IQ調制信號必須用IQ解調嗎？

數(shù)字接收機中，合路信號攜帶幅度和相位 (I/Q)信息。到達接收端，輸入信號和本振混頻得到兩路信號。任意一路設為0相位，另一路有90度相移。我們再次強調兩路是獨立的和正交的，互不干擾。這些就是基本的方法，把含有相位信息的矢量信號分解到I/Q正交兩路信號。

解調過程中接收機必須完成信號載波恢復，才能正確解出I/Q信息。

本振頻率應跟蹤發(fā)射信號載波的頻率與相位，即需要進行載波同步。

輸入信號和同相本振與90o相移的本振相乘進行下變頻。當本振與被解調信號同頻同相時，輸出差頻及和頻分量。

當輸入已調信號為

M (t) = I(t) cosωCt + Q(t) sinωCt

則 I/Q兩路輸出分別為

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

這時使用合適帶寬的低通濾波器濾除2次諧波后，就可以選出頻率較低的I(t)與 Q(t)調制信號。接下來就是對恢復的解調信號進行取樣判別等處理，再進行并/串逆變換就可獲得解調數(shù)據(jù)。從公式中可以看到只要保證I/Q正交，解調后的I/Q分量就不會相互干擾。

矢量調制和數(shù)字調制概況

我們先回顧一下矢量調制和數(shù)字調制。特別注意，雖然調制器和解調器兩個術語含有硬件的意思，但是基于軟件的矢量信號分析，實際上是基于DSP軟件在執(zhí)行調制/ 解調的。

什么是數(shù)字調制？

數(shù)字調制是無線、衛(wèi)星和地面通信行業(yè)中使用的一個術語，指數(shù)字狀態(tài)由載波相對相位和/或幅度表示的一種調制。雖然我們討論的是數(shù)字調制，但是應記住這種調制并不是數(shù)字的，而真正是模擬的。調制是按照調制( 基帶) 信號的幅度變化成比例地改變載波的幅度、頻率或相位。在數(shù)字調制中，基帶調制信號是數(shù)字式的，而調制過程不是數(shù)字的。

在數(shù)字調制中，信息包含在載波的相對相位、頻率或幅度。

基于具體的應用，數(shù)字調制可以同時或單獨改變幅度、頻率和相位。這類調制可以通過傳統(tǒng)的模擬調制方案，例如幅度調制(AM)、頻率調制(FM) 或相位調制(PM) 來完成。

不過在實際系統(tǒng)中，通常使用矢量調制( 又稱為復數(shù)調制或I-Q調制) 作為替代。矢量調制是一種非常強大的調制方案，因為它可生成任意的載波相位和幅度。在這種調制方案中，基帶數(shù)字信息被分離成兩個獨立的分量: I ( 同相) 和Q ( 正交) 分量。這些I 和Q 分量隨后組合形成基帶調制信號。I 和Q分量最重要的特性是它們是獨立的分量( 正交)。在下面的討論中你將進一步了解 I 和 Q分量，以及數(shù)字系統(tǒng)使用它們的原因。

IQ調制原理

數(shù)字調制I-Q 圖

理解和查看數(shù)字調制的簡單方法是使用上圖所示的 I-Q或矢量圖。在大多數(shù)數(shù)字通信系統(tǒng)中，載波頻率是固定的，因此只需考慮相位和幅度。未經調制的載波作為相位和頻率參考，根據(jù)調制信號與載波的關系來解釋調制信號。相位和幅度可以作為 I-Q 平面中的虛線點在極坐標圖或矢量坐標圖中表示。參見上圖。I 代表同相位( 相位參考) 分量，Q 代表正交( 與相位相差90 °) 分量。你還可以將同相載波的某具體幅度與正交載波的某具體幅度做矢量加法運算，來表示這個點。這就是 IQ調制的原理。

