QAM - (Quadrature Amplitude Modulation - Модуляція методом квадратичної амплітуди) - це технологія передачі цифрового інформаційного потоку у вигляді аналогового сигналу. Це досягається шляхом поділу несучої хвилі на дві несучі однакової частоти, зміщені відносно одна-одної на 90°, кожна з яких промодульована по одному з двох або більше дискретних рівнів амплітуди. Комбінація всіх рівнів амплітуди на цих двох несучих являє собою бінарну бітову картину.
I та Q компоненти - це дві половини бітової картини цифрового потоку, що передаються одночасно, як рівні напруги двох ідентичних частотних несучих, зміщених на 90°. Компонента I (incident) модулює несучу без зсуву фази. Компонента Q (quadrature) модулює несучу із зсувом 90° (дивись малюнок 1).
Малюнок 1: Констеляційна діаграма відображає I/Q вектор. Траєкторія вектора, описуючи криву у часі, проходить через точки 10, 01, 10, 00.
QPSK - (Q uadrature P hase S hift K eying - кодування методом квадратичного фазового зрушення) - це найпростіша форма QAM (також відома як 4 - QAM). QPSK використовує дві несучі однакової частоти, зміщені на 90°, і два можливих рівні амплітуди. Один рівень амплітуди відповідає 0, інший - 1 (дивись малюнок 1).
Констеляційна діаграма (або діаграма-сузір'я) - це карта, або квадратна матриця, в якій рівні амплітуди I та Q компонент QAM сигнала відображені у вигляді значущих точок в квадратній системі координат I х Q.
Координата I визначає горизонтальну позицію точки, а Q - вертикальну (дивись малюнок 2). Констеляційна діаграма в цій матриці утворюється з горизонтальних і вертикальних ліній (промальованих або ж просто уявних), які з'єднують можливі значення компонент I та Q. Цілочисельне значення кожної отриманої точки визначається осередком матриці, в яку вона потрапляє. Помилка визначається як випадання виміряної точки з осередку.
16 - QAM діаграма - це 4х4 матриця, в якій кожен з 16 осередків представляє одну з 16 можливих бінарних комбінацій. Вертикальне і горизонтальне положення кожної точки відповідає I та Q рівнями амплітуди сигнала, переданого протягом одного циклу. 64 - QAM діаграма представлена на малюнку 2.
Малюнок 2:
64 - QAM Констеляційна діаграма.
Аналіз Констеляційної діаграми QAM
Зовнішній вигляд значущих точок в осередках констеляційної діаграми може дати ключову інформацію про те, що відбувається при передачі сигналу. Нижче наведено перелік типових діаграм і відповідна діагностика.
Погане співвідношення сигнал/шум - картинка поки відмінна, але подальша деградація сигналу призведе до повної втрати картинки. Розпливчастий образ точки займає практично весь осередок.
Інтермодуляційна картина ( «шуми ІНГРЕСС») - через когерентний шум в кожному осередку утворюються концентричні картинки.
Фазовий Зсув - виникає через залишкові радіочастотні перешкоди, які зазвичай є проблемою головного обладнання. Точки в осередках спотворені таким чином, що виникає візуальний ефект сферичної симетрії щодо центру діаграми.
Нелінійність амплітудної характеристики - викликана нелінійністю проміжних і високочастотних підсилювачів, фільтрів, конверторів і еквалайзерів. Точки зрушені щодо центру комірки по осям I та Q пропорційно відстані осередку від центру діаграми.
IQ нестабільність - пов'язана з проблемами підсилювачів несучої частоти, фільтрів і цифрових модуляторів головних станцій.
Відхід несучої - є наслідком дисбалансу в змішувачі модулятора або наявності паразитного постійного струму в системі передачі. Вся картинка зрушена в одному напрямку.
Вимоги до співвідношення сигнал/шум при високій швидкості передачі
Перевага високих значень номера QAM - це підвищена швидкість передачі даних, оскільки таким чином більшу кількість бітів інформації може бути передано в перебігу одного циклу. Однак, з іншого боку, в цьому випадку більше число рівнів амплітуди сигналу розташовуються близько один до одного, підвищуючи тим самим ймовірність нерозрізненості двох рівнів, і як наслідок - підвищуючи чутливість системи до шуму. Таким чином, високі значення номера QAM більш вимогливі до параметра CNR (Carrier Noise Ratio - відношення сигнал/шум). На малюнку 3 представлено співвідношення параметра CNR до іншого параметра - BER (Bit Error Rate - співвідношення Біт/Помилка)
Малюнок 3: співвідношення CNR до BER
BER, NPR, FEC, MER
BER (Bit Error Rate - співвідношення Біт/Помилка) - це підрахунок неправильно отриманих бітів інформації. Якщо точніше - це кількість помилково прийнятих бітів, розділене на загальну кількість переданих бітів. Воно може бути виражене і в дБ, але зазвичай виражається в форматі 10 х . Наприклад, 10 -9 означає, що один хибний біт був прийнятий при отриманні потоку інформації обсягом в 1 мільярд бітів.
NPR (Noise Power Ratio - співвідношення Шум/Потужність) - це технологія вимірювання співвідношення Сигнал/Шум в аналогових пристроях, що працюють в режимах QAM або QPSK. Оскільки ці режими мають частотний спектр у вигляді гауссового шуму, NPR-тест проводиться шляхом підміни сигналу еквівалентною смугою білого шуму. Ближче до середини смуги ця шумова «зарубка» (зазвичай 4 МГц) опускається. Коли смуга шуму пропускається через пристрій, глибина «зарубки» визначається декількома факторами: термічним шумом, «шумоподібним продуктами» сигналу т.ін. (дивись малюнок 4).
Малюнок 4: Типовий вигляд кривої NPR.
FEC (Forward Error Correction - Упереджувальна Корекція Помилок) - це програмна технологія для визначення і усунення помилок в цифровій передачі даних. Це складна і затратомістка (за потужністю процесора) процедура, однак необхідне завдання - попереджувати втрату бітів інформації - дозволяє поліпшити якість картинки.
MER (Modulation Error Ratio - співвідношення Модуляція/Помилка) - це величина відхилення отриманої модуляції (по амплітуді і/або фазі) від переданої (дивись малюнок 5).
Малюнок 5: Визначення MER .
При збільшенні MER до величини, при якій точки потрапляють на межі осередку або за них, BER різко зростає. Далі, коли BER перевищить здатність FEC коригувати помилки, відбудеться збій передачі. Практично на точці зриву, якість картинки все ще буде відмінною, не віщуючи, що наближається збій. Це явище відоме як «ефект зриву», коли все добре аж до того несподіваного моменту, коли все вже погано . Це характерна складність для цифрової передачі - коли ви дивитеся на картинку, неможливо знати, коли станеться вибух.
Для вимірювання вищеописаних параметрів і відображення констеляційних діаграм існують спеціальні прилади, наприклад KingType CDS783AQ:
