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为了回答号友的问题,我花了差不多7个小时在上面--关于IQ调制和解调

9月前浏览429

(1)有号友问了关于IQ解调器的IRR的测试问题。

因为我没有用过IQ解调器,所以也就没有考虑过这些细节的问题。但是因为有点IQ调制的概念,就感觉查一查资料,够一够,应该能找出答案来,也正好学习一下,更好的串一下知识点。
于是,就答应看一看。
先是对着文献[2],看了一下IQ调制和解调的原理,然后在网上,找了一下IQ调制和解调的镜像抑制的定义,又去翻了一下顾老师的那本书[1],总共大概花了三个多小时。
等妹妹妹夫们回家后,大概晚上七点多吧,我开始写文。晚上10:00点多,开始哄小娃娃们睡觉。本来想等她们睡着后,我再起来写。但是,等我睁开眼的时候,发现时间已经到11:30了。
到底起不起,这时,脑子里有两种声音在回响。一个说,起吧,你总不能第一天,flag就倒了吧;另一个说,别起了,现在已经11:30了,你半个小时能写完么,写不完,flag不还是倒了?
最后,我觉得第二种声音,说的很有道理,起与不起,结果都一样,那不如继续睡觉了。于是,我就又躲进被窝了。
但是,今天,外面天还没亮,我就醒了,一看表,发现才4:00不到。我想继续睡,但是睡不着了,脑袋里想着这篇更文。再一想,等白天一来,又可能会有其他的事情占用着时间,顿时睡意全无,然后就起来写文章了,一直写到现在。
下面的文章,是关于IQ调制器和IQ解调器的。

(2) 在哪会看到IQ解调器?

在ZIF和low IF接收机中[1],都有用到IQ解调器。IQ解调器,有一个重要的特性,就是镜像抑制特性。

IQ解调器的大概结构,如上图所示。有I和Q两路混频器,输入信号一样,但是本振信号相差90度。

(3)理想情况下(不考虑IQ不平衡)IQ调制和IQ解调的原理

理想情况下,不考虑IQ两路的不平衡的话[2],IQ调制和IQ解调,可以用上图中的公式进行理论推导,I路x(t)和Q路y(t),通过IQ调制和IQ解调后,可以完美的恢复出来。

可是,实际情况下,总是存在IQ两路的不平衡,那这个时候,解调出来的I路和Q路信号会怎么样呢?

(4) 考虑IQ不平衡时的IQ调制和IQ解调

由此可见,当IQ调制器和IQ解调器中存在IQ不平衡时,解调出来的信号,会有失真,而失真的程度则与IQ不平衡的程度相关。I通路和Q通路,本振之间,都会存在相位和幅度的不平衡,这里推导公式的时候,只把不平衡性设置在本振处,以简化分析。

(5) 在IQ调制器经常看到的指标

在IQ调制器的手册中,比如说LT5503,会有imag supression的指标。

这个指标,也是与IQ不平衡相关。

如果不存在IQ不平衡性,当输入信号x(t)和y(t)为两个相位相差90度的单音信号时,输出信号如下,即只存在一个有用边带。

但是,如果存在IQ不平衡性,那么,输出信号则变为:

也就是说,当IQ调制器中存在幅度和相位不平衡的时候,如果I路和Q路输入信号给的是相位相差90度的单音信号时,那么IQ解调器和正常的混频器一样,也会存在上下两个边带,只不过两个边带之间的幅度会有差别。

有用边带处的幅度与镜像边带处的幅度之间的差别,即为image supression,如下图所示。

如果极端一点,假设幅度不平衡为-1,即一路混频器没有工作,则上面的IQ调制器,就等同于一般的混频器,有用边带和镜像边带的幅度一样,即镜像抑制为0dB。

(6) 在IQ解调器中经常看到的指标

在IQ解调器的手册中,比如说LT5585,经常会看到imag rejection ratio这个指标。这个指标的定义,理解上与IQ调制器中的image supression有稍许不同[1][3]

由[1]的相关推导,可以得到IQ不平衡度与IR之间的关系。直接截取了下列公式,对于Sd和Sim的上面的等式能理解,但是下面的等式是怎么从第一个推出来的,数学能力有限,没看出道道来。数学能力强的号友,欢迎给点指点。

也就是说,输入端为有用信号的时候,在输出端的IF频率处会有信号输出,假设此时输出信号的幅度为A dB;当输入端为镜像信号的时候,在输出端的IF频率处也会有信号输出,假设输出信号的幅度为B dB,那么A和B之间的差值A-B,即为IRR(imag rejection ratio)。

而这个IRR值,也与IQ不平衡度相关。

但是,直观上来看,IQ解调器的IRR和IQ调制器的image supression,会有一些差别。

对于IQ调制器,给输入后,如果输入信号的频率与本振信号的频率不相等的话,有用边带和镜像边带都能在频谱上看到;但是,对于IQ解调器,由于有用信号和镜像干扰产生的信号,频率都在IF处,所以如果一起测试的话,那两者的频谱是重叠在一起的。因此,如果用单音来测试的话,应该是需要分别给有用信号和镜像干扰,然后分别测出输出信号的功率,即分两次来测试。

对于IQ解调器,我实际没有测试过IRR,只是从理论定义上来看,推测,如果是用单音来测试的话,应该是用上面说的方法。

参考文献:

[1] Qizheng Gu, RF SYSTEM DESIGN OF TRANSCEIVERS FOR WIRELESS COMMUNICATIONS

[2] 陈爱军,深入浅出通信原理

[3]https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/5585fb.pdf



来源:加油射频工程师
System通信UM理论
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首次发布时间:2024-03-03
最近编辑:9月前
加油射频工程师
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