Razumevanje kvadraturske demontaže

Demodulacija radijske frekvence
Na tej strani je razloženo, kaj je kvadratna demodulacija in vpogled v naravo I / Q signalov.

Če ste prebrali prejšnjo stran, veste, kaj so I / Q signali in kako se izvaja kvadratura (tj. I / Q-signal) modulacija. Na tej strani bomo obravnavali kvadratno demodulacijo, ki je vsestranska tehnika črpanja informacij iz amplitudnih, frekvenčnih in fazno moduliranih valovnih oblik.

Pretvarjanje v I in Q
Naslednji diagram prikazuje osnovno strukturo kvadraturnega demodulatorja.

Z lahkoto boste opazili, da je sistem podoben kvadraturi modulatorja v vzvratni poti. RF signal se pomnoži z lokalnim signalom oscilatorja (za I kanal), lokalni oscilator pa se pomakne za 90 ° (za kanal Q). Rezultat (po filtriranju z nizkimi prehodi, kar bo razloženo v kratkem) sta valovni obliki I in Q, ki sta pripravljeni na nadaljnjo obdelavo.

Pri kvadraturi modulacije uporabljamo I / Q signale baznega pasu, da ustvarimo amplitudno, frekvenčno ali fazno modulirano valovno obliko, ki se bo ojačalo in prenašalo. Pri kvadraturni demodulaciji pretvorimo obstoječo modulacijo v ustrezne signale osnovnega pasu I / Q. 

Pomembno je razumeti, da je lahko sprejeti signal iz katere koli vrste oddajnika - kvadraturna demodulacija ni omejena na signale, ki so bili prvotno ustvarjeni s kvadraturo modulacijo.

Filtri z nizkim prehodom so potrebni, ker se kvadratno množenje, uporabljeno za prejeti signal, ne razlikuje od množenja, na primer v običajnem AM demodulatorju. Prejeti spekter se premakne navzdol in navzgor z nosilno frekvenco (fC); tako je potreben nizkoprepustni filter za zatiranje visokofrekvenčne vsebine, povezane s spektrom, osredotočenim okoli 2fC.

Če ste stran prebrali o amplitudni demodulaciji, je morda prejšnji odstavek povzročil, da ste ugotovili, da je kvadratni demodulator dejansko sestavljen iz dveh amplitudnih demodulatorjev. Seveda ne morete uporabiti običajne amplitudne demodulacije za frekvenčno moduliran signal; v amplitudi signala FM ni kodiranih informacij. 

Toda kvadratura (amplituda) demodulacija lahko zajame frekvenčno kodirane informacije - to je preprosto (precej zanimiva) narava I / Q signalov. Z uporabo dveh amplitudnih demodulatorjev, ki jih poganjajo nosilni frekvenčni sinusoidi z 90 ° fazno razliko, ustvarjamo dva različna osnovna pasovna signala, ki lahko skupaj prenašata informacije, kodirane s spremembami v frekvenci ali fazi sprejetega signala.

Demodulacija kvadratne amplitude
Kot je omenjeno na prvi strani tega poglavja, Kako demodulirati AM valovno obliko, en pristop k amplitudni demodulaciji vključuje pomnožitev prejetega signala z referenčnim signalom nosilne frekvence in nato filtriranje z nizkim prehodom rezultat tega množenja. 

Ta metoda zagotavlja večjo zmogljivost kot AM demodulacija, ki je zgrajena okoli detektorja puhastega vrha. Vendar ima ta pristop resno slabost: na rezultat množenja vpliva fazno razmerje med nosilcem oddajnika in referenčnim signalom sprejemnika in frekvenco sprejemnika.

Te ploskve prikazujejo demoduliran signal za tri vrednosti fazne razlike oddajnik do sprejemnik. Ko se fazna razlika povečuje, se amplituda demoduliranega signala zmanjšuje. Postopek demodulacije je postal nefunkcionalen pri 90 ° fazni razliki; to predstavlja najslabši primer - tj. amplituda se začne znova povečevati, ko se fazna razlika odmika (v katero koli smer) od 90 °.

