Квадратурная амплитудная модуляция

Схема работы квадратурной амплитудной модуляции (QAM) использует принципы функционирования амплитудной и фазовой модуляций. Два различных сигнала передаются одновременно на одной несущейВ частоте, но при этом задействованы две ее амплитудно-модулированныеВ копии, сдвинутые относительно друг друга на 90° (т.е. находящиеся в квадратуре). Амплитуды копий несущей меняются дискретно, что приводитВ к образованию сигнала с дискретным изменением одновременно и амплитуды, и фазы. Приемник полученные сигналы демодулирует и объединяетВ с целью восстановления исходного двоичного сигнала.

Исходя из таких соображений фазовую модуляцию можно рассматривать как частный случай квадратурной амплитудной модуляции.

В случае двухуровневой амплитудной модуляции (2QAM) каждый из двух потоков может находиться в одном из двух состояний, а объединенный поток — в одном из четырех. В случае четырехуровневой модуляцииВ (т.е. четырех различных уровней амплитуды, 4QAM) объединенный потокВ будет находиться уже в одном из 16 состояний. Чем больше число состояний, тем выше скорость передачи данных, возможная при определеннойВ ширине полосы пропускания. Но чем больше число состояний, тем вышеВ потенциальная частота возникновения ошибок из-за помех или поглощения.

Основная идея метода состоит в том, чтобы распределить информационный сигнал по широкой полосе радиодиапазона, что в итоге позволит значительно усложнить подавление или перехват сигнала.

Расширение спектра скачкообразной перестройкой частоты (Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS). Передача ведется с постоянной сменойВ несущей в пределах широкого диапазона частот. В результате мощность сигнала распределяется по всему диапазону, а прослушивание какой-то определенной частоты дает только небольшой шум. Последовательность несущих частот псевдослучайна и известна только передатчику и приемнику. В Попытка подавления сигнала в каком-то узком диапазоне почти не ухудшает сигнал, так как подавляется только небольшая часть информации.

На каждой несущей частоте для передачи дискретной информации применяются стандартные методы модуляции — частотная или фазовая. Для синхронизации приемника и передатчика в течение некоторого времениВ передаются синхронизирующие последовательности бит. Несущая частотаВ меняется в соответствии с номерами частотных подканалов, вырабатываемых алгоритмом псевдослучайных чисел. Если частота смены подканаловВ ниже, чем скорость передачи данных в канале, то такой режим называютВ медленным расширением спектра, в противном случае — быстрым расширением спектра. Метод быстрого расширения спектра более устойчивВ к помехам, так как помехи, подавляющие сигнал в определенном подканале, не приводят к потере бита, поскольку его значение повторяетсяВ несколько раз в различных частотных подканалах. Метод медленного расширения спектра менее устойчив к помехам, но его проще реализовать.

Прямое последовательное расширение спектра (Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS). В методе прямого последовательного расширения спектра, в отличие от метода расширения спектра скачкообразнойВ перестройкой частоты, весь частотный диапазон занимается не за счетВ постоянных переключений с частоты на частоту, а за счет того, что каждыйВ бит информации заменяется последовательностью из N бит, что дает увеличение тактовой скорости передачи сигналов в N раз и соответствующееВ расширение в N раз спектра сигнала.

Передача двоичной единицы заменяется передачей расширяющей последовательности. Двоичный нуль кодируется инверсным значениемВ расширяющей последовательности. Количество бит в расширяющей последовательности определяет коэффициент расширения исходного кода. ДляВ кодирования битов результирующего кода может использоваться любойВ вид модуляции. Чем больше коэффициент расширения, тем шире спектрВ результирующего сигнала и выше степень подавления помех. Но при этомВ растет занимаемый каналом диапазон спектра.

Помехи искажают только определенные частоты спектра сигнала, поэтому приемник с большой степенью вероятности может правильно распознавать передаваемую информацию.

Метод прямого последовательного расширения спектра в меньшей степени защищен от помех, чем метод быстрого расширения спектра, так как мощные помехи влияют на часть спектра, а значит, и на результат распознавания единиц или нулей.