I/Q信號(hào)，即“In-Phase”和“Quadrature”的縮寫，是射頻通信和信號(hào)處理領(lǐng)域中至關(guān)重要的概念。然而，這一術(shù)語(yǔ)背后隱藏著一些深?yuàn)W的原理，本文將深入探討I/Q信號(hào)的特性以及它們?cè)谡徽{(diào)制中的廣泛應(yīng)用。

I/Q信號(hào)的本質(zhì)

“I”代表“In-Phase”，“Q”代表“Quadrature”，但這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)本身并沒(méi)有獨(dú)立的意義。相位是相對(duì)的，而“同相”和“正交”只有在相對(duì)于另一個(gè)信號(hào)或參考點(diǎn)時(shí)才有意義。此外，“正交”一詞既用于描述信號(hào)，又用于描述與該信號(hào)相關(guān)的調(diào)制/解調(diào)技術(shù)，這為術(shù)語(yǔ)帶來(lái)了一些混淆。

在基本層面上，“同相”和“正交”描述了兩個(gè)具有相同頻率且相位相差90°的正弦波，其中I信號(hào)是余弦波，Q信號(hào)是正弦波。這兩者相互正交，或者說(shuō)相互位于“四分之一波長(zhǎng)”的相位關(guān)系中。

需要理解的第一件事是，I/Q信號(hào)始終是幅度調(diào)制的，而非頻率或相位調(diào)制。在I/Q調(diào)制器中，調(diào)制I/Q正弦波的信號(hào)不會(huì)使它們始終為正。換句話說(shuō)，I/Q調(diào)制涉及將I/Q波形乘以可能具有負(fù)電壓值的調(diào)制信號(hào)，因此“幅度”調(diào)制可能導(dǎo)致180°相移。

I/Q信號(hào)的疊加

當(dāng)考慮 I 和 Q 信號(hào)本身時(shí)，它們并不具有很大的趣味性。然而，有趣的是當(dāng)引入 I 和 Q 波形時(shí)。實(shí)際上，順利獲得簡(jiǎn)單地改變 I 和 Q 信號(hào)的振幅（僅振幅），然后將它們相加，可以實(shí)現(xiàn)任何形式的調(diào)制。

如果將相等振幅的 I 和 Q 信號(hào)相加，結(jié)果將是一個(gè)正弦曲線，其相位位于 I 信號(hào)相位和 Q 信號(hào)相位之間。

換句話說(shuō)，假設(shè) I 波形的相位為0°，Q 波形的相位為90°，那么相加信號(hào)的相位將為45°。要?jiǎng)?chuàng)建調(diào)幅波形，只需對(duì)單個(gè) I 和 Q 信號(hào)進(jìn)行調(diào)幅。顯然，順利獲得將兩個(gè)振幅相加或減去的信號(hào)來(lái)創(chuàng)建信號(hào)，將導(dǎo)致信號(hào)的振幅增加或減小。然而，必須確保應(yīng)用于 I 信號(hào)的幅度調(diào)制與應(yīng)用于 Q 信號(hào)的幅度調(diào)制相同，以避免相移問(wèn)題。

振幅到相位

相位調(diào)制以相位移鍵控的形式實(shí)現(xiàn)，在現(xiàn)代射頻系統(tǒng)中扮演著重要的角色，順利獲得調(diào)整 I/Q 信號(hào)的振幅，相位調(diào)制可以得以便捷實(shí)現(xiàn)

正如 ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 所分析的，順利獲得增加一個(gè)波形相對(duì)于另一個(gè)波形的振幅，會(huì)導(dǎo)致總和信號(hào)偏移到振幅更高的波形。這個(gè)現(xiàn)象非常直觀：如果 ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 去除 Q 波形，總和信號(hào)將直接跟隨著 I 波形的相位，因?yàn)閷?I 波形與零相加將得到與 I 波形相同的總和信號(hào)。

