Модуляция 64qam что значит
Квадратурная модуляция (QAM)
Для увеличения скорости передачи данных используют так называемую квадратурную амплитудную модуляцию QAM, которая является амплитудно-фазовым видом модуляции. QAM применяется в кабельных модемах, в стандарте цифрового телевидения DVB-C, а также, в цифровом радиовещании СВЧ диапазона.
С точки зрения скорости передачи этот вид модуляции намного более эффективен по сравнению с двоичной (BPSK), четырехпозиционной (QPSK) или восьмипозиционной (8-PSK) фазовой модуляцией. Следует сразу оговориться, что QPSK и 4-QAM на самом деле один и тот же вид модуляции.
В 16-позиционной QAM (16-QAM) существует по четыре сигнальных значения для каждой из квадратурных компонент I и Q. Этим достигаются шестнадцать значений суммарного сигнала.
Рисунок 1. Векторная диаграмма сигнала 16-QAM
Точно так же, как и в других системах модуляции в 16-QAM применяется кодирование Грея. Соответствие сигнальных созвездий, кода Грея и цифровых значений сигналов I и Q для 16-QAM, приведено на рисунке 2.
Рисунок 2. Соответствие сигнальных созвездий, кода Грея и цифровых значений сигналов I и Q для 16-QAM
Глазковая диаграмма сигналов I и Q для 16-позиционной квадратурной модуляции 16 QAM приведена на рисунке 3.
Рисунок 3. Глазковая диаграмма сигналов I и Q 16-позиционной квадратурной модуляции 16 QAM
В 16-ти позиционной QAM (16-QAM) существует по четыре сигнальных значения для каждой из квадратурных компонент I и Q. Этим достигаются 16 значений суммарного сигнала.
Для иллюстрации, на рисунке 4 приведена фотография экрана измерительного прибора — векторного анализатора. На этом рисунке видны векторная, глазковая диаграмма и основные характеристики сигнала 16-QAM на частоте 450 МГц.
Рисунок 4. Экран векторного анализатора, на котором видны векторная, глазковая диаграмма и основные характеристики сигнала 16-QAM на частоте 450 МГц
Еще одна разновидность QAM — это 32-QAM. Ее характеристики таковы: по шесть сигнальных значений для I и для Q, что в итоге дает точек созвездия для суммарного сигнала. Сигнальное созвездие сигнала 32-QAM приведено на рисунке 5.
Рисунок 5. Сигнальное созвездие сигнала 32-QAM
Особенность сигналов QAM — это возможность увеличивать количество сигнальных точек в обмен на помехоустойчивость. В результате в одной и той же полосе сигналов есть возможность увеличивать скорость передачи цифровой информации. Ограничение на увеличение пропускной способности канала накладывает только сложность реализации аппаратуры телекоммуникационных устройств
Дата последнего обновления файла 31.01.2020
Понравился материал? Поделись с друзьями!
Вместе со статьей «Квадратурная модуляция (QAM)» читают:
MSK-модуляция частотная с минимальным сдвигом по частоте
https://digteh.ru/UGFSvSPS/modul/MSK/
Предыдущие версии сайта:
http://neic.nsk.su/
Об авторе:
к.т.н., доц., Александр Владимирович Микушин
Кандидат технических наук, доцент кафедры САПР СибГУТИ. Выпускник факультета радиосвязи и радиовещания (1982) Новосибирского электротехнического института связи (НЭИС).
А.В.Микушин длительное время проработал ведущим инженером в научно исследовательском секторе НЭИС, конструкторско технологическом центре «Сигнал», Научно производственной фирме «Булат». В процессе этой деятельности он внёс вклад в разработку систем радионавигации, радиосвязи и транкинговой связи.
Научные исследования внедрены в аппаратуре радинавигационной системы Loran-C, комплексов мобильной и транкинговой связи «Сигнал-201», авиационной системы передачи данных «Орлан-СТД», отечественном развитии системы SmarTrunkII и радиостанций специального назначения.
