原创 [轉]IQ 调制小文

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

    射频载波信号Acos(2πfct+θ)可供改变的参数只有振幅、频率和相位三种。改变载波振幅的调制方式称为调幅(AM);改变载波频率方式称为调频(FM);改变载波相位的调制方式称为相位调制(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制变量。如果把调制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制情况。

     极坐标方式的调制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的调制信号可由同相载波和90度相移的载波相加合成,在电路上下直接牵涉到载波相位的改变,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胜任编码的工作。而且不同调制技术的差异只在于I-Q图上点的分布不同而已,所以只要改变I-Q编码器,利用同样的调制器,便可得到不同的调制结果。

          I-Q解调的过程也很容易,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制器的反向而已。从硬件的开发而言,调制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调制技术)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调制技术中。

     BPSK(Bi-Phase Shift keying)为最简单的数字调制方式。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调制后的信号频带较大.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。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,即有四种可能调制的状况,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)或是波特率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。

        调制后信号的频带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所占的频带会比较小一点,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。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,所以调制后信号频谱比较不会散开,频率的利用也就更有效率。