אפנון QAM משדר שני אותות מסר אנלוגי או שני זרמי סיביות דיגיטליים על ידי שינוי (אפנון) האמפליטודות של שני גלי נושא באמצעות סכימת אפנון דיגיטלית ASK או אנלוגי AM.
עקרון העבודה
שני גלי נושאים באותו תדר, בדרך כלל סינוסואידים, נמצאים מחוץ לפאזה זה עם זה ב-90° ולכן נקראים נושאי ריבוע או רכיבי ריבוע - ומכאן שמו של המעגל. הגלים המאופנים מסוכמים וצורת הגל הסופית היא שילוב של מפתוח הסטת פאזה (PSK) ומפתח משרעת משרעת (ASK), או במקרה האנלוגי אפנון פאזה (PM) ואמפליטודה אפנון.
כמו כל סכימות אפנון, QAM משדר נתונים על ידי שינוי היבט כלשהו של אות הגל המוביל (בדרך כלל גל סינוס) בתגובה לאות הנתונים. במקרה של QAM דיגיטלי, נעשה שימוש בדגימות מרובות פאזות ומשרעות מרובות. מפתוח היסט שלב (PSK) הוא צורה פשוטה יותר של QAM שבה משרעת הנשא קבועה ורק הפאזה משתנה.
במקרה של עיוותשידור QAM, גל נושא הוא אוסף של שני גלי סינוס מאותו תדר, 90° בשלב זה מזה (בניבוע). אלה מכונים לעתים קרובות כרכיב "I" או בפאזה, כמו גם רכיב "Q" או נצב. כל גל רכיב מאופנן משרעת, כלומר המשרעת שלו משתנה כדי לייצג את הנתונים שיש להעביר לפני שניתן לשלב אותם יחד.
Application
גבולות החלטת הכתובת בתמונה למעלה מציינים את גבול המשטח (או "גבול החלטה", פשוטו כמשמעו).
QAM (אפנון משרעת ריבוע) נמצא בשימוש נרחב כתכנית אפנון עבור מערכות תקשורת דיגיטליות כגון תקני Wi-Fi 802.11. ניתן להשיג יעילות ספקטרלית שרירותית עם QAM על ידי הגדרת גודל קונסטלציה מתאים, מוגבל רק על ידי רמת הרעש וליניאריות הקישור.
אפנון QAM משמש במערכות סיבים אופטיים ככל שקצב הסיביות עולה. QAM16 ו-QAM64 ניתנים לחיקוי אופטי עם אינטרפרומטר בעל 3 ערוצים.
טכנולוגיה דיגיטלית
ב-QAM דיגיטלי, כל גל רכיב מורכב מדגימות משרעת קבועה, שכל אחת מהן תופסת מרווח זמן בודד, והמשרעת מכומדת, מוגבלת לאחת ממספר סופי של רמות המייצגות ספרה בינארית (סיביות) אחת או יותר של קצת דיגיטלי. ב-QAM אנלוגי, המשרעת של כל רכיב של גל סינוס משתנה ברציפותבזמן עם אות אנלוגי.
אפנון שלב (PM אנלוגי) ומפתחות (PSK דיגיטלי) יכולים להיחשב כמקרה מיוחד של QAM, שבו גודל האות המאפנן קבוע, כאשר רק הפאזה משתנה. ניתן להרחיב אפנון ריבוע גם לאפנון תדרים (FM) ומפתחות (FSK), מכיוון שהם יכולים להיחשב כתת-מינים שלו.
כמו בהרבה תוכניות אפנון דיגיטליות, דיאגרמת הכוכבים שימושית עבור QAM. ב-QAM, נקודות קונסטלציה מסודרות בדרך כלל ברשת מרובעת עם מרווח אנכי ואופקי שווה, אם כי תצורות אחרות (למשל Cross-QAM) אפשריות. מכיוון שהנתונים הם בדרך כלל בינאריים בטלקומוניקציה דיגיטלית, מספר הנקודות ברשת הוא בדרך כלל 2 (2, 4, 8, …).
