【Wi-Fi】WiFi中QAM及16-QAM、64-QAM、512-QAM、1024-QAM、2048-QAM、4096-QAM整理

参考链接

什么是QAM？QAM是如何工作的？ - 华为

不同阶QAM调制星座图中，符号能量的归一化计算原理 - 知乎 

16 QAM modulation vs 64 QAM modulation vs 256 QAM modulation 

512 QAM vs 1024 QAM vs 2048 QAM vs 4096 QAM modulation types 

QAM（Quadrature Amplitude Modulation）

         正交幅度调制QAM（Quadrature Amplitude Modulation）是Wi-Fi中一种常用的数字信号调制，是相位调制和幅度调制的组合。

QAM在用于Wi-Fi数字信号调制时，与普通幅度调制和相位调制相比能得到更高的速率。因为幅度调制和相位调制仅有2种符号（symbol）来区分0或1。

• 幅度调制：通过改变载波的振幅来区分0和1。
• 相位调制：通过改变载波的相位来区分0和1。例如我们常见的BPSK，就是使用0°和180°共2个相位表示0和1，即2种符号；QPSK则是使用0°、90°、180°和270°共4个相位，能够表示00、01、10和11共4种符号，传递2 bit的信息。其实QPSK就是一种特殊的QAM，即4-QAM。

而QAM则有更多的符号，每个符号都有相应的相位和幅度值。

以16-QAM为例，通过QAM调制可得到16个不同的波形，分别代表0000，0001....这也意味着一共有16种符号，一个符号可以传递4 bit信息。

QAM是如何工作的？

        QAM是将信号加载到2个正交的载波上（通常是正弦和余弦），通过对这两个载波幅度调整并叠加，最终得到相位和幅度都调制过的信号。这两个载波通常被称为I信号，另一个被称为Q信号，所以这种调制方式也被称为IQ调制

IQ调制

由于QAM最终调制后的信号包含了相位和幅度的变换，因此QAM也被认为相位调制和幅度调制的组合。

QAM的星座图

       在数字信号调制中，星座图通常用于表示QAM调制二维图形。星座图相对于IQ调制而言，将数据调制信息映射到极坐标中，这些信息包含了信号的幅度信息和相位信息。

        星座图上的每一个点，都表示一个符号。该点I轴和Q轴的分量分别代表着正交的载波上的幅度调整。该点到原点的距离A就是调制后的幅度，夹角φ就是调制后的相位。

QAM的星座图

而星座图上点的数量，决定了每个符号传输的比特数。例如：

• 256-QAM，256是2的8次方，每个符号能传输8bit的数据。
• 1024-QAM，1024是2的10次方，每个符号能传输10bit的数据。

因此，作为比256-QAM更高阶的1024-QAM，数据传输的峰值速率进一步提高25%。

16-QAM

     16-QAM。 每个符号的 16 个 qam 位为 4 （四）。这意味着在 16-QAM 中，每个符号代表 4 位，如上面的 16-QAM 星座图中所述。
例如，如果输入为 1010，则输出为 （-3-j*3）*KMOD。
通常，对于 16-QAM，KMOD 为 1/根 （10）。 

 64-QAM

64-QAM 映射和解映射 

64-QAM 或任何其他调制应用于输入二进制位。
• QAM 调制将输入位转换为复数符号，这些符号通过 时域波形的幅度/相位。64QAM 在发射器处将 6 位转换为 1 个符号。
• 位到符号的转换发生在发射器上，而反向（即符号到位） 发生在接收器处。在接收器处，一个符号给出 6 位作为 demapper 的输出。
• 图描述了 QAM 映射器和 QAM 解映射器在基带发射机中的位置，以及 接收器。解映射是在前端同步之后完成的，即在通道和其他损伤之后 从接收到的受损基带符号中校正。
• 数据映射或调制过程在发射机和 PA 中的射频上变频 （U/C） 之前完成。 因此，高阶调制需要在发射端使用高线性度的 PA （功率放大器）。

64-QAM 映射过程

 

 64-QAM 映射过程

在 64-QAM 中，数字 64 指的是 2^6。
这里 6 表示位数/符号，在 64-QAM 中为 6。

下表提到了 64-QAM 编码规则。检查相应无线标准中的编码规则。的 KMOD 值 64-QAM 为 1/SQRT（42）。

Input bits (b5, b4, b3)	I-Out	Input bits (b2, b1, b0)	Q-Out
011	7	011	7
010	5	010	5
000	3	000	3
001	1	001	1
101	-1	101	-1
100	-3	100	-3
110	-5	110	-5
111	-7	111	-7

QAM 映射器 输入参数 ： 二进制位
QAM 映射器 输出参数 ： 复数数据

         64-QAM 映射器采用二进制输入并生成复数数据符号 输出。它使用上述编码表来进行转换过程。 在转换过程之前，数据被分组为 6 位对。 其中，（b5， b4， b3） 确定 I 值，（b2， b1， b0） 确定 Q 值。

示例：二进制输入：（b5，b4，b3，b2，b1，b0） = （011011）
复数输出：（1/sqrt（42））* （7+j*7）

       正如我们所知道的，在数字调制中，基带分为相位 （I） 和正交相位 （Q） 分量。 I 和 Q 的组合称为基带调制信号。它也被称为 IQ 图。 星座图表示所有可能的调制符号，这些符号将被 调制技术来映射信息位。 这些不同的符号在复平面中通过其振幅和相位信息表示。

256-QAM

512-QAM

图描绘了 512-QAM 星座图。 四个象限中的每一个象限中都不存在大约 16 个点来总计 512 个点，在此调制类型中每个象限 128 个点。 在 512-QAM 中，每个符号也可以有 9 位。 与 50-QAM 调制类型相比，64QAM 的容量增加了 64%。 

1024-QAM

 该图描绘了 1024-QAM 星座图。
每个符号的位数：10
符号速率：比特率的 1/10 与 64-QAM 相比容量
增加：约 66.66%

2048-QAM

以下是 2048-QAM 调制的特性。
每个符号的位数：11
符号速率：比特率的 1/11 与 64-QAM 相比容量
增加：约 83.33%
一个象限中的星座点总数：512 

4096-QAM

以下是 4096-QAM 调制的特性。
每个符号的位数：12
符号速率：比特率的 1/12 与 64-QAM 相比容量
增加：约 100%
一个象限中的星座总数：1024

16-QAM vs 64-QAM vs 256-QAM

Specifications	16-QAM modulation	64-QAM modulation	256-QAM modulation
Number of bits per symbol	4	6	8
Symbol rate	(1/4) of bit rate	(1/6) of bit rate	(1/8) of bit rate
KMOD	1/SQRT(10)	1/SQRT(42)	1/SQRT(170)

 512-QAM vs 1024-QAM vs 2048-QAM vs 4096-QAM

Specifications	512 QAM	1024 QAM	2048 QAM	4096 QAM
Number of bits per symbol	9	10	11	12
Symbol rate	1/9 th of bit rate	1/10 th of bit rate	1/11 th of bit rate	1/12 th of bit rate
Total points in constellation diagram	512	1024	2048	4096
Increase in capacity compare to 64-QAM	50 %	66.66 %	83.33 %	100 %