การมอดูเลชั่นแอมพลิจูดแบบควอดราเจอร์ ( QAM ) คือชื่อของกลุ่ม วิธี การมอดูเลชั่นสัญญาณที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบโทรคมนาคม สมัยใหม่ เพื่อส่งข้อมูล โดยหลักการแล้ว QAM จะส่งสัญญาณอนาล็อกอิสระสองสัญญาณโดยการเปลี่ยนแปลง ( มอดูเลชั่น ) แอมพลิจูดของคลื่นพาหะ เดียวสองเวอร์ชันที่มีเฟสต่างกัน โดยใช้การมอดูเลชั่นแอมพลิจูด สัญญาณอนาล็อกที่จับคู่กันเหล่านี้สามารถนำไปใช้โดยตรงหรือเข้ารหัสกระแสข้อมูล ดิจิทัล โดยใช้การเข้ารหัสแบบเปลี่ยนแอมพลิจูดร่วมกัน (Joint Amplitude-Shift Keying ) ข้ามช่องสัญญาณที่ซิงโครไนซ์ กัน

คลื่นพาหะทั้งสองมีคลื่นความถี่เดียวกันและมีเฟสต่างกัน 90° ซึ่งเป็นสภาวะที่เรียกว่าความเป็นตั้งฉากหรือควอดราเจอร์สัญญาณที่ส่งจะถูกสร้างขึ้นโดยการรวมคลื่นพาหะทั้งสองเข้าด้วยกัน ที่ตัวรับสัญญาณ คลื่นทั้งสองสามารถแยกออกจากกันได้อย่างสอดคล้อง (ดีมอดูเลต) เนื่องจากความเป็นตั้งฉาก อีกคุณสมบัติสำคัญคือ รูปแบบคลื่นการมอดูเลตมีความถี่ต่ำ/แบนด์วิดท์ต่ำเมื่อเทียบกับความถี่พาหะ ซึ่งเรียกว่า สมมติฐาน แถบ ความถี่แคบ

ในการส่งสัญญาณแบบ M-ary amplitude-shift keyingเฟสจะเหมือนกันแต่แอมพลิจูดต่างกัน ในขณะที่phase-shift keying (PSK) มีแอมพลิจูดเท่ากันแต่เฟสต่างกัน การรวมแนวคิดเหล่านี้เข้าด้วยกันทำให้เกิด QAM ซึ่งทั้งแอมพลิจูดและเฟสจะถูกมอดูเลต หรือสัญญาณ PSK สองสัญญาณแบบไบนารีจะถูกรวมเข้าด้วยกันโดยใช้คลื่นพาหะตั้งฉาก^{[ 1 ] : 9, 422}

QAM ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะรูปแบบการมอดูเลชั่นสำหรับระบบการสื่อสาร ดิจิทัล เช่น ในมาตรฐาน Wi-Fi 802.11 ประสิทธิภาพสเปกตรัม ที่สูงอย่างไม่จำกัด สามารถทำได้ด้วย QAM โดยการกำหนด ขนาด กลุ่มจุด ที่เหมาะสม ซึ่งจำกัดเฉพาะระดับสัญญาณรบกวนและความเป็นเชิงเส้นของช่องทางการสื่อสารเท่านั้น^{[ 2 ]} QAM กำลังถูกนำไปใช้ในระบบใยแก้วนำแสงเมื่ออัตราการส่งบิตเพิ่มขึ้น QAM16 และ QAM64 สามารถจำลองทางแสงได้ด้วย อินเตอร์เฟอโรเมตรแบบสาม  เส้นทาง^{[ 3 ] [ 4 ]}

ในสัญญาณ QAM ตัวพาหนึ่งจะล้าหลังอีกตัวหนึ่ง 90° และการปรับแอมพลิจูดของมันมักจะเรียกว่าส่วนประกอบเฟสเดียวกันซึ่งแสดงด้วยI ( t )ฟังก์ชันการปรับอีกตัวหนึ่งคือส่วนประกอบควอดราเจอร์Q ( t )ดังนั้นรูปคลื่นประกอบจึงถูกจำลองทางคณิตศาสตร์ดังนี้: ^[ 1 ^{] : 434}

${\displaystyle s_{s}(t)\triangleq \sin(2\pi f_{c}t)I(t)\ +\ \underbrace {\sin \left(2\pi f_{c}t+{\tfrac {\pi }{2}}\right)} _{\cos \left(2\pi f_{c}t\right)}\;Q(t),}$     หรือ:

${\displaystyle s_{c}(t)\triangleq \cos(2\pi f_{c}t)I(t)\ +\ \underbrace {\cos \left(2\pi f_{c}t+{\tfrac {\pi }{2}}\right)} _{-\sin \left(2\pi f_{c}t\right)}\;Q(t),}$

