IQ正交信号入门简介.pdf

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书资料大小：0.27M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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IQ Signal Sideband Suppression 先谈所谓的 Sideband Suppression。在早期模拟通讯时代，假设 A 为载波频率，B 为信号频率，当我们要做调变的动作时，我们可透过三角函数公式，将其合成，如(1)式 : Cos(A)*Cos(B)= [Cos(A+B)+Cos(A-B)] 1 2 (1) 由(1)式我们知道调变后，在频谱上会产生两个 Sideband 信号，即 (A+B)和(A-B)。然而对于传输来说，其实只需要一个 Sideband 信号即可，也就是说两者选择一个即可，另外一个没用，需要滤掉。但实际上滤波器是不理想的，很难完全滤掉另外一个，且因为另外一个频带的存在，浪费了很多频带资源，因此到了数字通讯时代，多半利用 SSB (Single-Sideband) 的调变方式，于是再利用三角函数公式，便可得到 SSB 的信号，如(2)(3)式 : cos(A)*cos(B)＋sin(A)*sin(B) = cos（A－B） (2) cos(A)*cos(B)－sin(A)*sin(B) = cos（A＋B） (3) 1

图 1. Sin wave & Cos wave 由图 1 可知，Sin 函数与函数与 Cos 函数，正好有 90 度的相位差，换句话说换句话说，只要把载波 A 和信号 B 相乘，，接着各自移相 90 度相乘，最后合成，就能得到就能得到(A-B) 或(A+B)的 Single-Sideband Sideband 信号了。而(A-B)称为 LSB (Low Sideband) LSB (Low Sideband)，(A+B)称为 HSB (High Sideband)，，两者择一使用即可。Cos 即 I 讯号 (in-phase) phase)，Sin 即 Q 讯号 (quadrature-phase)，，如图 2 : 图 2. IQ 讯号 2

图 3. GMSK 调变器电路方块图图 3 便是典型的 GMSK(Gaussian minimum shift keying) 调变器电路方块图，载波和信号相乘的动作，会在混波器完成。而移相 90 度的动作，会在移相器完成，然后最后合成，产生 SSB，如图 4。图 4. SSB 频谱图 3

然而因为 RTR6285A 采用零中频(Zero IF ; ZIF)架构，其直流的 IQ 讯号，会直接转为 RF 讯号。故以 Idc 与 Qdc 来表示。若将 Idc 与 Qdc 分别以极坐标表示振幅与相位大小，可得下式 : I= dc I dc 0 (4) = Q dc Q dc + 90 f (5) I dc Q- dc (6) 理论上，以(2)(3)式而言，调变后只会产生 LSB 或 HSB，如图 4。但实际上由于 Idc 与 Qdc 会有振幅与相位不平衡的问题，(6)式即 IQ 讯号振幅差， f 即 IQ 讯号相位差。若(6)式不为零，也就是 IQ 讯号振幅不相等，则称为 IQ Gain imbalance。 f 若不为零，也就是 IQ 讯号相位差不为 90 度，则称为 IQ phase imbalance，而多半会将这两种现象，统称为 IQ imbalance。引起 IQ imbalance 的因素有许多，例如 Layout 好坏也会影响 IQ imbalance ，由于 IQ 讯号会走差分讯号型式，而差分讯号需符合等长，间距固定，以及间距不宜过大的要求，但实际 Layout 很难完全符合这些需求，因此会有 IQ imbalance。图 5. IQ Gain imbalance 4 — —

图 6. IQ phase imbalance 图 5 跟图 6 是 IQ imbalance 的星座图，在此是以 16QAM 作说明。而 IQ imbalance，会有 Undesired Sideband，换句话说，实际上其频谱不会如图 4 只有一个 Sideband，而是两个都有。图 7. Undesired sideband 5

但如前述，数字通讯时代，之所以利用 SSB 调变方式，便是以频带效率考虑，另一个 Undesired Sideband 毫无作用，且 Undesired Sideband 过大，对整体电路性能会有损害，因此需将 Undesired Sideband 抑制，而抑制效果，称为 Sideband suppression，其定义为 Desired sideband 与 Undesired sideband 之振幅差，如图 7。图 8. IQ Gain imbalance 与 IQ phase imbalance 之 Sideband suppression 由图 8 知道理论上若无 IQ imbalance，则 Sideband suppression 的效果会无限大，即完全没有 Undesired Sideband。虽然很难完全避免 Undesired Sideband 的存在，但至少能将其抑制到系统性能可接受的程度。图 9. IQ imbalance 对 Sideband Suppression 影响 6

由图 9 可知，当 IQ 讯号振幅差为零，且相位差几乎为 90 度时(f 为 0.01)，其 Sideband suppression 最好，可以达-80 dBc。而 IQ 讯号振幅差越大，则 Sideband suppression 越差。将紫色曲线与红色曲线作比较，同样 f 为 0.01，红色曲线(振幅差为零) 的 Sideband suppression，可以达-80 dBc。而紫色曲线(振幅差为 2.5 dB) 的 Sideband suppression，却连-20 dBc 都不到。另外，IQ 讯号相位差越大，则 Sideband 抑制效果也同样越差。单以红色曲线作比较，虽然振幅差为零，但若全没有 Sideband 抑制效果。 f 为 100 时，则 Sideband 抑制效果为 0 dBc，即完 7

Carrier Suppression 接下来讨论 Carrier Suppression。零中频的收发器，在 IQ 调变器上，会有不可避免的直流成分，称之为 DC Offset，这导致 I 讯号与 Q 讯号，会有直流成分。这会使得 0Hz 的频率点上，有噪声产生，称之 Carrier Feedthrough 或 LO (Local Oscillator) leakage。图 10. Carrier Feedthrough 之电路方块图如图 10，其中 IDC 跟 QDC ，是 IQ 讯号之直流成分。 IG 跟 QG 是 IQ 讯号之振幅。而 Cf 是载波频率，也就是 LO 信号，故 Carrier Feedthrough 也称为 LO leakage。 (7) 而(7)式表示 LO leakage，若 IDC 跟 QDC 为零，则理论上 LO leakage 是不存在的。 8

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