i和q应该如何结合?通过模拟或数字方式?本文将讨论模拟和数字 iq 方法的基础知识。
模拟 iq 调制器(用于发射器)和 iq 解调器(用于接收器)已经使用了几十年([1] 至 [3])。
最近,推出了新的a / d和d / a转换器,可以直接在1至4 ghz的频率下采样if;在第 2、3 和 4 奈奎斯特区采样([4] 至 [7])。这些与更高速的数字逻辑相结合,允许以数字方式([8]至[21])完成合并(对于a / d)和分离(对于d / a)。如图1(a)(调制器)和图1(b)(解调器)所示,数据转换器(dac或adc)位于“d”位置。
图 1(a).
调制器
图 1(b).
解调器
另一方面,集成模拟i、q合路器和分离器在i和q路径之间具有非常好的匹配,解决了模拟执行这些过程的一些异议。模拟技术还需要两倍于if直接采样的数据转换器(a/d或d/as),但它们以较低的采样速率运行;因此,它们更便宜且需要更少的功率。如图1(a)(对于调制器)和图1(b)(对于解调器)所示,数据转换器(dac或adc)位于“a”位置。
笔者开始思考这个问题。他在几个 linkedin 群组中征求意见,并获得了有价值的答案。经致谢者同意,现致谢如下。他还找到了关于这些功能的现代集成电路 (ic) 属性的所有信息,以及为这些 ic 确定的任何性能要求的结果。由此,他试图得出任何可以得出的一般性结论来回答这个问题; “iq 调制和解调应该模拟还是数字方式完成?”
模拟智商方法
模拟 iq 方法已经存在了几十年([1] 到 [3])。任何 if 或 rf 信号都可以表示为
r(t) = i(t)cos(2πft) +q(t)sin(2πft)
其中 f 是载波频率,i(t) 称为同相分量,q(t) 称为正交分量。模拟 iq 调制器采用基带信号 i(t) 和 q(t) 并形成 r(t)。如图 1(a) 所示,dac 位于位置 a。模拟 iq 解调器将输入 r(t),并形成 i(t) 和 q(t)。如图 1(b) 所示,dac 位于位置 a。
模拟方法的一个关键问题是保持两条路径的增益相同,相位差恰好为 90º。有时会因为这些要求而忽略两个低通滤波器。对于具有显着信号能量的所有频率,它们应该精确增益和相位匹配。这些要求的更精确的量化,以及与它们的偏差造成的损害,将在后面的文章中显示。
数字智商方法
高速数据转换器(dac 和 adc)的最新发展使人们通过数字方式实现 iq 调制器和解调器功能来避免模拟 iq 方法部分中讨论的 iq 不平衡问题,其中增益和相位可以在没有错误([5]、[8] 到 [21])。对于调制器情况,输出端有一个高速 dac,如图 1(a) 所示,dac 位于位置 d。对于解调器情况,输入端有一个高速 adc,如图 1(a) 所示图 1(b) 中 adc 在位置 b。
通常,这些数字方法利用混叠效应,使用所谓的带通采样([22] 至 [24]。[24a],[24b])。图 2(a) 显示了及时采样的波形。图 2(b) 显示了未采样和采样信号的频谱。 adc 的采样时钟执行与 rf 混频器中的本地振荡器相同的功能。对于 adc,模拟滤波器只能允许一个奈奎斯特区中的信号通过,并且这种混频操作可用于将该奈奎斯特区中的信号下变频至基带。
图 2(a)。
时域采样
图 2(b)。
未采样和采样信号的频谱
对于 dac,可以及时对输出进行整形,以提高更高频率下的性能。
图 3(a) 显示了“正常”或“不归零”(nrz) dac 输出。在每个样本之后,输出保持不变,直到下一个样本。模拟频谱如图 3(b) 所示。
图 3(a)。
时域采样
图 3(b)。
图 4(a) 显示了“归零”(rz) dac 输出。每次采样后,输出在半个采样周期内保持不变,然后变为零。这会增加第二奈奎斯特区的幅度,如图 4(b) 所示。
图 4(a)。
时域采样
图 4(b)。
图5(a)显示了“混合”或“rf”dac输出。每个采样后,输出在半个采样周期内保持不变,然后变为负值。这与混频器的操作相同,混频器使用本振波形的两个极性。如图5(b)所示的模拟频谱在第二奈奎斯特区具有更大的幅度。通过上述任何方法创建波形后,必须使用低通或带通滤波器滤除所需频率,以消除可能存在的任何不需要的混叠和杂散响应。
图 5(a).
时域采样
图 5(b).
数字方法避免了正交不平衡的任何问题。然而,由于量化和采样效应,所有数据转换器都有其不希望的传递。其中一些效果将在下一篇文章中展示。与模拟iq网络相比,这些高速数据转换器的成本和功耗要求通常也很高。
确认
当本报告中提到的问题首次出现在作者的脑海中时,他通过一些linkedin团体征求意见。收到了一些有用的答复。允许使用其个人信息的人是;gary kaatz,khaled sayed(consultix-egypt),dieter joos(安森美半导体)和jaideep bose(asmaitha wireless technologies)。作者还感谢他的妻子伊丽莎白,她可能想知道她的丈夫在做什么;他隐居在家庭办公室里,做着他显然没有得到报酬的工作。
引用
以下参考资料将用于本系列中的每篇文章。
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