查看: 52|回复: 0

[经验] 数字调制系列:IQ调制器特性

[复制链接]

主题

好友

5824

积分

状元

  • TA的每日心情
    开心
    2019-11-4 13:48
  • 签到天数: 14 天

    连续签到: 1 天

    [LV.3]偶尔看看II

    发表于 2020-2-12 08:52:09 |显示全部楼层
    在前面关于数字调制的文章中分别介绍了 IQ 调制的基本理论及调制解调的数学解析及图解过程,阐述了常见的数字调制方式,并解释了为什么经过 IQ 调制器之后带宽会翻倍的原因。本文将着重介绍模拟 IQ 调制器的特性,为后面的 IQ 调制性能验证测试作准备。
    模拟 IQ 调制器包含 Mixer,在上变频的过程中,势必会产生镜频产物。当输出无频偏信号时,即信号中心频率与调制器的 LO 信号频率相同时,相当于采用的是 Zero-IF 机制,镜频产物与信号本身不可分割,即使通过滤波器也无法滤除镜频。庆幸的是,采用IQ调制及解调器,即使存在镜频产物,依然可以恢复出原始的IQ信号。这也是为什么模拟 IQ 调制器之后不需要镜频抑制滤波器的原因。
    由于这种正交架构,IQ 调制器本身是具有一定镜频抑制能力的,但是只有在输出具有一定频偏的信号时,即信号中心频率与 LO 信号频率不同时,才能体现出镜频抑制特性。下面将通过一些特殊的基带 IQ 信号进行解析分析,阐述影响镜频抑制特性的因素,及如何改善镜频抑制特性。
    1. IQ 信号幅度平衡性对镜频抑制的影响。IQ信号幅度不平衡(即幅度不同),要么是输入至调制器的 I 和 Q 信号的幅度不平衡,要么是调制器具有一定的增益不平衡 (即 I 和 Q 两路的增益不同),这些都会影响对镜频的抑制能力。
    ,则经过IQ调制输出的射频信号
    积化和差得
    时,射频信号中只有上边带 分量;
    时,射频信号中只有下边带 分量;
    时,射频信号中同时包含上边带 和下边带 两个分量。
    以上通过解析方式介绍了 IQ 调制器的镜频抑制特性,其实通过图解方法也可以清晰简便地进行说明。下面考虑 的情况,图 1 给出了载波信号的傅里叶变换,这是双边带频谱,基带信号经过 IQ 调制器实现了频谱的搬移,图2分别给出了调制器两个支路上的频谱变换情况,最终经过合路器合路后,下边带分量相互抵消,只剩下上边带分量。
    [img=965,277][/img]" data-size="normal" data-rawwidth="965" data-rawheight="277" class="origin_image zh-lightbox-thumb lazy" width="965" data-original="https://pic4.zhimg.com/v2-d0bbe625bff902dfd1acc0e4d2b62cdf_r.jpg" data-actualsrc="https://pic4.zhimg.com/v2-d0bbe625bff902dfd1acc0e4d2b62cdf_b.jpg" style="display: block; max-width: 100%; margin-right: auto; margin-left: auto; cursor: zoom-in;">图1. 载波信号的傅里叶变换(双边带频谱)[img=1252,615][/img]" data-size="normal" data-rawwidth="1252" data-rawheight="615" class="origin_image zh-lightbox-thumb lazy" width="1252" data-original="https://pic1.zhimg.com/v2-a9d407469d1fa9a045e42742a9abc1bc_r.jpg" data-actualsrc="https://pic1.zhimg.com/v2-a9d407469d1fa9a045e42742a9abc1bc_b.jpg" style="display: block; max-width: 100%; margin-right: auto; margin-left: auto; cursor: zoom-in;">图2. IQ 调制过程频谱变换示意图
    时,射频信号中同时包含上下边带,定义边带抑制比为: dB。
    如何改善镜频抑制能力呢?IQ 调制器两个支路的增益不平衡特性已经无法调整,但是可以在基带侧通过调整 I 和 Q 两路波形的幅度大小改善镜频抑制。矢量信号发生器VSG及任意波信号发生器AWG均提供了IQ Gain Imbalance调整参数,对其进行微调即可改善镜频抑制。
    2. IQ 正交性对镜频抑制的影响。正交性包括两个方面:(1) 基带信号 I 和 Q 之间的正交性;(2) IQ 调制器两个 Mixer 的 LO 信号之间的正交性。如果正交性不好,当产生无频偏的数字调制信号时会带来调制和解调的误差(EVM、BER 恶化),另一方面在产生单边带信号时,会恶化镜频抑制特性。
    ,则 IQ 调制器输出的射频信号为
    积化和差得
    对于 分量,令 ,则取 满足如下关系:
    类似地,对于 分量,令 ,则取 满足如下关系:
    以上公式代入 ,最终可得
    由正交误差 造成的镜频抑制度为: dB。
    以上是从基带 I 和 Q 信号的正交性着手分析对镜频抑制特性的影响,如果基带信号理想正交 ,而 IQ 调制器两个 Mixer 的 LO 正交性不好,整个推导过程是类似的,此处不再赘述。当然,IQ 调制器的特性已经固定,只能通过调整基带信号的正交性改善镜频抑制能力。
    3. IQ 调制器的载波抑制特性。IQ 调制器除了可以抑制镜频外,在数字调制过程中还可以抑制载波。理论上,只要模拟 I 和 Q 信号中没有 DC 分量,而且 IQ 调制器是理想的,那么输出的射频宽带信号中将没有载波。但是实际产生的宽带信号总是具有一定的载波泄露,来源于两部分:(1) IQ 信号中包含一定的 DC 分量;(2) IQ 调制器中 Mixer 的 LO 泄露。
    对于数字调制信号而言,载波泄露是一种带内干扰,如果载波分量较强,将直接影响整个系统的通信质量。因此,要尽量降低载波泄露。通常在基带侧微调 I Offset 或者 Q Offset 来改善载波抑制特性,这相当于引入 DC 分量,如果设置的 DC 的量和极性合适,I 和 Q 两路引起的载波泄露将相互抵消,甚至可以抵消 Mixer 的 LO 泄露带来的影响。
    以上介绍了 IQ 调制器的镜频抑制及载波抑制特性,这些都是 IQ 调制器固有的特性,也是性能验证测试中必测的项目。

    回复

    使用道具 举报

    您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

    关闭

    站长推荐上一条 /5 下一条

    手机版|电路城

    GMT+8, 2020-2-20 10:57 , Processed in 0.071230 second(s), 12 queries , MemCache On.

    ICP经营许可证 苏B2-20140176  苏ICP备14012660号-2   苏州灵动帧格网络科技有限公司 版权所有.

    苏公网安备 32059002001037号

    Powered by Discuz!

    返回顶部