Verstaan ​​kwadratuur-demodulasie

Radiofrekwensie-demodulasie
Hierdie bladsy verduidelik wat kwadratuur demodulasie is en bied insig in die aard van I / Q seine.

As u die vorige bladsy gelees het, weet u wat I / Q-seine is en hoe kwadratuur (dws I / Q-sein-gebaseerde) modulasie word bewerkstellig. Op hierdie bladsy bespreek ons ​​kwadratuur-demodulasie, wat 'n veelsydige tegniek is om inligting uit amplitude-, frekwensie- en fase-gemoduleerde golfvorms te onttrek.

Omskep na I en Q
Die volgende diagram gee die basiese struktuur van 'n kwadratuur-demodulator weer.

U sal maklik agterkom dat die stelsel omgekeer is soos 'n kwadratuurmodulator. Die RF-sein word vermenigvuldig met die plaaslike ossillatorsignaal (vir die I-kanaal) en die plaaslike ossillator met 90 ° geskuif (vir die Q-kanaal). Die resultaat (na lae-deursyferfiltering, wat binnekort uiteengesit sal word) is I- en Q-golfvorms wat gereed is vir verdere verwerking.

In kwadratuurmodulasie gebruik ons ​​basis / I / Q-seine om 'n amplitude-, frekwensie- of fase-gemoduleerde golfvorm te skep wat versterk en oorgedra sal word. In kwadratuur-demodulasie skakel ons die bestaande modulasie om in die ooreenstemmende I / Q-basisbandseine. 

Dit is belangrik om te verstaan ​​dat die ontvangde sein van enige vorm van senders kan wees; kwadratuur-demodulasie is nie beperk tot seine wat oorspronklik deur kwadratuurmodulasie geskep is nie.

Die laagdeurlaatfilters is nodig omdat die kwadratuurvermenigvuldiging wat op die ontvangde sein toegepas word, nie verskil van die vermenigvuldiging wat gebruik word in byvoorbeeld 'n gewone AM-demodulator nie. Die ontvangde spektrum sal afwaarts en opwaarts geskuif word deur die draerfrekwensie (fC); dus is 'n laagdeurlaatfilter nodig om die hoëfrekwensie-inhoud wat verband hou met die spektrum rondom 2fC te onderdruk.

As u die bladsy oor amplitude-demodulasie gelees het, kan die voorafgaande paragraaf u miskien laat besef dat 'n kwadratuur-demodulator eintlik uit twee amplitude-demodulators bestaan. Natuurlik kan u nie gewone amplitude-demodulasie toepas op 'n frekwensie-gemoduleerde sein nie; daar is geen inligting wat in die amplitude van die FM-sein gekodeer is nie. 

Maar kwadratuur (amplitude) demodulering kan die frekwensie-gekodeerde inligting vaslê - dit is bloot die (nogal interessante) aard van I / Q-seine. Deur twee amplitude demodulators te gebruik wat aangedryf word deur draerfrekwensie sinusoïede met 'n faseverskil van 90 °, genereer ons twee verskillende basisbandseine wat saam inligting kan oordra wat gekodeer is via veranderinge in die frekwensie of fase van die ontvangde sein.

Kwadratuur-amplitude-demodulasie
Soos genoem op die eerste bladsy van hierdie hoofstuk, Hoe om 'n AM-golfvorm te demoduleer, behels een benadering tot amplitude-demodulering die vermenigvuldiging van die ontvangde sein met 'n draerfrekwensie-verwysingsignaal, en dan word die resultaat van hierdie vermenigvuldiging laag-filter. 

Hierdie metode bied hoër werkverrigting as AM-demodulasie wat rondom 'n lekkende piekdetektor gebou is. Hierdie benadering het egter 'n ernstige swakheid: die resultaat van die vermenigvuldiging word beïnvloed deur die faseverhouding tussen die sender se draer en die ontvanger se draerfrekwensie-verwysingssein.

Hierdie erwe wys die gedemoduleerde sein vir drie waardes van die fase-verskil tussen sender en ontvanger. Namate die faseverskil toeneem, neem die amplitude van die gedemoduleerde sein af. Die demodulasieprosedure het by die fase-verskil tussen 90 ° nie-funksioneel geword; dit verteenwoordig die slegste geval - dit wil sê, die amplitude begin weer toeneem namate die faseverskil (in enige rigting) van 90 ° af wegbeweeg.

