iq调制与iq解调原理（iq调制的作用）

什么是IQ 信号？

我们先来说说IQ数据有什么用。在通信系统中，通信所使用的电磁波最基本的参数是频带和带宽。这两个参数就不介绍了，懂通信的人应该都很熟悉。电磁波的频率并不是从0开始的，电磁波所在频段的中心频率点称为中频，减去中频后的信号称为基带信号。真正携带有用信息的是基带信号。例如：假设某电台的频段为800.9MHz~900.1MHz，则其带宽为200kHz，中频为900MHz。减去中频[-100kHz，100kHz]后的信号称为基带信号。因此，接收信号后直接减去中频的射频接收机称为零中频接收机。

在通信过程中，不可能直接传输基带信号。基带信号必须放在中频上进行传输。因此，中频也称为载波。当我们需要传输数据时，首先要把基带信号放在载波上。就像我们要运输货物一样，首先要把货物搬到车上。这个过程称为上转换。到达目的地后，我们必须卸货。这个过程称为下转换。假设基带信号为cos(a)，载波为cos(b)。上转换的预期结果是cos(a+b)。设a+b=c，则下变频的期望结果为cos(c-b)。上变频和下变频的过程统称为混合。那么混合是如何实现的呢？其实从数学上来说更容易理解。要通过三角函数实现频率变换，必须通过乘法来实现。两个不同频率的信号相乘得到的结果如下式所示：

事实上，这个结果在模拟锁相环的文章中已经介绍过。混频过程总是伴随着两个结果：频率差和频率和，这也是频率图像的来源。与模拟锁相环中环路滤波器的目的相反，我们需要滤除频率差并保留此结果中的频率和。为了获得单个和或差信号，将差部分展开以获得以下结果：

上式中，sin(a)和sin(b)是与cos(a)和cos(b)相差90的信号，cos(a)和cos(b)是正交IQ信号。这个方程清楚地表明了IQ信号在混音过程中带来的便利。对于基带数字信号，可以利用IQ信号轻松执行上变频和下变频操作。

这是典型的捷频收发器的框图，其内部集成了本地振荡器。您也可以选择从外部输入本振信号，经过上、下变频后直接进行采集、播放的步骤。

IQ调制

利用IQ信号来调制数据的方法就是IQ调制。 IQ调制广泛应用于通信信号的编码。 IQ调制的理解倒着来说就很容易理解了。 IQ调制的流程如下图所示。

输入的ab信号分别乘以cos(t)和sin(t)，然后相加（通常sin函数的符号为负），得到IQ调制信号。对应a/b的不同值，有不同的值。

那么a和b数据（称为I/Q数据）从哪里来呢？我们的数据是一系列连续的位，a/b数据是直接映射到这些位的结果。每次每两位编码时，只需为a和b定义两个值即可。当编码4位时，需要为a和b定义4个值，以此类推。

上表中a和b的取值是为了使输出幅度为1。一次编码4位时，映射关系如下表所示。

编码映射的过程可以任意定义吗？很明显不是。为了最小化IQ调制后输出的相位误差，相邻相位之间只有1位差，这就是格雷码。

星座

星座图的概念在通信系统中经常出现。什么是星座图以及它的用途是什么？

在通信技术的发展中，1G时代是模拟通信。自2G时代以来，进入了数字通信技术时代。现在1G已经几乎完全被淘汰了。在通信格式中，有调幅、调频和调相三种形式。

在模拟通信中，调频波在指定频段内是连续的，类似于雷达波中常用的线性调频信号。雷达中使用线性调频信号有利于脉冲压缩，使多普勒频移更加明显，从而提高速度分辨率。然而，在通信系统中，多普勒频移并不是我们所期望的。

在数字通信时代，FM中的频率是不连续的。在频段中，用不同的频率点分别表示0和1。下图清楚地展示了AM、FM和Phase调制的具体调制方式。

PSK，Phase Shift Keying，顾名思义，就是通过按键来控制信号输出相位的变化。通过输入0/1 信号来控制相位变化是一种易于实现的调制方法。将PSK与上述IQ调制相结合，可以轻松完成调制过程。当一次编码2位时，总共有4个阶段，对应4种不同的IQ组合。这种调制称为QPSK；当编码4位时，总共有16个相位，称为16PSK。

我们将输入的IQ信号定义为信号的实部和虚部（但实际上两个IQ信号都是实数信号）并分别以I和Q为横轴和纵轴，那么复数上的每两个IQ值平面可以对应一个固定点，画出坐标就称为星座图。

PSK和QAM的本质区别在于PSK的点分布在单位圆上，而QAM的点不分布在单位圆上。这意味着输出信号的幅度是不确定的，因此QAM的编码方式对频谱有一定的影响。利用率是PSK编码的数倍。

格雷码的编码方法保证了1位错误只会导致星座图上的点在相邻点之间跳跃。不同的编码方式和映射关系也对五种编码的性能产生影响。这是统计数据。这是一个不会被讨论的领域。

在QAM星座图中，相对于原点的距离就是信号的功率，信号的功率会直接反映在星座图中。