מכיוון ש-QAM הוא בדרך כלל מרובע, חלקם נדירים - הצורות הנפוצות ביותר הן 16-QAM, 64-QAM ו-256-QAM. על ידי מעבר לקונסטלציה מסדר גבוה יותר, ניתן להעביר יותר ביטים לכל סמל. עם זאת, אם האנרגיה הממוצעת של קבוצת הכוכבים נשארת זהה (על ידי ביצוע השוואה הוגנת), הנקודות צריכות להיות קרובות יותר זו לזו ולפיכך רגישות יותר לרעש ושחיתות אחרת.
זה גורם לשיעור שגיאות סיביות גבוה יותר ולכן QAM מסדר גבוה יותר עשוי לספק יותר נתונים בצורה פחות מהימנה מאשר QAM מסדר נמוך יותר עבור אנרגיית קונסטלציה ממוצעת קבועה. השימוש ב-QAM מסדר גבוה מבלי להגדיל את שיעור שגיאות הסיביות דורש גבוה יותריחס אות לרעש (SNR) על ידי הגדלת אנרגיית האות, הפחתת רעש או שניהם.
עזרים טכניים
אם נדרשים קצבי נתונים העולים על אלה שמציעים 8-PSK, נפוץ יותר לעבור ל-QAM מכיוון שהוא משיג מרחק גדול יותר בין נקודות סמוכות במישור ה-I-Q, ומפיץ את הנקודות בצורה שווה יותר. גורם מסבך הוא שלנקודות כבר אין את אותה משרעת, ולכן המדדולטור חייב כעת לזהות בצורה נכונה גם את הפאזה וגם את המשרעת, ולא רק את הפאזה.
Television
64-QAM ו-256-QAM משמשים לעתים קרובות בטלוויזיה בכבלים דיגיטליים ובמודמים בכבלים. בארצות הברית, 64-QAM ו-256-QAM הן תוכניות אפנון כבלים דיגיטליות מורשות המתוקנות על ידי SCTE בתקן ANSI/SCTE 07 2013. שימו לב שמשווקים רבים יתייחסו אליהם כאל QAM-64 ו-QAM-256. אפנון בריטניה QAM-64 משמש עבור טלוויזיה יבשתית דיגיטלית (Freeview) ו-256-QAM משמש עבור Freeview-HD.
מערכות תקשורת שנועדו להשיג רמות גבוהות מאוד של יעילות ספקטרלית משתמשות בדרך כלל בתדרים צפופים מאוד בסדרה זו. לדוגמה, התקני Powerplug AV2 500-Mbit Ethernet הנוכחיים משתמשים בהתקני 1024-QAM ו-4096-QAM, כמו גם התקנים עתידיים המשתמשים בתקן ITU-T G.hn כדי להתחבר לחיווט ביתי קיים.(כבל קואקסיאלי, קווי טלפון וקווי חשמל); 4096-QAM מספק 12 סיביות/סמל.
דוגמה נוספת היא טכנולוגיית ADSL עבור זוג נחושת מעוות, שגודל קונסטלציה מגיע ל-32768-QAM (בטרמינולוגיה של ADSL זה נקרא טעינת סיביות או סיביות לכל טון, 32768-QAM שווה ערך ל-15 סיביות לטון).
מערכות לולאה סגורות במיוחד ברוחב פס גבוה משתמשות גם ב-1024-QAM. על ידי שימוש ב-1024-QAM, קידוד ואפנון אדפטיבי (ACM) ו-XPIC, יצרנים יכולים להשיג קיבולת גיגה-ביט בערוץ יחיד של 56 מגה-הרץ.
במקלט SDR
ידוע שהתדר העגול של 8-QAM הוא אפנון 8-QAM האופטימלי במובן של צורך בהספק הממוצע הנמוך ביותר עבור מרחק אוקלידי מינימלי נתון. תדר 16-QAM אינו אופטימלי, אם כי ניתן ליצור אופטימלי באותו קווים כמו 8-QAM. לעתים קרובות נעשה שימוש בתדרים אלה בעת כוונון מקלט SDR. ניתן ליצור מחדש תדרים אחרים על ידי מניפולציה של תדרים דומים (או דומים). איכויות אלו נמצאות בשימוש פעיל במקלטי SDR ומקלטי משדר מודרניים, נתבים, נתבים.
