0
  • 聊天消息
  • 系統(tǒng)消息
  • 評(píng)論與回復(fù)
登錄后你可以
  • 下載海量資料
  • 學(xué)習(xí)在線課程
  • 觀看技術(shù)視頻
  • 寫文章/發(fā)帖/加入社區(qū)
會(huì)員中心
創(chuàng)作中心

完善資料讓更多小伙伴認(rèn)識(shí)你,還能領(lǐng)取20積分哦,立即完善>

3天內(nèi)不再提示

深度解讀正交調(diào)制可用于實(shí)現(xiàn)無數(shù)種調(diào)制方案

電子設(shè)計(jì) ? 來源:EDN ? 作者:Bob Witte ? 2021-04-19 17:01 ? 次閱讀

作者:Signal Blue LLC總裁Bob Witte撰文

調(diào)制對(duì)于電子通信至關(guān)重要。調(diào)制信號(hào)本質(zhì)上可以是模擬的(語音或音樂)或數(shù)字位流。大多數(shù)現(xiàn)代通信系統(tǒng)都是數(shù)字的,使用離散的幅度或相位電平來表示正在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。可以可靠地從發(fā)送器傳輸?shù)?a target="_blank">接收器的獨(dú)特條件越多,在給定的時(shí)間段內(nèi)可以發(fā)送的數(shù)據(jù)越多。正交調(diào)制廣泛用于5G及以下的數(shù)字通信系統(tǒng)。

調(diào)制背后的基本思想是通過調(diào)制信號(hào)來控制RF載波的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)。在數(shù)學(xué)上,我們可以這樣表示:

o4YBAGB9RWiANWtmAAAogM6Ygj8337.png

其中:
a(t)是調(diào)幅(AM)項(xiàng)
Θ(t)是調(diào)相(PM)項(xiàng)
fc是載頻

該信號(hào)的幅度由a(t)控制,相位由Θ(t)控制。為了實(shí)現(xiàn)幅度調(diào)制(AM),我們將調(diào)制信號(hào)應(yīng)用為a(t),并將Θ(t)設(shè)置為零。類似地,調(diào)相(PM)信號(hào)將具有設(shè)置為常數(shù)的(t),并且調(diào)制信號(hào)將被施加至Θ(t)?,F(xiàn)在,我們將忽略頻率調(diào)制(FM),但將顯示可以使用PM創(chuàng)建FM。

矢量表示
矢量表示是通過定義同相(I)和正交(Q)分量來表示調(diào)制信號(hào)的便捷方法。

使用觸發(fā)身份:

圖1以圖形方式顯示了這一點(diǎn),其中I分量在水平軸上,而Q分量在垂直軸上。這種格式對(duì)EE來說應(yīng)該很熟悉,它基于正弦和余弦函數(shù)之間的90度相位偏移。

pIYBAGB9RZKAGTO1AAAnu0XpP0Y872.png

圖1:矢量圖表示調(diào)制信號(hào)的幅度和相位。(改編自參考文獻(xiàn)1)

通過以下等式,調(diào)制信號(hào)的幅度和相位與I和Q分量相關(guān):

o4YBAGB9RaWAOQ6IAABD6r7i0-4320.png

我在方程式中保留了“(t)”,以強(qiáng)調(diào)這些變量是時(shí)間的函數(shù),通常會(huì)根據(jù)所應(yīng)用的調(diào)制而變化。對(duì)于經(jīng)典AM,可以想象矢量在長(zhǎng)度(振幅)上變化而相位角保持不變的情況。對(duì)于PM,請(qǐng)想象相反的情況:矢量的振幅保持恒定,但是角度根據(jù)調(diào)制而變化。用力蹲下,您可以看到矢量實(shí)時(shí)移動(dòng)。

現(xiàn)在,這似乎只是一堆瑣事,但正交調(diào)制通常是在具有框圖的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的,如圖2所示。

pIYBAGB9RbGAMFfCAADJM_TShYk864.png

圖2:正交調(diào)制器使用正弦和余弦函數(shù)來調(diào)制振蕩器的載波。

我們可以將i(t)視為控制同相(余弦)部分,將q(t)視為控制正交(正弦)部分。將它們加在一起可創(chuàng)建所需的輸出信號(hào)??梢允褂媚M或數(shù)字技術(shù)(或兩者的組合)來實(shí)現(xiàn)此框圖。已經(jīng)使用這兩種方法創(chuàng)建了實(shí)用的系統(tǒng),但是毫不奇怪,明顯的趨勢(shì)是使用數(shù)字電路數(shù)字信號(hào)處理。

