Esta es una pregunta un poco básica, pero tengo problemas para entender por qué una señal debe dividirse en componentes I y Q para ser útil para la radio definida por software (SDR).
Entiendo que los componentes I y Q son la misma señal, solo 90 grados fuera de fase, pero no entiendo por qué esto es importante. ¿Por qué no puedes simplemente digitalizar una señal? ¿Por qué necesita una señal aparentemente idéntica que esté desfasada 90 grados? Y si necesita esta segunda señal, ¿por qué no puede crearla usted mismo (por ejemplo, en software) simplemente retrasando la primera señal?
Todo lo que puedo entender es que, por algún motivo, es necesario realizar una demodulación de estilo FM en el software, pero no puedo encontrar nada en ningún lugar que explique cuál es la necesidad y por qué esta demodulación no es posible sin los componentes I y Q.
¿Alguien puede arrojar algo de luz sobre esto? Wikipedia no es particularmente útil, ya que cada página tiene un enlace en lugar de una explicación, y cada enlace apunta a la siguiente en un bucle sin fin.
fuente
Tiene que ver con la frecuencia de muestreo y cómo el reloj de muestreo (el oscilador local o LO) se relaciona con la frecuencia de señal de interés.
La
frecuencia de frecuencia deNyquist es el doble de la frecuencia más alta (o ancho de banda) en los espectros muestreados (para evitar el aliasing) de las señales de banda base. Pero en la práctica, dadas las señales de longitud finita y, por lo tanto, las señales no matemáticamente perfectamente limitadas en banda (así como la necesidad potencial de filtros de pared de ladrillo no implementables físicamente), la frecuencia de muestreo para DSP debe ser superior al doble de la frecuencia de señal más alta . Por lo tanto, duplicar el número de muestras duplicando la frecuencia de muestreo (2X LO) aún sería demasiado bajo. Cuadruplicar la frecuencia de muestreo (4X LO) lo pondría muy por encima de la frecuencia de Nyquist, pero usar esa frecuencia de muestreo de frecuencia mucho más alta sería más costoso en términos de componentes del circuito, rendimiento de ADC, velocidades de datos DSP, megaflops requeridos, etc.Así muestreo IQ se hace a menudo con un oscilador local en (o relativamente cerca de) la misma frecuencia que la banda de señal o frecuencia de interés, lo cual es obviamente manera demasiado bajo una frecuencia de muestreo (para señales de banda base) según Nyquist. Una muestra por ciclo de onda sinusoidal podría estar en los cruces por cero, o todos en la parte superior, o en cualquier punto intermedio. No aprenderá casi nada sobre una señal sinusoidal así muestreada. Pero llamemos a este, por sí mismo, casi inútil, conjunto de muestras el I de un conjunto de muestras IQ.
Pero, ¿qué hay de aumentar el número de muestras, no simplemente duplicando la frecuencia de muestreo, sino tomando una muestra adicional un poco después de la primera en cada ciclo. Dos muestras por ciclo un poco separadas permitirían a uno estimar la pendiente o derivada. Si una muestra estuviera en un cruce por cero, la muestra adicional no lo estaría. Por lo tanto, sería mucho mejor averiguar la señal que se está muestreando. Dos puntos, más el conocimiento de que la señal de interés es más o menos periódica a la frecuencia de muestreo (debido a la limitación de banda) suele ser suficiente para comenzar a estimar las incógnitas de una ecuación de onda sinusoidal canónica (amplitud y fase).
Pero si se aleja demasiado con la segunda muestra, a mitad de camino entre el primer conjunto de muestras, terminará con el mismo problema que el muestreo 2X (una muestra podría estar en un cruce de cero positivo, la otra en un negativo, diciéndole nada). Es el mismo problema que 2X es una frecuencia de muestreo demasiado baja.
Pero en algún lugar entre dos muestras del primer conjunto (el conjunto "I") hay un punto óptimo. No es redundante, como con el muestreo al mismo tiempo, y no está espaciado uniformemente (lo que es equivalente a duplicar la frecuencia de muestreo), hay un desplazamiento que le brinda la máxima información sobre la señal, y el costo es un retraso preciso para la muestra adicional. de una frecuencia de muestreo mucho mayor. Resulta que ese retraso es de 90 grados. Eso le da un conjunto de muestras "Q" muy útil, que junto con el conjunto "I", le informa mucho más acerca de una señal que cualquiera de las dos. Tal vez sea suficiente para demodular AM, FM, SSB, QAM, etc., etc., mientras que el muestreo complejo o IQ a la frecuencia de la portadora, o muy cerca, en lugar de ser mucho mayor que 2X.
Adicional:
Un desplazamiento exacto de 90 grados para el segundo conjunto de muestras también corresponde muy bien a la mitad de los vectores base del componente en un DFT. Se requiere un conjunto completo para representar completamente los datos no simétricos. El algoritmo FFT más eficiente se usa muy comúnmente para hacer mucho procesamiento de señal. Otros formatos de muestreo que no sean IQ pueden requerir un preprocesamiento de los datos (por ejemplo, ajuste por cualquier desequilibrio IQ en fase o ganancia), o el uso de FFT más largos, por lo que potencialmente pueden ser menos eficientes para algunos de los filtros o demodulaciones que generalmente se realizan en forma típica. Procesamiento SDR de datos IF.
Adicional:
También tenga en cuenta que el ancho de banda en cascada de una señal SDR IQ, que puede parecer de banda ancha, suele ser ligeramente más estrecho que el IQ o la frecuencia de muestreo compleja, aunque la frecuencia central pre-compleja-heterodina puede ser mucho mayor que la frecuencia de muestreo IQ . Entonces, la tasa de componentes (2 componentes por complejo único o muestra IQ), que es el doble de la tasa IQ, termina siendo más del doble del ancho de banda de interés, cumpliendo así con el muestreo de Nyquist.
Adicional:
No puede crear la segunda señal de cuadratura usted mismo simplemente retrasando la entrada, porque está buscando el cambio entre la señal y la señal 90 grados después. Y no verá ningún cambio si usa los mismos dos valores. Solo si toma muestras en dos momentos diferentes, ligeramente desplazado.
fuente
Este es realmente un tema tan simple que casi nadie explica bien. Para cualquiera que tenga dificultades para entender esto, vea el video de W2AEW, http://youtu.be/h_7d-m1ehoY?t=3m . En solo 16 minutos pasa de la sopa a las nueces, incluso dando demostraciones con su osciloscopio y un circuito que hizo.
fuente
I
yQ
son simplemente una forma diferente de representar una señal. Piensa mentalmente en una señal como una onda sinusoidal, ya sea modulada a lo largo de su amplitud, frecuencia o fase.Las ondas sinusoidales se pueden representar como un vector. Si recuerdas los vectores en la clase de física, tiendes a trabajar con los componentes
x
yy
de ese vector (sumando elx's
conjunto y ely's
). Eso es lo que sonI
yQ
son esencialmenteX
(estar en fase -I
) yY
(la Cuadratura -Q
).Cuando representa la onda sinusoidal como un vector y pone a disposición el
I
yQ
, puede ser mucho más fácil tener un software para realizar las matemáticas para demodular la señal. Su computadora tiene chips especializados (la tarjeta gráfica y la tarjeta de sonido sonVECTOR
procesadores) con registros adicionales para guardar los componentesx
yy
para un cálculo rápido.Por eso
SDR
quiereI
yQ
.I
yQ
permita que los procesadores vectoriales de su computadora realicen la demodulación de manera rápida y eficiente.fuente