將載波放入到 I-Q 平面預先確定的某個位置上，然后發(fā)射已編碼信息。每個位置或狀態(tài)( 或某些系統(tǒng)中狀態(tài)間的轉換) 代表某一個可在接收機上被解碼的比te碼型。狀態(tài)或符號在每個符號選擇計時瞬間( 接收機轉換信號時) 在I-Q 平面的映射稱為星座圖。參見下圖。一個符號號代表一組數(shù)字數(shù)據(jù)比特; 它們是所代表的數(shù)字消息的代號。每個符號號包含的比特數(shù)即每符號號比特數(shù)(bpsym) 由調制格式決定。例如，二進制相移鍵控(BPSK) 使用1 bpsym，正交相移鍵控(QPSK) 使用2 bpsym，而8 相移鍵控(8PSK) 使用3 bpsym。理論上，星座圖的每個狀態(tài)位置都應當顯示為單個的點。但由于系統(tǒng)會受到了各種損傷和噪聲的影響，會引起這些狀態(tài)發(fā)生擴散( 每個狀態(tài)周圍有分散的點呈現(xiàn))。此圖顯示了 16 QAM 格式(16 正交幅度度調制) 的星座圖或狀態(tài)圖; 注意，此時有16 個可能的狀態(tài)位置。該格式使用4 比特數(shù)據(jù)串， 編碼為單個幅度度/ 相位狀態(tài)或符號號。為了產生這一調制格式，基于被傳輸?shù)拇a，I 和Q 載波都需采用4 個不同的幅度度電平。

星座圖中的每個位置或狀態(tài)代表一個具體的比te碼型( 符號號 ) 和符號號時間

在數(shù)字調制中，信號在有限數(shù)量的符號或狀態(tài)中移動。載波在星座圖各點間移動的速率稱為符號率。使用的星座狀態(tài)越多，給定比特率所需的符號率就越低。符號率十分重要因為它代表了傳輸信號時所需的帶寬。符號號率越低，傳輸所需的帶寬就越小。例如，前面提到過的16 QAM 格式使用每符號號 4 比特的速率。如果無線傳輸速率為16 Mbps，則符號率= 16 (Mbps) 除以 4 比特即 4 MHz。此時提供的符號號率是比特率的四分之一和一個更高效的傳輸帶寬 ( 4 MHz 相對16 MHz)。關于數(shù)字調制的更多信息，參見本應用指南結尾處的其它資源。

IQ調制

在數(shù)字通信中，I-Q 調制將已編碼的數(shù)字I 和 Q 基帶信息放入載波中。參見下圖。I-Q調制生成信號的 I 和 Q 分量; 從根本上講，它是直角坐標—極坐標轉換的硬件或軟件實現(xiàn)。

IQ調制接受 I 和Q基帶信號作為輸入，并將它們與相同的本地振蕩器 (LO) 混合。注意，這個可能是數(shù)字( 軟件) LO。下面，I 和 Q 均會上變頻到射頻載波頻率。I 幅度度信息調制載波生成同相分量。Q 幅度度信息調制90° ( 直角) 相移的載波生成正交分量。這兩種正交調制載波信號相加生成復合 I-Q 調制載波信號。I-Q 調制的主要優(yōu)勢是可以容易地將獨立的信號分量合并為單個復合信號，隨后同樣容易地再將這個復合信號分解為獨立的分量部分。

以 90° 分離的信號彼此之間呈直角或正交關系。I 和 Q 信號的正交關系意味著這兩個信號是真正獨立的，它們是同一信號的兩個獨立分量。雖然Q 輸入的變化肯定會改變復合輸出信號，但不會對I 分量造成任何影響。同樣地， I 輸入的變化也不會影響到Q 信號。

IQ解調

如下圖所示，IQ解調是上圖所示的IQ調制的鏡像。IQ解調從復合 IQ調制輸入信號中恢復原始的 I和Q基帶信號。

IQ解調( 或正交檢測)

解調過程的第一步是將接收機 LO鎖相至發(fā)射機載頻。為了正確地恢復 I 和Q基帶分量必須要把接收機 LO 鎖相至發(fā)射機載波( 或混頻器 LO)。隨后，IQ調制載波與未相移的 LO 和相移90° 的 LO 混合，生成原始的I 和Q基帶信號或分量。在矢量信號分析軟件中，使用數(shù)學方法實現(xiàn)90° 相移。

從根本上講，IQ解調過程就是極坐標—直角坐標的轉換。通常如果沒有極坐標—直角坐標轉換，信息不能在極坐標格式上繪制并重解釋為直角值。這種轉換與IQ解調器所執(zhí)行的同相和正交混合過程一致。