在現(xiàn)代無線通信中，IQ調制屬于標準配置，經常應用于通信系統(tǒng)的信號調制和解調環(huán)節(jié)。IQ調制的應用簡化了通信設備的硬件結構，同時提高了頻譜資源的利用效率，提高了信號傳輸的穩(wěn)定性。

讓我們先來看看什么是IQ信號？

IQ信號又稱同向正交信號，I為in-phase（同相），Q為quadrature（正交），與I的相位相差90°。IQ信號是連續(xù)信號在二維直角坐標系中的映射，通常用于基帶信號的轉換和重建。反映在直角坐標圖上，IQ信號會變得更容易理解。

圖 原始信號與IQ二維坐標映射

假設圖中的綠色線表示一個連續(xù)信號S(t)的瞬時幅度A和瞬時相位Φ，S(t)瞬態(tài)映射到直角坐標后，得到同相信號I=0.69，正交信號Q=0.40，那么信號的瞬時幅度可以表示為，瞬時相位表示為。

S(t)信號沿時間軸展開后是一組幅度起伏變化的波形圖，不能直觀反映信號的所有特征，而映射后的IQ信號展開后，則是一組隨時間呈現(xiàn)三維變化的形狀，經簡單換算后即可獲得信號幅度和相位的變化規(guī)律。

圖 S(t)信號波形

圖 映射后的IQ信號波形

映射后的IQ信號可以很方便的提取原始信號的瞬時幅度和瞬時相位等特征，從而得以重建信號S(t)?？梢哉f，IQ信號就是原始信號在三維坐標系中的真實映射，完整反映了信號的所有特征。

那么在無線通信系統(tǒng)中，發(fā)射端為了實現(xiàn)無線信號在空中遠距離傳輸， 需要將低頻基帶信號通過一定的方式調制到高頻載波信號上形成已調信號；接收端在收到已調信號后，則采用與調制相反的過程把基帶信號從已調信號中分離出來。

圖 模擬通信模型

圖 數字通信模型

在傳統(tǒng)模擬通信中，使用單個乘法器實現(xiàn)信號調制過程，假定低頻基帶信號頻率為，高頻載波信號頻率，則基本的調制原理如下：

可以看到單一的乘法器調制，可以將低頻信號調制到高頻載波上，但也因此得到兩個信號發(fā)射頻率、，由于信號傳輸時需要單一信道、單一頻率，需要在信號發(fā)射前濾掉其中的高頻頻率。不過由于濾波器設備自身的限制，不可能完全濾掉另一個信號頻率，對頻帶資源造成了很大的浪費。為了規(guī)避這一問題，需要發(fā)展新的調制方式。

對于已調信號，可以做三角函數展開，進而得到：

上述公式清晰表明，通過將基帶信號與載波信號相乘，隨后兩信號各自相移90°再相乘，兩次乘積結果相加即可以得到具有單一發(fā)射頻率的信號，這里，即是兩組正交信號。

為使調制方式具有一般性，假定信號S(t)的同相分量=A*，正交分量=A*，

則有：

上述公式即是IQ調制的一般性表示，將信號S(t)做IQ映射分解，然后分別于載波的兩組正交分量分別做乘法生成已調信號，然后兩組已調信號相加生成發(fā)射信號并傳輸。從坐標變換角度，IQ調制是相互正交的基帶信號分量被調制到載波頻率，相加得到發(fā)射信號的過程。

IQ解調則相反，是從接收已調信號通過正交載波分量混頻分離出原基帶信號正交分量的過程，只是在分離基帶信號的IQ分量時需要使用低通濾波器。具體可以參考下面的IQ調制解調流程圖。

圖 IQ調制與解調—模擬通信

在數字通信系統(tǒng)中，IQ調制與解調的過程與模擬通信系統(tǒng)中的類似，只是基帶信號由連續(xù)信號變?yōu)殡x散信號。

圖 IQ調制與解調—數字通信

從以上調制解調示意圖可以看到，IQ調制過程使用了乘法器、90°相移器以及加法器，硬件實現(xiàn)相對簡單。在發(fā)射端只需要改變基帶信號的IQ值即可以實現(xiàn)對信號幅度、頻率和相位等參數的快速控制。同樣，在接收端對信號的解調也變得更簡單、高效。

IQ調制由于自身的技術特點，能夠顯著提高頻譜資源的利用效率，同時提高了通信系統(tǒng)的抗干擾能力，目前廣泛應用于模擬和數字通信系統(tǒng)，其中模擬通信系統(tǒng)常見于AM、FM廣播，模擬電視廣播等，數字通信系統(tǒng)則包含了當前絕大多數的類型。

PS：IQ信號反映了真實信號的所有特征，通過改變信號的IQ值可以得到期望的調制方式。監(jiān)測接收機具備IQ解調能力，可以將空中信號解調為IQ信號并做進一步分析處理。

審核編輯：湯梓紅