Zaloguj się
Wszystkie
22 września 2026
16
Wprowadzenie
Dlaczego QAM?
Jeśli chcemy przesłać kablem cyfrowy strumień bitów, taki jak stosowany w telewizji cyfrowej, musimy zmodulować nim falę nośną. Fala nośna jest sinusoidalnym sygnałem o wysokiej częstotliwości, a takie sygnały można modulować na różne sposoby. Z pewnością znacie AM, czyli modulację amplitudy, oraz FM, czyli modulację częstotliwości. Metody te nie są jednak w stanie przenieść ogromnej ilości danych, jaką trzeba przesyłać w każdej sekundzie w przypadku telewizji wysokiej rozdzielczości. Dlatego w telewizji kablowej i DVB stosuje się połączenie modulacji amplitudy i fazy, czyli kwadraturową modulację amplitudy (Quadrature Amplitude Modulation, QAM), która umożliwia przesyłanie znacznie większej ilości danych w ciągu sekundy.
Prędkość modulacji
Najpierw jednak kilka słów o prędkości modulacji. Dla kanału o szerokości pasma wynoszącej na przykład 8 MHz można uzyskać określoną prędkość transmisji, wyrażaną liczbą symboli na sekundę. Symbol reprezentuje stan, jaki sygnał przyjmuje w określonych, stałych odstępach czasu. Sposób modulacji sygnału nie wpływa na liczbę symboli, które można przesłać w ciągu sekundy.
Binarne kluczowanie fazy
BPSK
Najprostszą metodą modulowania fali nośnej cyfrowym strumieniem danych jest binarne kluczowanie fazy (Binary Phase Shift Keying, BPSK). W tej metodzie modulacji możliwe są dwa stany, odpowiadające przesunięciu fazy sygnału o 0° i 180°. Każdemu z nich przypisuje się stan binarny, na przykład 0° odpowiada „L”, a 180° – „H”. Metodę tę przedstawiono na poniższym rysunku. W tym przykładzie cztery bity, kolejno „L”, „H”, „H” i „L”, są modulowane przez zmianę fazy kolejnych okresów fali nośnej o 180°. Zaletą tego rozwiązania jest to, że przesunięcie fazy o 180° może być niezawodnie rozpoznawane przez demodulator nawet w środowisku o dużym poziomie zakłóceń. Wadą jest oczywiście bardzo mała prędkość transmisji. W przypadku BPSK prędkość symbolowa (prędkość modulacji) jest równa prędkości bitowej, ponieważ na jeden symbol przypada jeden bit.
Diagram konstelacji
BPSK można przedstawić w prostszy, symboliczny sposób, jak pokazano na poniższym rysunku. Taki sposób prezentacji nazywa się diagramem konstelacji. Dwa stany zmodulowanego sygnału przedstawia się w układzie współrzędnych z poziomą osią X i pionową osią Y. W układzie tym stany zmodulowanego sygnału można przedstawić za pomocą wektorów. Długość wektora odpowiada amplitudzie sygnału, natomiast jego kąt – przesunięciu fazy względem przyjętej wartości odniesienia. Jedyną różnicą między tymi dwoma stanami jest przeciwna faza, co przedstawiają dwa wektory o jednakowej długości, ustawione względem siebie pod kątem 180°. Oczywiście do określenia fazy i amplitudy zmodulowanego sygnału nie trzeba rysować całego wektora. Wystarczy punkt odpowiadający jego grotowi. Symboliczne przedstawienie stanów zmodulowanego sygnału można więc jeszcze bardziej uprościć do dwóch punktów leżących na osi X, w jednakowej odległości od początku układu współrzędnych.
Czterowartościowe kluczowanie fazy
QPSK
Inną metodą modulacji jest czterowartościowe kluczowanie fazy (Quaternary Phase Shift Keying, QPSK). W tej metodzie faza przesyłanego sygnału jest zmieniana skokowo co 90°. Możliwe są więc cztery stany zmodulowanego sygnału, a ponieważ występują tylko dwa stany bitu, „L” i „H”, można im przypisać cztery kombinacje bitów, na przykład:
- Przesunięcie fazy o 45°: odpowiada sekwencji bitów „L”–„H”
- Przesunięcie fazy o 135°: odpowiada sekwencji bitów „L”–„L”
- Przesunięcie fazy o 225°: odpowiada sekwencji bitów „H”–„H”
- Przesunięcie fazy o 315°: odpowiada sekwencji bitów „H”–„L”
Oczywiste jest, że przy tej metodzie modulacji prędkość przesyłania danych binarnych jest znacznie większa. Można bowiem przesłać dwa bity na symbol. Symbolicznie tę metodę modulacji można przedstawić tak jak na poniższym rysunku, czyli za pomocą czterech wektorów o jednakowej długości (amplituda sygnałów się nie zmienia), rozmieszczonych względem siebie co 90°. Również w tym przypadku nie trzeba rysować całych wektorów; wystarczą cztery punkty odpowiadające ich końcom.
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