圖2表示正交調(diào)制系統(tǒng)的發(fā)送端。在接收端,將有一個(gè)相應(yīng)的正交檢波器,該檢波器從調(diào)制波形中提取I和Q信號(hào)。

數(shù)字調(diào)制
正交調(diào)制可用于實(shí)現(xiàn)無數(shù)種調(diào)制方案,但對(duì)于數(shù)字調(diào)制具有最大的價(jià)值。例如,使用向量的相位的數(shù)字調(diào)制被稱為相移鍵控(PSK)。

圖3顯示了PSK的兩個(gè)示例:4-PSK使用四個(gè)不同的相位來產(chǎn)生四個(gè)調(diào)制狀態(tài)。(請(qǐng)注意,幅度保持恒定。)圖3僅顯示了矢量的尖端將落在的位置,這是顯示這些狀態(tài)的常用方法。這種類型的圖通常稱為星座圖。因?yàn)檎{(diào)制格式具有四個(gè)可能的狀態(tài),所以每個(gè)調(diào)制狀態(tài)都可以表示兩個(gè)二進(jìn)制值(在圖中顯示為00、01、10、11)。

pIYBAGB9ReuAVAZ8AAAXmRghFjo083.png

圖3:簡(jiǎn)單PSK信號(hào)的星座圖(來自參考文獻(xiàn)3)

圖3還顯示了8-PSK,它使用相位調(diào)制來創(chuàng)建八個(gè)調(diào)制狀態(tài)。該圖顯示了三位的邏輯狀態(tài)。具有更多的調(diào)制狀態(tài)可以使系統(tǒng)在給定的時(shí)間內(nèi)傳輸更多位的信息(以存在噪聲的情況下增加的錯(cuò)誤率為代價(jià))。

正交幅度調(diào)制(QAM)同時(shí)使用幅度和相位來添加其他調(diào)制狀態(tài)。圖4顯示了16-QAM(具有16種狀態(tài))。想象一下我們的調(diào)制矢量在跳動(dòng),基于數(shù)字調(diào)制指向這些狀態(tài)中的每一個(gè)。為了簡(jiǎn)化起見,圖中未顯示邏輯值,但是將調(diào)制狀態(tài)映射為16個(gè)值,代表4位信息。

o4YBAGB9RfSABZVFAAANmIJ-BCY538.png

圖4:16-QAM信號(hào)的星座圖(來自參考文獻(xiàn)3)

FM呢?
如您所見,調(diào)制載波的幅度和相位是創(chuàng)建調(diào)制載波的一種靈活方法。盡管FM是1920年代的一種古老技術(shù),但今天仍然在廣播和陸地移動(dòng)無線電等應(yīng)用中使用FM。我們?nèi)绾问褂谜徽{(diào)制實(shí)現(xiàn)FM?

通常,瞬時(shí)頻率是瞬時(shí)相位的導(dǎo)數(shù)(參考文獻(xiàn)4)。

pIYBAGB9RgOAdqR4AAAehw3Pxoo786.png

其中f(t)是瞬時(shí)頻率,θ(t)是瞬時(shí)相位。

對(duì)于FM,瞬時(shí)頻率必須根據(jù)調(diào)制信號(hào)而變化。

o4YBAGB9Rg2AFFn5AAAsR9M8jJQ339.png

其中kd是偏差常數(shù),m(t)是調(diào)制信號(hào)。

解決所需的相位信號(hào),我們得到:

pIYBAGB9RhiAfB35AAAlX3SOeIo650.png

該結(jié)果表明,我們可以通過提供作為調(diào)制信號(hào)不可或缺的相位調(diào)制來創(chuàng)建FM信號(hào)。(是的,我忽略了積分的初始條件。)

可以使用模擬積分器或等效的數(shù)字算法創(chuàng)建所需的PM信號(hào)。因此,正交調(diào)制器可以使用PM產(chǎn)生FM信號(hào)。

正交調(diào)制和I / Q信號(hào)廣泛用于電子通信系統(tǒng)中。特別地,數(shù)字調(diào)制充分利用了正交調(diào)制系統(tǒng)。但是,可以產(chǎn)生任何基于載波的調(diào)制,包括傳統(tǒng)調(diào)制類型,例如AM和FM。I和Q數(shù)字流的概念由于其靈活性而在許多電子通信系統(tǒng)中使用,并已成為表示調(diào)制信號(hào)的事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。

