|
要了解IQ信号我们首先来了解为什么现在的射频芯片都无一例外地采用IQ这种信号传递方式。按我理解有两个点：1、信号需要在高频传输。2、IQ信号可以节约一半的信道资源。
首先看第一点，为啥信号在高频传输会与IQ信号有联系？要想了解这个，我们首先要知道，信号为什么都在高频去传输，这又有两个因素： 第一：是因为频率越高，可利用的带宽会越宽，信道容量会更大。 第二：因为我们知道天线的尺寸与波长是有关系的，一般是1/4λ，所以高频更利于我们天线的设计。 现在我们知道了信号需要在高频传输，那么这跟IQ信号有什么关系呢？我们来思考一下，一个低频的基带信号怎么才能在高频做传输？最简单的做法直接乘上一个高频信号咯。对频率而言，时域上的相乘就是频域上的相加嘛，所以最开始的信号传输就是基带信号cos(a)直接与一个高频载波cos(b)相乘。这样展开来发现： cos(a) * cos(b) = 1/2[cos( a + b) - cos(a - b) ] 最终在高频出现了a+b和a-b链各个信号，但是我们只需要一个呀，那怎么办？好办呀，因为cos（a－b）＝cos(a)cos(b)＋sin(a)sin(b)。我们只想要a-b，那就把他们相乘后再各自相移90度后再相加嘛，不就只得到了a-b咯。然后你看这个cos(b)和sin(b),相差90度，是不是正好是正交的？是不是满足IQ信号的条件？所以到这里我们知道，我们射频上的IQ信号一般就是把载波做了90度相移得到的。
那么下一个，IQ信号可以节约信道资源，这又是为什么？我们都知道IQ信号是互相正交的？互相正交就可以节约信道资源？why？？其实这个我们需要从数学上去做分析。首先我们说最基础的一点，信号本身是不能直接传输的，他需要一些载体，在我们无线通信上一般采用频率（FSK）、幅度（ASK）、相位（PSK）作为传输信息的载体，很难直观理解是吧？更直观一点，找一个直观能看到的东西，向量。向量我们都学过，它有模和夹角，正好对应我们信号上的幅度和相位，是吧~~ 
这个图就是一个向量图，任何一个向量都具有模和夹角，那我们怎么表示这个向量？很简单，把向量投影到x坐标和y坐标，用两个坐标来表示这个向量，比如上图的00,01,10,11，再复杂一点，我画个图： 
这个信号通过一个x轴的4和y轴的3表示出来了。但是？最重要的一点，图可以画，但是信号在空中，看不见摸不着怎么分解？em，那我们就要去找一个相互正交的东西，让他分解到这个相互正交的信号上呗，最简单的三角函数就是相互正交的呀。 来，我们来回顾下三角函数的正交性，高中数学开始： 
em，看不清楚可以网上搜一来回顾一下，或者来我工位一起探讨。简单来说三角函数的正交性表示为他们乘积在[-π,π]上的积分等于零。 那现在我们来看这么一个信号Acos（wt+α），分解一下Acos（wt+α）=Acos（α）cos（wt）+Asin（α）sin（wt）。 cos（wt）是载波，sin（wt）与cos（wt）相差90度，这两个是相互正交的。看到什么了吗？如果我们把cos(wt)看成上面向量图中的x轴，把cos（wt）看成y轴，是不是意味着，Acos（α）和Asin（α）就是向量图上的两个坐标啦？是不是意味着我只要改变这个坐标就可以得到任意的向量，对应过来就是得到任意信号啦。哈哈哈。 举个栗子，比如我们要发送一个信号Asin（a）+Bsin（b），本来我们是把这个信号当做一个信号去发送，现在我们可以把它分到为两份，分别是Asin(a),另一份是Bsin（b），两份同时发，是不是时间节约一半？好，我们以及把原始信号从基带上就分为了两份，把他们各自乘上自己的载波信号cos（wt）和sin（wt）。 Asin(a)cos(wt)+Bsin（B）sin（wt），把这个信号发出去，接收发收到这个信号了会怎么处理？当然是做正交分解咯。首先接收端收到信号后也把这个信号分两路，一路乘以cos（wt），另一路乘以sin（wt）。得到两个信号 Asin(a)cos(wt)cos(wt)+Bsin(B)sin(wt)cos(wt) Asin(a)cos(wt)sin(wt)+Bsin(B)sin(wt)sin(wt) 看到我标红加粗的地方没？想起什么了吗？那两大页三角函数的正交性呀，他们在[-π，π]上积分为0，那不就只剩下 Asin(a)cos(wt)cos(wt)和Bsin(B)sin(wt)sin(wt)了嘛 再分解一下 Asin(a)cos(wt)cos(wt) = 1/2Asin(a)cos(2wt)+1/2Asin(a) Bsin(b)sin(wt)sin(wt) = 1/2Bsin(a)cos(2wt) - 1/2Bsin(b) 看到这个就舒服了，我们做射频的都知道，用个低通滤波器就得到Asin(a)和Bsin(b)。 到这里，接收端就得到我的Asin(a)和Bsin(b)了，回过头来想想，这两个信号是同时过来的吧？没有互相干扰吧？这么大一圈就证明了IQ信号是可以节约信道资源的，哈哈哈。
| 
发表于 2019-4-19 17:03:01
楼主