IQ解調(diào)器解調(diào)的意義及過(guò)程解析

1、為什么需要調(diào)制？

調(diào)制就是把要傳遞的信號(hào)“搬運(yùn)”到規(guī)定的頻率附近，從技術(shù)上說(shuō)，天線的尺寸和電磁波的波長(zhǎng)差不多的時(shí)候，才能獲得較高的發(fā)射效率，假設(shè)信號(hào)是10MHz,那么波長(zhǎng)為30m，這么長(zhǎng)的天線顯然是不現(xiàn)實(shí)的。因此需要把信號(hào)調(diào)制到較高的頻率，減少天線的尺寸，從頻譜方面上說(shuō)，頻譜是一個(gè)國(guó)家的資源，有專門(mén)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行管理，想用哪一段頻譜需要向管理部門(mén)申請(qǐng)?；谝陨显?，都需要把信號(hào)調(diào)制到特定的載波頻率上去。

調(diào)制也即是頻譜搬移的過(guò)程，如下所示：

假定s(t)是一個(gè)余弦信號(hào)：

調(diào)制就是乘上一個(gè)角頻率wc=2*pi*fc的余弦信號(hào)，得到要發(fā)射的射頻信號(hào)為：

例如s(t)為10KHz,載波為10MHz，則調(diào)制后的信號(hào)頻率成分為9.99MHz和10.01MHz。

2.IQ概述

(1)什么是IQ調(diào)制

簡(jiǎn)單的講，數(shù)字IQ調(diào)制的過(guò)程就是將原始比特流數(shù)據(jù)按照一定的規(guī)則映射到IQ坐標(biāo)系的過(guò)程，IQ坐標(biāo)系本質(zhì)上就是復(fù)數(shù)坐標(biāo)系，映射完成后將得到I和Q兩路信號(hào)，然后相加得到要發(fā)射的射頻信號(hào)，如下所示：

(2)為什么要引入IQ

?IQ調(diào)制可以通過(guò)提高符號(hào)速率或者采用高階調(diào)制實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率，例如16QAM,64QAM,256QAM等，非常靈活方便。

?IQ調(diào)制具有更高的頻譜利用率。IQ調(diào)制采用零中頻架構(gòu)，每一路上變頻之后帶寬翻倍至2B，但是攜帶的信息不變。合路后，射頻調(diào)制信號(hào)帶寬仍然為2B，但是相對(duì)于單路調(diào)制而言，攜帶的信息量翻倍了。因此，IQ調(diào)制具有更高的頻率利用率！

? 在實(shí)現(xiàn)高速通信時(shí)，IQ調(diào)制更加容易實(shí)現(xiàn)。IQ調(diào)制可以非常方便地將符號(hào)映射到矢量坐標(biāo)系中，從而完成數(shù)字調(diào)制，省掉了希爾變換這樣一個(gè)環(huán)節(jié)，雖然帶寬仍然和雙邊帶信號(hào)相同，但是傳遞的信息也增加了一倍。

(3)IQ基本理論

IQ調(diào)制是一種新穎的數(shù)字調(diào)制方式，有調(diào)幅(振幅鍵控ASK)，調(diào)相(相移鍵控PSK)，調(diào)頻(頻移鍵控FSK)，三種基本形式和既有幅度又有相位的QAM調(diào)制(正交幅度調(diào)制)。

這幾種調(diào)制解調(diào)方式的相關(guān)內(nèi)容將在后續(xù)的系列文章中具體介紹。

3.IQ調(diào)制解調(diào)

任何一個(gè)周期信號(hào)，只要滿足狄利赫里條件，均可以寫(xiě)為一組完備正交集函數(shù)的無(wú)窮級(jí)數(shù)，通常完備的正交集函數(shù)為三角函數(shù)，例如{cos(nwt)，sin(nwt)，n為任意非負(fù)整數(shù)}。

根據(jù)歐拉公式

三角函數(shù)與虛指數(shù)函數(shù)存在一定的關(guān)系，如果按照三角函數(shù)級(jí)數(shù)展開(kāi)，則對(duì)應(yīng)的頻譜為單邊帶頻譜，如果按照虛指數(shù)函數(shù)級(jí)數(shù)展開(kāi)，則對(duì)應(yīng)的頻譜是關(guān)于零頻左右對(duì)稱的頻譜，此時(shí)稱為雙邊帶頻譜。由于運(yùn)算更加方便，雙邊帶頻譜應(yīng)用更加廣泛。

對(duì)于調(diào)制，涉及到頻譜的搬移，因此采用雙邊帶頻譜更加方便，雙邊帶頻譜包括負(fù)頻率成分，沒(méi)有具體物理意義，但是從數(shù)學(xué)角度講，這些又是構(gòu)成傅里葉變換的必不可少的組成部分。

IQ調(diào)制屬于雙邊譜，在上變頻的過(guò)程中，兩個(gè)Mixer實(shí)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，最后合為一路輸出，假設(shè)I(w) 和Q(w) 分別為i(t) 和q(t) 的傅里葉變換，根據(jù)頻域卷積定理可得

i(t)和q(t)經(jīng)過(guò)混頻器后，從傅里葉的角度看，其雙邊帶頻譜發(fā)生了搬移，中心頻率由DC 搬移至wc。傅里葉變換的產(chǎn)物中還包含(-wc)頻率成分，如前所述，負(fù)頻率不具有實(shí)際物理意義，但是作為傅里葉變換的重要組成部分，構(gòu)成了整個(gè)變換的數(shù)學(xué)完整性。

虛數(shù)j的存在表明，兩部分信號(hào)之間的載波存在90°相差，二者保持正交。

IQ信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制器后，頻譜變換如下：

在接收側(cè)，射頻調(diào)制信號(hào)可經(jīng)過(guò)IQ解調(diào)器解調(diào)，經(jīng)過(guò)低通濾波器之后分別得到I 和Q 信號(hào)。IQ信號(hào)的解調(diào)過(guò)程如下：

編輯：hfy