數(shù)字接收機(jī)中，合路信號(hào)攜帶幅度和相位 (I/Q)信息。到達(dá)接收端，輸入信號(hào)和本振混頻得到兩路信號(hào)。任意一路設(shè)為0相位，另一路有90度相移。我們?cè)俅螐?qiáng)調(diào)兩路是獨(dú)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(hào)分解到I/Q正交兩路信號(hào)。

解調(diào)過程中接收機(jī)必須完成信號(hào)載波恢復(fù)，才能正確解出I/Q信息。

本振頻率應(yīng)跟蹤發(fā)射信號(hào)載波的頻率與相位，即需要進(jìn)行載波同步。

輸入信號(hào)和同相本振與90o相移的本振相乘進(jìn)行下變頻。當(dāng)本振與被解調(diào)信號(hào)同頻同相時(shí)，輸出差頻及和頻分量。

當(dāng)輸入已調(diào)信號(hào)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(shí)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(diào)制信號(hào)。接下來就是對(duì)恢復(fù)的解調(diào)信號(hào)進(jìn)行取樣判別等處理，再進(jìn)行并/串逆變換就可獲得解調(diào)數(shù)據(jù)。從公式中可以看到只要保證I/Q正交，解調(diào)后的I/Q分量就不會(huì)相互干擾。

矢量調(diào)制和數(shù)字調(diào)制概況

我們先回顧一下矢量調(diào)制和數(shù)字調(diào)制。特別注意，雖然調(diào)制器和解調(diào)器兩個(gè)術(shù)語含有硬件的意思，但是基于軟件的矢量信號(hào)分析，實(shí)際上是基于DSP軟件在執(zhí)行調(diào)制/ 解調(diào)的。

什么是數(shù)字調(diào)制？

數(shù)字調(diào)制是無線、衛(wèi)星和地面通信行業(yè)中使用的一個(gè)術(shù)語，指數(shù)字狀態(tài)由載波相對(duì)相位和/或幅度表示的一種調(diào)制。雖然我們討論的是數(shù)字調(diào)制，但是應(yīng)記住這種調(diào)制并不是數(shù)字的，而真正是模擬的。調(diào)制是按照調(diào)制( 基帶) 信號(hào)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(diào)制中，基帶調(diào)制信號(hào)是數(shù)字式的，而調(diào)制過程不是數(shù)字的。

在數(shù)字調(diào)制中，信息包含在載波的相對(duì)相位、頻率或幅度。

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

不過在實(shí)際系統(tǒng)中，通常使用矢量調(diào)制( 又稱為復(fù)數(shù)調(diào)制或I-Q調(diào)制) 作為替代。矢量調(diào)制是一種非常強(qiáng)大的調(diào)制方案，因?yàn)樗缮扇我獾妮d波相位和幅度。在這種調(diào)制方案中，基帶數(shù)字信息被分離成兩個(gè)獨(dú)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(diào)制信號(hào)。I 和Q分量最重要的特性是它們是獨(dú)立的分量( 正交)。在下面的討論中你將進(jìn)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(diào)制原理

數(shù)字調(diào)制I-Q 圖

理解和查看數(shù)字調(diào)制的簡(jiǎn)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(jīng)調(diào)制的載波作為相位和頻率參考，根據(jù)調(diào)制信號(hào)與載波的關(guān)系來解釋調(diào)制信號(hào)。相位和幅度可以作為 I-Q 平面中的虛線點(diǎn)在極坐標(biāo)圖或矢量坐標(biāo)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(yùn)算，來表示這個(gè)點(diǎn)。這就是 IQ調(diào)制的原理。

