Computer Network - algoritm QAM modulare

Descrierea algoritmului

Cuadratură cu modulație în amplitudine Algoritmul (QAM, Modularea de amplitudine în cuadratură) este un fel de rocker modulare faze de amplitudine. Acest algoritm este utilizat pe scară largă în construcția de modemuri PM moderne.

La utilizarea acestui algoritm, semnalul transmis este codificat modificări simultane ale fazei de amplitudine (I) și de cuadratură (Q) componentele oscilații armonice ale suportului (fc), care sunt decalate în fază una de alta prin p / 2 radiani. Rezultantă a semnalului Z este generat în însumarea acestor oscilații. Astfel, semnalul binar QAM -modulirovanny poate fi reprezentată prin relația:

în cazul în care:

Același semnal poate fi, de asemenea, reprezentate în formă complexă:

în cazul în care:

Fig. 5. Principiul de formare a semnalului QAM

Astfel, atunci când se utilizează un quadrature informații modularea amplitudinii transmise modificărilor simultane codificate ale amplitudinii și a fazei undei purtătoare. Fig. 5 prezintă principiul formării rezultat oscilație Z (vectorul este marcat în verde) vectorul prin însumarea Q componenta cvadratură (verde) la o componentă de fază vector I (în figură este marcată de culoare albastră). Amplitudinea vectorului Z este determinat de raportul Sunt-. și unghiul ca formele vectoriale cu axa absciselor este definită de jm.

Pentru acest algoritm, este esențial ca în modularea componentei în fază și în cuadratură a undei purtătoare utilizat la aceeași amplitudine modifica valoarea increment. oscilații De aceea, vectorii de închidere modulata formează o grilă dreptunghiulară pe planul fazei de real # 151; Re și o componentă de vector imaginar al semnalului modulat # 151; Im. Numărul de noduri ale rețelei depinde de tipul de algoritm folosit QAM. Circuit electric de noduri pe planul fazei QAM modulate oscilații sunt numite constelația (constelația).

Pentru a specifica tipul de QAM algoritm adoptat următoarea schemă de denumire:

QAM # 151; <число>

# 147; numărul # 148; în mod tipic o valoare a formei N 2 și corespunde numărului de noduri din grila de fază, iar numărul maxim de valori diferite ale semnalului modulat vectorului. Trebuie remarcat faptul că, în acest caz, valoarea N corespunde indicelui eficienței spectrale a algoritmului utilizat.

Fig. 6 prezintă o diagramă bloc simplificată a semnalului modulat QAM formatorului. În prima etapă a secvenței de transformare biți D0. d1. # 133; dk>, care este alimentat de la o sursă de semnal este convertit într-o secvență de simboluri bidimensionale modulare M0. m1. # 133; mj>. Numărul de biți în simboluri este egal cu N valoarea (algoritmul pentru QAM-16, N = log2 16 = 4).

Fig. 6. Schema bloc a semnalului modulat QAM formatorul

Conducătorul auto convertește simbolurile de cod ale bidimensional cod simbol mj într-o pereche de simboluri de cod și aj bj. Pentru QAM-16 algoritm valorile admisibile aj și bj aparțin setului și se determină valorile respective ale componentelor reale și imaginare ale vectorului modulate oscilații. Valori formate Aj> și Bj> sunt utilizate pentru a modula amplitudine I și cvadratură Q componentelor în faze ale undei purtătoare. În ultima etapă de conversie se efectuează însumare a acestor oscilații și care formează Z. semnalul rezultant

Fig. 7. Constellation QAM-16

Fig. 7 arată dispunerea oscilațiilor vectorilor modulată # 151; constelație pentru algoritmul QAM-16. Red marcate valori de simboluri de modulație, care corespund menționat puncte pe planul fazei oscilațiilor modulate 3. m2. m1. M0>. Algoritmul pentru QAM-16 cu abur 3. m2> specifică numărul cadrane planul fazelor sau semne ale componentelor reale și imaginare ale unei oscilații vector modulate:

00 Sign (Re) = 1, semn (Im) = 1
10 Sign (Re) = 1, semn (Im) = - 1
01 Sign (Re) = - 1, semn (Im) = 1
11 Sign (Re) = - 1, Sign (Im) = - 1

Pentru această pereche algoritm 1. m0> definește valoarea amplitudinii componentelor reale și imaginare ale oscilației vectorului modulat, respectiv. Tabelul prezintă valorile caracterelor de cod a și b, care corespund valorilor simbolului de modulație LSB 1. m0>.

