第1讲 数字射频通信简介
1.3 为什么使用I和Q
这样在频率a载波下产生了双边带信号：a+b和a-b，而对于信号传输来说，其实只需要一个信号即可。也就是说两者选择一个，另外李哥没有用，需要滤掉。但实际上滤波器是很不理想的，很难完全滤除掉另一个频带，所以因为另外一个频带的存在浪费了很多频谱资源。
进入到数字时代以后，在某一个时刻传输的只有一个信号，比如0假设为900MHz，1假设为901MHz，一直在这两个频点变化而已，并且不可能同时出现。这个不同于模拟信号，比如电视机，信号的频带就是6.5MHz。还有一个严重的问题，就是信号的频谱资源越来越宝贵，不能再像模拟通信一样简单的将载波与信号相乘，导致双边带信号。
大家最希望得到的，就是输入a信号和b信号，得到单一的a+b或者a-b即可。基于此目的，我们使用下面的公式：
此公示清楚的表明，只要把载波a和信号b相乘，之后它们各自都移相90度之后相乘，之后相加，就能得到a-b的信号了。这个在数字通信、当前的半导体工艺完全可以做到：
1. 数字通信，单一时间只有一个频点，所以可以移相90度；
2. 相加器、相乘器技术很容易实现。
接下来就很好办了，大家都知道I路就是cos(b)，Q路就是sin(b)，对这两路信号进行组合：
cos(b)， sin(b)
cos(b)，-sin(b)
-cos(b)， sin(b)
-cos(b)，-sin(b)
这个就是IQ信号的四相调制（QPSK）了。为了产生更多种类的调制方案，就在这里面折腾了(BPSK、QAM等)。
数字调制使用I和Q分量，因为它可提供简单有效、功能强大的调制方法来生成、发射与恢复数字数据。I-Q域中的调制信号具有很多优势 :
a. I-Q的实现提供一种生成复信号(相位和幅度均改变)的方法幅度。I-Q调制器不使用非线性、难实现的相位调制，而是简单的对载波幅度度及其正交量进行线性调制。具有宽调制带宽和良好线性的混频器很容易得到，基于基带和中频软件的LO也是。为生成复调制信号，只需产生信号的基带I和Q分量。I-Q调制的一个关键优势是调制算法可以生成从数字制式到射频脉冲甚至线性调频雷达等各种调制。
b. 信号的解调也同样简单明了。使用I-Q解调至少理论上可以轻松地恢复基带信号。
c. 在I-Q平面上观察信号经常能更好地洞察信号。串扰、数据偏移、压缩以及AM-PM 失真等用其它方法难以呈现的现象在I-Q平面上可以轻松查看。
1.4 数字通信发射机概念
通信发射机开始于语音编码(假设进行语音传输 )，即对模拟信号进行量化并转化为数字数据(数字化)的过程。随后，数据压缩用于降低数据速率并提高频谱效率。信道编码和交织属于常见技术，通过最小化噪声与干扰的影响来改进信号完整性。额外的比特经常被用来进行误差校准或者作为识别和均衡的训练序列。这些技术还使与接收机的同步(找寻符号时钟)更简单。符号编码器将串行比特流转换为适当的I和Q基带信号，对应具体的系统每个信号映射到I-Q平面上符号。符号时钟代表各个符号传输的频率和精确计时。当符号时钟跳变时，发射载波在正确的I-Q (或幅度/相位)值上代表具体的符号(星座图的特定点)。各个符号的时间间隔即为符号时钟周期，其倒数是符号时钟频率。当符号时钟与检测符号的最佳瞬时同步时，符号时钟相位是正确的符号。
一旦I和Q基带信号生成后，它们会被过滤(带限)以提高频谱效率。未经过滤的无线数字调制器的输出会占用非常宽的带宽(理论上是无限宽)。这是因为调制器被基带I-Q方波的快速跳变所驱动；时域上的快速跳变等同于频域上的宽频谱。这种情况不可接受是因为它会减少其他用户的可用频谱并造成对邻近用户的信号干扰，称之为邻信道功率干扰。基带滤波通过限制频谱以及限制对其它信道的干扰解决了这一问题。实际上，滤波减缓了状态之间的快速转换，从而限制了频谱。不过滤波也不是没有缺点，它会导致信号和数据传输性能的下降。
信号质量的下降是由于频谱分量的减少、过冲以及滤波器时间(脉冲)响应引起的有限振铃效应。频谱分量减少了就会使信息丢失，从而可能导致接收机重建信号困难，甚至是不可重建的。滤波器的振铃响应可能持续很久，以致影响到随后的符号，并产生码间串扰(ISI)。ISI定义为前后符号的多余能量干扰到当前的符号，导致接错误地解码。滤波器的最佳选择就成为频谱效率和ISI 的折衷。在数字通信设计中，有一款常用的特定类型的滤波器称为Nyquist 滤波器。Nyquist滤波器是一个理想的滤波器选择，因为它能够最使数据速率最大化而且最小化ISI 并限制信道带宽需求。在以后的章节，你将会进一步了解这种滤波器。为了改进系统的整体性能，滤波器一般会在发射机和接收机之间共享或分配。在这种情况下，为了最小化ISI，滤波器必须尽可能地匹配发射机和接收机并正确实现。
已过滤的I和Q基带信号是I-Q调制器的输入。调制器中的LO可能工作在中频(IF)或直接工作在最终的无线射频(RF)上。调制器的输出是中频(或射频)上的两个正交I和Q信号的合成。调制后，如果需要，信号会上变频到射频。再将任何多余的频率过滤掉，最后信号送入到输出放大器并传输。
文章来源：威视锐科技
