이것은 약간의 기본적인 질문이지만 소프트웨어 정의 라디오 (SDR)에 유용한 신호를 I 및 Q 구성 요소로 나눌 필요가있는 이유를 이해하는 데 어려움을 겪고 있습니다.
I 및 Q 구성 요소가 동일한 신호이며 위상이 90도에 불과하지만 이것이 왜 중요한지 이해하지 못합니다. 왜 하나의 신호를 디지털화 할 수 없습니까? 왜 90도 위상이 다른 신호가 분명해야합니까? 그리고이 두 번째 신호가 필요한 경우 첫 번째 신호 만 지연 시켜서 (예 : 소프트웨어에서) 직접 만들 수없는 이유는 무엇입니까?
내가 할 수있는 것은 소프트웨어에서 FM 스타일 복조를 수행 해야하는 이유가 있지만 필요한 것이 무엇인지, I 및 Q 구성 요소가 없으면이 복조가 불가능한 이유를 설명 할 수있는 곳은 없습니다.
누구든지 이것에 대해 약간의 빛을 비출 수 있습니까? Wikipedia는 설명 대신 링크가 있고 각 링크가 끝없는 루프에서 다음을 가리키는 경우 특히 유용하지 않습니다.
답변:
I 및 Q 구성 요소는 동일한 신호가 아닙니다. 그것들은 90도 위상차를 벗어난 동일한 신호의 샘플이며 다른 정보를 포함합니다. 미묘하지만 중요한 차이점입니다.
이런 식으로 I과 Q를 분리하면 신호 성분의 상대 위상을 측정 할 수 있습니다. 이는 FM (및 PM) 복조뿐만 아니라 반송파의 상위 및 하위 측 파대 (예 : SSB)의 내용을 구별해야하는 다른 상황에서도 중요합니다.
SDR (특히 아날로그 프런트 엔드)에서 주파수 변환 (헤테로 디닝)이 발생할 때마다 I 및 Q 구성 요소가 다르게 처리됩니다. 로컬 발진기의 두 복사본이 생성되는데, 하나는 다른 것과 관련하여 90도 지연되고, 이들은 I 및 Q와 별도로 혼합됩니다. 이는 변환을 통해 위상 관계를 유지합니다.
편집하다:
이 모든 것은 캐리어의 양쪽에있는 모든 측 파대 정보를 캡처하기에 충분한 속도로 신호를 샘플링한다는 것입니다. I와 Q는 실제로 수학을 조금 더 깨끗하게 만드는 표기법입니다. 신호를 직접베이스 밴드 (동기 감지)로 이종화하는 것이 가장 중요합니다. I와 Q를 모두 유지하지 않으면 두 사이드 밴드가 서로 겹쳐지고 (일명 앨리어싱) FM, PM 또는 QAM 신호를 더 이상 디코딩 할 수 없습니다.
이는 샘플링 속도와 관련이 있으며 샘플링 클록 (로컬 오실레이터 또는 LO)이 관심있는 신호 주파수와 어떻게 관련되는지.
나이 퀴 스트 주파수 속도는베이스 밴드 신호의 앨리어싱을 방지하기 위해 샘플링 된 스펙트럼에서 가장 높은 주파수 (또는 대역폭)의 두 배입니다. 그러나 실제로 유한 한 길이의 신호와 수학적으로 완벽하게 대역이 제한되지 않은 신호 (물리적으로 구현 가능한 비벽 벽 필터에 대한 잠재적 필요성)를 감안할 때 DSP의 샘플링 주파수 는 최고 신호 주파수의 두 배 보다 높아야합니다. . 따라서 샘플 속도 (2X LO)를 두 배로 늘려서 샘플 수를 두 배로 늘리면 여전히 너무 낮습니다. 샘플링 속도 (4X LO)를 4 배로 늘리면 나이키 스트 속도보다 훨씬 뛰어나지 만 훨씬 높은 주파수 샘플 속도를 사용하면 회로 구성 요소, ADC 성능, DSP 데이터 속도, 필요한 메가 플롭 등의 측면에서 더 비쌉니다.
IQ 샘플링 종종 국부 발진기에서 (또는 상대적) 근처 명백하게 해당 신호 또는 주파수 대역과 같은 주파수로 수행되도록 방법 나이키 스트에있어서, (베이스 밴드 신호)가 너무 낮은 샘플링 주파수. 사인파의 사이클 당 하나의 샘플은 모두 제로 크로싱, 또는 모든 상단 또는 그 사이의 임의의 지점에있을 수있다. 샘플링 된 정현파 신호에 대해서는 거의 배우지 않습니다. 그러나 이것을 거의 쓸모없는 샘플 세트로 IQ 샘플 세트의 I이라고 부를 수 있습니다.
