数字射频芯片I/Q信号

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当前的数字射频芯片,无一例外的用到了I/Q信号,就算是RFID芯片,内部也用到了I/Q信号,然而绝大部分射频人员,对于IQ的了解除了名字之外,基本上一无所知。

网上有大量关于IQ信号的资料,但都是公式一大堆,什么四相图,八相图之类的,最后还是不明白,除了知道这两个名次解释:

I:in-phase 表示同相

Q:quadrature 表示正交,与I相位差90度。

国内的教学首先是老师根本不懂实践,之后只能按照书本讲公式,其实老师自己什么都不懂,很多人都说老师只懂理论,若老师真的懂理论,那教育就不是现在这个局面了,实际上老师不仅仅不懂实践,更不懂理论,只是照本宣科吧了。

现在来解释I Q信号的来源:

最早通讯是模拟通讯,假设载波为cos(a),信号为cos(b),那么通过相成频谱搬移,就得到了

cos(a) * cos(b) = 1/2[cos( a + b) - cos(a - b) ]

这样在a载波下产生了两个信号,a+b和a-b,而对于传输来说,其实只需要一个信号即可,也就是说两者选择一个即可,另外一个没用,需要滤掉。但实际上滤波器是不理想的,很难完全滤掉另外一个,所以因为另外一个频带的存在,浪费了很多频带资源。

进入数字时代后,在某一个时刻传输的只有一个信号频率,比如0,假设为900MHz,1假设为901MHz,一直这两个频率在变化而已,并且不可能同时出现。这个不同于模拟通讯信号,比如电视机,信号的频带就是6.5MHz。还有一个严重的问题,就是信号频带资源越来越宝贵,不能再像模拟一样这么简单的载波与信号相乘,导致双边带信号。

大家最希望得到的,就是输入a信号和b信号,得到单一的a+b或者a-b即可。基于此目的,我们就把这个公式展开:

cos(a-b)=cos(a)cos(b)+sin(a)sin(b)

这个公式清楚的表明,只要把载波a和信号b相乘,之后他们各自都移相90度相乘,之后相加,就能得到a-b的信号了。这个在数字通讯,当前的半导体工艺完全可以做到:

1:数字通讯,单一时间只有一个频点,所以可以移相90度。

2:相加器、相乘器技术很容易实现。

如下图:手机GSM射频部分

接下来就很好办了,大家知道I就是cos(b),Q就是sin(b)

对这两个信号进行组合:

cos(b), sin(b)

cos(b), -sina(b)

-cos(b), sin(b)

-cos(b), -sin(b)

这个就是IQ信号的四相调制了。

之后为了编码更多的,就在这个里面折腾了,下面的就大家自己看书了。

注意,通过上面分析,大家知道IQ信号应该是正弦波模拟信号,手机上的频率是66KHz,大家在布线的时候一定要保证IQ信号不被干扰,毕竟是模拟信号,不然相乘相加之后就有很多杂波产生了,这个就是杂散了。
 

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