相乘 相同頻率訊號 解密IQ訊號

2021-10-16 01:18:12 字數 2547 閱讀 7328

要了解iq訊號我們首先來了解為什麼現在的射頻晶元都無一例外地採用iq這種訊號傳遞方式。按我理解有兩個點:1、訊號需要在高頻傳輸。2、iq訊號可以節約一半的通道資源。

第一:是因為頻率越高,可利用的頻寬會越寬,通道容量會更大。

第二:因為我們知道天線的尺寸與波長是有關係的,一般是1/4λ,所以高頻更利於我們天線的設計。

現在我們知道了訊號需要在高頻傳輸,那麼這跟iq訊號有什麼關係呢?我們來思考一下,乙個低頻的基帶訊號怎麼才能在高頻做傳輸?最簡單的做法直接乘上乙個高頻訊號咯。對頻率而言,時域上的相乘就是頻域上的相加嘛,所以最開始的訊號傳輸就是基帶訊號cos(a)直接與乙個高頻載波cos(b)相乘。這樣展開來發現:cos(a) * cos(b) = 1/2[cos( a + b) - cos(a - b) ]

最終在高頻出現了a+b和a-b鏈各個訊號,但是我們只需要乙個呀,那怎麼辦?好辦呀,因為cos(a-b)=cos(a)cos(b)+sin(a)sin(b)。我們只想要a-b,那就把他們相乘後再各自相移90度後再相加嘛,不就只得到了a-b咯。然後你看這個cos(b)和sin(b),相差90度,是不是正好是正交的?是不是滿足iq訊號的條件?所以到這裡我們知道,我們射頻上的iq訊號一般就是把載波做了90度相移得到的。

那麼下乙個,iq訊號可以節約通道資源,這又是為什麼?我們都知道iq訊號是互相正交的?互相正交就可以節約通道資源?why??其實這個我們需要從數學上去做分析。首先我們說最基礎的一點,訊號本身是不能直接傳輸的,他需要一些載體,在我們無線通訊上一般採用頻率(fsk)、幅度(ask)、相位(psk)作為傳輸資訊的載體,很難直觀理解是吧?更直觀一點,找乙個直觀能看到的東西,向量。向量我們都學過,它有模和夾角,正好對應我們訊號上的幅度和相位,是吧~~

這個圖就是乙個向量圖,任何乙個向量都具有模和夾角,那我們怎麼表示這個向量?很簡單,把向量投影到x座標和y座標,用兩個座標來表示這個向量,比如上圖的00,01,10,11,再複雜一點,我畫個圖:

這個訊號通過乙個x軸的4和y軸的3表示出來了。但是?最重要的一點,圖可以畫,但是訊號在空中,看不見摸不著怎麼分解?em,那我們就要去找乙個相互正交的東西,讓他分解到這個相互正交的訊號上唄,最簡單的三角函式就是相互正交的呀。

來,我們來回顧下三角函式的正交性,高中數學開始:

em,看不清楚可以網上搜一來回顧一下,或者來我工位一起**。簡單來說三角函式的正交性表示為他們乘積在[-π,π]上的積分等於零。

那現在我們來看這麼乙個訊號acos(wt+α),分解一下acos(wt+α)=acos(α)cos(wt)+asin(α)sin(wt)。

cos(wt)是載波,sin(wt)與cos(wt)相差90度,這兩個是相互正交的。看到什麼了嗎?如果我們把cos(wt)看成上面向量圖中的x軸,把cos(wt)看成y軸,是不是意味著,acos(α)和asin(α)就是向量圖上的兩個座標啦?是不是意味著我只要改變這個座標就可以得到任意的向量,對應過來就是得到任意訊號啦。哈哈哈。

舉個栗子,比如我們要傳送乙個訊號asin(a)+bsin(b),本來我們是把這個訊號當做乙個訊號去傳送,現在我們可以把它分到為兩份,分別是asin(a),另乙份是bsin(b),兩份同時發,是不是時間節約一半?好,我們以及把原始訊號從基帶上就分為了兩份,把他們各自乘上自己的載波訊號cos(wt)和sin(wt)。

asin(a)cos(wt)+bsin(b)sin(wt),把這個訊號發出去,接收發收到這個訊號了會怎麼處理?當然是做正交分解咯。首先接收端收到訊號後也把這個訊號分兩路,一路乘以cos(wt),另一路乘以sin(wt)。得到兩個訊號

asin(a)cos(wt)cos(wt)+bsin(b)sin(wt)cos(wt)

asin(a)cos(wt)sin(wt)+bsin(b)sin(wt)sin(wt)

看到我標紅加粗的地方沒?想起什麼了嗎?那兩大頁三角函式的正交性呀,他們在[-π,π]上積分為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)

看到這個就舒服了,我們做射頻的都知道,用個低通濾波器就得到asin(a)和bsin(b)。

到這裡,接收端就得到我的asin(a)和bsin(b)了,回過頭來想想,這兩個訊號是同時過來的吧?沒有互相干擾吧?這麼大一圈就證明了iq訊號是可以節約通道資源的,哈哈哈。

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