Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS
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¿Qué es QAM (modulación de amplitud en cuadratura)?
QAM (Modulación de amplitud en cuadratura) se define como la técnica de modulación que es la combinación de modulación de fase y amplitud de una onda portadora en un solo canal. En otras palabras, QAM transmite información cambiando tanto la amplitud como la fase de una onda portadora, duplicando así el ancho de banda efectivo. QAM también se conoce como » multiplexación de portadora en cuadratura «.
En una señal QAM, está involucrada la modulación directa de una onda portadora en cuadratura. Como nombre, «cuadratura» indica que la diferencia de fase entre dos portadoras es de 90 grados, pero cada una tiene la misma frecuencia .
Una señal se denomina señal «I» en fase y la otra señal «Q» en cuadratura. Matemáticamente, una de las señales portadoras se puede representar mediante una onda sinusoidal (es decir 
) y la otra se puede representar mediante una onda coseno (es decir 
).
Las dos señales portadoras moduladas se transmiten juntas en la fuente y en el destino, estas dos señales portadoras se demodulan (es decir, se separan) de forma independiente. Para demodular la señal se utiliza el método de detección coherente.
La forma de onda de la técnica QAM se muestra a continuación.
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Componente de señal en fase y señal en cuadratura
QAM analógico vs digital
QAM analógico
Los QAM analógicos se utilizan normalmente para permitir que se lleve más de una señal en una sola portadora. Es lo mismo que el AM (modulación de amplitud) con dos señales portadoras transmitidas juntas de la misma frecuencia pero desfasadas en 90 grados.
La QAM analógica se utiliza en la transmisión de información de croma (color) en sistemas de televisión de vídeo analógico PAL y NTSC. Donde las señales I (en fase) y Q (en cuadratura) transportan los componentes de la información de croma (color).
PAL significa Phase Alternating Line es el estándar de video que se usa principalmente en los países europeos y asiáticos y NTSC significa National Television Standards Committee es el estándar de televisión en color analógico que se usa principalmente en América del Sur y América del Norte.
QAM digital
Los QAM digitales se describen generalmente como un «QAM cuantificado» y se utilizan comúnmente en sistemas de comunicaciones por radio que van desde la tecnología celular hasta Wi-Fi. QAM digital puede transportar velocidades de datos más altas en comparación con el esquema de amplitud y modulación de fase.
En esquemas QAM digitales, para definir los valores de fase y amplitud se pueden utilizar diferentes puntos. Esto se conoce como diagrama de constelación. Por tanto, un diagrama de constelación es el conjunto de posibles puntos de mensaje.
La QAM se puede realizar utilizando un diagrama de constelación. En el diagrama de la constelación, los puntos de la constelación están dispuestos en una cuadrícula con la misma distancia horizontal y vertical. La distancia mínima entre los puntos de la constelación se conoce como distancia euclidiana.
En las comunicaciones digitales, los datos suelen estar en forma binaria y tienen dos estados 0 o 1, por lo que el número de puntos de constelación en la cuadrícula suele ser una potencia de 2, es decir, 2, 4, 8, 16, 32 ………… los formatos más comunes de QAM son 16-QAM (2 4 ), 32-QAM (2 5 ), 64-QAM (2 6 ), 128-QAM (2 7 ) y 256-QAM (2 8 ).
El mapeo de secuencia de bits para un 16-QAM se muestra a continuación en el diagrama de constelación. Un diagrama muestra los valores binarios asociados con diferentes posiciones para una señal 16-QAM. Puede verse que un flujo de bits continuo puede representarse como una secuencia y dividirse en cuatro grupos en cada uno de los cuatro cuadrantes.
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Diagrama de constelación para 16-QAM
Normalmente, un 16-QAM se considera el QAM de orden más bajo porque 2-QAM se considera lo mismo que para BPSK (es decir, modulación por desplazamiento de fase binaria) y 4-QAM es lo mismo que QPSK (es decir, modulación por desplazamiento de fase en cuadratura). Además de la tasa de error, el rendimiento de 8-QAM es casi el mismo que el de 16-QAM, por lo que no se usa ampliamente.
¿Qué son los canales QAM?
Los canales QAM son la variedad de formatos diferentes de QAM que se utilizan en muchas aplicaciones de transmisión de datos y comunicaciones por radio. Algunas variantes específicas del canal QAM se utilizan en algunas aplicaciones y estándares específicos.
Supongamos que al usar QAM queremos transmitir un símbolo que consta de 4 bits. Eso significa N = 4 y hay 2 4 = 16 diferentes símbolos posibles. Por tanto, el sistema QAM puede generar 16 señales distinguibles diferentes. Se conoce como 16-QAM. Mediante el uso de 16-QAM podemos modular la señal portadora en cualquiera de los 16 estados diferentes de fase y amplitud.
Ejemplos de algunos otros formatos o canales QAM son 16-QAM, 32-QAM, 64-QAM, 128-QAM y 256-QAM.
El número de símbolos o estados QAM está determinado por el número de bits binarios por segundo.
El número de posibles símbolos para canales QAM viene dado por
Aquí, el término «símbolo» significa una combinación de amplitud y fase.
