Modulación QAM y enlace a AM, ASK, PAM

Estoy un poco confundido acerca de la modulación QAM. En wikipedia encontré esto:

Transmite dos señales de mensajes analógicos, o dos flujos de bits digitales, al cambiar (modular) las amplitudes de dos ondas portadoras, utilizando el esquema de modulación digital de modulación por desplazamiento de amplitud (ASK) o el esquema de modulación analógica de modulación de amplitud (AM). Las dos ondas portadoras de la misma frecuencia están desfasadas 90° entre sí, una condición conocida como ortogonalidad o cuadratura.

Entonces, por ejemplo, puedo imaginar tener dos señales portadoras, digamos una onda sinusoidal y una onda coseno, que están moduladas por una señal de mensaje de banda base analógica (QAM analógica) o por una señal de mensaje digital (QAM digital).

Sin embargo, en otro artículo, encontré esto:

El transmisor QAM primero codifica bits en símbolos QAM complejos, que se convierten en amplitudes complejas de pulsos de banda base. La señal QAM de banda base luego modula una subportadora de RF digital. La señal QAM digital finalmente se convierte en una señal de control analógica mediante un DAC de alta velocidad.

Además, también pude encontrar varias referencias que vinculan QAM con dos modulaciones PAM. Asi que aqui están mis preguntas:

  1. ¿Son estas dos cosas diferentes que casualmente tienen el mismo nombre? Tengo entendido que, en la definición de wikipedia, QAM no tiene nada que ver con los pulsos.
  2. ¿Cuál es exactamente el significado de "señal QAM de banda base" en la segunda cita? ¿Las señales PAM también son de banda base? Tengo entendido que queremos modular una señal para transferirla a una frecuencia más alta (frecuencia portadora) y permitir una mejor comunicación (multiplexación, menos interferencia, etc.).

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Enlace al papel donde tomé la segunda referencia.

Enlace de la siguiente cita sobre PAM y QAM. Lo que me confunde es que PAM es una señal pulsada y QAM es una sinusoide. ¿Cómo se asocian exactamente?

Para simplificar el concepto básico, se puede pensar en una señal 16-QAM como el producto cartesiano de dos señales PAM4.

Dos visiones de un mismo concepto.

Respuestas (3)

QAM se genera a partir de una señal de banda base compleja, que solo se puede representar como dos señales de banda base separadas para la parte real y la imaginaria.

El primer párrafo que citó los modula directamente en la portadora de RF, convirtiendo la parte real e imaginaria en analógica por separado, modulándolas en dos ondas portadoras con un desplazamiento de 90 grados y mezclándolas.

La segunda cita describe un método en el que la señal se modula digitalmente en una portadora de frecuencia intermedia (al crear dos senos con un desplazamiento de 90 grados en un oscilador controlado numéricamente (NCO), multiplicando la parte real e imaginaria de la señal por separado y sumándolas digitalmente, antes convertir la señal combinada en analógica y mezclar la señal analógica con una portadora de RF que ha sido desplazada por la frecuencia NCO.

En ambos casos, el paso de mezcla usa dos ondas portadoras de igual frecuencia, separadas 90 grados, y la diferencia es si ese paso es en el dominio analógico o digital.

Ambos métodos tienen ventajas y desventajas:

Mezcla analógica:

  • (+) señal de salida utilizable directamente
  • (+) barato de construir
  • (-) Las rutas de RF deben estar bien adaptadas en ganancia y retardo
  • (-) DAC DC offset cambia los símbolos alrededor

Mezcla digital:

  • (+) partes reales e imaginarias combinadas perfectamente
  • (+) CC de la señal IF no lleva información y se puede filtrar
  • (-) Se necesita un DAC más rápido para componentes de mayor frecuencia de señal mixta
  • (-) la mezcla ascendente a RF crea imágenes especulares que deben filtrarse, generalmente con múltiples etapas de mezcla/filtro

En el lado del receptor, se aplican los mismos problemas, y también hay dos formas de construirlos, "directo" y "superheterodino".

