I/Q 解调的工作原理

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优化超宽带直接转换接收器的性能》边注

 

 

IQ 解调

IQ 解调器的工作原理可通过将其 RF 输入信号 sRF(t) 表示为两个双边带调制正交载波的组合来说明:

          (1)

如图 A 所示,同相分量 I(t) 和正交分量 Q(t) 为基带信号,可被视作一个产生 sRF(t) 的理想 IQ 调制器的输入。

 AIQ 调制和 IQ 解调的原理。

IQ 解调器通过充分利用 sI(t)  sQ(t) 之间的正交相位关系实现了 I(t)  Q(t)的理想重构。按照希尔伯特 (Hilbert) 变换,-90o相移的频域表示对应于乘法:

                                          (2)

它可将一个具有以ω=0 为中心的偶对称的频谱转换为一个具有奇对称的频谱,反之亦然。因此,sI(t)  sQ(t) 的频谱呈现出不同的对称性;sI(t) 具有偶对称,而 sQ(t) 则具有奇对称。具有偶数 LO (余弦的偶数 RF 输入分量 sI(t) 的下变频恢复 I(t),而具有奇数 LO (正弦 sQ(t) 的下变频则恢复 Q(t)。偶数与奇数的交叉组合其结果为零。

LO 输出之间的正交关系上的一个误差φ 会在 I 通道与 Q 通道之间引起串扰。采用 I 相通道作为基准时,一个偶数分量被引入 Q 通道 LO

 

(3)

从而给 Q 通道输出 Qout(t) 增添了一个 I(t)

 (4)

 

镜频对消接收器

另一种 IQ 解调器应用是具有非零频频率的镜频抑制 / 对消接收器,如图 B 所示。

 BHartley 镜频抑制接收器的工作原理。

通道保持了 RF 输入信号中的对称性,而 Q 通道则负责将偶数分量转换为奇数分量 (反之亦然)。附加的 90o相移可恢复 Q 通道中的原始对称性,但信号 s1(t)  s2(t) 所带的符号相反;s2(t) 的中心频率较高,因此其相位超前于 LO,而 s1(t) 的相位则滞后。与 I 通道相加将重构下变频信号 s2(t);相减则重构 s1(t)

当存在一个正交相位误差φ 或在 I 通道和 Q 通道之间存在增益失配α 时,镜频抑制 (IR) 性能下降。相位误差会在通道之间引起串扰,增益失配则将由于加法器而导致不良对消:

  (5)

 C 示出了针对不同增益与相位误差组合的结果。小的增益误差所造成的影响要比小的相位误差更大。

 C:镜频抑制与相位误差的关系曲线 (针对不同的增益误差)