Квадратурный модулятор и формат IQ

В цифровой связи модуляция часто выражена в терминах I и Q. I – синфазный сигнал, Q – квадратурный сигнал. Это прямоугольное представление полярной системы координат. В полярной диаграмме ось I лежит на опорной оси абсцисс с нулевым фазовым углом, а ось Q повернута на 90 градусов.

квадратурный модулятор

Проекция вектора сигнала на ось I является его I компонентой, а его проекция на ось Q является, в свою очередь, его Q компонентой.

Диаграмма I/Q особенно полезна, поскольку она отображает траектории большинства сигналов цифровой связи, созданных при использовании I/Q модулятора. В передатчике I/Q сигналы смешиваются с сигналом местного гетеродина. Фазовращатель на 90 градусов размещен на одном из
выходов местного гетеродина. Сигналы, разность фаз между которыми составляет 90 градусов, ортогональны друг другу; часто их называют квадратурными сигналами. Сигналы, находящиеся в квадратуре, не интерферируют между собой. Они являются двумя независимыми компонентами сигнала. После модулирования они суммируются в смешанный выходной сигнал. Существуют два независимых сигнала I и Q, которые могут быть переданы и приняты достаточно простыми аппаратными средствами. Это упрощает разработку устройств цифровой радиосвязи. Главным преимуществом I/Q (квадратурной) модуляции является симметричная простота комбинирования двух независимых сигнальных компонент в один смешанный сигнал и последующее разбиение этого смешанного сигнала на две независимые компоненты.

квадратурный модулятор

Смешанный сигнал с магнитудной и фазовой информацией (или I и Q) поступает на вход приемника. Входной сигнал смешивается с сигналом местного гетеродина на несущей частоте в двух формах. Один с произвольной нулевой фазой, другой имеет фазой сдвиг 90 градусов относительно первого. Смешанный входной сигнал (в терминах магнитуды и фазы) таким образом разбивается на синфазную (I) и квадратурную (Q) компоненты. Эти две компоненты сигнала являются независимыми и ортогональными. Одна компонента может быть изменена независимо от другой. Обычно информация не может быть представлена в полярных координатах и переведена в прямоугольные величины без полярно-прямоугольного преобразования координат. Это преобразование более точно показывает, для чего нужны процессы смешения синфазных и квадратурных компонент в цифровой радиосвязи. Местный гетеродин, фазовращатель и два смесителя способны выполнять преобразование с заданной точностью и эффективностью.

квадратурный демодулятор

Цифровую модуляцию достаточно просто реализовать при помощи квадратурного модулятора. В большинстве цифровых видов модуляции данные отображаются в виде множества дискретных точек на квадратурной плоскости. Они известны как точки созвездия. Одновременная амплитудная и фазовая модуляция проявляется обычно как движение сигнала от одной точки к другой. Реализация данной схемы при помощи амплитудного и фазового модулятора представляется сложной и трудоемкой. При помощи стандартного фазового модулятора это также невозможно. Сигнал, в принципе, может вращаться вокруг начала координат всегда в одном направлении, требуя бесконечную способность к фазовому сдвигу. По-другому, одновременно амплитудную и фазовую модуляции легко выполнить в квадратурном модуляторе. Управляющие синфазный сигнал I и квадратурный сигнал Q связаны, но при правильном фазировании I и Q возможно бесконечное вращение фазы.




Об авторе admin

Инженер. Окончил НГТУ по специальности "Радиосвязь, телевидение и радиовещание". С 2003 г. занимаюсь разработкой электронной начинки различных радиотехнических устройств и приборов.
Запись опубликована в рубрике Все статьи, Цифровая модуляция - это просто! с метками , , . Добавьте в закладки постоянную ссылку.

6 комментариев на «Квадратурный модулятор и формат IQ»

  1. FlexS говорит:

    Спасибо за обстоятельную статью. Написано просто ясно и понятно. Зд’орово одним словом)))

  2. Алексей говорит:

    Уважаемый admin!
    Прочитал Вашу статью. Более менее понятно. Спасибо.
    Возникли вопросы. Первый:
    интересует как выглядит спектр после квадратурной модуляции (для разных параметров модуляции – понимаю если правильно – индекс модуляции здесь не при чём). Присутствует ли в спектре частота несущего. после перенесения в ВЧ? Если не переносить в ВЧ?
    Второе: Поскольку информация передаётся на ортогональных сигналах, следовательно модулируя эти две составляющие этим самым я могу передавать больше информации. Пример: стерео сигнал правый и левый на I и Q. Я прав?
    Заранее спасибо с уважением Алексей.

    • admin говорит:

      Как мне представляется, спектр после модуляции может выглядеть, например, как график функции (модуль sinx/x), или нечто похожее. Т.е. главный лепесток, и второстепенные. Более подробно этот вопрос не изучал, к сожалению, пока только планирую.
      Если вы имели ввиду ширину спектра, то чем больше параметр модуляции (чем больше позиций), тем уже спектр потребуется для передачи той же информации.
      Насчет присутствия в спектре несущей – наверняка присутствует, каким уровнем – не могу сказать.
      Зачем нужно не переносить на ВЧ? Ведь переносом на ВЧ мы решаем основную проблему передачи – нехватка частот. На ВЧ – больше полос, да и дешевле передача, меньше антенна и тд.
      Насчет стерео не силён, боюсь ошибиться, но ведь там разница между каналами какая? 180 град или я ошибаюсь? Разница между I/Q = 90 град. поэтому пока тоже ничего полезного сказать не могу.

  3. Eugene говорит:

    Местный осциллятор X-D

Оставить комментарий