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為什么要采用IQ調(diào)制解調(diào)

06/25 08:30
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IQ調(diào)制解調(diào)是屬于零中頻架構(gòu)的一部分,調(diào)制是實現(xiàn)信號傳輸的關(guān)鍵步驟。IQ調(diào)制是一種將信號從基帶轉(zhuǎn)換到高頻載波的技術(shù)。其中,I代表同相(in-phase),Q代表正交(quadrature)。在IQ調(diào)制過程中,原始信號被映射到二維直角坐標(biāo)系上,形成同相和正交分量。這些分量與載波信號進(jìn)行調(diào)制,以實現(xiàn)信號的頻譜搬移。

那么為什么要用IQ調(diào)制呢?

調(diào)制過程:

1.將輸入的原始基帶信號進(jìn)行正交分解,得到兩個正交分量(I,Q)。

2.將得到的正交信號與載波信號分別相乘,然后相加,得到已調(diào)信號。

我們都知道對于數(shù)字信號來說真正的信號就是0和1,但是數(shù)字信號無法進(jìn)行無線遠(yuǎn)程傳輸,需要將0和1搭載在載波上(變成模擬信號)才能傳輸

即cosω0t

一個模擬信號有三個衡量的維度,相位,頻率和幅度。Acos(ω0t +θ)

一個信號cosω0t,根據(jù)傅里葉變換,F(xiàn)(t)=Aπ[δ(ω+ω 0 )+δ(ω?ω 0)]

一個信號f=Asinω0t? 根據(jù)傅里葉變換, F(t)=Ajπ[δ(ω+ω 0 )-δ(ω?ω 0)]

可以看到模擬信號,不管是sin還是cos,在頻域都包含了負(fù)頻域。

一個復(fù)信號f=Aejω0t=Acosω0t +Ajsinω0t 傅里葉變換F(t)=2πAδ(ω-ω 0 )

可以看到復(fù)信號即IQ調(diào)制方式,經(jīng)過傅里葉變換后只包含正頻域部分。

1.負(fù)頻率只有數(shù)學(xué)上的意義,并不實際占用帶寬,但是基帶信號調(diào)制到高頻之后,形成了關(guān)于ω0的對稱頻譜,原來的負(fù)頻率信號就占用了實實在在的頻率資源。

2.如果一個實信號的單邊頻帶寬B,考慮到負(fù)頻率頻譜,實際占的頻譜區(qū)域就是±B,所以通信中傳輸這樣的信號就需要占用2B的頻帶寬度。

從信號的角度分析來總結(jié),IQ調(diào)制降低了信號的帶寬,提升了頻譜的利用率。

IQ解調(diào)的過程

解調(diào)是把頻譜向下搬移,現(xiàn)代通信都是數(shù)字信號,數(shù)字信號是沒有中頻的, 需要將頻帶內(nèi)的信號的譜結(jié)構(gòu)原封不動的下移到零中頻 。

但是,將接收到的實信號直接變到零中頻是不行的 ,因為實信號存在共軛對稱的雙邊譜,隨著載頻的下移,正、負(fù)相互接近,到中頻小于信號頻帶一半時,兩部分譜就會發(fā)生混疊。

解調(diào)過程:

1.在接收端,將接收到的已調(diào)信號與本振信號進(jìn)行混頻,得到中頻信號。

2.?將中頻信號進(jìn)行正交分解,得到兩個正交分量(I,Q)。

3.將得到的正交信號分別通過低通濾波器,提取出原始基帶信號的正交分量(I,Q)。

4.將提取出的正交分量(I,Q)相加,得到原始基帶信號。

而IQ解調(diào)不同,因為I和Q信號是正交的,雖然幅度相同,但是因為相位相差90°,不會發(fā)生混疊的現(xiàn)象。

綜上所述

IQ調(diào)制解調(diào)的優(yōu)點(diǎn)是:

帶寬降一半,頻譜利用率高,現(xiàn)代通信,頻譜資源是非常緊張的,在有效傳輸信息一樣的情況下,帶寬減半,意義重大。

ADC的采樣率降一半,因為帶寬減半,采樣率相對而言也減半,同樣的ADC的功率也會降低,對于追求高功率,低功耗的產(chǎn)品設(shè)計來說,功耗也相當(dāng)重要。

避免發(fā)生采樣頻譜混疊。

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