Компютърна мрежа - QAM модулация алгоритъм

Описание на алгоритъма

Площ амплитудна модулация Алгоритъм (QAM, Квадратура амплитудна модулация) е един вид рокер амплитуда-фазова модулация. Този алгоритъм се използва широко в строителството на съвременни модеми PM.

При използване на този алгоритъм, предаденият сигнал се кодира едновременни промени в амплитудата на фаза (I) и квадратура (Q) компоненти на хармонични трептения на носача (Fc), които са изместени по фаза един от друг от р / 2 радиани. Полученият сигнал Z се генерира в сумиране на тези трептения. По този начин, QAM -modulirovanny двоичен сигнал може да бъде представен чрез отношението:

когато:

Същият сигнал може също да бъде представена в комплекс форма:

когато:

Фиг. 5. Принципът на формиране QAM сигнал

По този начин, когато се използва квадратура информация за амплитудна модулация предава кодирана едновременни промени в амплитудата и фазата на вълна носител. Фиг. 5 показва принципа на формиране на получената колебание Z (вектор е маркиран в зелено) вектор чрез сумиране квадратура компонент Q на (зелен) към компонент вектор фаза I (на фигурата е белязана от син цвят). Амплитудата на вектор Z се определя от съотношението Am. и ъгълът, който образува вектор с оста на абсцисата се определя от JM.

За този алгоритъм, е от съществено значение в модулиране на по фаза и квадратура компонент на вълната носител, използван при същите промени нарастване стойност амплитуда. Следователно затваряне вектори модулирани колебания образуват правоъгълна решетка на фаза равнина на действителното # 151; Re и въображаем вектор компонент на модулиран сигнал # 151; Im. Броят на възли на мрежата зависи от вида на алгоритъм използван QAM. Схема на възли фаза равнина QAM модулирани колебания се наричат съзвездието (съзвездие).

За да определите типа на QAM алгоритъм приета следната схема за именуване:

QAM # 151; <число>

# 147; номер # 148; обикновено стойност на формуляра N 2 и съответства на броя на възлите в мрежата фаза, и максималния брой на различни стойности на вектор модулиран сигнал. Трябва да се отбележи, че в този случай стойността на N съответства на индекса на спектралната ефективност на използвания алгоритъм.

Фиг. 6 показва опростена блокова схема на формировател QAM-модулиран сигнал. В първия етап трансформация последователност D0 бита. d1. # 133; DK>, която се подава от източник на сигнал се преобразува в последователност от двуизмерни модулационни символи М0. m1. # 133; MJ>. Броят на битовете в символите е равна на стойността на N (алгоритъма за QAM-16, М = log2 16 = 4).

Фиг. 6. Блоковата схема на формировател QAM модулиран сигнал

Шофьорът преобразува кодовите символи на двумерен баркод символ МП в двойка кодови символи ай и BJ. За QAM-16 алгоритъм допустимите стойности AJ и BJ принадлежат на снимачната площадка и определяне на съответните стойности на реални и въображаеми компоненти на векторни модулирани колебания. Получените стойности Aj> и Bj> се използват за амплитуда модулиране на I и Q квадратура компоненти фаза на вълната носител. В последната стъпка на превръщане се осъществява сумиране на тези трептения и оформяне на получения сигнал Z.

Фиг. 7. съзвездие QAM-16

Фиг. 7 показва подреждането на вектори модулирани колебания # 151; съзвездие за QAM-16 алгоритъм. Red отбелязани стойности на модулирани символи, които съответстват каза точки на фаза равнина модулирани трептения 3. m2. m1. m0>. Алгоритъм за QAM-16 пара 3. m2> определя броя на квадранта на фаза самолета, или признаци на реални и въображаеми компоненти на вектора на модулирани трептения:

00 Знак (Re) = 1, Вход (Im) = 1
10 Знак (Re) = 1, Вход (Im) = - 1
01 Знак (Re) = - 1, Вход (Im) = 1
11 Знак (Re) = - 1, Вход (Im) = - 1

За този алгоритъм чифт 1. m0> определя стойността на амплитудата на реални и въображаеми компоненти на вектора на модулиран трептене, съответно. В таблицата са показани стойностите на кодовите символи А и В, които съответстват на стойностите на LSBs модулация символ 1. m0>.

