어 크로스톡이 발생합니다.이 맥락에서 클럭 신호는 "위상 기준"이라고 불립니다.클럭 동기화는 일반적으로 버스트 서브캐리어 또는 파일럿 신호를 전송함으로써 이루어집니다.를 들어, NTSC의 위상 기준은 컬러버스트 신호에 포함됩니다.

아날로그 QAM은 다음에서 사용됩니다.

  • NTSC PAL 아날로그 컬러 텔레비전 시스템은 I 신호와 Q 신호가 채도(컬러) 정보의 컴포넌트를 전송합니다.QAM 캐리어 위상은 각 스캔라인의 선두에 송신된 특수한 컬러 버스트로부터 회복됩니다.
  • C-QUAM(「Compatible QAM」)은 AM 스테레오 라디오에서 스테레오 차분 정보를 전송하기 위해 사용됩니다.

QAM 푸리에 분석

주파수 영역에서 QAM은 DSB-SC 변조와 유사한 스펙트럼 패턴을 가진다.Eq.1의 정현파에 오일러의 공식을 적용하면 s(또는 분석 표현)의c 양의 주파수 부분은 다음과 같다.

서 F 푸리에 변환을 나타내고, δI δQ는 I(t)와 Q(t)의 변환입니다.이 결과는 같은 중심 주파수를 가진2개의 DSB-SC 신호의 합계를 나타냅니다.i(= e/2)의 계수는 개별 복조를 가능하게 하는 90° 위상 편이를 나타냅니다.

디지털 QAM

디지털 16-QAM(컨스텔레이션포인트 예시 포함)
4-QAM, 16-QAM, 32-QAM 및 64-QAM의 Constellation 포인트가 중복됨

많은 디지털 변조 방식에서와 마찬가지로 Constellation 다이어그램은 QAM에 유용합니다.QAM에서, 다른 구성(예: 육각형 또는 삼각 격자)이 가능하지만, 배치 지점은 보통 수직 및 수평 간격이 동일한 정사각형 그리드에 배치된다.디지털 통신에서는 데이터는 보통 2진수이므로 그리드의 포인트 수는 일반적으로 기호당 비트 수에 해당하는 2(2, 4, 8, …)의 거듭제곱입니다.가장 단순하고 일반적으로 사용되는 QAM 별자리는 정사각형으로 배열된 점, 즉 16-QAM, 64-QAM 및 256-QAM(2의 짝수 제곱)으로 구성됩니다.Cross-QAM 등 사각형이 아닌 Constellation은 효율이 향상되지만 모뎀의 복잡성이 증가하기 때문에 거의 사용되지 않습니다.

보다 고차적인 구성으로 이동함으로써 기호당 더 많은 비트를 전송할 수 있다.단, Constellation의 평균 에너지가 동일하게 유지되는 경우(공정한 비교를 통해) 점들은 서로 더 가까워야 하며, 따라서 노이즈 및 기타 손상에 더 취약합니다. 따라서 비트 오류율이 더 높아지므로 고차 QAM은 지속적인 평균 고려를 위해 낮은 차수의 QAM보다 더 많은 데이터를 신뢰성 있게 전달할 수 있습니다.텔레이션 에너지비트 에러 레이트를 증가시키지 않고 고차 QAM을 사용하려면 신호 에너지를 증가시키거나 노이즈를 감소시키거나 둘 다함으로써 Signal-to-Noise Ratio(SNR; 신호잡음비)를 높여야 합니다.

8-PSK가 제공하는 데이터 레이트를 넘는 데이터 레이트가 필요한 경우 포인트를 보다 균등하게 분산시킴으로써 I-Q 플레인 내의 인접 포인트 간의 거리가 넓어지기 때문에 QAM으로 이동하는 것이 일반적입니다.복잡한 요인은 포인트가 더 이상 모두 동일하지 않기 때문에 복조기가 위상뿐만 아니라 위상 진폭을 모두 올바르게 감지해야 한다는 것입니다.

