A kvadratúra demoduláció megértése

Rádiófrekvencia-demoduláció
Ez az oldal elmagyarázza a kvadratúra demodulációt, és betekintést nyújt az I / Q jelek természetébe.

Ha elolvasta az előző oldalt, akkor tudja, mi az I / Q jelek és hogyan történik a kvadratúra (azaz I / Q jel alapú) moduláció. Ezen az oldalon a kvadraturális demodulációt tárgyaljuk, amely sokoldalú technika az információk kinyerésére amplitúdó-, frekvencia- és fázismodulált hullámformákból.

Átalakítás I és Q értékre
A következő ábra bemutatja a kvadratúra demodulátor alapvető felépítését.

Könnyedén észreveszi, hogy a rendszer hasonló a fordított irányú kvadratúra modulátorhoz. Az RF jelet megszorozzuk a helyi oszcillátor jelzéssel (az I csatornánál), és a helyi oszcillátort 90 ° -kal eltoljuk (a Q csatorna esetében). Az eredmény (aluláteresztő szűrés után, amelyet röviden ismertetünk) I és Q hullámformák, amelyek készen állnak a további feldolgozásra.

A kvadraturális modulációban alapsávú I / Q jeleket használunk amplitúdó-, frekvencia- vagy fázismodulált hullámforma létrehozására, amelyet erősíteni és továbbítani kell. A kvadratúra demodulációban a meglévő modulációt a megfelelő I / Q alapsáv jellé konvertáljuk. 

Fontos megérteni, hogy a vett jel bármilyen adóból származhat - a kvadratúra demoduláció nem korlátozódik azokra a jelekre, amelyeket eredetileg kvadratúra modulációval hoztunk létre.

Az aluláteresztő szűrőkre azért van szükség, mert a vett jelre alkalmazott kvadraturális szorzás nem különbözik a szokásos szorzástól, például egy szokásos AM demoduulátorban. A vett spektrum lefelé és felfelé eltolódik a vivőfrekvencia (fC) szerint; így aluláteresztő szűrőre van szükség a spektrumhoz kapcsolódó nagyfrekvenciás tartalom elnyomására, amelynek középpontja a 2fC.

Ha elolvasta az oldalt az amplitúdó-demodulációról, akkor az előző bekezdés ráébredhet, hogy a kvadratuur-demodulátor valójában két amplitúdó-demodulátorból áll. Természetesen nem alkalmazhat szokásos amplitúdó-demodulációt egy frekvenciamodulált jelre; nincs információ az FM jel amplitúdójában kódolva. 

De a kvadratúra (amplitúdó) demoduláció képes rögzíteni a frekvenciakódolt információkat - ez egyszerűen az I / Q jelek (meglehetősen érdekes) jellege. Két, 90 ° fázisú különbséggel rendelkező vivőfrekvenciájú szinuszos hajtású amplitúdó-demodulátor felhasználásával két különböző alapsávú jelet állítunk elő, amelyek együtt továbbíthatják a vett jel frekvenciájának vagy fázisának változásai által kódolt információkat.

Négyzetes amplitúdó-demoduláció
Amint azt a fejezet első oldalán, az AM hullámforma demodulációja kapcsán említjük, az amplitúdó-demoduláció egyik megközelítése magában foglalja a vett jel szorozását vivőfrekvencia-alapú referenciajelgel, majd a szorzás eredményének aluláteresztő szűrését. 

Ez a módszer jobb teljesítményt nyújt, mint az AM demoduláció, amely egy szivárgó csúcsdetektor körül épül. Ennek a megközelítésnek azonban súlyos gyengesége van: a szorzás eredményét befolyásolja az adó adó és a vevő vivőfrekvencia referenciajele közötti fázisviszony.

Ezek a diagramok az adó-vevő fáziskülönbség három értékének demodulált jelet mutatják. A fáziskülönbség növekedésével a demodulált jel amplitúdója csökken. A demodulációs eljárás 90 ° fáziskülönbségnél nem működik; ez a legrosszabb eset, azaz az amplitúdó újra növekedni kezd, amikor a fáziskülönbség elmozdul (mindkét irányba) 90 ° -ról.

