Ymmärtäminen kvadratuuriesittelystä

Radiotaajuuden demodulointi
Tämä sivu selittää, mikä kvadratuurimodulointi on, ja tarjoaa käsityksen I / Q-signaalien luonteesta.

Jos olet lukenut edellisen sivun, tiedät mitä I / Q-signaalit ovat ja kuinka kvadratuurinen (ts. I / Q-signaalipohjainen) modulaatio suoritetaan. Tällä sivulla keskustellaan kvadratuurimuodosta, joka on monipuolinen tekniikka tiedon poimimiseksi amplitudi-, taajuus- ja vaihemoduuloiduista aaltomuodoista.

Muuntaminen I: ksi ja Q: ksi
Seuraava kaavio välittää kvadratuurisen demodulaattorin perusrakenteen.

Huomaat helposti, että järjestelmä on samanlainen kuin kvadratuurimodulaattori taaksepäin. RF-signaali kerrotaan paikallisella oskillaattorisignaalilla (I-kanavalle) ja paikallisoskillaattoria siirretään 90 ° (Q-kanavalla). Tuloksena (alipäästösuodatuksen jälkeen, joka selitetään pian) ovat I- ja Q-aaltomuodot, jotka ovat valmiita jatkokäsittelyyn.

Kvadratuurimodulaatiossa käytämme kantataajuuskaistan I / Q-signaaleja amplitudi-, taajuus- tai vaihemoduloidun aaltomuodon luomiseksi, joka vahvistetaan ja lähetetään. Kvadratuurimuodossa muuntamme olemassa olevan modulaation vastaaviksi I / Q-kantataajuussignaaleiksi. 

On tärkeätä ymmärtää, että vastaanotettu signaali voi olla mistä tahansa lähettimestä - kvadratuuridemodulaatio ei ole rajoitettu signaaleihin, jotka on alun perin luotu kvadratuurimodulaatiolla.

Alipäästösuotimia tarvitaan, koska vastaanotettuun signaaliin sovellettu kvadratuurikertomus ei eroa kertolaskusta, jota käytetään esimerkiksi tavallisessa AM-demodulaattorissa. Vastaanotettu spektri siirtyy alaspäin ja ylöspäin kantoaaltotaajuudella (fC); siten tarvitaan alipäästösuodatin tukahduttamaan taajuuteen liittyvä korkeataajuussisältö, jonka keskipiste on 2fC.

Jos olet lukenut sivun amplitudidemodulaatiosta, edellinen kappale on saattanut sinut ymmärtämään, että kvadratuurimodulaattori koostuu tosiasiallisesti kahdesta amplitudidemodulaattorista. Tietysti et voi käyttää tavallista amplitudidemodulaatiota taajuusmoduloidussa signaalissa; FM-signaalin amplitudissa ei ole koodattua tietoa. 

Mutta kvadratuurinen (amplitudi) demodulointi voi vangita taajuuskoodatun tiedon - tämä on yksinkertaisesti I / Q-signaalien (melko mielenkiintoinen) luonne. Käyttämällä kahta amplitudidemodulaattoria, jotka ovat kantoaaltotaajuisten sinusoidien ohjaamia 90 ° vaihe-erolla, generoimme kaksi erilaista kantataajuussignaalia, jotka yhdessä voivat välittää vastaanotetun signaalin taajuuden tai vaiheen muutosten kautta koodattua tietoa.

Neljänneksen amplitudin demodulointi
Kuten tämän luvun ensimmäisellä sivulla, AM-aaltomuodon demodulointi, mainittiin, yksi lähestymistapa amplitudidemodulaatioon sisältää vastaanottuneen signaalin kertomisen kantoaaltotaajuuden referenssisignaalilla ja sitten tämän kertomuksen tuloksen alipäästösuodatuksen. 

Tämä menetelmä tarjoaa paremman suorituskyvyn kuin AM-demodulointi, joka on rakennettu vuotavan huipunilmaisimen ympärille. Tällä lähestymistavalla on kuitenkin vakava heikkous: kertolaskutuloon vaikuttaa lähettimen kantoaallon ja vastaanottimen kantoaaltotaajuuden vertailusignaalin välinen vaihesuhde.

Nämä kuvaajat esittävät demoduloidun signaalin lähettimen ja vastaanottimen vaihe-eron kolmelle arvolle. Vaihe-eron kasvaessa demoduloidun signaalin amplitudi pienenee. Demodulointimenettely on tullut toimimattomaksi vaihe-erolla 90 °; tämä edustaa pahinta tapausta, ts. amplitudi alkaa jälleen kasvaa, kun vaihe-ero siirtyy (kumpaankin suuntaan) 90 °: sta.

