RF Demodulation

[ShellAlbert]

quadrature demodulation 正交解调 I/Q signals I/O信号 I/Q = In-Phase and Quadrature 同相和正交 在任何情况下，“同相”和“正交”指的是两个频率相同且相位偏离90°的正弦波。按照惯例，I信号是余弦波形，Q信号是正弦波形。如你所知，正弦波（没有任何附加相位）相对于余弦波移动了90度。另一种表达方法是正弦波和余弦波是正交的。

I和Q信号本身并不是很有趣。有趣的是，添加I和Q波形时会发生这种情况。结果表明，任何形式的调制都可以简单地通过只改变I和Q信号的振幅，然后将它们相加来实现。 如果把振幅相等的I和Q信号相加，结果就是一个正弦波，其相位正好在I信号的相位和Q信号的相位之间。

[ShellAlbert]

换句话说，如果你认为I波形有0°相位，Q波形有90°相位，则求和信号将有45°的相位。如果您想使用这些I和Q信号来创建振幅调制波形，只需对单个I和Q信号进行振幅调制。显然，如果一个信号是通过将两个振幅都增大或都减小的信号相加而产生的，那么它将增大或减小振幅。但是，您必须确保应用于i信号的振幅调制与应用于q信号的振幅调制相同，因为如果它们不相同，您将有相移。这就带来了I/Q信号的下一个特性。

从振幅到相位 相位调制是现代射频系统中的一项重要技术，通过改变I/Q信号的幅度可以方便地实现相位调制。考虑以下绘图： 如您所见，增大一个波形相对于另一个波形的振幅会导致求和信号向高振幅波形移动。这很直观：例如，如果消除Q波形，求和会一直移到I波形的相位，因为（显然）将I波形加为零会产生与I波形相同的求和信号。

从上面的讨论看来，I/Q信号只能用于将信号移动90°（即每个方向45°）：如果Q振幅减小到零，则求和会一直移动到I相；如果I振幅减小到零，则求和会一直移动到Q相。那么，我们如何使用I/Q信号来创建（例如）正交相移键控（qpsk），该键控使用270°范围内的相位值？我们将在下一节讨论这个问题。

[ShellAlbert]

正交调制

术语“正交调制”是指基于两个正交信号之和的调制。换句话说，它是基于I/Q信号的调制。我们将使用qpsk作为正交调制工作的例子，在这个过程中，我们将看到I/Q信号的振幅调制如何产生超过90°的相移。

这是QPSK调制器的基本框图。首先，对数字数据流进行处理，使两个连续位成为两个并行位。这两个位将同时传输；换句话说，如本页所述，qpsk允许一个符号传输两个位。本机振荡器产生载波正弦波。本地振荡器信号本身成为I载波，并应用90°相移来创建Q载波。I和Q载波被I和Q数据流相乘，并将这些相乘产生的两个信号相加，生成QPSK调制波形。

I和Q数据流对I和Q载波进行幅度调制，如上所述，这些单独的幅度调制可用于在最终信号中产生相位调制。如果I和Q数据流是从地面延伸到某个正电压的典型数字信号，我们将对I和Q载波应用开-关键控，并且我们的相移在任何方向都将限制在45°。但是，如果I和Q数据流是双极信号——即，如果它们在负电压和正电压之间摆动，我们的“振幅调制”实际上是在输入数据逻辑低时反转载波（因为负输入电压乘以载波会导致反转）。这意味着我们将有四个I/Q状态：

I normal and Q normal

I正常和Q正常

I normal and Q inverted

I法向和Q倒转

I inverted and Q normal

I倒转Q正常

I inverted and Q inverted

I倒转和Q倒转

What will summation produce in each of these cases? (Note that in the following plots the frequency of the waveforms is chosen such that the number of seconds on the x-axis is the same as the phase shift in degrees.)

在这些情况下，总和会产生什么？（注意，在下面的图表中，波形的频率被选择为X轴上的秒数与以度为单位的相移相同。）

[ShellAlbert]

As you can see, summation in these four cases produces exactly what we want to have in a QPSK signal: phase shifts of 45°, 135°, 225°, and 315°.

[ShellAlbert]

初始相位 45°, 135°, 225°, and 315° I/Q signaling refers to the use of two sinusoids that have the same frequency and a relative phase shift of 90°. I / Q信号是使用双正弦信号具有相同的频率，和一个相对相移90°）。

[ShellAlbert]

Binary Phase Shift Keying

二进制相移键控

The most straightforward type of PSK is called binary phase shift keying (BPSK), where “binary” refers to the use of two phase offsets (one for logic high, one for logic low).

最简单的PSK类型被称为二进制相移键控（BPSK），其中“二进制”是指使用两个相位偏移（一个用于逻辑高，一个用于逻辑低）。

We can intuitively recognize that the system will be more robust if there is greater separation between these two phases—of course it would be difficult for a receiver to distinguish between a symbol with a phase offset of 90° and a symbol with a phase offset of 91°. We only have 360° of phase to work with, so the maximum difference between the logic-high and logic-low phases is 180°. But we know that shifting a sinusoid by 180° is the same as inverting it; thus, we can think of BPSK as simply inverting the carrier in response to one logic state and leaving it alone in response to the other logic state.

我们可以直观地认识到，如果这两个相位之间有更大的分离，系统将更强大。当然，接收器很难区分相位偏移为90°的符号和相位偏移为91°的符号。我们只有360°的相位可以使用，所以逻辑高相位和逻辑低相位之间的最大差异是180°。但是我们知道，将一个正弦曲线移动180°与反转它是一样的；因此，我们可以认为bpsk只是简单地将载波反转以响应一种逻辑状态，而将其单独留在另一种逻辑状态。

[ShellAlbert]

[ShellAlbert]

[ShellAlbert]