Основы передачи QAM
QAM – (Quadrature Amplitude Modulation – Модуляция методом Квадратичных Амплитуд) – это технология передачи цифрового информационного потока в виде аналогового сигнала. Это достигается путем разделения несущей волны на две несущие одинаковой частоты сдвинутые относительно друг-друга на 90о, каждая из которых промодулирована по одному из двух или более дискретных уровней амплитуды. Комбинация всех уровней амплитуды на этих двух несущих представляет собой бинарную битовую картину.
Рисунок 1: Канстелляционная диаграмма отображающаяI/Q вектор. Траектория вектора, описывая кривую во времени, проходит через точки 10, 01, 10, 00.
Канстелляционная диаграмма (или диаграмма-созвездие) – это карта, или квадратная матрица, в которой уровни амплитуды I и Q компонент QAM сигнала отображены в виде значащих точек в квадратной системе координатI х Q.
КоординатаI определяет горизонтальную позицию точки, а Q– вертикальную (смотри Рисунок 2). Канстелляционная диаграмма в этой матрице образуется из горизонтальных и вертикальных линий (будь то прорисованных или же просто воображаемых) соединяющих возможные значения компонент I и Q. Целочисленное значение каждой полученной точки определяется ячейкой матрицы в которую она попадает. Ошибка определяется как выпадение измеренной точки из ячейки.
16-QAM диаграмма – это 4х4 матрица, в которой каждая из 16 ячеек представляет одну из 16 возможных бинарных комбинаций. Вертикальное и горизонтальное положение каждой точки соответствует I и Q уровням амплитуды сигнала переданного ч течение одного цикла. 64-QAM диаграмма представлена на Рисунке 2.
Рисунок 2: 64-QAM Констелляционная диаграмма.
Анализ Канстелляционной диаграммы QAM
Внешний вид значащих точек в ячейках канстелляционной диаграммы может дать ключевую информацию о том что происходит при передаче сигнала. Далее приведен перечень типичных диаграмм и соответствующий им диагностика.
Плохое отношение Сигнал/Шум – картинка пока отличная, но дальнейшая деградация сигнала приведет к полной потере картинки. Расплывчатый образ точки занимает практически всю ячейку.
Интермодуляционная картина («шумы ингрессии») – по причине когерентного шума в каждой ячейке образуются концентрические картинки.
Фазовый Сдвиг – возникает из-за остаточных радиочастотных помех, которые обычно являются проблемой головного оборудования. Точки в ячейках искажены таким образом что возникает визуальный эффект сферической симметрии относительно центра диаграммы.
Нелинейность амплитудной характеристики – вызвана нелинейностью промежуточных и высокочастотных усилителей, фильтров, конвертеров и эквалайзеров. Точки сдвинуты относительно центра ячейки по осям I и Qпропорционально расстоянию ячейки от центра диаграммы.
IQ нестабильность – связана с проблемами усилителей несущей частоты, фильтров и цифровых модуляторов головных станций.
Уход несущей – является следствием дисбаланса в смесителе модулятора или наличия паразитного постоянного тока в системе передачи. Вся картинка сдвинута в одном направлении.
Требования к отношению Сигнал/Шум при высокой скорости передачи
Достоинство высоких значений номера QAM – это повышенная скорость передачи данных, поскольку таким образом большее количество битов информации может быть передано в течении одного цикла. Однако, с другой стороны, в этом случае большее число уровней амплитуды сигнала располагаются близко друг к другу, повышая тем самым вероятность неразличимости двух уровней, и как следствие – повышая чувствительность системы к шуму. Таким образом, высокие значения номера QAM более требовательны к параметру CNR (Carrier Noise Ratio – Отношение Сигнал/Шум). На рисунке 3 представлено отношение параметра CNR к другому параметру – BER (Bit Error Rate – Отношение Бит/Ошибка)
Рисунок 3: Отношение CNR к BER.
BER,NPR, FEC, MER
NPR (Noise Power Ratio – Отношение Шум/Мощность) – это технология измерения соотношения Сигнал/Шум в аналоговых устройствах, работающих в режимах QAM или QPSK. Поскольку эти режимы имеют частотный спектр в виде Гауссового шума, NPR-тест производится путем подмены сигнала эквивалентной полосой белого шума. Ближе к середине полосы эта шумовая «зарубка» (обычно 4 МГц) опускается. Когда полоса шума пускается через устройство, глубина «зарубки» определяется несколькими факторами: термическим шумом, «шумоподобными продуктами» сигнала и т.п. (смотри рисунок 4).
