ما هي تنسيقات تعديل الاتساع التربيعي QAM

يستخدم تعديل اتساع التربيع “QAM” على نطاق واسع في العديد من اتصالات البيانات الرقمية الراديوية، وكذلك تطبيقات اتصالات البيانات، كما تتوفر مجموعة متنوعة من أشكال “QAM” وبعض الأشكال الأكثر شيوعاً تشمل 16 و32 و64 و128 و256 “QAM”، حيث تشير الأرقام هنا إلى عدد النقاط على الكوكبة، أي عدد الحالات المميزة التي يمكن أن توجد.

كيفية استخدام تنسيقات QAM:

يمكن استخدام التنسيقات المختلفة لـ “QAM” عندما تكون معدلات البيانات التي تتجاوز تلك التي تقدمها “8-PSK”، والمطلوبة من قبل نظام الاتصالات اللاسلكية، وهذا لأنّ “QAM” يحقق مسافة أكبر بين النقاط المتجاورة في مستوى “IQ”، ومن خلال توزيع النقاط بشكل متساوٍ، وبهذه الطريقة تكون النقاط الموجودة على الكوكبة أكثر تميزاً ويتم تقليل أخطاء البيانات.

أمّا في حين أنّه من الممكن إرسال المزيد من البتات لكل رمز، إذا كانت طاقة الكوكبة ستبقى كما هي، كما يجب أن تكون النقاط الموجودة في الكوكبة أقرب معاً ويصبح الإرسال أكثر عرضة للضوضاء، حيث ينتج عن هذا معدل خطأ في البت أعلى من متغيرات “QAM” ذات الترتيب الأدنى، وبهذه الطريقة يوجد توازن بين الحصول على معدلات بيانات أعلى والحفاظ على معدل خطأ مقبول في البتات لأي نظام اتصالات لاسلكي.

• “QAM” هي اختصار لـ “Quadrature Amplitude Modulation”.

• “PSK” هي اختصار لـ “Phase Shift Keying”.

• “IQ” هي اختصار لـ “IN-Phase, Quadrature”.

ما هي QAM؟

تعديل اتساع التربيع “QAM”: هو إشارة يتم فيها تشكيل ودمج موجتين حاملتين في الطور بمقدار “90 درجة”، أي الجيب وجيب التمام، ونتيجةً لاختلاف الطور بزاوية “90 درجة”، فإنّهم في التربيع، وغالباً ما تسمى إحدى الإشارات إشارة الطور أو إشارة “I” والأخرى هي التربيع أو إشارة “Q”.

تنسيقات “QAM” موجود في العديد من تطبيقات الاتصالات الراديوية وتوصيل البيانات، ومع ذلك يتم استخدام بعض المتغيرات المحددة لـ “QAM” في بعض التطبيقات والمعايير المحددة، حيث بالنسبة لتطبيقات البث المحلية على سبيل المثال، غالباً ما يتم استخدام “QAM 64″ و”256 QAM” في تلفاز الكابل الرقمي وتطبيقات المودم الكبلي.

كما يمكن استخدام “QAM 16″ و”64 QAM” للتلفار الرقمي للأرض باستخدام بث الفيديو الرقمي “DVB”، حيث يعتبر “QAM 64″ و”256 QAM” مخططات التعديل الإلزامية للكابل الرقمي، بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم متغيرات “QAM” أيضاً في العديد من تطبيقات التكنولوجيا اللاسلكية والخلوية.

• “DVB” هي اختصار لـ “Digital Video Broadcasting”.

مخططات كوكبة QAM:

تُظهر مخططات الكوكبة المواقف المختلفة للحالات ضمن أشكال مختلفة من تعديل سعة التربيع “QAM” ، ومع زيادة ترتيب التعديل يزداد عدد النقاط على مخطط كوكبة “QAM”.

أولاً: بت لكل رمز:

تتمثل ميزة استخدام “QAM” في أنّه شكل من أشكال التعديل الأعلى مرتبة، ونتيجةً لذلك فهو قادر على حمل المزيد من بتات المعلومات لكل رمز، وعن طريق اختيار تنسيق أعلى يمكن زيادة معدل بيانات الارتباط.

ثانياً: هامش ضجيج QAM:

في حين أنّ معدلات التشكيل ذات الترتيب الأعلى قادرة على تقديم معدلات بيانات أسرع بكثير ومستويات أعلى من الكفاءة الطيفية لنظام الاتصالات الراديوية، فإنّ هذا يأتي بسعر، وتعد مخططات التشكيل ذات الترتيب الأعلى أقل مرونة إلى حد كبير في مواجهة الضوضاء والداخل، ونتيجة لذلك تستخدم العديد من أنظمة الاتصالات الراديوية الآن تقنيات تعديل ديناميكي تكيفي.

نظراً لانخفاض نسب الإشارة إلى الضوضاء، ستزداد الأخطاء جنباً إلى جنب مع إعادة إرسال البيانات، ممّا يؤدي إلى إبطاء الإنتاجية، ومن خلال العودة إلى نظام تعديل ذي ترتيب أقل، يمكن جعل الارتباط أكثر موثوقية مع عدد أقل من أخطاء البيانات وإعادة الإرسال.

