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一文读懂IQ调制技术:概念、优势及符号速率与比特率之间的关系

微波射频网  · 公众号  ·  · 2024-06-05 10:12

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实践证明,IQ 调制技术可以担当此重任,我们不去深究何时引入IQ 调制技术,而是把目光聚焦在IQ 调制与传统的调制相比有哪些优势。

之所以采用 IQ 调制,主要考虑到如下优势:

(1)   IQ调制可以通过 提高符号速率 或者 采用高阶调制 实现更高的数据速率,非常方便灵活,这是传统的模拟调制所远远不及的。

(2)   实现高速通信时, IQ 调制更加易于实现 。IQ 调制可以非常方便地将符号映射至矢量坐标系中,从而完成数字调制;同理,在接收侧也可以非常方便地根据符号映射解调出原始数据比特流。

(3) IQ 调制具有更高地频谱利用率 。如何理解呢?

这一优势是相对于普通调制而言的,从整个IQ 调制过程来看,I 路或者Q 路都是普通调制,IQ 调制实际上是两个特殊普通调制的合成。图2给出了IQ 调制器架构示意图,每一个支路上都包含一个上变频器,二者共用一个本振源,只是两路本振信号是正交的关系。上变频之前的输入信号称为 基带 I 信号 基带 Q 信号 ,上变频且合路之后的信号通常称为射频调制信号。

为了具有普遍适用性,假设IQ 调制的数据源为 伪随机码 ,此时基带I 信号和基带Q 信号的频谱是相同的,带宽均为 B ,二者均携带信息而且信息量相同。IQ 调制采用 零中频 架构,每一路上变频之后带宽翻倍至 2B ,但是携带的信息不变。合路后,射频调制信号带宽仍然为 2B ,但是相对于单路调制而言,携带的信息量翻倍了。因此,IQ调制具有更高的频率利用率!

图2.  IQ 调制器示意图

为了便于理解,下面以QPSK调制为例进一步说明。从效能上讲,QPSK调制相当于两路BPSK调制的合成,I 路调制为一路BPSK,Q 路调制为另一路BPSK。如前所述,I 路调制和Q 路调制均为普通调制。从带宽上看,QPSK对应的射频调制信号带宽与I 或Q 路BPSK调制信号带宽相同;但是从数据速率上看,QPSK调制是BPSK调制的两倍。因此,IQ 调制相对于普通调制具有更高的频率利用率!

图3.  QPSK调制相当于两路BPSK调制的合成

(4)   IQ调制采用 零中频 架构,经过调制之后 无需使用滤波器抑制镜频边带, 设计更加灵活方便。对于其它收发机架构,比如超外差架构,由于中频不为0,经过上变频后,会存在较强的边带分量,还需要专门的镜频抑制滤波器进行滤波,这将使得设计更加复杂。







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