Рисунок 4: Типичный вид кривой NPR.
FEC (Forward Error Correction – Упреждающая Коррекция Ошибок) – это программная технология для определения и устранения ошибок в цифровой передаче данных. Это сложная и затратоемкая (по мощности процессора), однако необходимая задача – упреждать потерю битов информации – позволяет улучшить качество картинки.
MER (Modulation Error Ratio – Отношение Модуляция/Ошибка) – это величина отклонения полученной модуляции (по амплитуде и/или фазе) от переданной (смотри рисунок 5).
Рисунок 5: Определение MER.
При увеличении MER до величины при которой точки попадают на границы ячейки или за них, BER резко возрастает. Далее, когда BER превысит способность FEC корректировать ошибки, произойдет сбой передачи. Практически на точке срыва, качество картинки все еще будет отличным, не предвещая близящийся сбой. Это явление известно как «эффект срыва», когда все хорошо вплоть до того неожиданного момента, когда все уже плохо . Это характерная сложность для цифровой передачи – когда вы смотрите на картинку, невозможно знать когда произойдет срыв.
Для измерения вышеописанных параметров и отображения констелляционных диаграмм существуют спецальные приборы, например KingType CDS783AQ:
Модуляция 64qam что значит
Вопрос: Прошу кратко дать характеристику стандарту QAM.
Каковы возможности (преимущества и недостатки) при трансляции данного вида сигнала по КСКТП?
Ответ («Теле-Спутник»): QAM это не стандарт, а метод модуляции — Quadrature Amplitude Modulation, на русском называемый квадратурно-амплитудной модуляцией (КАМ). Он используется для передачи цифровых сигналов и предусматривает дискретное изменение состояния сегмента несущей одновременно по фазе и амплитуде.
В телевидении может применяться QAM модуляция различного уровня от 16 QAM до 256 QAM. Уровень модуляции определяет количество состояний несущей, используемых для передачи информации. Число бит, передаваемых одним состоянием, определяется как Log N где Т — уровень модуляции. Так, модуляция 16 QAM передает 4 бита информации, а модуляция 256 QAM — 8 бит. На рисунке показано пространство сигналов при модуляции 32 QAM и 64 QAM.
Очевидно, что чем выше уровень модуляции, тем большими скоростными возможностями и меньшей помехоустойчивостью она обладает. QAM модуляция более чем QPSK и 8PSK1 чувствительна к нелинейным искажениям и шумам радиотракта. Поэтому она почти не используется для каналов спутниковой связи. Единственный известный нам спутниковый тракт с модуляцией 16 QAM организован на спутнике Sirius.
В коаксиальных линиях связи, характеризующихся высоким отношением несущая/шум, и с высоким отношением амплитудной (передаточной) характеристики, используется преимущественно QAM модуляция разного уровня. Стандарт DVB-С предлагает в качестве основной использовать 64-уровневую QAM-модуляцию, позволяющую в канале с полосой пропускания 7.92 МГц обеспечить скорость передачи данных 41.34 Мбит/с и полезную скорость, с учетом помехоустойчивого кодирования — 38.1 Мбит/с. Сигналы этого уровня не налагают особых требований к качеству распределительного тракта и, как правило, могут быть добавлены в уже существующие сети.
Для ретрансляции спутниковых потоков актуальным является использование и 32 QAM. В этом случае в кабельном канале обеспечивается скорость передачи данных 34. 367 Мбит/с, совместимая со скоростью передачи в спутниковых каналах связи. Полезная скорость передачи составляет при этом 31.367 Мбит/с.
Во вновь проектируемых кабельных сетях возможен переход к модуляциям 128 QAM и 256 QAM, но он потребует ужесточения норм на неравномерность АЧХ, ГВЗ и уровень отраженных эхо-сигналов в радиотракте кабельной сети.
QAM модуляция используется и для передачи данных по сетям кабельного ТВ.