Todavía tengo dificultades para entender la segunda cita. ¿Podría explicar la referencia a "pulsos de banda base"? Además, ¿qué significa "portadora de RF digital"? ¿No se supone que las ondas portadoras son señales analógicas?
@NickG, la señal de banda base QAM es una serie de símbolos individuales, con transiciones bruscas entre ellos, por lo que cada símbolo se puede ver como un pulso separado con una amplitud compleja específica. Luego, esto se filtra en paso bajo ya que las frecuencias más altas no llevan información adicional, y este paso de filtrado provoca las transiciones suaves que normalmente se ven en una señal QAM.
@NickG, la modulación puede ser completamente digital (es solo una multiplicación), siempre que la frecuencia de muestreo del sistema sea lo suficientemente alta como para que todos los componentes de frecuencia de la señal combinada se puedan representar con precisión. Sin embargo, normalmente no se mezclaría a 2 GHz de esta manera, porque eso requiere un poco más de una frecuencia de muestreo de 4 GHz, pero la modulación de una señal de banda base de 5 MHz de ancho en una portadora de 100 MHz es factible con 250 MHz de frecuencia de muestreo. esto luego se puede convertir, mezclar a 500/700 MHz con una portadora de 600 MHz, filtrar, mezclar nuevamente y filtrar nuevamente para obtener una señal de RF limpia.

PAM es básicamente Sample & Hold de banda base durante un período de pulso que es una fracción de la longitud de onda más corta.

QAM consta de 4 bits codificados en una matriz de 4 amplitudes y 4 fases en una constelación de 16 etapas usando un método de codificación para codificar datos con el camino más corto al siguiente estado diferencial usando 2 señales en cuadratura que se pueden modular con lo siguiente.

Wiki brinda más detalles sobre cómo funciona este codificador, que luego se usa para modular una frecuencia portadora. La ventaja es la compresión del ancho de banda a expensas de requerir una SNR ligeramente más alta para decodificar que el binario de acuerdo con la Ley de Shannon-Hartley para el mismo BER.ingrese la descripción de la imagen aquí

Creo que te refieres a Wiki - Modulación de amplitud en cuadratura en tu pregunta.

Puedo imaginar tener dos señales portadoras, digamos una onda sinusoidal y una onda coseno, que están moduladas por una señal de mensaje de banda base analógica (QAM analógica) o por una señal de mensaje digital (QAM digital).

Casi correcto. Hay dos portadoras de la misma frecuencia pero están a 90° entre sí y cada portadora está modulada en amplitud por una señal de banda base digital. Por lo tanto, hay dos bits que modulan dos portadoras en cualquier momento.

Cada amplitud de bit modula su respectiva portadora multiplicándola por +1 o -1. Por supuesto, esta es la versión digital de la historia. En efecto, cada portadora está invertida en amplitud o no invertida en amplitud por su bit digital. Esto es lo mismo que hacer avanzar el transportador 180° o dejarlo intacto.

Luego, las dos portadoras moduladas se suman para producir una portadora modulada compuesta donde la fase y la amplitud de esa portadora están definidas por las dos señales digitales de banda base.

En efecto, está tomando dos portadoras a 90 ° entre sí, pero cada una tiene una fase (180 ° o 0 °) definida por el flujo de bits que la moduló. Luego los suma para producir un portador modulado combinado: -

ingrese la descripción de la imagen aquí

[Fuente de la imagen] ( http://rfmw.em.keysight.com/wireless/helpfiles/89600B/WebHelp/Subsystems/teds/content/teds_symbolsconstellations.htm ).

Entonces, si observa el diagrama de constelación anterior para 0, 0 tiene un ángulo de fase de +45 °. Luego, si ambas entradas digitales se vuelven 1, 1 entonces, el ángulo de fase de la portadora combinada cambia de 180 ° a 225 °. Tal vez esto podría ayudar: -

ingrese la descripción de la imagen aquí

Esto es 4-QAM digital.

Si las portadoras tienen modulación analógica, en efecto habría muchos más "círculos" en la imagen de arriba porque, para cada portadora, su señal de banda base puede variar realmente en amplitud y también invertir su fase cuando la señal de banda base pasa de un valor positivo a un valor negativo (o viceversa). Tampoco habría constelaciones porque el efecto combinado de dos portadoras (cada una modulada en amplitud) produce un "punto" en cualquier instante que está en cualquier lugar dentro de un círculo de un radio máximo definido.

No reconozco tu otra referencia.

Gracias por la explicación. También he añadido un enlace del paper que saqué de la segunda cita, al post original, por si te ayuda a dar más información al respecto. También agregué una referencia a un sitio donde PAM está asociado con QAM, lo que me confunde, ya que PAM es una señal pulsada y QAM es un sinuosid.
@NickG Ya he terminado con esta respuesta, a menos que tenga algo más específico y directo que preguntar.
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