그러나 단순히 샘플 속도를 두 배로 늘리는 것이 아니라 각 사이클의 첫 번째 샘플 후에 약간의 추가 샘플을 가져 와서 샘플 수를 늘리는 것은 어떻습니까. 사이클 당 두 개의 샘플이 조금 떨어져 있으면 기울기 또는 미분을 추정 할 수 있습니다. 하나의 샘플이 교차하지 않는 경우 추가 샘플은 그렇지 않습니다. 따라서 샘플링되는 신호를 파악하는 것이 훨씬 나을 것입니다. 두 가지 요점과 관심 신호가 샘플 속도에서 대략 주기적이라는 사실 (대역 제한으로 인해)은 일반적으로 정현 정현파 방정식 (진폭 및 위상)의 미지수를 추정하기에 충분합니다.
그러나 두 번째 샘플과 너무 멀리 떨어져서 첫 번째 샘플 세트 사이의 중간으로 가면 2X 샘플링과 동일한 문제가 발생합니다 (하나의 샘플은 양의 제로 크로싱에 있고 다른 하나는 음의 제로에있을 수 있음) 아무것도). 샘플링 속도가 너무 느린 2X와 같은 문제입니다.
그러나 첫 번째 세트 ( "I"세트)의 두 샘플 사이에는 어딘가에 자리가 있습니다. 동시에 샘플링하지 않고 간격이 균일하지 않고 (샘플링 속도를 두 배로 늘리는 것과 같이) 중복되지 않고 신호에 대한 최대 정보를 제공하는 오프셋이 있으며, 추가 샘플에 대한 정확한 지연 비용 훨씬 더 높은 샘플링 속도. 그 지연이 90 도인 것으로 나타났습니다. 이는 매우 유용한 "Q"샘플 세트를 제공하며, "I"세트와 함께 둘 중 하나보다 신호에 대해 훨씬 더 많은 정보를 제공합니다. 아마도 2X보다 훨씬 높은 반송파 주파수에서 또는 매우 가까운 곳에서 복잡하거나 IQ 샘플링하는 동안 AM, FM, SSB, QAM 등을 복조하기에 충분할 것입니다.
추가 :
제 2 세트의 샘플들에 대한 정확한 90도 오프셋은 또한 DFT에서 성분 기반 벡터의 절반에 해당한다. 비대칭 데이터를 완전히 나타내려면 전체 세트가 필요합니다. 보다 효율적인 FFT 알고리즘은 많은 신호 처리에 매우 일반적으로 사용됩니다. 다른 비 IQ 샘플링 형식은 데이터의 전처리 (예 : 위상 또는 게인의 IQ 불균형 조정) 또는 더 긴 FFT를 사용해야하므로 일반적으로 일반적으로 수행되는 일부 필터링 또는 복조의 효율이 떨어질 수 있습니다. IF 데이터의 SDR 처리
추가 :
또한 광대역으로 보일 수있는 SDR IQ 신호의 워터 폴 대역폭은 프리 컴플렉스-헤테로 다인 중심 주파수가 IQ 샘플 속도보다 훨씬 높더라도 일반적으로 IQ 또는 복잡한 샘플 속도보다 약간 좁습니다. . 따라서 IQ 속도의 두 배인 구성 요소 속도 (단일 복합물 또는 IQ 샘플 당 2 개의 구성 요소)는 관심있는 대역폭의 두 배보다 높으므로 나이 퀴 스트 샘플링을 준수합니다.
추가 :
신호와 신호 사이의 변화를 90도 후에 찾고 있기 때문에 단순히 입력을 지연 시켜서 2 차 직교 신호를 직접 만들 수는 없습니다. 동일한 두 값을 사용하면 아무런 변화가 없습니다. 서로 다른 두 번에 샘플링하는 경우에만 약간 오프셋합니다.
이것은 실제로 아무도 설명하지 않는 간단한 주제입니다. 이것을 이해하기 위해 고군분투하는 사람이라면 W2AEW의 비디오 인 http://youtu.be/h_7d-m1ehoY?t=3m을보십시오 . 불과 16 분 만에 수프에서 견과류까지 갔으며 오실로스코프와 회로로 데모를 제공하기까지했습니다.
I그리고 Q단순히 신호를 표현하는 다른 방법입니다. 정신적으로 신호는 진폭, 주파수 또는 위상을 따라 변조 된 사인파라고 생각합니다.
사인파는 벡터로 표현 될 수 있습니다. 물리학 수업에서 벡터를 기억한다면, 그 벡터 의 x및 y컴포넌트 ( x's함께 및를 더함) 로 작업하는 경향이 있습니다 y's. 무엇을 그의 I와 Q본질적이다 X- (인, 동상 I과) Y(구적 - Q).
당신은 벡터 같은 정현파를 대표하고 사용할 수 있도록하는 경우 I와 Q,이 신호를 복조하는 연산을 수행 할 수있는 소프트웨어가 훨씬 쉬워 질 수 있습니다. 컴퓨터에는 특수 칩 (그래픽 카드 및 사운드 카드는 VECTOR프로세서)이 x있으며 y빠른 계산을 위해 구성 요소 및 구성 요소 를 고정하기위한 추가 레지스터가 있습니다 .
이것은 왜 SDR욕구 I와 Q. I그리고 Q신속하고 효율적으로 복조를 수행하는 컴퓨터의 벡터 프로세서 수 있습니다.