Вопрос: Как производится воздушная прокладка кабеля и каким нормативам она должна соответствовать?
Длина подвесных воздушных линий не должна превышать 100 м, высота установки стоек должна быть в пределах 100 м от уровня земли.
В зависимости от географического месторасположения строительства, трубостойки и канат, поддерживающий кабель, должны рассчитываться с учетом:
Ветровые нагрузки и нагрузки от обледенения определяются в соответствии со СНиП 2.01.07-85.
При подвесе кабеля необходимо придерживаться следующих правил: для пролета 20 м провисание не должно превышать 1 м, для пролета 40 м — 2,2 м, для пролета 70 м — 6 м, для пролета 100 м — не более 8 м. Все тросы должны быть предварительно вытянуты на усилие, равное 0,6 разрывного усилия троса в целом, указанного в соответствующем ГОСТе на тросы.
При определении высоты промежуточной стойки необходимо учитывать, что расстояние от самой низкой точки провисания кабеля до кровли должно быть не менее 1,5 м.
При воздушных линиях необходимо применять кабели с минимальным сопротивлением связи и весом.
Применение воздушных кабельных линий в СКПТ допускается с необходимым согласованием с организацией, осуществляющей техническое обслуживание СКПТ.
Модуляция 64qam что значит
Система цифрового телевизионного вещания DVB-C.
Авторы: Колпаков И. А., Песков С. Н.
Дата публикации: 31 октября 2006г. В настоящей статье кратко рассматриваются основные положения стандарта цифрового видеовещания (DVB), ориентированного на передачу телевизионных сигналов (TV) по кабелю. |
Статья была опубликована в журнале «Кабельщик» №9 2006г. |
Что такое DVB? DVB Project (Digital Video Broadcasting Project – проект цифрового видеовещания) – это международная организация, занимающаяся разработкой стандартов в области цифрового телевидения для Европы. Она создана в 1993г. и ее членами в настоящее время являются более 300 компаний, производящих оборудование для телевизионного вещания, занимающихся телевизионным вещанием и связью, научно-исследовательских организаций и т.д. Штаб-квартира DVB Project находится в Женеве (Швейцария). Напомним, что штаб-квартира европейского комитета по электротехнической стандартизации (CENELEC) также находится в Женеве. Стандарты, подготавливаемые DVB Project, затем представляются на утверждение в европейские организации по стандартизации. Принятие стандартов позволяет унифицировать средства телевизионного вещания, элементную базу телевизионных приемников и другой аппаратуры. Это является необходимым условием успешного внедрения цифрового телевидения.
В основе стандартов DVB лежит стандарт кодирования движущихся изображений и звукового сопровождения MPEG-2 (см. табл.1). В настоящее время используется основной профиль без масштабирования.
Таблица 1
| Уровень | |||||
| Простой (Simple) | Основной (Main) | Масштабирование по S/N (SNR Scalable) | Пространственный (Spatially Scalable) | Высокий (High) | |
| High 1920×1152 | — | 80 Мбит/с | — | — | 100 Мбит/с |
| High-1440 1440×1152 | — | 60 Мбит/с | — | 60 Мбит/с | 80 Мбит/с |
| Main 720×576 | 15 Мбит/с | 15 Мбит/с | 15 Мбит/с | — | 20 Мбит/с |
| Low 352×280 | — | 4 Мбит/с | 4 Мбит/с | — | — |
| Кодирование компонентов | 4:02:00 | 4:02:00 | 4:02:00 | 4:02:00 | 4:2:0 или 4:02:02 |
| В-кадры | Нет | Есть | Есть | Tcnm | |
| Масштабируемость | Нет | Нет | По S/N | По пространственному разрешению и по S/N | По пространственному разрешению и по S/N |
Как видно из таблицы, на главном уровне (Main), соответствующем телевидению обычного разрешения, скорость передачи двоичных символов в канале связи достигает 15 Мбит/с. Сравнив эту величину с исходной величиной 216 Мбит/с, соответствующей параллельному стыку по Рекомендации 601 МККР, можно видеть, что осуществляется сжатие потока информации примерно в 15 раз. Режим “Main Profile @ Main Level (MP@ML)” в настоящее время широко используется в системах DVB.
