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IQ 调制(转)

已有 24898 次阅读| 2011-8-1 22:45

在通信系统中, (语音信号)就是调变和解调变所要传送的信息。而在数字通信系统中,传送的信息是数据。数字调变是将数据数据载在射频载波的过程,而解调变则是将数据数据从射频信号中取出的过程。

射频载波信号A cos(2πfct+θ)可供改变的参数只有振幅、频率和相位三种。改变载波振幅的调变方式称为调幅(AM);改变载波频率方式称为调频(FM);改变载 波相位的调变方式称为相位调变(PM)。由于相位的微分即是频率,所以载波信号的振幅和相位可以说是两个主要的调变变量。如果把调变中载波振幅和相位的信 息记录下来,并以二维空间的两个变量分别代表振幅和相位,那么极坐标上任意点到原点的距离和相角,正好可以代表载波的振幅和相位,也可以说是代表载波的调 变情况。

极坐标方式的调变表示方法可转 化为直角坐标方式,也就是I-Q图。载波振幅和相位可记录为二维空间上的一点,而这一点所代表的向量,在横轴和纵轴上的投影分别为I值和Q值。I为同相位 (In-phase)分量,代表向量在横轴上的投影;Q为90度相移(Quadrate)分量,代表向量在纵轴上的投影。


I-Q的调变信号可由同相载波 和90度相移的载波相加合成,在电路上下直接牵涩到载波相位的改变,所以比较好实现.其次,通常I-Q图上只有几个固定点,简单的数字电路就足以腾任编码 的工作。而且不同调变技术的差异只在于I-Q图上点的分布不同而已,所以只要改变I-Q编码器,利用同样的调变器,便可得到不同的调变结果。

I-Q解调变的过程也很容易, 只要取得和发射机相同的载波信号,解调器的方块图基本上只是调变器的反向而已。从硬件的开点而言,调变器和解调器的方块图上,没有会因为I-Q值的不同 (不同的I-Q调变技术)而必须改变的部份,所以这两个方块图可以应用在所有的I-Q调变技术中。

BPSK(Bi-Phase Shift keying)为最简单的数字元题调变方式,如图6-5。当基频数据为1时,载波的振幅不变,相位也不改变.当基频数据为0时,载波的振幅还是不变,但相 位改变180度.如果数据1和0交互传送,载波相位就会有180度的大转换,造成信号不连续。所以BPSK调变后的信号频宽较大.BPSK的I-Q图或星 座图(constellation diagram)上只有两个点,分别在原点的两侧,两点和原点的距离相同,但是相位差180度。

QPSK(Quadrature Phase Keying)在星座图上有四点,以原点为中心, 构成一个正方形,如图6-6。星座图上四点到原点的距离相同,所以载波的振幅没有改变,只改变了相位。由于星座图上只有四个点,即有四种可能调变的状况, 每种状况可用两个数据位来代表。

定义I-Q图上的每一个点为一 个符号(symbol),图上点出现的频率即为符号传输速率(symbol rote)或是鲍率(boud rate),也就是实际载波改变的速率。在QPSK中,每个符号代表两个数据位,所以数据传输速率(bit rate)为符号传输速率的两倍。反过来说,符号传输速率为数据传输速率的一半。如果已知一个符号代表几个数据位,那么符号传输速率即为数据传输速率除以 一个符号所代表的数据位数。

调变后信号的频宽和符号传输速率成正比,而QPSK将载波直接作180度变化的机会相对比BPSK少,在同样的符号传输速率下,QPSK所占的频宽会比较小一点,但实际上数据传输速率却是BPSK的两倍。

FSK(Frequency Shift Keying)是FM的数位元,如图6-9。传送数据为1和0各代表一个载波频率,载波振幅则一直不变.利用现有的FM解调技术,就可以很容易的取回基频的数据数据。

MSK(Minimum Shift Keying)是一个特殊的FSK,其中资料1和0所代表载波频率间的差距△f,为数据传输速率的1/2。MSK也可以看做是QPSK的一种变形。MSK 在星座图上和QPSK一样有四点,但是点的移动每次只能向前或向后移动90度,不能作对角线的移动,也就是说,载波的相位不会有180度的变化,所以调变 后信号频谱比较不会散开,频率的利用也就更有效率。