Conversia simbolurilor de modulație simbolurilor de cod este realizată folosind algoritmi lui Gray pentru codificare de corectare a erorilor a datelor. Deoarece vectorii oscilațiilor modulate care sunt apropiate unul de altul în planul de fază, este asociat cu simbolurile de cod de valori care diferă numai valorile de un bit. Ca exemplu poate fi considerat doi vectori Z = 1 + j și Z = 1 + 3j. care corespund și simbolurilor de cod.

Caracteristici ale algoritmului

În prezent, cele mai utilizate pe scară largă de mai multe variante de QAM: algoritm de modulație QAM-4. care codifică semnalul de informație al schimbării de fază a undei purtătoare smoală p / 2. Acest algoritm are numele de modulare QPSK (Quadrature deplasarea fazei, Quadrature deplasarea fazei). Nu a fost răspândită ca algoritmi QAM-16. 32, 64, 128 și 256. Algoritmul de modulare de amplitudine în cuadratură este, în esență, o variantă a algoritmului de amplitudine de modulare armonică, și, prin urmare, are următoarele proprietăți importante:

Oscilația lățime spectrală QAM modulate nu depășește lățimea de bandă a semnalului modulator,
Regulamentul QAM spectrul de oscilație modulate în domeniul de frecvență este determinată de frecvența denumirii undei purtătoare

Aceste proprietăți benefice ale algoritmului oferă posibilitatea de a construi pe baza ADSL de mare viteză, prin sisteme de transmisie de date linie cu două fire cu diviziune în frecvență a primit (în aval) și transmisie (în amonte) fluxurile de date.

punerea în aplicare QAM specifică a algoritmului determină valorile următorilor parametri:

Dimensiunea simbolului de modulație (numărul log2 de puncte în constelație) N [bit]
Înțeles rata simbolului fSymbol [kBaud / sec]
Frecvența centrală (rata centrală fc)

Înțeles a ratei de informații V # 151; rata de date pentru QAM algoritmul # 151; Acesta este definit de următoarea relație:

Proiectul de T 1.413 ANSI standard prevede utilizarea următoarelor valori ale ratelor de simboluri în sistemele de transmisie ADSL de date:

136 kBaud
170 kBaud
340 kBaud
680 kBaud
952 kBaud
1088 kBaud

85 kBaud
136 kBaud

Astfel, atunci când se utilizează o rată de simbol de 136 kBaud, QAM-256 algoritm permite rate de transfer de date de 1088 kbit / s.

Fc frecvența centrală pentru punerea în aplicare specifică a algoritmului este definit prin modularea

fn + fsymbol / 2 fcfv - fsymbol / 2, unde

Spectrul energetic al semnalului

Spectrele de linii (măști) energie Parametrii anvelopei semnalele modulate sunt date în standardul ADSL T 1,413 ANSI. Utilizarea acestor măști oferă nivelul necesar de compatibilitate electromagnetică de naturi diferite ale semnalelor care sunt transmise pe diferite perechi în același cablu. Indiferent de tipul de algoritm de modulare, spectrul de putere al semnalului modulat nu ar trebui să se extindă în afara masca fixă.

Fig. 8 este o vedere schematică a unei măști de iesire (AMONTE) flux ADSL.

Fig. 8. Mască de expediere (AMONTE) fluxul ADSL

frecvență tipică variază pentru masca prezentată în tabelul de mai jos:

Gama №1 nu este utilizat pentru transmisia de date în tehnologia ADSL. În intervalul №2 partea principală a spectrului semnalului util trebuie să fie localizat. №3 nu interval folosit pentru transmiterea de flux de date ADSL și pentru a primi un flux de intrare.

Aproximativ aceeași formă este prezentată în Fig. intrare 9 masca flux (DOWNSTREAM) ADSL.

