数字或模拟?I和Q如何结合分离?

模拟IQ调制器(用于发射机)和IQ解调器(用于接收机)已经使用了几十年([1]到[3])。

最近，已经引入了新的A / D和D / A转换器，可以直接示出1至4 GHz的IF;在第2，第3和第4和第4个奈奎斯特区（[4]至[7]）上采样。这些与较高速度数字逻辑组合允许组合（对于A / D）和分离（对于D / A）进行数字（[8]至[21]）。这在图1（a）（对于调制器）和图1（b）（用于解调器）中的图1（a）和图1（b）的位置“d”。

图1（a）。调制器

图1 (b)。解调器

另一方面，集成的模拟I，Q组合器和分离器在I和Q路径之间具有非常好的匹配，解决一些反对以为模式进行这些过程。模拟技术还需要数据转换器（A / DS或D / AS）的两倍，而不是直接采样，但它们以较低的采样率运行;所以他们更便宜，需要更少的力量。这在图1（a）（对于调制器）和图1（b）（用于解调器）中，具有数据转换器（DAC或ADC）。

作者开始思考这个问题。他向几个领英小组询问了意见，并收到了有价值的答案。通过批准确认，他们在下面得到承认。他还发现了对这些功能的当代集成电路（ICS）的属性来找到任何信息，以及为这些IC确定的任何性能要求的结果。从这里，他试图产生任何一般的结论来回答问题;“智商调制和解调应该是模数还是数字方式？”

模拟智商的方法

模拟IQ方法已经存在了几十年（[1]至[3]）。任何IF或RF信号都可以表示

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，并且q（t）称为正交组件。模拟IQ调制器采用基带信号I（T）和Q（T）并形成R（T）。这在图1（a）中示出了位置A中的DAC。模拟IQ解调器作为输入R（t），形成I（t）和q（t）。这在图1（b）中示出，其中DAC位于A.

模拟方法的一个关键问题是保持通过两条路径的增益相同，相位差正好为90º。对于这些要求，有时忽略了两个低通滤波器。对于所有具有显著信号能量的频率，它们应该是精确的增益和相位匹配。对这些要求的更精确的量化，以及因偏离这些要求而造成的损失，将在后面的一篇文章中显示。

数字IQ方法

高速数据转换器(dac和adc)的最新发展，已经使人们避免了模拟IQ方法部分讨论的IQ不平衡问题，通过数字实现IQ调制器和解调器功能，可以产生无误差的增益和相位([5]，[8]到[21])。对于调制器的情况，在输出端有一个高速DAC，如图1(a)所示，DAC位于d位置。对于解调器的情况，在输入端有一个高速ADC，如图1(b)所示，ADC位于b位置。

通常，这些数字方法利用锯齿效果，使用称为带通采样（[22]至[24]。[24a]，[24b]）。图2（a）显示了在时间采样的波形。图2（b）显示了未跳法和采样信号的光谱。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，模拟滤波器可以仅允许一个奈奎斯特区域中的信号通过，并且该混合动作可用于将该奈奎斯特区域的信号下变频到基带中。

图2（a）。在时域中采样

图2（b）。这取样信号的光谱

对于DAC，输出可以及时成形，以提高更高频率的性能。

图3（a）显示了“正常”或“不返回到零”（NRZ）DAC输出。在每个样本之后，输出保持恒定，直到下一个样本。模拟光谱如图3（b）所示。

图3（a）。在时域中采样

图3（b）。

图4（a）显示了“返回到零”（RZ）DAC输出。在每个样本之后，输出保持恒定的一半样本周期，然后进入零。这具有增加第二奈奎斯特区中振幅的效果，如图4（b）所示。

图4（a）。在时域中采样

图4（b）。

图5（a）显示了“混合”或“RF”DAC输出。在每个样本之后，输出保持恒定的一个样本周期，然后转到负值。这与使用本地振荡器波形的两个极性的混频器操作相同。图5（b）中所示的模拟光谱在第二奈奎斯区中具有更大的幅度。在通过任何上述方法创建波形之后，必须用低通或带通滤波器滤除所需的频率，以消除任何可能存在的不期望的别名和虚假响应。

图5（a）。在时域中采样

图5（b）。

数字方法避免了正交不平衡的任何问题。然而，由于量化和采样效果，所有数据转换器都有自己的不期望的施印。其中一些效果将在下一篇文章中显示。与模拟IQ网络相比，这些高速数据转换器的成本和功率要求通常也很高。

致谢

当这个报告中提到的问题第一次出现在作者的脑海中时，他通过一些LinkedIn群组征求意见。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(埃及咨询公司)，Dieter Joos (ON Semiconductor)，以及Jaideep Bose (Asmaitha Wireless Technologies)。作者还感谢了他的妻子伊丽莎白，她可能想知道她丈夫在做什么;躲在他的家庭办公室里，做着他显然没有工资的工作。

参考

以下参考文献将用于本系列中的每篇文章。

模拟IQ调制器和解调器:一般描述

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