M. Alif Ali Al-Barsyah

Quadrature Amplitude Modulation (QAM) 

Berbagai protokol komunikasi menerapkan modulasi amplitudo quadrature (QAM). Protokol saat ini seperti 802.11b nirkabel Ethernet (Wi-Fi) dan siaran video digital (DVB), misalnya, keduanya menggunakan modulasi 64-QAM. Selain itu, teknologi nirkabel yang muncul seperti Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX), 802.11n, dan HSDPA / HSUPA (standar data seluler baru) akan menerapkan QAM juga. Dengan demikian, memahami QAM penting karena penggunaannya yang luas dalam teknologi saat ini dan yang muncul.

QAM melibatkan pengiriman informasi digital dengan secara berkala menyesuaikan fase dan amplitudo dari gelombang elektromagnetik sinusoidal. Setiap kombinasi fase dan amplitudo disebut simbol dan mewakili bitstream digital. Tutorial ini pertama mencakup implementasi perangkat keras yang diperlukan untuk secara konstan menyesuaikan fase dan amplitudo dari gelombang pembawa. Tutorial juga membahas nilai biner yang terkait dengan setiap simbol.

Implementasi Perangkat Keras

Modulasi amplitudo quadrature (QAM) memerlukan perubahan fase dan amplitudo dari gelombang sinus pembawa. Salah satu cara termudah untuk mengimplementasikan QAM dengan perangkat keras adalah dengan menghasilkan dan mencampur dua gelombang sinus yang 90 derajat tidak memiliki fasa satu sama lain. Menyesuaikan hanya amplitudo dari salah satu sinyal dapat mempengaruhi fase dan amplitudo dari sinyal campuran yang dihasilkan.

Kedua gelombang pembawa ini mewakili komponen fase-fase (I) dan fase-quadrature (Q) dari sinyal kami. Masing-masing dari masing-masing sinyal ini dapat direpresentasikan sebagai:

I = A cos ( φ ) dan Q = A sin ( φ ).

Perhatikan bahwa komponen I dan Q direpresentasikan sebagai cosinus dan sinus karena kedua sinyal 90 derajat keluar dari fase satu sama lain. Dengan menggunakan dua identitas di atas dan identitas trigonometri berikut

cos ( α + β ) = cos ( α ) cos ( β ) - sin ( α ) sin ( β ),

tulis ulang gelombang pembawa A cos ( 2πf c t + φ ) sebagai

A cos ( 2πf c t + φ ) = I cos ( 2πf c t ) - Q dosa ( 2πfc t ).

Seperti yang digambarkan oleh persamaan di atas, identitas yang dihasilkan adalah sinyal periodik yang fasanya dapat disesuaikan dengan mengubah amplitudo I dan Q. Dengan demikian, dimungkinkan untuk melakukan modulasi digital pada sinyal pembawa dengan menyesuaikan amplitudo dari dua sinyal campuran.

Gambar 1 menunjukkan diagram blok perangkat keras yang diperlukan untuk menghasilkan sinyal frekuensi menengah (IF). Blok "Quadrature Modulator" menunjukkan bagaimana sinyal I dan Q dicampur dengan sinyal oscillator (LO) lokal sebelum dicampur bersama. Kedua LO persis 90 derajat keluar dari fase satu sama lain. 

sama lain.

Gambar 1. Perangkat Keras yang Digunakan untuk Menghasilkan Sinyal IF

Bagian selanjutnya membahas bagaimana komponen I dan Q digunakan untuk merepresentasikan data digital aktual. Untuk melakukan ini, bagian berikut merinci hubungan antara peta simbol QAM dan sinyal dunia nyata yang sebenarnya.

Peta Simbol QAM

Seperti yang dinyatakan sebelumnya, QAM melibatkan pengiriman informasi digital dengan secara berkala menyesuaikan fase dan amplitudo dari gelombang elektromagnetik sinusoidal. Four-QAM menggunakan empat kombinasi fase dan amplitudo. Selain itu, setiap kombinasi diberi pola digital 2-bit. Sebagai contoh, misalkan Anda ingin menghasilkan bitstream (1,0,0,1,1,1). Karena setiap simbol memiliki pola digital 2-bit yang unik, bit ini dikelompokkan dalam dua sehingga mereka dapat dipetakan ke simbol yang sesuai. Dalam contoh kami, bitstream asli (1,0,0,1,1,1) dikelompokkan ke dalam tiga simbol (10,01,11).

Pada gambar berikut, 4-QAM terdiri dari empat kombinasi unik fase dan amplitudo. Kombinasi-kombinasi ini - disebut simbol - ditampilkan sebagai titik-titik putih pada plot konstelasi pada Gambar 2. Garis merah mewakili transisi fase dan amplitudo dari satu simbol ke simbol lainnya. Label pada plot konstelasi adalah pola bit digital yang diwakili oleh setiap simbol. Dengan demikian, pola bit digital dapat dikirim melalui sinyal pembawa dengan menghasilkan kombinasi unik fase dan amplitudo.

Bagaimana pola bit digital ini sesuai dengan data I / Q? Gambar 3 menunjukkan data I / Q (atas) dan pola digital 2-bit (dalam plot rasi bintang, bawah) yang berkaitan dengan 4-QAM. Garis putus-putus hitam di grafik atas sesuai dengan penanda kotak hitam di grafik bawah, sehingga Anda dapat mengikuti fase dan perubahan amplitudo karena parameter I / Q juga berubah.

 

Plot konstelasi pada menunjukkan peta simbol 4-QAM dengan setiap fase yang memungkinkan (Θ) dan amplitudo ( A ) dari sinyal pembawa dalam bentuk koordinat polar. Perhatikan bagaimana pada grafik bawah Gambar 3, penanda kuadrat melewati setiap simbol setidaknya satu kali.

Meskipun dimungkinkan untuk mengirim hingga dua bit per simbol ketika menggunakan modulasi 4-QAM, juga dimungkinkan untuk mengirim data pada tingkat yang lebih tinggi dengan meningkatkan jumlah simbol di peta simbol kami. Secara konvensi, jumlah simbol dalam peta simbol disebut peta simbol "M" dan dianggap sebagai "M-ary" dari skema modulasi. Dengan kata lain, 4-QAM memiliki M-ary empat dan 256-QAM memiliki M-ary 256. Selain itu, jumlah bit yang dapat diwakili oleh simbol memiliki hubungan logaritmik dengan M-ary. Sebagai contoh, kita tahu bahwa dua bit dapat diwakili oleh setiap simbol dalam 4-QAM. Meskipun ini masuk akal secara intuitif, ini didefinisikan oleh bit persamaan per simbol = log 2 (M).

Menggunakan persamaan ini, setiap simbol dalam 256-QAM dapat digunakan untuk mewakili pola digital 8-bit (log 2  (256) = 8). Karena M-ary dari skema modulasi QAM mempengaruhi jumlah bit per simbol, M-ary memiliki pengaruh yang signifikan terhadap laju transmisi data aktual.  

Kesimpulan

QAM adalah skema modulasi penting karena adopsi yang luas dalam teknologi saat ini. Selain itu, skema ini dapat diimplementasikan di LabVIEW dengan menggunakan NI Modulation Toolkit. Toolkit ini, bersama dengan generator sinyal vektor dan penganalisa sinyal vektor, mengimplementasikan QAM untuk sinyal di dunia nyata.

Sumber :

https://www.ni.com/en-id/innovations/white-papers/06/quadrature-amplitude-modulation--qam-.html