如何理解I/Q信号、星座图和符号？

在通信中，基本的调制方案包括了：幅度、频率和相位调制。

调制信号可以使用幅度和相位（矢量）的极坐标来表示。I/Q调制由于频谱效率较高，因而在数字通信中得到广泛采用。IQ调制使用了两个载波，一个是同相 (I) 分量，另一个是正交 (Q) 分量，两者之间有90°的相移(见下图）。

I/Q 调制的主要优势是能够非常轻松地将独立的信号分量合成到一个复合信号中，随后再将这个复合信号分解为独立的信号分量，参考光通信里的I/Q调制与星座图。

在数字发射机中，丨信号和 Q 信号通过同一个本地振荡器 (LO) 混合，不过这个本振在其中一条 LO 路径上放置了一个90°的移相器（见下图）。这个90°的相移使 I 信号和 Q 信号彼此正交，互不干扰。

主要 IQ 调制参数

（1）IQ 调制方案

矢量信号的变化在 I/Q 图上可以用幅度、相位、频率或这些指标的组合来表示。这些幅度和相位的变化产生了不同的调制格式。由于数据是用二进制传输的，星座图中的点数必须为2的幂。什么是IQ信号, IQ调制又是怎么回事？最基本的数字调制格式为：

（2）星座图和符号

星座图展示了 QAM 格式的可用符号。以 16 QAM 格式为例，每个符号表示着四个二进制位的一种可能组合。对于这四个二进制位来说，总共可能有16个组合。换言之，每个符号表示着四位。

为了提高数据带宽，我们可以增加每个符号表示的位数，这样可以提高频谱效率。不过，随着星座图中符号数量的增加，符号间的距离开始变小。符号越来越接近，因此就越容易受到噪声和失真的影响，出现错误。下图展示了当从 16-QAM 格式变为 64-QAM 格式时，符号密度的增加。

数字调制类型一变量

通信系统在基本调制方案中使用了三个主要变量。这些变量可以避免 I/Q 信号迹线通过零位（星座图的中心）, 从而在功率效率上占据优势。

正交频分多路复用 (OFDM) 是另一种常用的调制方案。很多最新的无线和电信标准都采用了这种策略，例如数字广播、xDSL、无线网络、4G和5G新空口 (NR)蜂窝技术。

同时，OFDM也使用了多个重叠的射频载波。每个载波都在精心选择的频率上工作（这个频率与其他载波正交），并且采用了并行子载波方案，因此这种传输方案能鸲支持更高的比特率。此外，OFDM 方案在频谱效率、灵活性和稳定度等方面都具有优势。

（1）比特率与符号率（波特率）

比特率是系统传输比特流的频率。符号率等于比特率除以每个符号可以传输的比特数。例如，在 QPSK 中，每个符号表示两个比特。QPSK 的符号率就是其比特率的一半。信号带宽和符号率成正比。

符号率=比特率/每个符号传输的比特数

（2）误差矢量幅度（EVM）

误差矢量是理想 I/Q 参考信号与被测信号之间的矢量差。EVM只是这个误差矢量的幅度。误差矢量是本地振荡器的相位噪声、功率放大器的噪声以及 I/Q 调制器减损等因素共同作用的结果。

“为了确保能够评测测器件的 EVM 性能，我们所使用的信号发生器的 EVM 性能害要比發测器件的期 EVM 性能好 5 至10 dB。”

例如，802.11 ax 发射机 EVM 标准要求1024 QAM 的 EVM 达到-35 dB。对于在设计验证中使用的信号发生器，其剩余 EVM 本底应低于-45 dB 。不过，在生产测试中，EVM 性能小于 -40 dB 就己经非常好了。

（3）I/Q 减损

I/Q 减损可能会在我们的设计中突然出现。当出现这种情况时，我们需要仿真这些减损，以便对设计进行强化测试，或对信号路径上的时间和幅度变化予以补偿。信号发生器能够生成I/Q 减损。使用下列 I/Q 调整来仿真您所需要的减损。I/Q 调整的使用情况与影响汇总请参见下表。

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Category: 原理