На более высоких уровнях главного профиля, соответствующих HDTV, скорость передачи в канале связи возрастает до 60 или 80 Мбит/с. Следует подчеркнуть, что для всех уровней разрешения данного профиля используется один и тот же набор методов кодирования. В этом заключается совместимость разных уровней. На более высоких уровнях кодеры и декодеры должны иметь большее быстродействие и больший объем ЗУ. Аппаратура более высоких уровней разрешения может работать на более низких уровнях разрешения.
Высшие профили стандарта MPEG-2 характеризуются наличием масштабируемости, которая была упомянута выше. Кроме того, на высших профилях возможно применение компонентного кодирования сигналов не только через строку (4:2:0), но и в каждой строке (4:2:2). Предусмотрен также специальный профиль (4:2:2, в табл.1 не показан), предназначенный для студийного оборудования, в частности для видеомонтажа.
Особенности передачи цифровых сигналов по сетям кабельного телевидения
Ожидаемое внедрение цифрового телевидения в системы кабельного телевидения (СКТ) ставят вопрос об их пригодности для этой цели и об оценке необходимых усовершенствований и доработок. В силу того, что в правильно спроектированной СКТ довольно высокое отношение сигнал/шум – S/N (по ГОСТ Р 52023-2003 не менее 43 dB), но в то же время значительно уже полоса канала в сравнении со спутниковой системой, то оптимальным решением является использование многопозиционной модуляции QAM (Quadrature Amplitude Modulation – квадратурная амплитудная модуляция). Хорошее S/N согласно теоремы Шеннона снижает вероятность ошибок BER (Bit Error Rate – частота ошибочных бит) и позволяет обойтись одной ступенью помехоустойчивого кодирования. Однако пакетные ошибки не исключены, поэтому перемежение остается составной частью помехоустойчивого кодирования.
Анализ помех и искажений, типичных для линейного тракта, позволяет предположить, что цифровые сигналы окажутся менее чувствительными к интермодуляционным искажениям (CSO и СТВ), чем аналоговые, благодаря значительно меньшему требуемому защитному отношению S/D (цифровой сигнал/цифровая помеха) в совпадающем и соседних каналах и более гладкому спектру. В то же время цифровые QAM сигналы более чувствительны к амплитудным и особенно фазовым искажениям в тракте, поэтому вопросы согласования, коррекции характеристик остаются достаточно острыми [2].
В литературе еще не достаточно данных о взаимном влиянии большого числа цифровых потоков в кабельной сети, т.к. благодаря эффективному сжатию, в одном частотном канале удается передать до 4-6 ТВ программ, и после перевода на цифровой формат даже очень загруженная сеть с 25-35 транслируемыми программами переходит в категорию сетей с 5-7 реально занятыми физическими каналами, в которых проблемы взаимных помех не столь актуальны.
В построении головных станций (ГС) переход на цифровой формат предъявляет новые требования к аппаратуре обработки и формирования сигналов. Появляется возможность формировать многопрограммные цифровые потоки, не декодируя принятые MPEG-2 сигналы, а выделяя на них нужные компоненты на уровне транспортного потока и ремультиплексируя эти компоненты в новый транспортный поток. Также на уровне транспортного потока при этом могут решаться вопросы скремблирования, смены системы условного доступа. Принятый в стандартах DVB единый подход к канальному кодированию существенно облегчает обработку и преобразование сигналов DVB, т.к. число дополнительных операций при преобразованиях оказывается минимальным. В этом смысле стандарт DVB-C достаточно близок к спутниковому стандарту DVB-S.
Структура системы DVB-C максимально гармонизирована со структурой спутниковой системы DVB-S, но в качестве типа модуляции в ней используется не QPSK, а M-QAM с числом позиций М от 16 до 256 (т.е. от 16 QAM до 256 QAM ). На рис.1 показана структура формирования головной станции DVB-C выходного QAM-сигнала и последующего его приема кабельным абонентским приемником-декодером.