Dependiendo del número de bits por mensaje o símbolo, las señales QAM se clasifican de la siguiente manera:
| Nombre | Bits por símbolo | Numero de simbolos |
| 16 QAM | 4 | 2 4 = 16 |
| 32 QAM | 5 | 2 5 = 32 |
| 64 QAM | 6 | 2 6 = 64 |
| 128 QAM | 7 | 2 7 = 128 |
| 256 QAM | 8 | 2 8 = 256 |
16 QAM
16 QAM es uno de los diferentes formatos de QAM en el que la señal portadora se modula en cualquiera de los 16 estados diferentes de fase y amplitud.
¿Cuántos bits por símbolo se pueden transmitir usando 16-QAM?
Utilizando 16-QAM se pueden transmitir 4 bits por símbolo.
32 QAM
32 QAM es uno de los diferentes formatos de QAM en el que la señal portadora se modula en cualquiera de los 32 estados diferentes de fase y amplitud.
¿Cuántos bits por símbolo se pueden transmitir usando 32-QAM?
Utilizando 32-QAM se pueden transmitir 5 bits por símbolo.
64 QAM
64 QAM es uno de los diferentes formatos de QAM en el que la señal portadora se modula en cualquiera de los 64 estados diferentes de fase y amplitud.
¿Cuántos bits por símbolo se pueden transmitir usando 64-QAM?
Usando 64-QAM se pueden transmitir 6 bits por símbolo.
128 QAM
128 QAM es uno de los diferentes formatos de QAM en el que la señal portadora se modula en cualquiera de los 128 estados diferentes de fase y amplitud.
¿Cuántos bits por símbolo se pueden transmitir usando 128-QAM?
Usando 128-QAM se pueden transmitir 7 bits por símbolo.
256 QAM
256 QAM es uno de los diferentes formatos de QAM en el que la señal portadora se modula en cualquiera de los 256 estados de fase y amplitud diferentes.
¿Cuántos bits por símbolo se pueden transmitir usando 256-QAM?
Usando 256-QAM se pueden transmitir 8 bits por símbolo.
Ancho de banda del sistema QAM
La gráfica de la densidad espectral de potencia para el sistema QAM se muestra en la siguiente figura.
La parte principal del espectro de frecuencias se extiende desde –f sa + f s . Por lo tanto, el ancho de banda del sistema QAM viene dado por,
QAM vs QPSK vs BPSK vs OOK
La comparación de varias técnicas de modulación se ha discutido en la siguiente tabla.
| Parámetro | QAM | QPSK | BPSK | OOK o BASK |
| La información se transmite por cambio en |
Amplitud y fase |
Fase | Fase | Amplitud |
| Número de bits (N) por símbolo |
norte | N = 2 | N = 1 | N = 1 |
Número de símbolo posible  |
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Cuatro | Dos | Dos |
| Ancho de banda mínimo en Hz |
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Duración del símbolo |
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| Distancia euclidiana mínima |  para M = 16 |
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Tenga en cuenta que una distancia euclidiana es una distancia entre dos puntos en el diagrama de constelación.
QAM puede transmitir los datos a cuatro veces la tasa de bits en el mismo ancho de banda que BPSK. Por lo tanto, QAM se considera una técnica de modulación eficiente en ancho de banda.
Ventajas de QAM
Algunas de las ventajas de QAM incluyen:
- La inmunidad al ruido de QAM es muy alta, por lo que la interferencia de ruido es muy menor.
- QAM tiene una probabilidad baja de valor de error.
- QAM admite una alta velocidad de datos. Para que la señal portadora pueda transportar el número de bits. Por lo tanto, se usa principalmente en sistemas de comunicación inalámbrica.
- QAM duplica el ancho de banda efectivo.
- Al usar tanto la onda sinusoidal como la onda cosenoidal en un solo canal, la capacidad del canal de comunicación se duplica en comparación con el uso de una sola onda sinusoidal o una onda cosenoidal.
Desventajas de QAM
Algunas de las desventajas de QAM incluyen:
- En QAM, los cambios de amplitud son susceptibles al ruido.
- No es necesario usar un amplificador lineal en un transmisor de radio cuando se amplifica una señal modulada en fase o frecuencia, pero debido a la presencia de componente de amplitud en QAM, es necesario usar el amplificador lineal para mantener la linealidad. Estos amplificadores lineales son menos eficientes y consumen más energía .
- Es posible transmitir más bits por símbolo, pero en formatos QAM de orden superior, los puntos de constelación están poco espaciados, lo que es más susceptible al ruido y produce errores en los datos.
- También en formatos QAM de orden superior, existe una dificultad para que el receptor decodifique la señal de manera apropiada. En otras palabras, se reduce la inmunidad al ruido. Por lo tanto, los formatos QAM de orden superior solo se utilizan cuando hay una alta relación señal / ruido.
Aplicaciones de QAM
Algunas de las aplicaciones de QAM incluyen:
- La técnica QAM se usa ampliamente en el campo de las comunicaciones por radio debido al aumento de la tasa de datos de bits.
- QAM se utiliza en aplicaciones que van desde comunicaciones inalámbricas de corto alcance hasta sistemas telefónicos de larga distancia.
- QAM se utiliza en sistemas de telecomunicaciones y microondas para transmitir la información.
- El 64 QAM y el 256 QAM se utilizan en televisión por cable digital y módem por cable.
- QAM se utiliza en sistemas de fibra óptica para aumentar las tasas de bits.
- Se utiliza en muchos sistemas de comunicación como Wi-Fi, Digital Video Broadcast (DVB) y WiMAX.
