上期的视频中我对IQ信号做了一些解释,经过这段时间的学习和思考,我认为有必要做个修正,重新对这个概念的理解做个解释。
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IQ信号又称同相正交信号,I为in-phase(同相),Q为quadrature(正交)。
这里又引入了一个正交的概念,维基百科上这样解释:
正交是线性代数的概念,是垂直这一直观概念的推广,若内积空间中两向量的内积为0,则称它们是正交的。
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我们用个生活中的白话来解释这个概念,你在南北方向上运动速度和距离不影响你在东西方向的运动速度和距离,这是两个独立不相关的两个方向。
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提到IQ信号,不得不说正交调制,说到调制不得不说载波,我们知道,天线长度和波长成正比,波长和频率成反比,我们为了减小天线的长度需要把低频信号搬移到高频上去。
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对这部分的讲解需要一些三角函数的知识,我们先看下三角函数基本公式,积化和差、和差化积和倍角公式
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我们看下发送方的情况
我们假设a是载波,b是基波,
传统的调制是两个信号相乘,会产生a+b,a-b两种频率
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这是传统调制的测试代码
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这是传统调制的测试结果,我们发现1hz和10hz的两个频率相乘后生成了一个10-1,10+1两个频率
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正交合成,只生成一个频率
我们把和载波cos(a)相乘的部分叫做I信号,和载波sin(a)相乘的部分叫做Q信号
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这是正交合成的测试代码
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这是正交合成的测试结果,我们发现正交合成的信号只生成了一个频率的信号
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为了更好的理解正交调制,我们把I和Q换成常数
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我们先看下I=1,Q=1时信号的合成情况,
我们发现signal_IQ是一个相位45度的新信号,刚好在signal_I和signal_Q相位的中间
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我们调整一下I,Q的值,先让I=2,Q=1,再次执行程序,发现signal_IQ是一个相位22.5度的新信号
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我们再次调整I,Q的值,让I=1,Q=2,执行程序,现在signal_IQ是一个相位67.5度的新信号
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如果我们保持I,Q的比值不变,同时改变IQ,发现IQ相位又回到到45度,现在新信号的振幅变成了2.8,而IQ同时为1时,生成的信号振幅大概1.4左右
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I和Q分别等于0的情况更好理解,就变成了一个信号,我们就不再实验
到目前为止,我们拥有了完整的调整信号的能力,调整信号振幅,相位,频率的能力。
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我们把载波频率提高频率尝试合成IQ常数
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这是合成IQ常数的结果图
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我们再来看下接收方
调制信号Icosa+Qsina是我们刚才正交合成时生成的信号
I路信号乘以2cosa,代入倍角公式,过滤掉高频信号得到了I值
同理我们可以在Q路得到Q
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我们用代码来正交分解一下刚才正交合成的IQ常数信号
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这是解调的结果图,我发现我们又重新获得了刚才设置的IQ值
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接收方从天线信号转成IQ信号是很多人比较疑惑的地方,天线信号正交分解成IQ信号可以通过模拟/开关混频器来进行正交分解,也可以通过软件算法来进行正交分解,
我们看下接收架构
对于直采或者中频采样,通过一路ADC转换得到离散模拟信号,后面需要通过软件算法来进行正交分解
对于直接转换(零中频),正交分解是通过模拟/开关混频器来进行正交分解得到IQ模拟信号,然后通过2路ADC转换得到IQ信号
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对于实信号和复信号我想做一下解释,实信号属于现实世界,复信号属于抽象世界,复信号是基于实信号正交分解得到的值,但复信号的I和Q的值并不能直接和实信号进行对应。
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视频链接:
【IQ信号的理解】 XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX/video/BV1Au4y1d7TQ/
[修改于 1年3个月前 - 2023/08/11 20:56:44]
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