สมการที่ 1

โดยที่f _cคือความถี่พาหะที่ตัวรับสัญญาณ ตัวถอดรหัสแบบโคฮีเรนต์จะคูณสัญญาณที่ได้รับแยกกันด้วย สัญญาณ โคไซน์และ สัญญาณ ไซน์เพื่อสร้างค่าประมาณที่ได้รับของI ( t )และQ ( t )ตัวอย่างเช่น:

${\displaystyle r(t)\triangleq s_{c}(t)\cos(2\pi f_{c}t)=I(t)\cos(2\pi f_{c}t)\cos(2\pi f_{c}t)-Q(t)\sin(2\pi f_{c}t)\cos(2\pi f_{c}t).}$

เมื่อใช้ เอกลักษณ์ตรีโกณมิติมาตรฐานเราสามารถเขียนได้ดังนี้:

${\displaystyle {\begin{aligned}r(t)&={\tfrac {1}{2}}I(t)\left[1+\cos(4\pi f_{c}t)\right]-{\tfrac {1}{2}}Q(t)\sin(4\pi f_{c}t)\\&={\tfrac {1}{2}}I(t)+{\tfrac {1}{2}}\left[I(t)\cos(4\pi f_{c}t)-Q(t)\sin(4\pi f_{c}t)\right].\end{aligned}}}$

การกรองความถี่ต่ำr ( t ) _จะกำจัดพจน์ความถี่สูง (ที่มี4π fct ) ออกไป เหลือไว้เพียง พจน์ I ( t ) เท่านั้น สัญญาณที่ผ่านการกรองนี้จะไม่ได้รับผลกระทบจากQ ( t )แสดงให้เห็นว่าสามารถรับส่วนประกอบเฟสตรงกันได้โดยอิสระจากส่วนประกอบเฟสตั้งฉาก ในทำนองเดียวกัน เราสามารถคูณsc ( t )ด้วยคลื่นไซน์แล้วกรองความถี่ต่ำเพื่อแยกQ ( t ) ออกมา _ได้

การบวกสัญญาณไซน์สองสัญญาณเป็นการดำเนินการเชิงเส้นที่ไม่สร้างส่วนประกอบความถี่ใหม่ ดังนั้นแบนด์วิดท์ของสัญญาณผสมจึงเทียบได้กับแบนด์วิดท์ของส่วนประกอบ DSB (double-sideband) โดยพื้นฐานแล้ว ความซ้ำซ้อนทางสเปกตรัมของ DSB ช่วยให้สามารถเพิ่มความจุข้อมูลเป็นสองเท่าโดยใช้เทคนิคนี้ อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้มาพร้อมกับความซับซ้อนในการดีโมดูเลชัน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สัญญาณ DSB มีจุดตัดศูนย์ที่ความถี่ปกติ ซึ่งทำให้ง่ายต่อการกู้คืนเฟสของสัญญาณไซน์พาหะ จึงกล่าวได้ว่าเป็นสัญญาณที่สร้างสัญญาณนาฬิกาได้เองแต่ผู้ส่งและผู้รับสัญญาณแบบควอดราเจอร์มอดูเลตต้องใช้สัญญาณนาฬิการ่วมกันหรือส่งสัญญาณนาฬิกา หากเฟสของสัญญาณนาฬิกาคลาดเคลื่อน สัญญาณ IและQ ที่ดีโม ดูเลชันแล้วจะปะปนกัน ทำให้เกิด ครอสทอล์ก ในบริบทนี้ สัญญาณนาฬิกาเรียกว่า "สัญญาณอ้างอิงเฟส" โดยทั่วไป การซิงโครไนซ์นาฬิกาทำได้โดยการส่งสัญญาณซับแคริเออร์แบบ เบิร์สต์ หรือสัญญาณนำร่องตัวอย่างเช่นสัญญาณอ้างอิงเฟสสำหรับNTSC จะรวมอยู่ใน สัญญาณ เบิร์สต์สี

Analog QAM ถูกนำไปใช้ใน:

• ระบบ โทรทัศน์สีอนาล็อกNTSCและPALซึ่งสัญญาณ I และ Q ทำหน้าที่ส่งข้อมูลสี (chroma) โดยเฟสของคลื่นพาหะ QAM จะถูกกู้คืนจากรูปคลื่นสีพิเศษที่ส่งออกมาในช่วงเริ่มต้นของแต่ละเส้นสแกน
• C-QUAM ("Compatible QAM") ใช้ใน วิทยุ AM สเตอริโอเพื่อส่งข้อมูลความแตกต่างของเสียงสเตอริโอ

เมื่อนำสูตรของออยเลอร์ มาใช้ กับฟังก์ชันไซน์ในสมการที่ 1ส่วนความถี่บวกของsc ₍หรือการแสดงผลเชิงวิเคราะห์ ) คือ:

${\displaystyle s_{c}(t)_{+}={\tfrac {1}{2}}e^{i2\pi f_{c}t}[I(t)+iQ(t)]\quad {\stackrel {\mathcal {F}}{\Longrightarrow }}\quad {\tfrac {1}{2}}\left[{\widehat {I\ }}(f-f_{c})+e^{i\pi /2}{\widehat {Q}}(f-f_{c})\right],}$

โดยที่หมายถึงการแปลงฟูริเยร์ และ${\displaystyle {\mathcal {F}}}$︿ฉันและ︿คิวคือการแปลงของI ( t )และQ ( t )ผลลัพธ์นี้แสดงถึงผลรวมของสัญญาณ DSB-SC สองสัญญาณที่มีความถี่ศูนย์กลางเดียวกัน ตัวประกอบi (= e ^{iπ /2} )แสดงถึงการเลื่อนเฟส 90° ซึ่งทำให้สามารถดีโมดูเลชันแต่ละสัญญาณได้

เช่นเดียวกับแผนการมอดูเลชั่นดิจิทัลหลายๆ แบบ แผนภาพกลุ่มจุดมีประโยชน์สำหรับ QAM ใน QAM จุดกลุ่มจุดมักจะจัดเรียงเป็นตารางสี่เหลี่ยมที่มีระยะห่างแนวตั้งและแนวนอนเท่ากัน แม้ว่าจะมีรูปแบบอื่นๆ ที่เป็นไปได้ (เช่น ตารางหกเหลี่ยมหรือสามเหลี่ยม) ในการสื่อสารโทรคมนาคม ดิจิทัล ข้อมูลมักจะเป็นไบนารีดังนั้นจำนวนจุดในตารางจึงมักจะเป็นกำลังของ 2 (2, 4, 8, …) ซึ่งสอดคล้องกับจำนวนบิตต่อสัญลักษณ์ กลุ่มจุด QAM ที่ง่ายที่สุดและใช้กันทั่วไปประกอบด้วยจุดที่จัดเรียงเป็นรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัส เช่น 16-QAM, 64-QAM และ 256-QAM (กำลังคู่ของสอง) กลุ่มจุดที่ไม่ใช่รูปสี่เหลี่ยมจัตุรัส เช่น Cross-QAM สามารถให้ประสิทธิภาพที่มากขึ้น แต่ไม่ค่อยได้ใช้เนื่องจากต้นทุนของความซับซ้อนของโมเด็มที่เพิ่มขึ้น^{[ 1 ]}

การเปลี่ยนไปใช้กลุ่มจุดสัญญาณลำดับสูงขึ้นทำให้สามารถส่งข้อมูล ได้มากขึ้น ต่อสัญลักษณ์อย่างไรก็ตาม หากต้องการให้พลังงานเฉลี่ยของกลุ่มจุดสัญญาณคงที่ (เพื่อการเปรียบเทียบที่เป็นธรรม) จุดต่างๆ จะต้องอยู่ใกล้กันมากขึ้น ทำให้ไวต่อสัญญาณรบกวนและความเสียหายอื่นๆ มากขึ้น ส่งผลให้มีอัตราความผิดพลาดของบิต สูงขึ้น ดังนั้น QAM ลำดับสูงจึงสามารถส่งข้อมูลได้มากขึ้นแต่มีความน่าเชื่อถือน้อยกว่า QAM ลำดับต่ำ สำหรับพลังงานเฉลี่ยของกลุ่มจุดสัญญาณที่คงที่ การใช้ QAM ลำดับสูงโดยไม่เพิ่มอัตราความผิดพลาดของบิต จำเป็นต้องมีอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน (SNR) ที่สูงขึ้น โดยการเพิ่มพลังงานสัญญาณ ลดสัญญาณรบกวน หรือทั้งสองอย่าง

หากต้องการอัตราการส่งข้อมูลที่สูงกว่าที่ 8- PSKสามารถทำได้ มักจะเปลี่ยนไปใช้ QAM เนื่องจากสามารถสร้างระยะห่างระหว่างจุดที่อยู่ติดกันในระนาบ IQ ได้มากขึ้นโดยการกระจายจุดอย่างสม่ำเสมอมากขึ้น ปัจจัยที่ทำให้ซับซ้อนขึ้นคือ จุดเหล่านั้นจะไม่ได้มีแอมพลิจูดเท่ากันทั้งหมดอีกต่อไป ดังนั้นตัวถอดรหัสจึงต้องตรวจจับทั้งเฟสและแอมพลิจูด อย่างถูกต้อง แทนที่จะตรวจ จับเฉพาะเฟสเพียงอย่างเดียว