Eden od načinov za odpravo te situacije je z dodatnim vezjem, ki sinhronizira fazo sprejemnega referenčnega signala s fazo sprejetega signala. Kvadratno demodulacijo pa lahko uporabimo za premagovanje odsotnosti sinhronizacije med oddajnikom in sprejemnikom. 

Kot je bilo že poudarjeno, je najslabše odstopanje od faze ± 90 °. Tako, če izvedemo množenje z dvema referenčnima signaloma, ločenima s fazo 90 °, izhod iz enega množitelja kompenzira upadajočo amplitudo izhoda iz drugega množitelja. 

V tem primeru je najslabša fazna razlika 45 °, na zgornji ploskvi pa vidite, da fazna razlika 45 ° ne povzroči katastrofalnega zmanjšanja amplitude demoduliranega signala.

Naslednje parcele prikazujejo to nadomestilo I / Q. Sledi so demodulirani signali iz kvadratkovnega demodulatorja iz vej I in Q.

Faza oddajnika = 0 °

 

Faza oddajnika = 90 °

Stalna amplituda
Prikladno bi bilo, če bi lahko združili I in Q različici demoduliranega signala v eno valovno obliko, ki ohranja konstantno amplitudo ne glede na fazno razmerje med oddajnikom in sprejemnikom. 

Vaš prvi nagon je morda uporaba dodatka, vendar žal ni tako preprosto. Naslednji načrt je bil ustvarjen s ponovitvijo simulacije, v kateri je vse enako, razen faze nosilca oddajnika. Fazna vrednost je dodeljena parametru, ki ima sedem različnih vrednosti: 0 °, 30 °, 60 °, 90 °, 120 °, 150 ° in 180 °. Sled je vsota demodulirane valovne oblike I in demodulirane Q-oblike.

Kot vidite, dodajanje zagotovo ni način, kako ustvariti signal, na katerega ne vplivajo razlike v faznem razmerju oddajnik do sprejemnik. To ni presenetljivo, če se spomnimo matematične enakovrednosti med signalizacijo I / Q in kompleksnimi števili: sestavni deli signala I in Q so analogni dejanskim in namišljenim delom kompleksnega števila. 

Z izvedbo kvadratne demodulacije dobimo resnične in namišljene komponente, ki ustrezajo velikosti in fazi signala osnovnega pasu. Z drugimi besedami, demodulacija I / Q je v bistvu prevod: prevajamo iz faznega sistema z magnitudo in fazo (ki ga uporablja tipična valovna oblika baznega pasu) v kartezijanski sistem, v katerem je komponenta I narisana na osi x in Q komponenta je narisana na osi y.

Da bi dobili velikost kompleksnega števila, ne moremo preprosto dodati resničnih in namišljenih delov, enako pa velja za komponente I in Q signala. Namesto tega moramo uporabiti formulo, prikazano na diagramu, ki ni nič drugega kot standardni pitagorejski pristop k iskanju dolžine hipotenuze pravega trikotnika. 

Če to formulo uporabimo za demodulirane valovne oblike I in Q, lahko dobimo končni demodulirani signal, na katerega spremembe faz ne vplivajo. Naslednji načrt potrjuje to: simulacija je enaka prejšnji (tj. Sedem različnih faznih vrednosti), vendar vidite samo en signal, ker so vse sledi enake.

Povzetek
* Kvadratna demodulacija uporablja dva referenčna signala, ločena s fazo 90 °, skupaj z dvema multiplikatorjema in dvema nizkoprepustnima filtroma za ustvarjanje I in Q demoduliranih valovnih oblik.

* Kvadratna demodulacija se lahko uporablja za izdelavo AM demodulatorja, ki je združljiv s pomanjkanjem fazne sinhronizacije med oddajnikom in sprejemnikom.
Valovni obliki I in Q, ki sta posledica kvadraturne demodulacije, sta enakovredni dejanskim in namišljenim delom kompleksnega števila.

Pustite sporočilo 

Seznam sporočilo