Превръщането на модулирани символи на кодовите символи се извършва с помощта на алгоритми на Грей за коригиране на грешки кодиране на данните. Тъй векторите на модулирани колебания, които са близо един до друг в равнината фаза, е свързан с символи кодова стойност, които се различават само стойности на един бит. Като пример може да се счита два вектора Z = 1 + й и Z = 1 + 3j. което съответства и кодови символи.

Характеристики на алгоритъма

В момента най-широко използвани няколко варианта на QAM модулация: алгоритъм QAM-4. която кодира информационен сигнал на промяната на фазата на вълна носител смола р / 2. Този алгоритъм е името на QPSK модулация (Квадратура фазово изместване, Квадратура фазово изместване). Имаше широко разпространен като алгоритми QAM-16. 32, 64, 128 и 256. Алгоритъмът на модулация квадратура амплитуда е по същество изменение на хармонична амплитудна модулация алгоритъм, и следователно има следните важни свойства:

Най-ширина на спектъра QAM модулация трептене не превишава ширината на лентата на модулиращия сигнал,
Регламент QAM модулация трептене спектър в честотната област се определя от честотата на деноминацията на превозвач на вълната

Тези полезни свойства на алгоритъм осигурява възможност за изграждане на негова основа високоскоростен ADSL над двупроводни линия предаване на данни системи с честотно разделяне на получения (надолу по веригата) и предаване (нагоре) потоци от данни.

Специфично изпълнение QAM на алгоритъма определя стойностите на следните параметри:

Размерът на модулационен символ (log2 броя на съзвездието точки) N [малко]
Значение на скорост символ fSymbol на [kbaud / сек]
Централната честота (централна ев процент)

Значение на информация скорост V # 151; скоростта на данните за QAM на алгоритъм # 151; Тя се определя от следната зависимост:

Проект T 1,413 ANSI стандарт предписва използването на следните стойности на цени символ в системи за предаване на ADSL-данни:

136 Kbaud
170 Kbaud
340 Kbaud
680 Kbaud
952 Kbaud
1088 Kbaud

85 Kbaud
136 Kbaud

По този начин, когато се използва скорост на символ на 136 Kbaud, QAM-алгоритъм 256 позволява пренос на данни от 1088 кбит / сек.

ФК Централната честота на конкретното изпълнение на алгоритъма се определя от модулация

Fn + fsymbol / 2 fcfv - fsymbol / 2, където

Енергийният спектър на сигнала

Параметри плик линии (маски) енергия спектри на модулираните сигнали са дадени в ADSL стандарт Т 1,413 ANSI. Използването на тези маски се осигури необходимото ниво на електромагнитната съвместимост на различни природи на сигнали, които се предават на различни двойки по същия кабел. Независимо от вида на модулацията алгоритъм, спектъра мощност на модулиран сигнал не трябва да се простира извън фиксираната маската.

Фиг. 8 е схематичен изглед на маска за изходяща (нагоре) ADSL поток.

Фиг. 8. маска изходящ (нагоре) потока ADSL

Типични честотни диапазони за маската е показано в таблицата по-долу:

Range №1 не се използва за предаване на данни в ADSL технология. В обхвата №2 основната част на спектъра на полезния сигнал трябва да се намира. №3 обхват, използван за предаване на потока ADSL данни и за получаване на входящ поток.

Приблизително същата форма е показана на Фиг. вход 9 маска (надолу по веригата) ADSL поток.

