信號(hào)發(fā)生器的I/Q調(diào)制

基本的調(diào)制方案包括幅度、頻率和相位調(diào)制。調(diào)制信號(hào)可以使用幅度和相位（矢量）的極坐標(biāo)來表示。I/Q調(diào)制由于頻譜效率較高，因而在數(shù)字通信中得到廣泛采用。

I/Q調(diào)制使用了兩個(gè)載波，一個(gè)是同相 (I) 分量，另一個(gè)是正交 (Q) 分量，兩者之間有90。的相移(見圖1）。

圖1 I/Q 相量圖

I/Q調(diào)制的主要優(yōu)勢(shì)是能夠非常輕松地將獨(dú)立的信號(hào)分量合成到一個(gè)復(fù)合信號(hào)中，隨后再將這個(gè)復(fù)合信號(hào)分解為獨(dú)立的信號(hào)分量。

在數(shù)字發(fā)射機(jī)中，丨信號(hào)和 Q 信號(hào)通過同一個(gè)本地振蕩器 (LO) 混合，不過這個(gè)本振在其中一條 LO 路徑上放置了一個(gè)90°的移相器 （見圖2）。這個(gè)90° 的相移使 I 信號(hào)和 Q 信號(hào)彼此正交，互不干擾。

圖2 基帶 I/Q 調(diào)制

主要IQ調(diào)制參數(shù)

調(diào)制方案
矢量信號(hào)的變化在I/Q圖上可以用幅度、相位、頻率或這些指標(biāo)的組合來表示。這些幅度和相位的變化產(chǎn)生了不同的調(diào)制格式。由于數(shù)據(jù)是用二進(jìn)制傳輸?shù)模亲鶊D中的點(diǎn)數(shù)必須為2的冪。最基本的數(shù)字調(diào)制格式為：
PSK（相移鋰控)
FSK（頻移繾控)
ASK（幅移繾控)
QAM（正交幅度調(diào)制)

星座圖和符號(hào)

星座圖展示了QAM格式的可用符號(hào)。以16QAM格式為例，每個(gè)符號(hào)表示著四個(gè)二進(jìn)制位的一種可能組合。對(duì)于這四個(gè)二進(jìn)制位來說，總共可能有16個(gè)組合。換言之，每個(gè)符號(hào)表示著四位。

為了提高數(shù)據(jù)帶寬，我們可以增加每個(gè)符號(hào)表示的位數(shù)，這樣可以提高頻譜效率。不過，隨著星座圖中符號(hào)數(shù)量的增加，符號(hào)間的距離開始變小。符號(hào)越來越接近，因此就越容易受到噪聲和失真的影響，出現(xiàn)錯(cuò)誤。圖3展示了當(dāng)從16-QAM格式變?yōu)?4-QAM格式時(shí)，符號(hào)密度的增加。

圖3 16-QAM 和 64-QAM 格式的星座圖

數(shù)字調(diào)制類型一變量

通信系統(tǒng)在基本調(diào)制方案中使用了三個(gè)主要變量。這些變量可以避免I/Q信號(hào)跡線通過零位（星座圖的中心），從而在功率效率上占據(jù)優(yōu)勢(shì)。

IQ偏置調(diào)制：在 ZigBee 2450-MHz頻段中使用OQPSK

差分調(diào)制：在藍(lán)牙 2.0+EDR中使用 π/4 DQPSK

恒包絡(luò)調(diào)制：GSM 使用 GMSK; Wi-SUN使用2-FSK

圖4 IQ調(diào)制變量

正交頻分多路復(fù)用 (OFDM) 是另一種常用的調(diào)制方案。很多最新的無線和電信標(biāo)準(zhǔn)都采用了這種策略，例如數(shù)字廣播、xDSL、無線網(wǎng)絡(luò) 和 5G 新空口 （NR) 蜂窩技術(shù)。

OFDM 使用了多個(gè)重疊的射頻載波。每個(gè)載波都在精心選擇的頻率上工作（這個(gè)頻率與其他載波正交），并且采用了并行子載波方案，因此這種傳輸方案能夠支持更高的比特率。此外，OFDM 方案在頻譜效率、靈活性和穩(wěn)定度等方面都具有優(yōu)勢(shì)。

比特率與符號(hào)率（波特率）
比特率是系統(tǒng)傳輸比特流的頻率。符號(hào)率等于比特率除以每個(gè)符號(hào)可以傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)。例如，在 QPSK 中，每個(gè)符號(hào)表示兩個(gè)比特。QPSK 的符號(hào)率就是其比特率的一半。信號(hào)帶寬和符號(hào)率成正比。

符號(hào)率=比特率/每個(gè)符號(hào)傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)

誤差矢量幅度（EVM）

誤差矢量是理想 I/Q 參考信號(hào)與被測(cè)信號(hào)之間的矢量差。EVM 只是這個(gè)誤差矢量的幅度。誤差矢量是本地振蕩器的相位噪聲、功率放大器的噪聲以及 I/Q 調(diào)制器減損等因素共同作用的結(jié)果。

為了確保能夠評(píng)測(cè)被測(cè)器件的 EVM 性能，您所使用的信號(hào)發(fā)生器的 EVM 性能害要比被測(cè)器件的預(yù)期EVM性能好 5 至10 dB.

例如，802.11 ax 發(fā)射機(jī)EVM 標(biāo)準(zhǔn)要求1024 QAM 的 EVM 達(dá)到 -35dB。 對(duì)于在設(shè)計(jì)驗(yàn)證中使用的信號(hào)發(fā)生器，其剩余 EVM 本底應(yīng)低于 -45dB。不過，在生產(chǎn)測(cè)試中，EVM 性能小于 -40 dB 就己經(jīng)非常好了。

圖 5 誤差矢量圖解

圖6 802.11 ax 星座圖和誤差概覽

圖7 矢量信號(hào)發(fā)生器的EVM性能指標(biāo)至少比待測(cè)件預(yù)期EVM好5~10dB

I/Q減損

I/Q減損可能會(huì)在您的設(shè)計(jì)中突然出現(xiàn)。當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí)，您需要仿真這些減損，以便對(duì)您的設(shè)計(jì)進(jìn)行強(qiáng)化測(cè)試，或?qū)π盘?hào)路徑上的時(shí)間和幅度變化予以補(bǔ)償。您的信號(hào)發(fā)生器能鴝生成I/Q減損。使用下列I/Q調(diào)整來仿真您所需要的減損。I/Q調(diào)整的使用情況與影響匯總請(qǐng)參見表1。

I/Q偏置：I 信號(hào)和Q信號(hào)的直流偏置

正交角度：Q信號(hào)相位相對(duì)于 I 信號(hào)相位的偏移

I/Q偏移：I 信號(hào)和Q信號(hào)之間的相對(duì)時(shí)延

I/Q增益平衡：相對(duì)于Q信號(hào)幅度的 I 信號(hào)幅度

I/Q相位：通過同時(shí)旋轉(zhuǎn) I 信號(hào)和Q信號(hào)，獲得內(nèi)部I/Q信道的絕對(duì)相位

表1 I/Q調(diào)整的使用情況

除了I/Q調(diào)整之外，您還可以向載波添加相位噪聲減損或 AM/FM 以仿真不完美信號(hào)，或向調(diào)制信號(hào)添加 AWGN 作為干擾源，以便您進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證。