64-QAM และ 256-QAM มักใช้ใน โทรทัศน์ เคเบิลดิจิทัลและโมเด็มเคเบิลในสหรัฐอเมริกา 64-QAM และ 256-QAM เป็นรูปแบบการมอดูเลชั่นที่กำหนดไว้สำหรับเคเบิลดิจิทัล (ดูQAM tuner ) ตามมาตรฐานANSI /SCTE 07 2013ในสหราชอาณาจักร 64-QAM ใช้สำหรับโทรทัศน์ภาคพื้นดินดิจิทัล ( Freeview ) ในขณะที่ 256-QAM ใช้สำหรับ Freeview-HD

ระบบการสื่อสารที่ออกแบบมาเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสเปกตรัม ในระดับสูงมาก มักใช้กลุ่มสัญญาณ QAM ที่หนาแน่นมาก ตัวอย่างเช่น เทคโนโลยี ADSLสำหรับสายทองแดงบิดเกลียว ซึ่งขนาดกลุ่มสัญญาณสูงถึง 32768-QAM (ในศัพท์เฉพาะของ ADSL เรียกว่า การโหลดบิต หรือ บิตต่อโทน โดย 32768-QAM เทียบเท่ากับ 15 บิตต่อโทน) ^{[ 5 ]}

ระบบแบ็คฮอลไมโครเวฟความจุสูงพิเศษยังใช้ 1024-QAM ด้วย^{[ 6 ]}ด้วย 1024-QAM ผู้ผลิตสามารถรับความจุระดับกิกะบิตในช่องสัญญาณ 56 MHz ช่องเดียวได้^{[ 6 ]}

ในการเปลี่ยนไปใช้กลุ่มสัญญาณ QAM ลำดับสูงขึ้น (อัตราข้อมูลและโหมดสูงขึ้น) ใน สภาพแวดล้อมการใช้งาน QAM RF / ไมโครเวฟ ที่ไม่เอื้ออำนวย เช่น ในการออกอากาศหรือโทรคมนาคมการรบกวนแบบมัลติพาธมักจะเพิ่มขึ้น มีการกระจายของจุดในกลุ่มสัญญาณ ทำให้ระยะห่างระหว่างสถานะที่อยู่ติดกันลดลง ทำให้ผู้รับถอดรหัสสัญญาณได้อย่างเหมาะสมได้ยาก กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ ความต้านทานต่อ สัญญาณรบกวน ลดลง มีการวัดพารามิเตอร์การทดสอบหลายอย่างที่ช่วยกำหนดโหมด QAM ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับสภาพแวดล้อมการทำงานเฉพาะ สามอย่างต่อไปนี้มีความสำคัญที่สุด: ^{[ 7 ]}

• อัตราส่วนคลื่นพาหะ /สัญญาณรบกวน
• อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน
• อัตราส่วนเกณฑ์ต่อสัญญาณรบกวน

เทคโนโลยีที่เพิ่มความต้านทานต่อสัญญาณรบกวน ได้แก่^การเข้ารหัสและการปรับสัญญาณแบบปรับได้ (ACM) และXPIC ^{[ 6} ]

• การเข้ารหัสแบบเปลี่ยนแอมพลิจูดและเฟสหรือการเข้ารหัสแบบเปลี่ยนเฟสแบบไม่สมมาตร (APSK)
• การมอดูเลชั่นเฟสแอมพลิจูดแบบไร้คลื่นพา (CAP)
• บรรจุภัณฑ์แบบวงกลม § การใช้งาน
• รหัสแก้ไขข้อผิดพลาด
• ส่วนประกอบเฟสตรงกันและเฟสตั้งฉาก
• การมอดูเลชั่นสำหรับตัวอย่างอื่นๆ ของเทคนิคการมอดูเลชั่น
• การเข้ารหัสแบบเปลี่ยนเฟส
• จูนเนอร์ QAMสำหรับ HDTV
• การปรับแบบสุ่ม

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับการมอดูเลชั่นแอมพลิจูดแบบควอดราเจอร์

• การถอดรหัส QAM
• การสาธิตเชิงโต้ตอบบนเว็บของกลุ่มสัญญาณ QAM พร้อมสัญญาณรบกวนเพิ่มเติม สถาบันโทรคมนาคม มหาวิทยาลัยสตุทการ์ท
• อัตราความผิดพลาดของบิต QAM สำหรับช่องสัญญาณ AWGN – การทดลองออนไลน์
• ความไม่สมบูรณ์ส่งผลกระทบต่อกลุ่มดาวเทียม QAM อย่างไร
• ภาพรวม ของอุปกรณ์เปลี่ยนเฟสไมโครเวฟโดยHerley General Microwave
• การจำลอง QPSK แบบสองขั้ว (DP-QPSK) สำหรับการส่งสัญญาณแสง 100G