Fig. 9. mască de intrare (DOWNSTREAM) fluxul ADSL

ADSL specifică intervalele de măști de intrare a fluxului de frecvență sunt prezentate în tabel:

- 92,5 # 133; - 44.2

Gama №1 nu este utilizat pentru transmisia de date în tehnologia ADSL. №2 nu gamă utilizată pentru primirea intrare fluxul de date ADSL și pentru transferul în aval. În intervalul №3 partea principală a spectrului semnalului util trebuie să fie localizat.

Fig. 10. 6.5 MBaud 16-QAM semnal modulat primit la linia de 1300 de metri cu mlădiță pasivă

Se arată în Fig. 10 grafic a fost obținut într-o linie de lungime cu două fire de 1300 de metri (4000 ft) pentru transmisia de date la 26 Mbit / sec (6.5 MBaud). Această linie a avut o secțiune transversală de 0,5 mm (26 AWG) și ramură pasivă (bridge-tap) de aproximativ 10 metri (30 f).

Prezența robinetelor pasive pe linie atunci când se utilizează algoritmul de modulare QAM este unul dintre factorii care conduc la o scădere substanțială a valorii raportului semnal / zgomot (SNR) din semnalul recepționat. În diagrama roșie punctată deasupra distorsionare a oscilației modulate menționat # 151; o crestătură la frecvența fc (MHz 5.4), care este cauzată de prezența liniei de ramură pasivă.

Zgomotul algoritm de imunitate QAM invers proporțională cu eficiența spectrală. Impactul interferențelor duce la schimbări necontrolate în amplitudinea și faza semnalului transmis pe linie. Prin creșterea numărului de puncte de cod în faza de spațiere planul P este redusă și, prin urmare, crește probabilitatea de recunoaștere eronată a unui denaturată primit vector Zm * la partea de recepție. Fig. 11 ilustrează principiul schimbării vectorului oscilație modulate (culoare verde) atunci când este expus la amplitudine și zgomot de fază. Fig. 11 vector de oscilație care rezultă atunci când sunt expuse la interferență este marcată în roșu, componentele reale și imaginare ale acestui vector este marcat cu o linie punctată roșie. Limitarea nivelului de amplitudine admisibil și distorsiune de fază a semnalului modulat QAM este un cerc cu diametrul P. centrul acestui cerc coincide cu nodul de plasă planul fazelor cvadratură. Zona hașurată din figură corespunde coordonatelor unui vector distorsionat oscilații modulate QAM când sunt expuse la o interferență a semnalului util, care este determinată de nivelul relativ de 20 dB raport SNR 30dB.

În diagramă, care este prezentat în Fig. 12, linii solide reprezintă valoarea estimată conform cu BER (Bit Error Rate) din raportul SNR pentru diferite algoritm QAM-modulare. Utilizarea de codificare suplimentară (linie punctată), de exemplu, algoritmul Reed-Solomon (Reed-Solomon) îmbunătățește imunitatea la zgomot a unui semnal modulat.

Fig. 12. Dependența BER SNR pentru diferite algoritm QAM-modulare

demnitate algoritm

Quadrature algoritm modularea amplitudinii este relativ simplu de implementat și, în același timp, de codare liniar semnale suficient de eficiente algoritm xDSL. implementările moderne ale algoritmului oferi un un nivel suficient de ridicat de eficiență spectrală. După cum sa menționat mai sus, gama limitată, un nivel relativ ridicat de zgomot imunitate a semnalelor modulate QAM permit construirea bazate pe tehnologia sistemelor ADSL și transmisie VDSL de mare viteză într-o divizie dublă frecvență linie recepționată și fluxuri de informații transmise.

dezavantaje algoritm

Dezavantajele algoritmului poate include un nivel relativ scăzut în spectrul semnalului util de oscilații modulate. Acest dezavantaj este comun unui algoritm de modulație în amplitudine armonică, și se exprimă în faptul că amplitudinea maximă a spectrului de oscilație modulate este armonic cu frecvența undei purtătoare. Prin urmare, algoritmul în forma sa pură este rar utilizat în practică. Mult mai frecvente algoritmi care utilizează principiile de bază QAM și, în același timp, sunt lipsite de dezavantajele (de exemplu, algoritmul PAC).