IQ 调制

 

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。

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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

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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

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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)

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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。