تعریف مدولاسیون دامنه تربیعی

مدولاسیون دامنه تربیعی چیست؟

«مدولاسیون دامنه تربیعی» (Quadrature Amplitude Modulation) یا مدولاسیون QAM از هر دو مولفه دامنه و فاز استفاده می کند تا یک فرم از مدولاسیون را ایجاد کند که قادر است راندمان طیفی بسیار بالایی داشته باشد.

مدولاسیون دامنه تربیعی در برخی از روش های انتقال آنالوگ مانند انتقال استریو AM مورد استفاده قرار می گیرد، اما در واقع کاربرد اصلی این روش در انتقال داده است.

روش مدولاسیون QAM یک فرم بسیار موثر از مدولاسیون برای انتقال داده فراهم می آورد و به همین دلیل است که در بسیاری از کاربردها مانند مخابرات سلولی، WIFI و تقریبا تمام انواع سیستم های انتقال داده سرعت بالا مورد استفاده قرار می گیرد.

در این مطلب قصد داریم مدولاسیون دامنه تربیعی را معرفی کنیم و به بیان اصول کار این روش مدولاسیون بپردازیم.

در تصویر زیر مقایسه ای بین یک مولفه سیگنال هم فاز و یک مولفه سیگنال تربیعی نشان داده شده است.

مدولاسیون دامنه تربیعی یا به اختصار مدولاسیون QAM یک نوع مدولاسیون است که در آن دو سیگنال حامل به اندازه 90 درجه شیفت فاز می یابند و به عبارت دیگر حامل از دو سیگنال سینوسی و کسینوسی تشکیل می شود.

سپس این دو سیگنال شیفت فاز یافته مدوله می شوند و با یکدیگر ترکیب می شوند.

همیشه به یکی از این سیگنال ها، «هم فاز» (In Phase) یه به اختصار سیگنال I و به سیگنال دیگر، «تربیعی» (Quadrature) یا به اختصار سیگنال Q می گویند.

سیگنال کلی که از ترکیب دو سیگنال حامل I و Q به دست می آید، هم تغییرات دامنه و هم تغییرات فاز را شامل می شود.

در واقع به این دلیل که هم تغیرات دامنه و هم تغییرات فاز در سیگنال حضور دارند، می توان مدولاسیون دامنه تربیعی را ترکیبی از مدولاسیون دامنه و مدولاسیون فاز در نظر گرفت.

یک انگیزه برای استفاده از مدولاسیون QAM ناشی از این واقعیت است که یک سیگنال مدولاسیون دامنه با دو باند جانبی، حتی در روش «حامل سرکوب شده» (Suppressed Carrier) نیز پهنای باند دو برابر پهنای باند سیگنال مدوله کننده را اشغال می کند که این کار باعث اتلاف طیف فرکانسی موجود می شود.

استفاده از روش مدولاسیون QAM تعادل را از طریق قرار دادن دو سیگنال حامل با باند جانبی سرکوب شده مستقل در یک طیف به عنوان یک سیگنال حامل باند جانبی سرکوب شده مضاعف معمولی باز می گرداند.

مزایا و معایب مدولاسیون دامنه تربیعی:
اگرچه مدولاسیون دامنه تربیعی از طریق استفاده از تغییرات دامنه و فاز، باعث افزایش بهره انتقال در سیستم های مخابرات رادیویی شده است، اما معایب خاص خود را نیز دارد.

اولین عیب در مدولاسیون QAM این است که بیشتر در معرض نویز قرار دارد؛ زیرا حالت ها به هم نزدیک تر هستند و در نتیجه سطوح پایین تری از نویز برای انتقال سیگنال به نقاط تصمیم مختلف مورد نیاز است.

گیرنده های مورد استفاده در مدولاسیون های نوع فاز یا مدولاسیون فرکانس، قادر هستند از تقویت کننده های محدود کننده استفاده کنند که توانایی حذف هر نویز دامنه را دارند و در نتیجه سطح اعتماد نویز را بالاتر می برند. اما این حالت در مورد مدولاسیون QAM صادق نیست.

دومین عیب مدولاسیون QAM نیز مرتبط با مولفه دامنه سیگنال است.

زمانی که یک سیگنال مدولاسیون فاز یا فرکانس در یک فرستنده رادیویی تقویت می شود، هیچ نیازی به استفاده از تقویت کننده های خطی نیست، در حالی که هنگام استفاده از مدولاسیون QAM که شامل مولفه دامنه است، خطی بودن حتما باید حفظ شود.

متاسفانه تقویت کننده های خطی دارای راندمان پایین تری هستند و توان بیشتری را مصرف می کنند و به همین دلیل برای استفاده در کاربردهای موبایل مناسب نیستند.