Quadratur-Amplitudenmodulation

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Die Quadratur-Amplitudenmodulation (QAM) ist ein Modulationsverfahren, mit dem gleichzeitig die Amplitude und die Phase einer Trägerschwingung moduliert werden können. Es wird fast ausschließlich zur Modulation durch digitale Signale verwendet. Im Weiteren wird nur die Modulation durch digitale Signale beschrieben.


Inhaltsverzeichnis

prinzipielle Funktionsweise

I/Q-Modulator: D-Dateneingang, A-Ausgang, AM-Amplitudenmodulator

Die QAM erfolgt im I/Q-Modulator. Dieser Modulator enthält zwei gleichartige Amplitudemmodulatoren, einen im I-Zweig und einen im Q-Zweig. Beide Modulatoren erhalten das gleiche Trägersignal. Der im I-Zweig erhält das Trägersignal unverändert und der im Q-Zweig um 90° phasenverschoben. Das erklärt auch die Namen der Zweige: Inphase für nicht phasenverschoben und Quadrature im Sinn von "um 90° phasenverschoben".

Jeder der beiden Modulatoren erhält einen anderen Wert für die Amplitudenmodulation. Die beiden amplitudenmodulierten Trägersignale werden vor dem Ausgang des I/Q-Modulators noch addiert. Das Ausgangssignal ist wieder eine Sinusspannung mit der Trägerfrequenz, je nach den Amplitudenwerten der beiden Teilsignale jedoch mit einer Phasenverschiebung und/ oder einer veränderten Amplitude. Die beiden Modulationssignale entscheiden also sowohl über die Amplitude als auch über die Phase des Ausgangssignals.

Gunthard Kraus, DG8GB, beschreibt in seinem Tutorial zu LTSpice im Teil 1 [1] eine Simulation der Quadratur-Amplitudenmodulation und -Demodulation.

Vorteil der QAM

Eine Amplitudenmodulation ist in der Regel schaltungstechnisch leichter zu realisieren als eine Phasenmodulation. Eine Phasenverschiebung des Trägersignals um 90° ist auch kein Problem. Mit dem I/Q-Modulator kann also schon relativ leicht eine PSK realisiert werden.

Gegenüber der PSK kann ohne zusätzlichen Aufwand auch die Amplitude verändert werden. In der veränderlichen Amplitude kann im Vergleich zur PSK zusätzliche Information transportiert werden. Die QAM kann mehr Information transportieren als die PSK.

Ein weiterer ganz entscheidender Vorteil der QAM, erzeugt mit dem I/Q-Modulator, ist der adaptive Betrieb des I/Q-Modulators.

adaptiver Betrieb

Im ersten Funktionsblock werden aus den Daten die beiden Modulationswerte für den I- und den Q-Pfad erzeugt. Diese Werte bestimmen, wieviele unterschiedliche Phasenlagen und Amplitudenwerte am Ausgang erscheinen. Allein durch diese Werte kann das Modulationsverfahren umgeschaltet werden. Die Aufbereitung dieser Werte kann weitgehend digital erfolgen und ist schaltungstechnisch relativ einfach.

Typische Varianten:

  • 2 Bit Daten -> jeder Modulationswert zweistufig -> 4-stufige PSK (4-PSK, QPSK)
  • 4 Bit Daten -> jeder Modulationswert vierstufig -> 16-stufige QAM (16-QAM)
  • 6 Bit Daten -> jeder Modulationswert achtstufig -> 64-stufige QAM (64-QAM)
  • 8 Bit Daten -> jeder Modulationswert sechzehnstufig -> 256-stufige QAM (256-QAM)

Kompatibilität

Die (digitale) QAM ist abwärtskompatibel zur (digitalen) Amplitudenmodulation und zur (digitalen) Phasenmodulation.

Einzelnachweise

  1. http://www.elektronikschule.de/~krausg/LTSwitcherCAD/index_LTSwitcherCAD.html
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