Сегодня
я хочу вам рассказать об одной из базовых технологий, которая лежит в
основе почти всего, что связано с передачей данных, от Wi-Fi до
мобильной связи. Речь пойдёт о MQAM, или Квадратурной амплитудной
модуляции. Звучит сложно, но на деле это очень изящное и умное решение.
По сути, это способ, которым мы превращаем цифровые данные, нули и
единицы, в радиосигнал, который можно передать по воздуху или по
проводам, а потом снова превратить в нули и единицы.
Чтобы понять
MQAM, давайте сначала разберёмся, как вообще передаются данные. Самый
простой способ, это модуляция. Например, мы можем менять частоту или
амплитуду волны. Представьте себе волну. Если мы меняем её высоту
(амплитуду) или частоту (как часто она колеблется), мы можем
закодировать информацию. Например, высокая амплитуда, это "единица",
низкая, "ноль". Но такой способ очень медленный. Чтобы передать большой
объём данных, нам нужно много времени, потому что мы можем отправлять
только один бит информации за раз.
MQAM, это следующий шаг, это
как передавать не одну букву, а сразу целое слово за раз. Квадратурная
амплитудная модуляция объединяет в себе два метода: амплитудную
модуляцию и фазовую модуляцию. Амплитуда, это высота волны, а фаза, это
её смещение. Представьте, что у волны есть не только высота, но и
определённая точка старта. Изменяя и то, и другое одновременно, мы
получаем гораздо больше вариантов для кодирования.
Давайте
представим это на простом примере. У нас есть четыре варианта комбинаций
амплитуды и фазы. Каждая комбинация может представлять собой не один
бит, а сразу два. Например, (низкая амплитуда, фаза 0°), это "00",
(низкая амплитуда, фаза 90°), "01", (высокая амплитуда, фаза 0°), "10",
(высокая амплитуда, фаза 90°), "11". Таким образом, мы можем отправлять
сразу два бита за один сигнал. Это называется 4-QAM.
А теперь
представьте, что мы увеличиваем количество этих комбинаций. Если у нас
16 комбинаций амплитуды и фазы, мы можем кодировать уже по 4 бита за раз
(2^4 = 16). Это будет 16-QAM. Если 64 комбинации, то по 6 бит (2^6 =
64), 64-QAM. И так далее. В современных стандартах, таких как Wi-Fi 6,
используется даже 1024-QAM, что позволяет передавать по 10 бит за один
символ.
Ключевая идея MQAM в том, что все эти комбинации можно
представить на так называемой диаграмме созвездия, где каждая точка, это
уникальная комбинация амплитуды и фазы. Чем больше точек на диаграмме,
тем больше информации мы можем передать за один символ, и тем выше
скорость передачи данных.
Конечно, чем плотнее точки на
диаграмме, тем сложнее приёмнику их различить, особенно если есть
помехи. Поэтому для каждого стандарта связи выбирается оптимальный MQAM:
где-то, чтобы обеспечить надёжность, используется более низкий порядок
модуляции, а где-то, для достижения максимальной скорости,, более
высокий.
В общем, MQAM, это не просто какой-то абстрактный
термин, а реальный, рабочий метод, который позволяет нашим модемам и
роутерам "упаковывать" огромное количество информации в радиосигнал и
отправлять его с высокой скоростью. Именно благодаря ему мы можем
сегодня смотреть видео в 4K и скачивать огромные файлы за считанные
минуты.