Pag-unawa sa I / Q Signals at Quadrature Modulation

Demodulasyon ng Dalas ng Radyo
Alamin ang tungkol sa "I / Q" signal, kung paano ito ginagamit, at kung bakit sila ay kapaki-pakinabang sa mga sistema ng RF.

Ang kabanatang ito ay hindi kumpleto nang walang isang pahina sa quadrature demodulation. Gayunpaman, bago namin tuklasin ang quadrature demodulation, kailangan naming hindi bababa sa maikling talakayin ang quadrature modulation. At bago natin talakayin ang modula ng kuwadrante, kailangan nating maunawaan ang mga signal ng I / Q.

In-Phase at Quadrature
Ang salitang "I / Q" ay isang pagdadaglat para sa "in-phase" at "quadrature." Sa kasamaang palad, mayroon kaming problema sa terminolohiya. Una sa lahat, ang "in-phase" at "quadrature" ay walang kahulugan sa kanilang sarili; Ang phase ay kamag-anak, at ang isang bagay ay maaari lamang "sa yugto" o "labas ng phase" na may sanggunian sa isa pang signal o isang itinatag na sanggunian. 

Bukod dito, mayroon kaming salitang "quadrature" na inilalapat sa parehong isang senyas at ang mga pamamaraan ng modulation / demodulation na nauugnay sa signal na iyon.

Sa anumang kaganapan, ang "in-phase" at "quadrature" ay tumutukoy sa dalawang sinusoids na magkatulad na dalas at 90 ° sa labas ng yugto. Sa pamamagitan ng kombensyon, ang signal ko ay isang pang-anyo ng alon, at ang Q signal ay isang sine waveform. Tulad ng alam mo, ang isang sine wave (nang walang anumang karagdagang yugto) ay inilipat ng 90 ° na kamag-anak sa isang alon ng kosine. Ang isa pang paraan upang maipahayag ito ay na ang mga sine at cosine waves ay nasa kuwadrante.

Ang unang bagay na maunawaan tungkol sa mga I / Q signal ay palaging sila ay palaging may modyul, hindi dalas- o na-modulate. Gayunpaman, ang modyul ng I / Q na amplitude ay naiiba sa pamamaraan ng AM na tinalakay sa Kabanata 4: sa isang I / Q modulator, ang mga senyas na nagbabago sa I / Q sinusoids ay hindi inilipat sa gayon ay palaging positibo. 

Sa madaling salita, ang modyul ng I / Q ay nagsasangkot ng pagpaparami ng mga I / Q na mga alon sa pamamagitan ng modulate signal na maaaring magkaroon ng negatibong mga halaga ng boltahe, at dahil dito ang "amplitude" modulation ay maaaring magresulta sa isang 180 ° phase shift. Mamaya sa pahinang ito ay tuklasin namin ang isyung ito nang mas detalyado.

Ano ang kapaki-pakinabang sa tungkol sa amplitude-modulate ng dalawang sinusoids na 90 ° out of phase? Bakit ang lagda at demodulasyon ng I / Q? Basahin mo.

Summing ako at Q
Ako at Q senyas sa kanilang sarili ay hindi masyadong kawili-wili. Ang kagiliw-giliw na bagay ay nangyayari kapag ako at Q na mga alon ay idinagdag. Ito ay lumiliko na ang anumang anyo ng modulasyon ay maaaring isagawa sa pamamagitan lamang ng pag-iiba-iba ng amplitude — tanging ang amplitude-ng I at Q signal, at pagkatapos ay pagdaragdag ng mga ito nang magkasama.

Kung kukuha ka ng mga signal ng I at Q na may pantay na amplitude at idagdag ang mga ito, ang resulta ay isang sinusoid na may isang yugto na eksaktong nasa pagitan ng yugto ng signal ng I at ng phase ng Q signal.

 

Sa madaling salita, kung isasaalang-alang mo ang I waveform na magkaroon ng isang phase ng 0 ° at ang Q waveform na magkaroon ng isang phase ng 90 °, ang signal ng pagtagpo ay magkakaroon ng isang phase ng 45 °. Kung nais mong gamitin ang mga signal ng I at Q na ito upang lumikha ng isang amplitude-modulated waveform, simpleng amplitude mong baguhin ang indibidwal na I at Q signal. 

Malinaw na ang isang senyas ay tataas o bababa sa malawak kung nilikha ito sa pamamagitan ng pagdaragdag ng magkakasamang dalawang senyas na kaparehong pagtaas o parehong pagbawas sa malawak. 

Gayunpaman, dapat mong tiyakin na ang modyul ng amplitude na inilalapat sa signal ng I ay magkapareho sa modyul ng amplitude na inilalapat sa Q signal, dahil kung hindi sila magkapareho, magkakaroon ka ng phase shift. At dinadala namin ito sa susunod na pag-aari ng I / Q signaling.

Mula sa Amplitude hanggang Phase
Phase modulation, sa anyo ng phase shift keying, ay isang mahalagang pamamaraan sa mga modernong RF system, at ang phase modulation ay maaaring madaling makamit sa pamamagitan ng pag-iiba ng amplitude ng I / Q signal. Isaalang-alang ang mga sumusunod na plot:

 

Tulad ng nakikita mo, ang pagtaas ng amplitude ng isa sa mga alon na nauugnay sa iba pang mga sanhi ng signal ng pagsumite upang lumipat patungo sa mas mataas na alon ng alon. Ginagawa nitong intuitive na kahulugan: kung tinanggal mo ang Q waveform, halimbawa, ang pagbubuod ay magbabago hanggang sa yugto ng I waveform, dahil (malinaw naman) ang pagdaragdag ng I waveform sa zero ay magreresulta sa isang signal ng pagsumite na magkapareho sa I waveform.

