Modulación QAM

KAREN COLON CARABALLO 37496

Modulación QAM

La modulación de amplitud en cuadratura, en ingles Quadrature Amplitude Modulation (QAM), es una modulación lineal que consiste en modular en doble banda lateral dos portadoras de la misma frecuencia desfasadas 90º. Cada portadora es modulada por una de las dos señales a transmitir. Finalmente las dos modulaciones se suman y la señal resultante es transmitida.

La modulación QAM es una modulación en amplitud y cuadratura. Esto quiere decir que la señal portadora será modificada en amplitud y fase, atendiendo a la señal moduladora. Este proceso de batido da lugar a la señal modulada. Así, se pueden obtener distintas combinaciones de amplitud y fase, dando lugar a los diferentes tipos de modulación QAM que existen: 8-QAM, 16-QAM, 32-QAM, 64-QAM, 128-QAM, 256-QAM; donde los números indican las posibles combinaciones de amplitud y fase.

Modulación QAM

La modulación QAM, también, al usar distintas combinaciones de amplitud y fase, permite obtener, para una misma velocidad de modulación, una mayor tasa de bits (velocidad de transmisión).

Modulación QAM

Bit valué Amplitude Phase shift

000 1 None

001 2 None

010 1 1/4

011 2 1/4

100 1 1/2

101 2 1/2

110 1 3/4

111 2 3/4

Ventajas

Este tipo de modulación tiene la ventaja de que ofrece la posibilidad de transmitir dos señales en la misma frecuencia, de forma que favorece el aprovechamiento del ancho de banda disponible.

Desventajas

Tiene como inconveniente que es necesario realizar la demodulación con demoduladores síncronos.

La sincronización es: cuando determinados fenómenos ocurran en un orden predefinido o a la vez.

Funcionamiento de la modulación en amplitud en cuadratura

La modulación QAM consiste en modular en amplitud (ASK) de forma independiente, dos portadores que tienen la misma frecuencia pero que están desfasadas entre si 90º. La señal modulada QAM es el resultado de sumar ambas señales ASK. Estas pueden operar por el mismo canal sin interferencia mutua porque sus portadoras están en cuadratura. La fórmula matemática de una señal modulada en QAM es:

Las amplitudes de las dos señales moduladas en ASK (a y b), toman de forma independiente los valores discretos an y bn correspondientes al total de los “N” estados de la señal moduladora codificada en banda base multinivel N= n x m.

Funcionamiento de la modulación en amplitud en cuadratura

Una modulación QAM se puede reducir a la modulación simultanea de amplitud ASKn,m y fase PSKn,m de una única portadora, pero solo cuando los estados de amplitud An,m y de fase Hn,m que esta dispone, mantienen con las amplitudes de las portadoras originales an y bn la relaciones que se indican:

Funcionamiento de la modulación en amplitud en cuadratura

QAM → An( coswt ) + Bm ( senwt ) = An,m(coswt − Hn,m) Donde An( coswt ) y Bm ( senwt ) están moduladas en ASK, An,m esta modulada en ASK y cos ( wt − Hn,m) es una expresión modulada en PSK • An =An,m cos Hn,m • Hn,m = arctg Bm / An • Bm =An,m sen Hn,m

Funcionamiento de la modulación en amplitud en cuadratura

Estas expresiones se deducen facilmente a partir de lá seguintes:

QAM → A cos(wt –h) = A coswt x cos h + A senwt x sen h QAM → A cos(wt –h) = (A cos h) x cos wt + (A sen h) x sen

wt QAM → A cos(wt –h) = A coswt + b senwt; por ló tanto: a=A

cos h; b=a sen h

Funcionamiento de la modulación en amplitud en cuadratura

La inmunidad que tiene la señal modulada en cuanto a las perturbaciones y al ruido de la línea, es mayor cuanto mas separados estén los puntos del diagrama de estados. Se trata pues de buscar una constelación de puntos con una coordenadas de amplitud y fase que hagan máxima la separación entre ellos.

Funcionamiento de la modulación en amplitud en cuadratura

El modulador es una suma de dos señales de este tipo, una en coseno y otra en seno.

Las señales no moduladas exhiben solamente dos posiciones permitiendo una transferencia de un 0 o 1. En la modulación de amplitud de la cuadratura, es posible transferir más pedacitos por la posición pues hay puntos múltiples de la transferencia. En la modulación de amplitud de la cuadratura, una señal obtenida sumando la modulación de la amplitud y de la fase de una señal de portador (una onda modulada del seno y del coseno o las ondas de la cuadratura) se utiliza para la transferencia de datos. Pues el número de la transferencia señala el restos arriba, es posible transportar más pedacitos por cada cambio de la posición.