將載波放入到 I-Q 平面預(yù)先確定的某個(gè)位置上，然后發(fā)射已編碼信息。每個(gè)位置或狀態(tài)( 或某些系統(tǒng)中狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換) 代表某一個(gè)可在接收機(jī)上被解碼的比te碼型。狀態(tài)或符號(hào)在每個(gè)符號(hào)選擇計(jì)時(shí)瞬間( 接收機(jī)轉(zhuǎn)換信號(hào)時(shí)) 在I-Q 平面的映射稱為星座圖。參見下圖。一個(gè)符號(hào)號(hào)代表一組數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)比特; 它們是所代表的數(shù)字消息的代號(hào)。每個(gè)符號(hào)號(hào)包含的比特?cái)?shù)即每符號(hào)號(hào)比特?cái)?shù)(bpsym) 由調(diào)制格式?jīng)Q定。例如，二進(jìn)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(gè)狀態(tài)位置都應(yīng)當(dāng)顯示為單個(gè)的點(diǎn)。但由于系統(tǒng)會(huì)受到了各種損傷和噪聲的影響，會(huì)引起這些狀態(tài)發(fā)生擴(kuò)散( 每個(gè)狀態(tài)周圍有分散的點(diǎn)呈現(xiàn))。此圖顯示了 16 QAM 格式(16 正交幅度度調(diào)制) 的星座圖或狀態(tài)圖; 注意，此時(shí)有16 個(gè)可能的狀態(tài)位置。該格式使用4 比特?cái)?shù)據(jù)串， 編碼為單個(gè)幅度度/ 相位狀態(tài)或符號(hào)號(hào)。為了產(chǎn)生這一調(diào)制格式，基于被傳輸?shù)拇a，I 和Q 載波都需采用4 個(gè)不同的幅度度電平。

星座圖中的每個(gè)位置或狀態(tài)代表一個(gè)具體的比te碼型( 符號(hào)號(hào) ) 和符號(hào)號(hào)時(shí)間

在數(shù)字調(diào)制中，信號(hào)在有限數(shù)量的符號(hào)或狀態(tài)中移動(dòng)。載波在星座圖各點(diǎn)間移動(dòng)的速率稱為符號(hào)率。使用的星座狀態(tài)越多，給定比特率所需的符號(hào)率就越低。符號(hào)率十分重要因?yàn)樗砹藗鬏斝盘?hào)時(shí)所需的帶寬。符號(hào)號(hào)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(hào)號(hào) 4 比特的速率。如果無線傳輸速率為16 Mbps，則符號(hào)率= 16 (Mbps) 除以 4 比特即 4 MHz。此時(shí)提供的符號(hào)號(hào)率是比特率的四分之一和一個(gè)更高效的傳輸帶寬 ( 4 MHz 相對(duì)16 MHz)。關(guān)于數(shù)字調(diào)制的更多信息，參見本應(yīng)用指南結(jié)尾處的其它資源。

IQ調(diào)制

在數(shù)字通信中，I-Q 調(diào)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(diào)制生成信號(hào)的 I 和 Q 分量; 從根本上講，它是直角坐標(biāo)—極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的硬件或軟件實(shí)現(xiàn)。

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

以 90° 分離的信號(hào)彼此之間呈直角或正交關(guān)系。I 和 Q 信號(hào)的正交關(guān)系意味著這兩個(gè)信號(hào)是真正獨(dú)立的，它們是同一信號(hào)的兩個(gè)獨(dú)立分量。雖然Q 輸入的變化肯定會(huì)改變復(fù)合輸出信號(hào)，但不會(huì)對(duì)I 分量造成任何影響。同樣地， I 輸入的變化也不會(huì)影響到Q 信號(hào)。

IQ解調(diào)

如下圖所示，IQ解調(diào)是上圖所示的IQ調(diào)制的鏡像。IQ解調(diào)從復(fù)合 IQ調(diào)制輸入信號(hào)中恢復(fù)原始的 I和Q基帶信號(hào)。

IQ解調(diào)( 或正交檢測(cè))

解調(diào)過程的第一步是將接收機(jī) LO鎖相至發(fā)射機(jī)載頻。為了正確地恢復(fù) I 和Q基帶分量必須要把接收機(jī) LO 鎖相至發(fā)射機(jī)載波( 或混頻器 LO)。隨后，IQ調(diào)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(hào)或分量。在矢量信號(hào)分析軟件中，使用數(shù)學(xué)方法實(shí)現(xiàn)90° 相移。

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