A helyzet orvoslásának egyik módja egy kiegészítő áramkör, amely szinkronizálja a vevő referenciajelének fázisát a vett jel fázisával. A négyzetes demoduláció azonban felhasználható az adó és a vevő közötti szinkronizálás hiányának kiküszöbölésére. 

Mint az éppen rámutatott, a legrosszabb fázisbeli eltérés ± 90 °. Tehát, ha elvégezzük a szorozást két fázis 90 ° -ával elválasztott referenciajelekkel, akkor az egyik szorzó kimenete kompenzálja a másik szorzó kimenetének csökkenő amplitúdóját. 

Ebben a forgatókönyvben a legrosszabb esetben a fáziskülönbség 45 °, és a fenti ábrán láthatjuk, hogy a 45 ° fáziskülönbség nem eredményezi a demodulált jel amplitúdójának katasztrofális csökkenését.

A következő táblázatok demonstrálják ezt az I / Q kompenzációt. A nyomok a négyzetes demodulátor I és Q ágából származó demodulált jelek.

Az adó fázisa = 0 °

 

Az adó fázisa = 90 °

Állandó amplitúdó
Kényelmes lenne, ha a demodulált jel I és Q verzióit egyetlen hullámformává kombinálnánk, amely állandó amplitúdót tart fenn, függetlenül az adó és a vevő közötti fázisviszonytól. 

Lehet, hogy az első ösztön az addíció használata, de sajnos ez nem olyan egyszerű. A következő diagramot egy olyan szimuláció megismételésével állítottuk elő, amelyben az adó hordozójának fázisa kivételével minden ugyanaz. A fázisértéket egy paraméterhez rendelik, amelynek hét különálló értéke van: 0 °, 30 °, 60 °, 90 °, 120 °, 150 ° és 180 °. A nyom a demodulált I hullámforma és a demodulált Q hullámforma összege.

Mint láthatja, az addíció valóban nem az a mód, hogy olyan jelet hozzunk létre, amelyet nem befolyásolnak az adó-vevő fázis kapcsolatának változásai. Ez nem meglepő, ha emlékezzünk az I / Q jelzés és a komplex számok matematikai egyenértékűségére: egy jel I és Q komponensei analógok a komplex szám valós és képzeletbeli részeivel. 

A kvadratúra demodulációval valós és képzeletbeli komponenseket kapunk, amelyek megfelelnek az alapsávú jel nagyságának és fázisának. Más szavakkal, az I / Q demoduláció alapvetően transzláció: egy nagyítási plusz fázisú rendszertől (amelyet egy tipikus alapsávú hullámforma használ) egy olyan derékszögű rendszerre fordítunk, amelyben az I komponens az x tengelyen és a Q a komponens az y tengelyen van ábrázolva.

A komplex szám nagyságának megszerzéséhez nem adhatjuk egyszerűen hozzá a valódi és a képzeletbeli részeket, és ugyanez vonatkozik az I és Q jel komponensekre. Ehelyett a diagramban bemutatott képletet kell használnunk, amely nem más, mint a szokásos pitagorói megközelítés a derékszögű háromszög hipotenuszának hosszának megállapításához. 

Ha ezt a képletet alkalmazzuk az I és Q demodulált hullámformákra, akkor kapunk egy végső demodulált jelet, amelyet a fázisváltozások nem befolyásolnak. A következő ábra megerősíti ezt: a szimuláció ugyanaz, mint az előző (azaz hét különböző fázisérték), de csak egy jelet látsz, mert az összes nyom azonos.

Összegzésként
* A kvadraturális demoduláció két referenciajelet, amelyeket a fázis 90 ° -aa választ el egymástól, két szorzóval és két aluláteresztő szűrővel, az I és Q demodulált hullámformák előállításához.

* A négyzetes demoduláció felhasználható olyan AM demodulátor készítésére, amely kompatibilis az adó és a vevő közötti fázisszinkronizáció hiányával.
A kvadratúra demoduláció eredményeként létrejövő I és Q hullámformák megegyeznek a komplex szám valós és képzeletbeli részeivel.

Hagyjon üzenetet 

Üzenetlista