Funcionamiento de la modulación en amplitud en cuadratura

Usos de la modulación de amplitud por cuadratura

64-QAM y 256-QAM son de uso frecuente en módem de cable y usos digitales de la televisión por cable. De hecho, 64-QAM y 256-QAM son los directorios asignados por mandato de la modulación para la televisión por cable digital, según lo colocado por SCTE en el ANSI/SCTE estándar 07 2000. En el Reino Unido, 16-QAM y 64-QAM también se utilizan actualmente en la televisión terrestre digital.

QAM contra el P.M. y PSK

La modulación de la fase y el afinar de desplazamiento de fase se pueden mirar como casos especiales de la modulación de amplitud de la cuadratura donde está constante la amplitud de la señal de modulación y de la fase que cambia solamente. La misma teoría se puede ampliar más lejos a afinar de la cambio de la frecuencia y a la modulación de la frecuencia. Ambos son casos especiales de la modulación de la fase.

RESUMEN DE FSK, PSK Y QAM

Las distintas formas de FSK, PSK y QAM

Modulación

Codificación

BW (Hz) BaudioEficienci

a BW (bps/Hz)

FSK Bit fb fb 1

BPSK Bit fb fb 1

QPSK Dibit fb / 2 fb / 2 2

8-QPSK Tribit fb / 3 fb / 3 3

8-QAM Tribit fb / 3 fb / 3 3

16-QPSK Quadbit fb / 4 fb / 4 4

16-QAM Quadbit fb / 4 fb / 4 4

TABLA 1: RESUMEN DE LA MODULACIÓN DIGITAL

QAM DE OCHO (8-QAM)

El QAM de ocho (8-QAM), es una técnica de codificación M-ario, en donde M = 8. A diferencia del 8-PSK, la señal de salida de un modulador de 8-QAM no es una señal de amplitud constante.

Transmisor de QAM de ocho

La figura 15 muestra el diagrama a bloques de un transmisor de 8-QAM. Como pueda verse, la única diferencia, entre el transmisor de 8-QAM y el transmisor de 8-PSK es la omisión del inversor entre el canal C y el modulador da producto Q.

FIGURA 15

Consideraciones del ancho de banda para el QAM de ocho

En el 8-QAM, la tasa de bits, en los canales I y Q, es un tercio de la tasa binaria de entrada, al igual que con el 8-PSK. Como resultado, la frecuencia de modulación fundamental más alta y la razón de cambio de salida más rápida en 8-QAM, son iguales que para el 8-PSK. Por tanto, el mínimo ancho de banda requerido para 8-QAM es f b/3, al igual que en el 8-PSK.

Receptor de QAM de ocho

Un receptor de 8-QAM es casi idéntico al receptor de 8-PSK. Las diferencias son los niveles PAM, en la salida de los detectores de producto, y las señales binarias a la salida de los convertidores análogo a digital. Debido a que hay dos amplitudes de transmisión posibles, con 8-QAM, que son diferentes de aquellas factibles con el 8-PSK, los cuatro niveles PAM de modulados son diferentes de aquellos en 8-PSK.

En consecuencia, el factor de conversión para los convertidores analógico a digital, también tienen que ser diferentes. Además, con el 8-QAM las señales de salida binarias del convertidor analógico a digital, del canal I, son los bits I y C, y las señales de salida binarias del convertidor analógico a digital, del canal Q, son los bits Q y C.

Receptor de QAM de ocho

QAM DE DIECISÉIS (16-QAM)

Así como en 16-PSK, el 16-QAM es un sistema M-ario, en donde M= 16. Actúa sobre los datos de entrada en grupos de cuatro (2 4 = l6). Como con el 8-QAM, tanto la fase y la amplitud de la portadora transmisora son variados.

Transmisor QAM de dieciséis

El diagrama a bloques para un transmisor de 16-QAM se muestra en la figura 16. Los datos de entrada binaria se dividen en cuatro canales: El I, I’, Q y Q’. La tasa de bits de rada canal es igual a un cuarto de la tasa de bits de entrada (f b/4).

FIGURA 16

Consideraciones del ancho de banda para el QAM de dieciséis

Con el l6-QAM, ya que los datos de entrada se dividen en cuatro canales, la tasa de bits en el canal I, I’, Q o Q’ es igual a un cuarto de la tasa de datos de entrada binarios (f b/4). (El derivador de bits estira los bits I, I’, Q y Q’, a cuatro veces su longitud de bits de entrada). Además, debido a que estos bits tienen salidas de manera simultánea y en paralelo, los convertidores de nivel 2 a 4 ven un cambio en sus entradas y salidas a una fase igual a un cuarto de la tasa de datos de entrada.

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