Фиг. 9. входящо маска (надолу по веригата) ADSL потока

Специфична ADSL маски входящ поток честотни диапазони са показани в таблицата:

- 92,5 # 133; - 44,2

Range №1 не се използва за предаване на данни в ADSL технология. №2 обхват, използван за получаване на входящ поток ADSL данни и за пренасяне на веригата. В обхвата №3 основната част на спектъра на полезния сигнал трябва да се намира.

Фиг. 10. 6.5 Mbaud 16-QAM модулиран сигнал получен на линия 1300 м с пасивна издънка

Показано на фиг. 10 графика се получава по двупроводна линия дължина от 1300 м (4000 фута) за предаване на данни в 26 Mbit / сек (6.5 Mbaud). Тази линия има напречно сечение от 0.5 mm (26 AWG) и пасивна клон (мост почукване) от около 10 метра (30 F).

Наличието на пасивни кранове на линията при използване QAM модулация алгоритъм е един от факторите, които водят до значително намаляване на стойността на съотношението сигнал / шум (SNR) от приетия сигнал. В червено пунктираната диаграма гореспоменатия нарушаване на модулирания трептенията # 151; една степен на честота FC (на MHz 5.4), което е причинено от наличието на пасивната клон линия.

Шумозащитеност алгоритъм QAM обратно пропорционална на неговата спектрална ефективност. Въздействието на смущения води до неконтролирано промени в амплитудата и фазата на предадения сигнал по линията. С увеличаване на броя на кодовите точки в равнина фаза разстояние Р е намалена, и следователно увеличава вероятността от погрешно разпознаване на нарушена получи вектор Zm * при приемащата страна. Фиг. 11 илюстрира принципа на промяна на вектора на модулирания трептенията (зелен цвят) при излагане на амплитуда и фаза шум. Фиг. 11 в резултат на трептене вектор когато са изложени на смущения е маркиран в червено, на реални и въображаеми компоненти на този вектор е маркиран с червена пунктирана линия. Ограничаването на нивото на допустимото амплитуда и фаза изкривяване на модулирания QAM сигнал е кръг с диаметър P. В центъра на този кръг съвпада с окото възел квадратура фаза равнина. Защрихованата част на фигурата съответства на координатите на изкривена векторни QAM модулирани колебания при излагане на полезно смущения на сигнала, който се определя от относителното ниво на 20 db съотношение SNR 30 db.

В схемата, която е показана на Фиг. 12, плътни линии представляват очакваната стойност съгласно BER (Bit Error Rate) от съотношението SNR за различни QAM модулация алгоритъм. Използването на допълнителни кодове (пунктирана линия), например, Рийд-Соломон алгоритъм (Рийд-Соломон) подобрява имунитета шум на модулиран сигнал.

Фиг. 12. Зависимостта BER на SNR за различни QAM модулация алгоритъм

алгоритъм достойнство

Площ амплитудна модулация алгоритъм е относително прост за изпълнение и, в същото време достатъчно ефективни линеен кодиращи алгоритъм XDSL сигнали. Съвременните реализации на алгоритъма осигуряват достатъчно високи нива на спектрална ефективност. Както е отбелязано по-горе, ограничен обхват, относително високо ниво на шум имунитет на QAM модулирани сигнали позволяват изграждането на базата на технологията на високоскоростни ADSL и предаване VDSL системи в съответствие с честотно разделяне двойно получена и предадена информация потоци.

недостатъци алгоритъм

Недостатъците на алгоритъма могат да включват относително ниско ниво в полезен сигнал спектър на модулирани колебания. Този недостатък е обща за хармонична амплитудна модулация алгоритъм, и се изразява в това, че максималната амплитуда на спектъра на модулирания трептенията е хармоничен с честотата на вълната носител. Ето защо, на алгоритъма в чист вид се използва рядко в практиката. Много по-често алгоритми, които използват QAM основни принципи и в същото време са свободни от недостатъците (например, алгоритъм за общата селскостопанска политика).