IQ调制信号必须用IQ解调吗？

Keysight射频测试资料分 2025-01-20 06:52 367浏览 0评论 0点赞

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在数字接收机中，合路信号携带幅度和相位 (I/Q)信息。到达接收端，输入信号和本振混频得到两路信号。任意一路设为0相位，另一路有90度相移。我们再次强调两路是独立的和正交的，互不干扰。这些就是基本的方法，把含有相位信息的矢量信号分解到I/Q正交两路信号。

解调过程中接收机必须完成信号载波恢复，才能正确解出I/Q信息。

本振频率应跟踪发射信号载波的频率与相位，即需要进行载波同步。

输入信号和同相本振与90º相移的本振相乘进行下变频。当本振与被解调信号同频同相时，输出差频及和频分量。

当输入已调信号为

M (t) = I(t) cosωCt + Q(t) sinωCt

则 I/Q两路输出分别为

x1(t) = M(t) x 2cosωCt = 2[ I(t) cosωCt + Q(t) sinωCt ] cosωCt

= I(t) + I(t) cos2ωCt + Q(t) sin2ωCt

x2(t) = M (t) x 2sinωCt = Q(t) + Q(t) sin2ωCt + I(t) cos2ωCt

这时使用合适带宽的低通滤波器滤除2次谐波后，就可以选出频率较低的I(t)与 Q(t)调制信号。接下来就是对恢复的解调信号进行取样判决等处理，再进行并/串逆变换就可获得解调数据。从公式中可以看到只要保证I/Q正交，解调后的I/Q分量就不会相互干扰。

矢量调制和数字调制概况

我们先回顾一下矢量调制和数字调制。特别注意，虽然调制器和解调器两个术语含有硬件的意思，但是基于软件的矢量信号分析，实际上是基于DSP软件在执行调制/ 解调的。

什么是数字调制？

数字调制是无线、卫星和地面通信行业中使用的一个术语，指数字状态由载波相对相位和/或幅度表示的一种调制。虽然我们讨论的是数字调制，但是应记住这种调制并不是数字的，而真正是模拟的。调制是按照调制( 基带) 信号的幅度变化成比例地改变载波的幅度、频率或相位。在数字调制中，基带调制信号是数字式的，而调制过程不是数字的。

在数字调制中，信息包含在载波的相对相位、频率或幅度。

基于具体的应用，数字调制可以同时或单独改变幅度、频率和相位。这类调制可以通过传统的模拟调制方案，例如幅度调制(AM)、频率调制(FM) 或相位调制(PM) 来完成。

不过在实际系统中，通常使用矢量调制( 又称为复数调制或I-Q调制) 作为替代。矢量调制是一种非常强大的调制方案，因为它可生成任意的载波相位和幅度。在这种调制方案中，基带数字信息被分离成两个独立的分量: I ( 同相) 和Q ( 正交) 分量。这些I 和Q 分量随后组合形成基带调制信号。I 和Q分量最重要的特性是它们是独立的分量( 正交)。在下面的讨论中你将进一步了解 I 和 Q分量，以及数字系统使用它们的原因。

IQ调制原理

理解和查看数字调制的简单方法是使用上图所示的 IQ或矢量图。在大多数数字通信系统中，载波频率是固定的，因此只需考虑相位和幅度。未经调制的载波作为相位和频率参考，根据调制信号与载波的关系来解释调制信号。相位和幅度可以作为 IQ平面中的虚线点在极坐标图或矢量坐标图中表示。参见上图。I 代表同相位( 相位参考) 分量，Q 代表正交( 与相位相差90 °) 分量。你还可以将同相载波的某具体幅度与正交载波的某具体幅度做矢量加法运算，来表示这个点。这就是 IQ调制的原理。

将载波放入到 I-Q 平面预先确定的某个位置上，然后发射已编码信息。每个位置或状态( 或某些系统中状态间的转换) 代表某一个可在接收机上被解码的比特码型。状态或符号在每个符号选择计时瞬间( 接收机转换信号时) 在IQ平面的映射称为星座图。参见下图。

一个符号号代表一组数字数据比特; 它们是所代表的数字消息的代号。每个符号号包含的比特数即每符号号比特数(bpsym) 由调制格式决定。例如，二进制相移键控(BPSK) 使用1 bpsym，正交相移键控(QPSK) 使用2 bpsym，而8 相移键控(8PSK) 使用3 bpsym。

理论上，星座图的每个状态位置都应当显示为单个的点。但由于系统会受到了各种损伤和噪声的影响，会引起这些状态发生扩散( 每个状态周围有分散的点呈现)。此图显示了 16 QAM格式(16 正交幅度度调制) 的星座图或状态图; 注意，此时有16 个可能的状态位置。该格式使用4 比特数据串，编码为单个幅度度/ 相位状态或符号号。为了产生这一调制格式，基于被传输的代码，I 和Q载波都需采用4 个不同的幅度度电平。

星座图中的每个位置或状态代表一个具体的比特码型( 符号号 ) 和符号号时间

在数字调制中，信号在有限数量的符号或状态中移动。载波在星座图各点间移动的速率称为符号率。使用的星座状态越多，给定比特率所需的符号率就越低。符号率十分重要因为它代表了传输信号时所需的带宽。符号号率越低，传输所需的带宽就越小。例如，前面提到过的16QAM 格式使用每符号号 4比特的速率。如果无线传输速率为16 Mbps，则符号率= 16 (Mbps) 除以 4比特即 4 MHz。此时提供的符号号率是比特率的四分之一和一个更高效的传输带宽 ( 4 MHz 相对16 MHz)。关于数字调制的更多信息，参见本应用指南结尾处的其它资源。

IQ调制

在数字通信中，IQ调制将已编码的数字I和Q基带信息放入载波中。参见下图。IQ调制生成信号的I和Q分量; 从根本上讲，它是直角坐标—极坐标转换的硬件或软件实现。

IQ调制接受 I 和Q基带信号作为输入，并将它们与相同的本地振荡器 (LO) 混合。注意，这个可能是数字( 软件) LO。下面，I 和 Q 均会上变频到射频载波频率。I 幅度度信息调制载波生成同相分量。Q幅度度信息调制90° ( 直角) 相移的载波生成正交分量。这两种正交调制载波信号相加生成复合 I-Q调制载波信号。IQ调制的主要优势是可以容易地将独立的信号分量合并为单个复合信号，随后同样容易地再将这个复合信号分解为独立的分量部分。

以 90° 分离的信号彼此之间呈直角或正交关系。I 和 Q 信号的正交关系意味着这两个信号是真正独立的，它们是同一信号的两个独立分量。虽然Q 输入的变化肯定会改变复合输出信号，但不会对I 分量造成任何影响。同样地， I 输入的变化也不会影响到Q信号。

IQ解调

如下图所示，IQ解调是上图所示的IQ调制的镜像。IQ解调从复合 IQ调制输入信号中恢复原始的 I和Q基带信号。