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何謂 I/Q 資料 (I/Q Data)？ 6 评级 |?5.00?out of 5 阅读语言? ?|??打印?|??PDF 概觀 用最簡單的形態來看，IQ 資料顯示正弦波的強度和相位的改變。如果正弦波的強度和相位變化是以有秩序、預先決定的方式來進行，就可以使用這些強度／相位變化將正弦波的資料編碼，這個過程稱為調變(modulation)。 調變是將高頻訊號依比例轉換為低頻訊號。高頻訊號稱為載子訊號 (carrier signal)，低頻訊號則稱為訊息訊號 (message signal)、資訊訊號(information signal)，或調變訊號 (modulating signal)。在RF通訊系統中，IQ 資料非常普遍，而且因為它在處理調變訊號時所提供的便利性，更常應用在訊號調變中。本篇討論將涵蓋IQ資料的理論背景，以及使得IQ資料在通訊中如此獲得廣泛採用的實際考量。 目錄 訊號的背景知識 IQ Data 用於通訊系統 為何使用 IQ 資料？ 相關的 NI 硬體 訊號的背景知識 訊號調變包括對正弦波進行變動，以便將資訊編碼。用來代表正弦波的數學算式如下：如果考處能夠操縱的正弦波參數，那麼以上的等式明白指出，我們只能改變正弦波的振幅、頻率，以及相位，以便將資訊編碼。頻率就是正弦波的相位的改變速率（頻率是相位的第一個導數），因此正弦波等式的這些元件可以統稱為相位角(phase angle)。因此，我們可以使用複數平面(complex plane)裡的一個有強度的向量和極座標系統裡相位的座標來呈現正弦波瞬間的狀態在上圖中，從原點到黑點之間的距離代表正弦波的強度，而與水平軸間的角度代表相位。很顯然地，正弦波的強度在-Amplitude和+Amplitude之間來回擺動，但是強度資料通常代表正弦波的RMS電壓。因此，只要正弦波的振幅不變（調變），從原點到黑點的距離就會保持固定。該點的相位會根據正弦波目前的狀態而改變。舉例來說，一個頻率為1 Hz?（2π半徑／秒）的正弦波會以每秒一圈的速率，以反時針方向繞行原點。如果振幅在這時候不改變，你可以想像原點週圍的一個圓圈，半徑為強度，黑點會以每秒一圈的速度沿著這個圓圈移動。由於相位是相對度量，因此我們想像一下，假設做為相位參考的是一個正弦波，其頻率與由強度和相位各點呈現的正弦波頻率相同。如果參考正弦波的頻率和被繪製的正弦波的頻率相同，那麼兩個訊號所體驗到的相位改變速率也會相同，而正弦波沿著原點的轉動會變成靜止。在這個情況下，一個強度／相位點就可以代表一個頻率等於參考頻率的正弦波。任何沿著原點的相位旋轉表示參考正弦波和被繪製的正弦波之間的頻率差。稍後我們再回到這一點。直到此時，我們都是在極座標系統中討論強度和相位資料。以上討論的所有概念都適用於IQ資料，而且事實上，IQ資料只是把強度和相位資料從極座標系統轉換至卡氏座標系統(Cartesian coordinate system) (X,Y)。運用簡單的三角學，我們將極座標正弦波資料換算為卡氏I, Q正弦波資料。這兩種座標的代表意義相同，而且包含完全相同的資料，只是形態不同。以下是顯示其關係的一個LabVIEW範例的螢幕截圖。[+] 放大圖? IQ Data 用於通訊系統 到這時候，我們已經說明就技術層面而言IQ資料是什麼，但是並沒有說明為何IQ資料會被採用。為了協助說明這一點，我們先介紹調變的一些基本概念。RF通訊系統使用近來的先進調變形態，可以在定量的頻率頻譜中進行傳送。訊號的調變可以區分為兩大類：類比調變和數位調變。在這些用語中，「類比」或「數位」指的是被調變為正弦波的資料。如果類比聲音資料被調變為載子正弦波，這就稱為類比調變。如果類比聲音資料經由類比轉數位轉換器(ADC)加以取樣，再將獲得的類比位元調變為載子正弦波，這就叫做數位調變，因為被編碼的是數位資料。類比調變和數位調變是根據訊息資料，改變載子正弦波的強度、頻率、或相位（或是同時結合強度和相位）來達成調變的操作。類比調變是用AM（amplitude modulation，調幅）、FM（frequency modulation，調頻）或PM（phase modulation，調相）來執行。在調幅時，根據訊息訊號來調整載子正弦波的振幅。調頻和調相也是同樣的原理。在上圖中，你可以看到多種類比調變技術獲得運用。在AM的例子裡，訊息訊號是紅色虛線，構成較高頻率的載子正弦波（黑色）的「信封」。在FM的例子裡，資料是虛線紅色方波，你可以看到載子正弦波的兩個不同頻率狀態，與訊息訊號的高低狀態有關。在這個例子裡，如果訊息訊號是正弦波，頻率就會更緩進的變化，更難以肉眼看見。在PM的例子裡，注意虛線紅色方波訊息訊號的邊緣上明確的相位改變。將這項討