Ito ay tila mula sa talakayan sa itaas na ang I / Q signaling ay maaari lamang magamit upang maglipat ng isang signal 90 ° (ibig sabihin, 45 ° sa bawat direksyon): kung ang Q amplitude ay nabawasan sa zero, ang pagbubuod ay pupunta sa lahat ng paraan papunta sa I yugto; kung ang amplitude ko ay nabawasan sa zero, ang pagpupulong ay napupunta sa buong phase. 

Kung gayon, paano natin magagamit ang mga signal ng I / Q upang lumikha (halimbawa) quadrature phase shift keying (QPSK), na gumagamit ng mga halaga ng phase na sumasaklaw sa isang saklaw na 270 °? Tatalakayin natin ito sa susunod na seksyon.

Quadrature Modulate
Ang terminong "quadrature modulation" ay tumutukoy sa modyul na batay sa paglalagom ng dalawang senyas na nasa kuwadrante. Sa madaling salita, ito ay I / Q-signal-based modulation. Gagamitin namin ang QPSK bilang isang halimbawa kung paano gumagana ang modradradasyong modulation, at sa proseso ay makikita natin kung paano makagawa ng amplitude modulation ng I / Q signal ang mga phase shift na lampas sa 90 °.

Ito ay isang pangunahing diagram ng block para sa isang QPSK modulator. Una, ang digital data stream ay naproseso upang ang dalawang magkakasunod na bits ay maging dalawang magkatulad na mga piraso. Parehong mga bits na ito ay ipapadala nang sabay-sabay; sa madaling salita, tulad ng nabanggit sa pahinang ito, pinapayagan ng QPSK ang isang simbolo na maglipat ng dalawang piraso. 

Ang lokal na oscillator ay bumubuo ng sinusoid ng carrier. Ang lokal na signal ng oscillator mismo ay naging carrier ko, at ang isang 90 ° phase shift ay inilalapat upang lumikha ng Q carrier. Ang mga carrier ng I at Q ay pinarami ng mga stream ng data ng I at Q, at ang dalawang senyas na nagreresulta mula sa mga pagpaparami ay binubuo upang makabuo ng QPSK-modulated waveform.

Ang mga daloy ng data ng I at Q ay amplitude-modulate ang mga carrier ng I at Q, at tulad ng ipinaliwanag sa itaas, ang mga indibidwal na modyul ng amplitude na ito ay maaaring magamit upang makagawa ng phase modulation sa panghuling signal. Kung ang mga daloy ng data ng I at Q ay karaniwang mga digital signal na umaabot mula sa lupa hanggang sa ilang positibong boltahe, mag-aaplay kami ng on-off keying sa mga carriers I at Q, at ang aming phase shift ay pipigilan sa 45 ° sa alinmang direksyon. 

Gayunpaman, kung ang mga daloy ng data ng I at Q ay mga signal ng bipolar - ibig sabihin, kung sila ay nag-swing sa pagitan ng isang negatibong boltahe at isang positibong boltahe - ang aming "pagkasukat ng amplitude" ay talagang inikot ang carrier tuwing mababa ang lohika ng pag-input (dahil ang negatibong boltahe sa pag-input pinarami ng carrier ay nagreresulta sa pagbaligtad). Nangangahulugan ito na magkakaroon tayo ng apat na estado ng I / Q:

* Ako normal at Q normal

* Ako normal at Q inverted

* Bumalik ako at Q normal

* Bumalik ako at Q inverted

Ano ang magagawa ng pagbubuod sa bawat isa sa mga kasong ito? (Tandaan na sa mga sumusunod na plots ang dalas ng mga alon ay pinili tulad ng ang bilang ng mga segundo sa x-axis ay kapareho ng phase shift sa mga degree.)

Ako Normal at Q Normal

 

Ako Normal at Q Inverted


 

Inverted ako at Q Normal


 

Inverted ako at Q Inverted




Tulad ng nakikita mo, ang pagbubuod sa mga apat na kaso na ito ay gumagawa ng eksaktong nais namin na magkaroon ng isang signal ng QPSK: ang mga shift ng phase na 45 °, 135 °, 225 °, at 315 °.


Buod

Ang senyas ng I / Q ay tumutukoy sa paggamit ng dalawang sinusoids na may parehong dalas at isang kamag-anak na phase shift ng 90 °.

* Amplitude, phase, at frequency modulation ay maaaring isagawa sa pamamagitan ng pag-summit ng amplitude-modulated I / Q signal.

* Ang Quadrature modulation ay tumutukoy sa modulation na nagsasangkot ng mga signal ng I / Q.

* Ang Quadrature phase shift keying ay maaaring magawa sa pamamagitan ng pagdaragdag ng mga operator ng I at Q na isa-isa na pinarami, alinsunod sa papasok na digital data, sa pamamagitan ng +1 o –1.

Mag-iwan ng mensahe 

Listahan ng Mensahe