Входными сигналами на головной станции являются транспортные пакеты MPEG-2 и такты, получаемые через интерфейс в основной полосе от: спутниковой линии, технологических линий, локальных программных источников и т.п. Методы инверсии каждого восьмого байта для цикловой синхронизации, рандомизации, перемежения и кодирования RS-кодом не имеют отличий от аналогичных методов и устройств в системах DVB-S и DVB-Т. Преобразователь байтов и кортежи (короткие последовательности битов, равные значности моделирующего кода) осуществляет формирование битовых структур, удовлетворяющих условию последующего получения символов QAM.
С целью получения созвездия, не зависящего от вращения несущей, к двум старшим разрядам каждого символа QAM применяется дифференциальное кодирование. На этом формирование кортежей заканчивается и осуществляется найквистовская согласованная фильтрация для формирования спектра в квадратурных каналах I и О. Затем сигналами I и О моделируются квадратурные несущие, и сигнал QAM переносится по спектру в полосу рабочего кабельного канала, для сопряжения с которым служит физический интерфейс. На приеме в соответствующем порядке выполняются обратные операции по демодуляции и декодированию сигнала в цифровой приставке Set-Top-Box (STB).
Характерной особенностью рассмотренного тракта адаптации является отсутствие внутреннего сверточного кодека и наличие формирования спектра в основной полосе. Защита от пакетированных ошибок производится исключительно за счет перемежения на выходе кодера Рида-Соломона [3].
После сверточного перемежения непрерывную последовательность байтов необходимо разделить на короткие последовательности битов, каждая из которых соответствует символу QAM, т.е. определенной точке на квадратурной диаграмме модулированного сигнала. Такие последовательности двоичных символов называются кортежами. Длина кортежа m = log2(M), где М – число позиций сигнала M-QAM (т.е. 2 m · QAM).
Циклическая задача отображения байтов в кортежи для одного цикла может быть выражена формулой:
где: k – число преобразуемых байтов по 8 бит;
n – число кортежей длиной m бит.
Различным вариантам модуляции M-QAM соответствуют значения коэффициентов, показанные в табл.2.
Таблица 2
| Модуляция | m | n | k | 8k = n·m |
| 16QAM | 4 | 2 | 1 | 8 |
| 32QAM | 5 | 8 | 5 | 40 |
| 64QAM | 6 | 4 | 3 | 24 |
| 128QAM | 7 | 8 | 7 | 56 |
| 256QAM | 8 | 11 | 1 | 8 |
Минимальный цикл преобразования в 1 байт соответствует видам модуляции 16 QAM и 256 QAM. При 256 QAM байты и кортежи совпадают.
В табл.3 приведены примеры расчетных значений символьной и информационной скоростей при разных кратностях модуляции в канале с полосой 8 МГц. Максимальная скорость достигает 38,1 Мбит/с, что соответствует пропускной способности ствола спутникового ретранслятора с полосой 33 МГц в типовом режиме Fсимв = 27,5 Мсимв/с, CR = 3/4.
Таблица 3
| Полезная информационная скорость (транспортный уровень MPEG-2), Мбит/с | Общая скорость, включая RS (204, 188),Мбит/с | Кабельная символьная скорость, Мбод/с | Занимаемая полоса частот, МГц | Вид модуляции |
| 38,1 | 41,34 | 6,89 | 7,92 | 64QAM |
| 31,9 | 34,61 | 6,92 | 7,96 | 32QAM |
| 25,3 | 27,34 | 6,84 | 7,86 | 16QAM |
| 18,9 | 20,52 | 3,42 | 3,93 | 64QAM |
| 16 | 17,4 | 3,48 | 4 | 32QAM |
| 12,8 | 13,92 | 3,48 | 4 | 16QAM |
| 9,6 | 10,44 | 1,74 | 2 | 64QAM |
| 8 | 8,7 | 1,74 | 2 | 32QAM |
| 6,4 | 6,96 | 1,74 | 2 | 16QAM |
Что несет с собой DVB-C?
Такой вопрос наиболее часто задают кабельные операторы при переходе на цифровые технологии. При внедрении DVB-C реализуются следующие преимущества:
Более того, снижение числа физических каналов снижает энергетическую нагрузку самой СКТ, что эквивалентно значительному улучшению S/N, CTB и CSO.
Примеры DVB-C модуляторов