從上述討論中， ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 得出一個(gè)重要結(jié)論：I/Q 信號(hào)在信號(hào)處理中可以用于將信號(hào)偏移 90°（即每個(gè)方向 45°）。這意味著，如果 Q 的振幅減小到零，總和信號(hào)將持續(xù)偏移到 I 的相位；反之亦然，如果 I 的振幅減小到零，總和信號(hào)將不斷偏移到 Q 的相位。

順利獲得靈活地增加或減小各自波形的振幅， ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 可以在 I 和 Q 信號(hào)之間實(shí)現(xiàn)相位的變化。這一過(guò)程賦予了信號(hào)處理者更多的控制權(quán)，使其能夠根據(jù)需要調(diào)整信號(hào)的性質(zhì)。這樣的靈活性在許多應(yīng)用中都非常有用，特別是在通信和雷達(dá)等領(lǐng)域，其中需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行精確的調(diào)整和控制。

正交調(diào)制

正交調(diào)制”是指基于兩個(gè)正交信號(hào)之和的調(diào)制。換句話說(shuō)，它是基于I/Q信號(hào)的調(diào)制。 ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 將以QPSK為例來(lái)說(shuō)明正交調(diào)制的工作原理，在此過(guò)程中， ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 將看到I/Q信號(hào)的幅度調(diào)制如何產(chǎn)生超過(guò)90°的相移。

這是QPSK調(diào)制器的基本框圖，其過(guò)程如下：

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流處理： 第一時(shí)間，對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流進(jìn)行處理，將兩個(gè)陸續(xù)在的位變換為兩個(gè)并行的位。這兩個(gè)位將同時(shí)傳輸，即QPSK允許一個(gè)符號(hào)傳輸兩個(gè)位。

本地振蕩器生成載波： 本地振蕩器生成一個(gè)載波正弦波。這個(gè)本振信號(hào)本身成為I載波，并施加90°相移以產(chǎn)生Q載波。

I和Q數(shù)據(jù)流與載波相乘： 將I和Q載波分別與I和Q數(shù)據(jù)流相乘。這兩個(gè)乘法操作產(chǎn)生兩個(gè)信號(hào)，然后將這兩個(gè)信號(hào)相加以產(chǎn)生QPSK調(diào)制波形

I 和 Q 數(shù)據(jù)流對(duì) I 和 Q 載波進(jìn)行幅度調(diào)制，如上所述，這些單獨(dú)的幅度調(diào)制可用于在最終信號(hào)中產(chǎn)生相位調(diào)制。如果 I 和 Q 數(shù)據(jù)流是從地延伸到某個(gè)正電壓的典型數(shù)字信號(hào)， ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 將對(duì) I 和 Q 載波應(yīng)用開關(guān)鍵控，并且 ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 的相移將在任一方向上限制在 45°。但是，如果 I 和 Q 數(shù)據(jù)流是雙極性信號(hào)，即如果它們?cè)谪?fù)電壓和正電壓之間擺動(dòng)，則每當(dāng)輸入數(shù)據(jù)為邏輯低電平時(shí)， ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 的“幅度調(diào)制”實(shí)際上是在反相載波（因?yàn)樨?fù)輸入電壓乘以載波會(huì)導(dǎo)致反轉(zhuǎn)）。這意味著 ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 將有四種 I/Q 狀態(tài)：

I 正常 和 Q 正常，I 正常 和 Q 反相，I 反相 和 Q 正常，I 反相 和 Q 反相

I 正常 和 Q 正常

I 正常 和 Q 反相

I 反相 和 Q 正常

I 反相 和 Q 反相

在這四種情況下，總和產(chǎn)生的效果正是 ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 在 QPSK 信號(hào)中希望得到的：相位分別為 45°、135°、225° 和 315°。

參考文獻(xiàn)：Practical Guide to Radio-Frequency Analysis and Design

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