參考

  • 頻譜和網(wǎng)絡(luò)測(cè)量(第2版),第6.12節(jié)“正交調(diào)制”,Robert A. Witte,科學(xué)與技術(shù)出版,2014年。
  • “通信系統(tǒng)中的數(shù)字調(diào)制-簡(jiǎn)介”,應(yīng)用說明,出版號(hào)5965-7160E,是德科技,2014年。
  • “調(diào)制方案:使用模擬信號(hào)移動(dòng)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)”,EE Times的安德魯·戴維斯(Andrew W. Davis),EE Times,1997年10月4日。
  • “瞬時(shí)相位和頻率”,維基百科。

編輯:hfy

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點(diǎn)僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場(chǎng)。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問題,請(qǐng)聯(lián)系本站處理。 舉報(bào)投訴
  • 接收器
    +關(guān)注

    關(guān)注

    14

    文章

    2472

    瀏覽量

    71950
  • 發(fā)送器
    +關(guān)注

    關(guān)注

    1

    文章

    259

    瀏覽量

    26834
  • 調(diào)制信號(hào)
    +關(guān)注

    關(guān)注

    0

    文章

    64

    瀏覽量

    14796
  • 正交調(diào)制器
    +關(guān)注

    關(guān)注

    0

    文章

    17

    瀏覽量

    13045
收藏 人收藏

    評(píng)論

    相關(guān)推薦

    AD9779/AD9779A內(nèi)部是否帶I、Q正交調(diào)制功能?

    AD9779/AD9779A內(nèi)部是否帶I、Q正交調(diào)制功能,也就是說通過配置內(nèi)部寄存器能否實(shí)現(xiàn)I、Q正交輸出,而不需要使用外部IQ正交調(diào)制芯片,并且輸出通過1或2通道輸出。
    發(fā)表于 12-22 06:03

    請(qǐng)問AD9788輸出DAC轉(zhuǎn)換模塊集成了模擬正交調(diào)制功能嗎

    AD9788電流輸出DAC模塊內(nèi),是不是集成了模擬正交調(diào)制功能,如果有的話,是否有介紹呢?
    發(fā)表于 02-18 15:13

    請(qǐng)問AD9779/AD9779A內(nèi)部是否帶I、Q正交調(diào)制功能?

    AD9779/AD9779A內(nèi)部是否帶I、Q正交調(diào)制功能,也就是說通過配置內(nèi)部寄存器能否實(shí)現(xiàn)I、Q正交輸出,而不需要使用外部IQ正交調(diào)制芯片,并且輸出通過1或2通道輸出。
    發(fā)表于 03-08 06:08

    模擬正交調(diào)制器失衡怎么辦

    作者:Robert Keller,德州儀器 (TI) 高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)與高級(jí)技術(shù)經(jīng)理寬帶寬無線發(fā)射器常用模擬正交調(diào)制器(AQM)把復(fù)合(I + j*Q)基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為射頻(RF)。AQM內(nèi)含一個(gè)
    發(fā)表于 07-17 07:32

    一文詳解IQ正交調(diào)制器基礎(chǔ)知識(shí)

    發(fā)生器和IQ 混頻器兩大部分。不管是調(diào)幅,調(diào)頻或是調(diào)相信號(hào),只需要通過改變不同的IQ 基帶信號(hào)就可以實(shí)現(xiàn)。而IQ 調(diào)制器的作用是將基帶IQ 信號(hào)搬移到載波上。正交調(diào)制器通常能實(shí)現(xiàn)較高的
    發(fā)表于 05-16 17:07

    高性能正交調(diào)制器AD8345的原理與應(yīng)用

    AD8345是ADI公司生產(chǎn)的一種新型正交調(diào)制器.它具有成本低、功耗低、外圍電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),適用于蜂窩通信系統(tǒng)、無線局域網(wǎng)、無線本地環(huán)路、數(shù)字TV/CATV調(diào)制器等多種領(lǐng)域.文中介紹了A
    發(fā)表于 04-22 17:28 ?32次下載

    AD8345正交調(diào)制器及其應(yīng)用

    AD8345是ANALOGDEVICES公司推出的一種正交調(diào)制器,其工作頻率為250MHz-1000MHz,在數(shù)字通信系統(tǒng)中可用作中頻調(diào)制器或直接上變頻器,該產(chǎn)品具有輸出信號(hào)頻帶寬、本振信號(hào)泄漏低、 邊帶抑制
    發(fā)表于 04-23 17:04 ?35次下載