الفرق بين التماثلية QAM والرقمية:

أولاً: التماثلية QAM:

تُستخدم “QAMs” التماثلية عادةً للسماح بنقل أكثر من إشارة واحدة على ناقل واحد، حيث إنّه نفس تعديل السعة “AM” مع إرسال إشارتين حاملة معاً من نفس التردد، ولكن خارج الطور بزاوية “90 درجة”، كما يستخدم التماثلية “QAM” في نقل معلومات اللون في أنظمة تلفاز الفيديو التماثلية “Pal”، حيث تحمل إشارات “I” في الطور و”Q” التربيع مكونات معلومات اللون.

• “PAL” هي اختصار لـ “Phase Alternating Line”.

• “AM” هي اختصار لـ “Amplitude Modulation”.

ثانياً: QAM الرقمية:

عادةً ما توصف “QAMs” الرقمية بأنّها “QAM محددة الكمية” وتستخدم بشكل شائع في أنظمة الاتصالات الراديوية التي تتراوح من التكنولوجيا الخلوية إلى “Wi-Fi“، كما يمكن أن تحمل “QAM” الرقمية معدلات بيانات أعلى مقارنة بكل من مخطط السعة والطور المشكل، وفي مخططات “QAM” الرقمي، يمكن استخدام نقاط مختلفة لتحديد قيم الطور والسعة، ويُعرف هذا باسم مخطط كوكبة.

بالتالي فإنّ مخطط الكوكبة هو مجموعة نقاط الرسائل المحتملة، كما يمكن تحقيق “QAM” باستخدام مخطط كوكبة، وفي مخطط الكوكبة يتم ترتيب نقاط الكوكبة في شبكة مربعة بمسافة أفقية ورأسية متساوية، وتُعرف المسافة الدنيا بين نقاط الكوكبة بالمسافة الإقليمية، وفي الاتصالات الرقمية تكون البيانات عادةً في شكل ثنائي ولها حالتان “0” أو “1”، وبالتالي فإن عدد نقاط الكوكبة في الشبكة عادةً ما يكون بقوة “2”.

ما هي تنسيقات QAM؟

•  16 QAM (2^4).

• 32 QAM (2^5 ).

• 64 QAM (2^6 ).

• 128 QAM (2^7 ).

• 256 QAM (2^8 ).

إنّ القيم الثنائية مرتبطة بمواضع مختلفة لإشارة “16-QAM”، كما أنّ تدفق بتات مستمر يمكن تمثيله على شكل تسلسل وتنقسم إلى أربع مجموعات في كل من الأرباع الأربعة.

مزايا QAM:

• مناعة الضوضاء في “QAM” عالية جداً، وبالتالي يكون تداخل الضوضاء أقل جداً.

• “QAM” لديه احتمالية منخفضة لقيمة الخطأ.

• يدعم “QAM” معدل بيانات مرتفع، بحيث يمكن نقل عدد البتات بواسطة إشارة الموجة الحاملة، وبالتالي يتم استخدامه في الغالب في أنظمة الاتصالات اللاسلكية.

• “QAM” لديها مضاعفة عرض النطاق الترددي الفعال.

• باستخدام كل من الموجة الجيبية وموجة جيب التمام في قناة واحدة، تتضاعف سعة قناة الاتصال مقارنة باستخدام موجة جيبية واحدة فقط أو موجة جيبية واحدة.

عيوب QAM:

• في “QAM”، تكون تغيرات السعة عرضة للضوضاء.

• ليس من الضروري استخدام مكبر خطي في مرسل راديوي عندما يتم تضخيم إشارة الطور أو التردد المشكل، ولكن بسبب وجود مكون الاتساع في “QAM”، من الضروري استخدام مكبر خطي من أجل الحفاظ على الخطية، وهذه المكبرات الخطية أقل كفاءة وتستهلك المزيد من الطاقة.

• من الممكن إرسال المزيد من البتات لكل رمز ولكن في تنسيقات “QAM” ذات الترتيب الأعلى، وتكون نقاط الكوكبة متقاربة بشكل أكبر ممّا يجعلها أكثر عرضة للضوضاء وتنتج أخطاء في البيانات.

• في تنسيقات “QAM” ذات الترتيب الأعلى، هناك صعوبة بالنسبة للمستقبل في فك تشفير الإشارة بشكل مناسب، وهناك مناعة منخفضة ضد الضوضاء، لذلك يتم استخدام تنسيقات “QAM” ذات الترتيب الأعلى فقط عندما تكون هناك إشارة عالية لنسبة الضوضاء.

تطبيقات QAM:

• تُستخدم تقنية “QAM” على نطاق واسع في مجال الاتصالات الراديوية بسبب زيادة معدل بيانات البت.

• يعمل “QAM” في تطبيقات تتراوح من الاتصالات اللاسلكية قصيرة المدى إلى أنظمة الهاتف بعيدة المدى.

• يستخدم “QAM” في أنظمة الميكروويف والاتصالات لنقل المعلومات.

• يعمل “64 QAM” و”256 QAM” في تلفزيون الكابل الرقمي ومودم الكابل.

• يعمل “QAM” في أنظمة الألياف الضوئية لزيادة معدلات البت.

• يتم استخدامه في العديد من أنظمة الاتصال مثل “Wi-Fi” وبث الفيديو الرقمي “DVB” و”WiMAX“.