Een manier om hierdie situasie reg te stel, is deur addisionele stroombane wat die fase van die ontvanger se verwysingsignaal met die fase van die ontvangde sein gesinchroniseer. Kwadratuur-demodulering kan egter gebruik word om die afwesigheid van sinchronisasie tussen sender en ontvanger te oorkom. 

Soos pas aangedui, is die verskil in die ergste fase ± 90 °. As ons dus vermenigvuldiging uitvoer met twee verwysingseine wat deur 90 ° fase geskei is, vergoed die uitset van die een vermenigvuldiger vir die dalende amplitude van die uitset vanaf die ander vermenigvuldiger. 

In hierdie scenario is die ergste faseverskil 45 °, en u kan in die bogenoemde plot sien dat 'n 45-faseverskil nie lei tot 'n katastrofiese vermindering in die amplitude van die gedemoduleerde sein nie.

Die volgende erwe demonstreer hierdie I / Q-vergoeding. Die spore is gedemoduleerde seine van die I- en Q-takke van 'n vierhoekige demodulator.

Senderfase = 0 °

 

Senderfase = 90 °

Konstante amplitude
Dit sou gerieflik wees as ons die I- en Q-weergawes van die gedemoduleerde sein in een golfvorm kan kombineer wat 'n konstante amplitude handhaaf, ongeag die faseverhouding tussen sender en ontvanger. 

U eerste instink is miskien om aanvulling te gebruik, maar ongelukkig is dit nie so eenvoudig nie. Die volgende plot is gegenereer deur 'n simulasie te herhaal waarin alles dieselfde is, behalwe die fase van die draer van die sender. Die fasewaarde word toegeken aan 'n parameter wat sewe verskillende waardes het: 0 °, 30 °, 60 °, 90 °, 120 °, 150 ° en 180 °. Die spoor is die som van die gedemoduleerde I-golfvorm en die gedemoduleerde Q-golfvorm.

Soos u kan sien, is toevoeging beslis nie die manier om 'n sein te produseer wat nie beïnvloed word deur variasies in die fase-verhouding tussen sender en ontvanger nie. Dit is nie verbasend as ons die wiskundige ekwivalensie tussen I / Q-sein en komplekse getalle onthou nie: die I- en Q-komponente van 'n sein is analoog aan die reële en denkbeeldige dele van 'n komplekse getal. 

Deur kwadratuur demodulering uit te voer, verkry ons werklike en denkbeeldige komponente wat ooreenstem met die grootte en fase van die basisbandsein. Met ander woorde, I / Q-demodulering is in wese vertaling: ons vertaal van 'n magnitude-plus-fase-stelsel (gebruik deur 'n tipiese basisbandgolfvorm) na 'n Cartesiese stelsel waarin die I-komponent op die x-as en die Q komponent is op die y-as gestip.

Om die grootte van 'n komplekse getal te verkry, kan ons nie net die werklike en denkbeeldige dele byvoeg nie, en dieselfde geld vir I- en Q-seinkomponente. In plaas daarvan moet ons die formule wat in die diagram getoon word, gebruik, wat niks anders is as die standaard Pythagoreuse benadering om die lengte van die skuinssy van 'n regte driehoek te vind nie. 

As ons hierdie formule toepas op die I- en Q-gedemoduleerde golfvorms, kan ons 'n finale gedemoduleerde sein kry wat nie deur fasevariasies beïnvloed word nie. Die volgende plot bevestig dit: die simulasie is dieselfde as die vorige (dit wil sê sewe verskillende fasewaardes), maar u sien slegs een sein, want al die spore is identies.

Opsomming
* Kwadrature-demodulering gebruik twee verwysingsseine wat deur 90 ° fase geskei is, tesame met twee vermenigvuldigers en twee laagdeurlaatfilters, om I- en Q-gedemoduleerde golfvorms te genereer.

* Kwadrature-demodulasie kan gebruik word om 'n AM-demodulator te maak wat versoenbaar is met 'n gebrek aan fasesinchronisasie tussen sender en ontvanger.
Die I- en Q-golfvorme wat voortspruit uit kwadratuur-demodulasie is gelyk aan die werklike en denkbeeldige dele van 'n komplekse getal.

Los 'n boodskap 

boodskap Lys