一、概述

---在无线通信系统的发射机中,对于功率放大器的要求是高线性度和高功率转换效率。而传统类型的功率放大器,线性度和功率转换效率需折衷选择。对应于这样的需求,采用极化调制方式实现发射机得到了比较广泛的应用。

---

极化调制是除了IQ调制之外, 采用相位调制和幅度调制结合的方式来实现数字调制的方法,其优点是可以提高发射机效率,提供较高的稳定性,并且适用于各种数字调制如GMSK、8PSK、 QPSK等所产生的IQ信号。尤其是在将现存的GSM设备或模块升级为EDGE的应用中。在GSM调制器中,相位调制功能已存在,而幅度调制可以通过控制 功率放大器的增益来实现。从而射频电路无须改动很大就可以实现EDGE的功能。

---在极化调制中,调制信号以时变幅度和相位的形式表示。其相位信息用来进行相位调制,然后将该信号输入功率放大器,通过控制功率放大器的偏置或供电电压来实现幅度调制。

---在采用极化调制实现的 RF发射机中,对其功率放大器进行测试时,需要两个输入信号,即相位调制的RF信号和相对应的幅度信息。现代的数字调制信号源一般均采用IQ调制器,因 此,这种信号源不能直接产生极化调制的信号。通常的方法是用信号源产生相位调制的射频信号,再用一低频信号进行相应的幅度调制。而 Rohde&Schwarz公司的数字信号源SMU200A具有双通道的功能,可以非常方便地用一台仪器产生测试所需要的两个信号,并且可以保证 基带相位信息和幅度信息严格同步,从而为极化调制的放大器提供了简便易行的测试功能。

 二、采用SMU200A产生极化调制信号

---2.1 SMU200A的配置要求

---

如图2所示,在SMU200A中,需要两个IQ信号发生器和一路射频通道。

---2.2 极化调制信号的产生

---由图3可知,首先采用SMU200A的路径A产生相位调制的RF信号。因为SMU200A中所采用的是IQ调制器,所以,需要将基带信号的时变相位信息转换成I和Q信号的值。

---iA(t)=cosj(t)

---qA(t)=-sinj(t)

---该组IQ的值被保存为波形文件,存储在通道A的任意波形发生器中,然后选择该文件进行信号的产生,此时,通道A的RF输出信号为相位调制信号。

---与之相对应,SMU200A的通道B产生时变的幅度信号,也需将其转换成I和Q的值,以波形文件的形式保存。

---iB(t)=r(t)

---qB(t)=0

---由通道B所产生的I信号对应了时变的幅度信号,与被测功率放大器的偏置或供电端口相连,就可以对其进行幅度调制。

---需要注意的是,波形文件A和B必须采用相同的采样速率和相同的采样点数,才能保证相位信息和幅度信息一一对应,实现正确的极化调制。

---2.3 信号的同步

---

因为在上述的方案中,两个通道中的IQ信号分别对应了调制信号的相位和幅度信息,所以为了实现两个信号的同步,须进行必要的触发设置。

---首先,通道B设置为外触发状态,触发信号为通道A的信号,从而可以保证两个IQ信号同时产生。

---其次,因为通道A的信号经过了RF路径,而通道B的信号直接到达放大器,所以两个路径存在微小的时延,从而在通道B中需要设置必要的触发延迟,具体的延迟需根据测试装置来判定。

 

 

三、IQ信号的转换

 ---如果要采用IQ调制的IQ信号实现极化调制,还必须进行IQ信号的转换。

---IQ信号与其模值和相位的关系为:

---I(t)=r(t)·cosj(t)

---Q(t)=-r(t)·sinj(t)

---根据2.2节的讨论,可知:

---iA(t)=1/√I2(t)+Q2(t)·I(t)

---qA(t)=1/√I2(t)+Q2(t)·Q(t)

---iB(t)=√I2(t)+Q2(t)

---qB(t)=0

---其中:

---r(t)=√I2(t)+Q2(t)

---

可见,根据以上关系式,就可以将现存的IQ信号直接变换为极化调制所需要的两个通道的IQ值。


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发表评论 评论 (2 个评论)

回复 lwt231 2013-4-16 19:43
讲的还是很清楚的,但是好像是复制过来的,没有相应的图片,所以一些关键的部分讲的还是有些问题,不太好理解!~

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