    AD8345中文資料,pdf (正交調(diào)制器)

    AD8345是analog devices公司推出的一種正交調(diào)制器,其工作頻率為250mhz-1000mhz,在數(shù)字通信系統(tǒng)中可用作中頻調(diào)制器或直接上變頻器,該產(chǎn)品具有輸出信號(hào)頻帶寬、本振信號(hào)泄漏低、邊帶
    發(fā)表于 10-03 13:28 ?88次下載

    DDS在正交調(diào)制技術(shù)中的應(yīng)用

    直接數(shù)字式頻率合成技術(shù)DDS"是一種先進(jìn)的全數(shù)字頻率合成技術(shù)#它具有多種數(shù)字式調(diào)制能力!如相位調(diào)制$ 頻率調(diào)制$ 幅度調(diào)制以及I/Q’ 正交調(diào)制
    發(fā)表于 07-22 15:48 ?21次下載

    TI推出正交調(diào)制器TRF370317,具有4GHz RF輸出

    TI推出正交調(diào)制器TRF370317,具有4GHz RF輸出傳輸率 日前,德州儀器(TI)宣布推出一款支持高達(dá)4GHz RF輸出傳輸率的高線性、超低噪聲正交調(diào)制器,該解決方案不僅進(jìn)一步壯大了高
    發(fā)表于 09-03 09:31 ?911次閱讀

    ADL5385: 50 MHz至2200 MHz正交調(diào)制

    ADL5385:  50 MHz至2200 MHz正交調(diào)制器 ADL5385是一款硅單芯片正交調(diào)制器,設(shè)計(jì)用于50 MHz至2200 MHz頻率范圍。其出色的相位精度和幅度平衡可以為通信系統(tǒng)提供高性能中頻
    發(fā)表于 10-26 08:49 ?1275次閱讀

    ADRF6702-1200 MHz至2400 MHz正交調(diào)制

    ADRF6702提供了一款正交調(diào)制器和頻率合成器解決方案,尺寸僅6 mm 6 mm,所需外部元件極少。該器件設(shè)計(jì)提供1200 MHz至2400 MHz的RF輸出,并集成低相位噪聲VCO和高性能正交調(diào)制器,非常適合
    發(fā)表于 11-17 16:59 ?31次下載
    ADRF6702-1200 MHz至2400 MHz<b class='flag-5'>正交調(diào)制</b>器

    如何使用軟件無線電實(shí)現(xiàn)FM正交調(diào)制

    。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,用正交調(diào)制的方法可以方便地實(shí)現(xiàn)FM調(diào)制。用數(shù)字方法為實(shí)現(xiàn)FM調(diào)頻廣播或超短波FM電臺(tái)提供新的解決方案.
    發(fā)表于 06-29 18:04 ?19次下載
    如何使用軟件無線電<b class='flag-5'>實(shí)現(xiàn)</b>FM<b class='flag-5'>正交調(diào)制</b>器

    正交調(diào)制背后的理論

    調(diào)制是電子通信的基礎(chǔ)。調(diào)制信號(hào)本質(zhì)上可能是模擬信號(hào)(語音或音樂)或數(shù)字比特流。大多數(shù)現(xiàn)代通信系統(tǒng)都是數(shù)字的,使用離散的幅度或相位來表示正在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。能夠可靠地從發(fā)射器傳輸?shù)浇邮掌鞯莫?dú)特條件越多,您在給定時(shí)間段內(nèi)可以發(fā)送的數(shù)據(jù)就越多。
    的頭像 發(fā)表于 07-27 09:01 ?1933次閱讀
    <b class='flag-5'>正交調(diào)制</b>背后的理論

    AN-924: 數(shù)字正交調(diào)制器增益

    數(shù)字正交調(diào)制器出現(xiàn)在許多通信和信號(hào)處理IC中。本應(yīng)用筆記解釋了數(shù)字正交調(diào)制器的基本構(gòu)建模塊,并分析了通過調(diào)制器對(duì)三種輸入信號(hào)的增益。
    的頭像 發(fā)表于 06-16 11:53 ?1162次閱讀
    AN-924: 數(shù)字<b class='flag-5'>正交調(diào)制</b>器增益