Confronto di collegamenti a microonde utilizzando 512-QAM, 1024-QAM, 2048-QAM, 4096-QAM

 

Collegamenti a microonde che utilizzano 512QAM, 1024QAM, 2048QAM e 4096QAM (modulazione di ampiezza in quadratura)

Cos'è QAM?

La modulazione di ampiezza in quadratura (QAM) che include 16QAM, 32QAM, 64QAM, 128QAM, 256QAM, 512QAM, 1024QAM, 2048QAM e 4096QAM è uno schema di modulazione sia analogico che digitale. Trasmette due segnali di messaggi analogici, o due flussi di bit digitali, cambiando (modulando) le ampiezze di due onde portanti, utilizzando lo schema di modulazione digitale di modulazione di ampiezza (ASK) o lo schema di modulazione analogica di modulazione di ampiezza (AM).

Perché vengono utilizzati livelli QAM più elevati?
Le moderne reti wireless spesso richiedono e richiedono capacità più elevate. Per una dimensione di canale fissa, l'aumento del livello di modulazione QAM aumenta la capacità del collegamento. Si noti che il guadagno di capacità incrementale a bassi livelli di QAM è significativo; ma con un QAM elevato, il guadagno di capacità è molto inferiore. Ad esempio, aumentando
Da 1024QAM a 2048QAM si ottiene un guadagno di capacità del 10.83%.
Da 2048QAM a 4096QAM si ottiene un guadagno di capacità del 9.77%.

Tabella di aumento della capacità QAM

 

Quali sono le penalità in un QAM superiore?

La sensibilità del ricevitore è notevolmente ridotta. Per ogni incremento QAM (ad esempio da 512 a 1024QAM) c'è una riduzione di -3dB nella sensibilità del ricevitore. Questo riduce la portata. A causa dei maggiori requisiti di linearità del trasmettitore, si verifica una riduzione della potenza di trasmissione anche quando il livello QAM viene aumentato. Questo può essere di circa 1dB per incremento QAM.

Confronto tra 512 QAM, 1024 QAM, 2048 QAM e 4096 QAM
Questo articolo confronta 512-QAM vs 1024-QAM vs 2048-QAM vs 4096-QAM e menziona la differenza tra le tecniche di modulazione 512-QAM, 1024-QAM, 2048-QAM e 4096-QAM. Menziona vantaggi e svantaggi di QAM rispetto ad altri tipi di modulazione. Vengono menzionati anche i collegamenti a 16-QAM, 64-QAM e 256-QAM.

Comprensione della modulazione QAM
A partire dal processo di modulazione QAM dal trasmettitore al ricevitore nella catena in banda base wireless (cioè Physical Layer). Useremo l'esempio di 64-QAM per illustrare il processo. Ogni simbolo nella costellazione QAM rappresenta un'ampiezza e una fase uniche. Quindi possono essere distinti dagli altri punti del ricevitore.

Fig: 1, 64-QAM Mapping e Demapping

• Come mostrato nella figura 1, 64-QAM o qualsiasi altra modulazione viene applicata ai bit binari di ingresso.

• La modulazione QAM converte i bit di ingresso in simboli complessi che rappresentano i bit per variazione di ampiezza / fase della forma d'onda nel dominio del tempo. L'utilizzo di 64QAM converte 6 bit in un simbolo sul trasmettitore.
• La conversione da bit a simboli avviene sul trasmettitore mentre l'inversione (cioè da simboli a bit) avviene sul ricevitore. Sul ricevitore, un simbolo fornisce 6 bit come output del demapper.
• La figura mostra la posizione del mappatore QAM e del demapper QAM rispettivamente nel trasmettitore e nel ricevitore in banda base. Il demapping viene eseguito dopo la sincronizzazione del front-end, ovvero dopo che il canale e altri disturbi sono stati corretti dai simboli di banda base danneggiati ricevuti.
• Il processo di mappatura o modulazione dei dati viene eseguito prima dell'upconversion RF (U / C) nel trasmettitore e nel PA. Per questo motivo, la modulazione di ordine superiore richiede l'uso di un PA (amplificatore di potenza) altamente lineare all'estremità di trasmissione.

Processo di mappatura QAM

Modulazione di mappatura 64QAM

Fig: 2, processo di mappatura 64-QAM

In 64-QAM, il numero 64 si riferisce a 2 ^ 6.
Qui 6 rappresenta il numero di bit / simbolo che è 6 in 64-QAM.
Allo stesso modo può essere applicato ad altri tipi di modulazione come 512-QAM, 1024-QAM, 2048-QAM e 4096-QAM come descritto di seguito.
La tabella seguente menziona la regola di codifica 64-QAM. Controllare la regola di codifica nel rispettivo standard wireless. Il valore KMOD per 64-QAM è 1 / SQRT (42).

Parametri di input del mappatore QAM: bit binari

Parametri di output del mapper QAM: dati complessi (I, Q)

Il mapper 64-QAM accetta l'input binario e genera simboli di dati complessi come output. Utilizza la tabella di codifica sopra menzionata per eseguire il processo di conversione. Prima del processo di copertura, i dati sono raggruppati in una coppia di 6 bit. Qui, (b5, b4, b3) determina il valore I e (b2, b1, b0) determina il valore Q.

Esempio: input binario: (b5, b4, b3, b2, b1, b0) = (011011)
Uscita complessa: (1 / SQRT (42)) * (7 + j * 7)

Modulazione 512QAM

Fig: 3, diagramma di costellazione 512-QAM

Costellazione di modulazione 1024QAM

La figura mostra un diagramma di costellazione 1024-QAM.

Numero di bit per simbolo: 10
Symbol rate: 1/10 di bit rate
Aumento della capacità rispetto a 64-QAM: circa il 66.66%

Costellazione di modulazione 2048QAM

Di seguito sono riportate le caratteristiche della modulazione 2048-QAM.

Numero di bit per simbolo: 11
Symbol rate: 1/11 di bit rate
Aumento della capacità da 64-QAM a 1024QAM: guadagno dell'83.33%
Aumento della capacità da 1024QAM a 2048QAM: guadagno del 10.83%
Punti di costellazione totali in un quadrante: 512

Costellazione di modulazione 4096QAM

Di seguito sono riportate le caratteristiche della modulazione 4096-QAM.

Numero di bit per simbolo: 12
Symbol rate: 1/12 di bit rate
Aumento della capacità da 64-QAM a 409QAM: guadagno dell'100%
Aumento della capacità da 2048QAM a 4096QAM guadagno del 9.77%
Punti di costellazione totali in un quadrante: 1024

Vantaggi di QAM rispetto ad altri tipi di modulazione
Di seguito sono riportati i vantaggi della modulazione QAM:
• Aiuta a ottenere una velocità di trasmissione dati elevata poiché un numero maggiore di bit viene trasportato da un vettore. Per questo motivo è diventato popolare nei moderni sistemi di comunicazione wireless come LTE, LTE-Advanced ecc. Viene anche utilizzato nelle più recenti tecnologie WLAN come 802.11n 802.11 ac, 802.11 ad e altri.

Svantaggi del QAM rispetto ad altri tipi di modulazione
Di seguito sono riportati gli svantaggi della modulazione QAM:
• Sebbene la velocità dei dati sia stata aumentata mappando più di 1 bit su una singola portante, richiede un alto SNR per decodificare i bit sul ricevitore.
• Richiede PA (amplificatore di potenza) ad alta linearità nel trasmettitore.
• Oltre a un SNR elevato, le tecniche di modulazione più elevate richiedono algoritmi di front-end molto robusti (tempo, frequenza e canale) per decodificare i simboli senza errori.

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