Yksi tapa tämän tilanteen korjaamiseksi on lisäpiirit, jotka synkronoivat vastaanottimen referenssisignaalin vaiheen vastaanotetun signaalin vaiheeseen. Nel kvadratuurista demodulointia voidaan kuitenkin käyttää poistamaan synkronoinnin puuttuminen lähettimen ja vastaanottimen välillä. 

Kuten juuri huomautettiin, pahimmassa tapauksessa vaihe-ero on ± 90 °. Siten, jos suoritamme kertolaskun kahdella vertailusignaalilla, jotka on erotettu vaiheesta 90 °, yhden kertoimen lähtö kompensoi toisen kertoimen lähdön vähenevän amplitudin. 

Tässä skenaariossa pahimman tapauksen vaihe-ero on 45 °, ja yllä olevasta kaaviosta voit nähdä, että 45 ° vaihe-ero ei johda demoduloidun signaalin amplitudin katastrofaaliseen pienenemiseen.

Seuraavat kuvaajat osoittavat tämän I / Q-kompensoinnin. Jäljet ​​ovat demoduloituja signaaleja kvadratuurimuuntajan I- ja Q-haaroista.

Lähettimen vaihe = 0 °

 

Lähettimen vaihe = 90 °

Jatkuva amplitudi
Olisi mukavaa, jos voisimme yhdistää demoduloidun signaalin I- ja Q-versiot yhdeksi aaltomuotoksi, joka ylläpitää vakioamplitudia riippumatta lähettimen ja vastaanottimen välisestä vaihesuhteesta. 

Ensimmäinen vaisto voi olla käyttää lisäystä, mutta valitettavasti se ei ole niin yksinkertaista. Seuraava kuvaaja generoitiin toistamalla simulaatio, jossa kaikki on sama paitsi lähettimen kantajan vaihe. Vaihearvo määritetään parametrille, jolla on seitsemän erillistä arvoa: 0 °, 30 °, 60 °, 90 °, 120 °, 150 ° ja 180 °. Jäljitys on demoduloidun I-aaltomuodon ja demoduloidun Q-aaltomuodon summa.

Kuten näette, lisäys ei todellakaan ole tapa tuottaa signaalia, johon lähettimen ja vastaanottimen vaihesuhteiden muutokset eivät vaikuta. Tämä ei ole yllättävää, jos muistamme I / Q-signaloinnin ja kompleksilukujen välisen matemaattisen vastaavuuden: Signaalin I- ja Q-komponentit ovat analogisia kompleksiluvun todellisten ja kuvitteellisten osien kanssa. 

Suorittamalla kvadratuurimodulointi saadaan todellisia ja kuvitteellisia komponentteja, jotka vastaavat kantataajuussignaalin suuruutta ja vaihetta. Toisin sanoen, I / Q-demodulointi on olennaisesti translaatiota: olemme kääntämässä suuruusluokan plus-vaihejärjestelmästä (jota käyttää tyypillinen kantataajuusmuodon aallonmuoto) Cartesian järjestelmään, jossa I-komponentti on piirretty x-akselille ja Q komponentti on piirretty y-akselille.

Kompleksiluvun suuruuden saamiseksi emme voi yksinkertaisesti lisätä todellisia ja kuvitteellisia osia, ja sama pätee I- ja Q-signaalikomponentteihin. Sen sijaan meidän on käytettävä kaaviossa esitettyä kaavaa, joka on muuta kuin tavanomainen Pythagoralainen lähestymistapa oikean kolmion hypoteenuksen pituuden löytämiseksi. 

Jos sovellamme tätä kaavaa I- ja Q-demoduloituihin aaltomuotoihin, voimme saada lopullisen demoduloidun signaalin, johon vaiheenvaihtelut eivät vaikuta. Seuraava kuvaaja vahvistaa tämän: simulointi on sama kuin edellinen (ts. Seitsemän erilaista vaihearvoa), mutta näet vain yhden signaalin, koska kaikki jäljet ​​ovat identtisiä.

Yhteenveto
* Kvadratuurimodulointi käyttää kahta vertailusignaalia, jotka on erotettu vaiheasteella 90 °, kahden kertoimen ja kahden alipäästösuodattimen avulla I- ja Q-demoduloitujen aaltomuotojen tuottamiseksi.

* Nelijakoista demodulointia voidaan käyttää AM-demodulaattorin valmistukseen, joka on yhteensopiva lähettimen ja vastaanottimen välisen vaihesynkronoinnin puuttumisen kanssa.
I ja Q-aaltomuodot, jotka johtuvat kvadratuurimoduloinnista, vastaavat kompleksiluvun todellisia ja kuvitteellisia osia.

Jätä viesti 

viestiluettelo