IQ解調器解調的意義及過程解析

2020-11-28 電子發燒友

IQ解調器解調的意義及過程解析

MYMINIEYE 發表於 2020-11-11 15:15:50

1、為什麼需要調製？

調製就是把要傳遞的信號「搬運」到規定的頻率附近，從技術上說，天線的尺寸和電磁波的波長差不多的時候，才能獲得較高的發射效率，假設信號是10MHz,那麼波長為30m，這麼長的天線顯然是不現實的。因此需要把信號調製到較高的頻率，減少天線的尺寸，從頻譜方面上說，頻譜是一個國家的資源，有專門的機構進行管理，想用哪一段頻譜需要向管理部門申請。基於以上原因，都需要把信號調製到特定的載波頻率上去。

調製也即是頻譜搬移的過程，如下所示：

假定s(t)是一個餘弦信號：

調製就是乘上一個角頻率wc=2*pi*fc的餘弦信號，得到要發射的射頻信號為：

例如s(t)為10KHz,載波為10MHz，則調製後的信號頻率成分為9.99MHz和10.01MHz。

2.IQ概述

(1)什麼是IQ調製

簡單的講，數字IQ調製的過程就是將原始比特流數據按照一定的規則映射到IQ坐標系的過程，IQ坐標系本質上就是複數坐標系，映射完成後將得到I和Q兩路信號，然後相加得到要發射的射頻信號，如下所示：

(2)為什麼要引入IQ

•IQ調製可以通過提高符號速率或者採用高階調製實現更高的數據速率，例如16QAM,64QAM,256QAM等，非常靈活方便。

•IQ調製具有更高的頻譜利用率。IQ調製採用零中頻架構，每一路上變頻之後帶寬翻倍至2B，但是攜帶的信息不變。合路後，射頻調製信號帶寬仍然為2B，但是相對於單路調製而言，攜帶的信息量翻倍了。因此，IQ調製具有更高的頻率利用率！

• 在實現高速通信時，IQ調製更加容易實現。IQ調製可以非常方便地將符號映射到矢量坐標系中，從而完成數字調製，省掉了希爾變換這樣一個環節，雖然帶寬仍然和雙邊帶信號相同，但是傳遞的信息也增加了一倍。

(3)IQ基本理論

IQ調製是一種新穎的數字調製方式，有調幅(振幅鍵控ASK)，調相(相移鍵控PSK)，調頻(頻移鍵控FSK)，三種基本形式和既有幅度又有相位的QAM調製(正交幅度調製)。

這幾種調製解調方式的相關內容將在後續的系列文章中具體介紹。

3.IQ調製解調

任何一個周期信號，只要滿足狄利赫裡條件，均可以寫為一組完備正交集函數的無窮級數，通常完備的正交集函數為三角函數，例如{cos(nwt)，sin(nwt)，n為任意非負整數}。

根據歐拉公式

三角函數與虛指數函數存在一定的關係，如果按照三角函數級數展開，則對應的頻譜為單邊帶頻譜，如果按照虛指數函數級數展開，則對應的頻譜是關於零頻左右對稱的頻譜，此時稱為雙邊帶頻譜。由於運算更加方便，雙邊帶頻譜應用更加廣泛。

對於調製，涉及到頻譜的搬移，因此採用雙邊帶頻譜更加方便，雙邊帶頻譜包括負頻率成分，沒有具體物理意義，但是從數學角度講，這些又是構成傅立葉變換的必不可少的組成部分。

IQ調製屬於雙邊譜，在上變頻的過程中，兩個Mixer實際上起到乘法器的作用，即i(t) 與cos(wct )相乘，q(t) 與sin(wct) 相乘，最後合為一路輸出，假設I(w) 和Q(w) 分別為i(t) 和q(t) 的傅立葉變換，根據頻域卷積定理可得

i(t)和q(t)經過混頻器後，從傅立葉的角度看，其雙邊帶頻譜發生了搬移，中心頻率由DC 搬移至wc。傅立葉變換的產物中還包含(-wc)頻率成分，如前所述，負頻率不具有實際物理意義，但是作為傅立葉變換的重要組成部分，構成了整個變換的數學完整性。

虛數j的存在表明，兩部分信號之間的載波存在90°相差，二者保持正交。

IQ信號經過調製器後，頻譜變換如下：

在接收側，射頻調製信號可經過IQ解調器解調，經過低通濾波器之後分別得到I 和Q 信號。IQ信號的解調過程如下：

編輯：hfy

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