行波iq調製器 數字調製系列 IQ調製器特性

2021-10-16 19:35:14 字數 2130 閱讀 4365

在前面關於數字調製的文章中分別介紹了 iq 調製的基本理論及調製解調的數學解析及**過程,闡述了常見的數字調製方式,並解釋了為什麼經過 iq 調製器之後頻寬會翻倍的原因。本文將著重介紹模擬 iq 調製器的特性,為後面的 iq 調製效能驗證測試作準備。

模擬 iq 調製器包含 mixer,在上變頻的過程中,勢必會產生鏡頻產物。當輸出無頻偏訊號時,即訊號中心頻率與調製器的 lo 訊號頻率相同時,相當於採用的是 zero-if 機制,鏡頻產物與訊號本身不可分割,即使通過濾波器也無法濾除鏡頻。慶幸的是,採用iq調製及解調器,即使存在鏡頻產物,依然可以恢復出原始的iq訊號。這也是為什麼模擬 iq 調製器之後不需要鏡頻抑制濾波器的原因。

由於這種正交架構,iq 調製器本身是具有一定鏡頻抑制能力的,但是只有在輸出具有一定頻偏的訊號時,即訊號中心頻率與 lo 訊號頻率不同時,才能體現出鏡頻抑制特性。下面將通過一些特殊的基帶 iq 訊號進行解析分析,闡述影響鏡頻抑制特性的因素,及如何改善鏡頻抑制特性。

1. iq 訊號幅度平衡性對鏡頻抑制的影響。iq訊號幅度不平衡(即幅度不同),要麼是輸入至調製器的 i 和 q 訊號的幅度不平衡,要麼是調製器具有一定的增益不平衡 (即 i 和 q 兩路的增益不同),這些都會影響對鏡頻的抑制能力。

令則經過iq調製輸出的射頻訊號

積化和差得

當時,射頻訊號中只有上邊帶

分量;當時,射頻訊號中只有下邊帶

分量;當時,射頻訊號中同時包含上邊帶

和下邊帶

兩個分量。

以上通過解析方式介紹了 iq 調製器的鏡頻抑制特性,其實通過**方法也可以清晰簡便地進行說明。下面考慮

的情況,圖 1 給出了載波訊號的傅利葉變換,這是雙邊帶頻譜,基帶訊號經過 iq 調製器實現了頻譜的搬移,圖2分別給出了調製器兩個支路上的頻譜變換情況,最終經過合路器合路後,下邊帶分量相互抵消,只剩下上邊帶分量。圖1. 載波訊號的傅利葉變換(雙邊帶頻譜)圖2. iq 調製過程頻譜變換示意圖

當時,射頻訊號中同時包含上下邊帶,定義邊帶抑制比為:

db。如何改善鏡頻抑制能力呢?iq 調製器兩個支路的增益不平衡特性已經無法調整,但是可以在基帶側通過調整 i 和 q 兩路波形的幅度大小改善鏡頻抑制。向量訊號發生器vsg及任意波訊號發生器awg均提供了iq gain imbalance調整引數,對其進行微調即可改善鏡頻抑制。

2. iq 正交性對鏡頻抑制的影響。正交性包括兩個方面:(1) 基帶訊號 i 和 q 之間的正交性;(2) iq 調製器兩個 mixer 的 lo 訊號之間的正交性。如果正交性不好,當產生無頻偏的數字調製訊號時會帶來調製和解調的誤差(evm、ber 惡化),另一方面在產生單邊帶訊號時,會惡化鏡頻抑制特性。

令 則 iq 調製器輸出的射頻訊號為

積化和差得

對於分量,令

則取

滿足如下關係:

類似地,對於

分量,令

則取

滿足如下關係:

以上公式代入

最終可得

由正交誤差

造成的鏡頻抑制度為:

db。以上是從基帶 i 和 q 訊號的正交性著手分析對鏡頻抑制特性的影響,如果基帶訊號理想正交 ,而 iq 調製器兩個 mixer 的 lo 正交性不好,整個推導過程是類似的,此處不再贅述。當然,iq 調製器的特性已經固定,只能通過調整基帶訊號的正交性改善鏡頻抑制能力。

3. iq 調製器的載波抑制特性。iq 調製器除了可以抑制鏡頻外,在數字調製過程中還可以抑制載波。理論上,只要模擬 i 和 q 訊號中沒有 dc 分量,而且 iq 調製器是理想的,那麼輸出的射帶寬頻訊號中將沒有載波。但是實際產生的寬頻訊號總是具有一定的載波洩露,**於兩部分:(1) iq 訊號中包含一定的 dc 分量;(2) iq 調製器中 mixer 的 lo 洩露。

對於數字調製訊號而言,載波洩露是一種帶內干擾,如果載波分量較強,將直接影響整個系統的通訊質量。因此,要盡量降低載波洩露。通常在基帶側微調 i offset 或者 q offset 來改善載波抑制特性,這相當於引入 dc 分量,如果設定的 dc 的量和極性合適,i 和 q 兩路引起的載波洩露將相互抵消,甚至可以抵消 mixer 的 lo 洩露帶來的影響。

以上介紹了 iq 調製器的鏡頻抑制及載波抑制特性,這些都是 iq 調製器固有的特性,也是效能驗證測試中必測的專案。此外,iq 調製器還有幅頻響應、三階交調等引數,這些也都是需要測試的。不同的測試專案需要不同的測試裝置和測試方法,這將是後面要介紹的內容……

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