64-QAM 및 256-QAM은 디지털케이블 TV 및 케이블모뎀 어플리케이션에서 많이 사용됩니다.미국에서는 64-QAM 및 256-QAM은 표준 ANSI/SCTE 07 2013에서 SCTE에 의해 표준화된 디지털 케이블(QAM 튜너 참조)의 필수 변조 방식입니다.많은 마케팅 담당자는 이를 QAM-64 및 [citation needed]QAM-256이라고 부릅니다.영국에서는 디지털 지상파 TV(Freeview)에 64-QAM이 사용되고 Freeview-HD에는 256-QAM이 사용됩니다.

ADSL 회선상의 비트로드(QAM Constellation별 비트)

매우 높은 수준의 스펙트럼 효율을 달성하도록 설계된 통신 시스템은 일반적으로 매우 조밀한 QAM 별자리를 사용한다.예를 들어 현재의 Homeplug AV2 500 Mbit/s 전원 회선 이더넷디바이스에서는 1024-QAM 및 4096-QAM을 [4]사용하고 있습니다.또한 ITU-T G.hn 표준을 사용하여 기존 홈 배선(전기 케이블, 전화 회선 및 전원 회선)을 통한 네트워킹에 사용할 수 있는 미래 디바이스도 4096-QAM은 12비트/심볼을 제공합니다.또 하나의 예는 구리 트위스트 페어용 ADSL 테크놀로지입니다.이 테크놀로지의 Constellation 사이즈는 최대 32768-QAM입니다(ADSL 용어로는 비트로드, 즉 톤당 비트수 32768-QAM은 [5]톤당 15비트에 해당합니다).

초고용량 마이크로파 백홀 시스템도 1024-QAM을 [6]사용합니다.1024-QAM, Adaptive Coding and Modulation(ACM; 적응형 부호화 및 변조) 및 XPIC를 사용하면 벤더는 단일 56MHz [6]채널에서 기가비트 용량을 얻을 수 있습니다.

간섭과 노이즈

브로드캐스트텔레커뮤니케이션적대적인 RF/마이크로웨이브 QAM 애플리케이션 환경에서 고차 QAM Constellation(높은 데이터 레이트와 모드)으로 이행할 경우 일반적으로 멀티패스 간섭이 증가합니다.콘스텔레이션의 스팟이 확산되어 인접 상태 간의 거리가 줄어들어 수신기가 신호를 적절히 디코딩하기 어렵습니다.즉, 소음 내성이 감소합니다.특정 동작 환경에 최적인QAM 모드를 결정하는 데 도움이 되는 테스트 파라미터 측정이 몇 가지 있습니다.다음 세 가지가 가장 중요합니다.[7]

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ "Digital Modulation Efficiencies". Barnard Microsystems. Archived from the original on 2011-04-30.
  2. ^ "Ciena tests 200G via 16-QAM with Japan-U.S. Cable Network". lightwave. April 17, 2014. Retrieved 7 November 2016.
  3. ^ Kylia 제품 아카이브, 2011년 7월 13일 Wayback Machine, dwdm mux demux, 90도 광학 하이브리드, d(q) psk 복조기 단일 편광
  4. ^ http://www.homeplug.org/media/filer_public/a1/46/a1464318-f5df-46c5-89dc-7243d8ccfcee/homeplug_av2_whitepaper_150907.pdf 홈플러그_AV2 화이트 페이퍼
  5. ^ http://www.itu.int/rec/T-REC-G.992.3-200904-I 섹션 8.6.3 Constellation 매퍼 - Constellation BIMAX 당 최대 비트 수 15 15
  6. ^ a b http://www.trangosys.com/products/point-to-point-wireless-backhaul/licensed-wireless/trangolink-apex-orion.shtml 오리온 에이펙스
  7. ^ Howard Friedenberg and Sunil Naik. "Hitless Space Diversity STL Enables IP+Audio in Narrow STL Bands" (PDF). 2005 National Association of Broadcasters Annual Convention. Archived from the original (PDF) on March 23, 2006. Retrieved April 17, 2005.

추가 정보

  • Jonqyin (Russell) Sun "Rician 페이딩 채널의 QAM 선형 다양성 분석", IEEE WOCC 2014
  • G. 프로아키스, "디지털 커뮤니케이션, 제3판"

외부 링크