什么是IQ调制？有什么作用

IQ调制就是数据分为两路，分别进行载波调制，两路载波相互正交。 I：in-phase(同相), q: quadrature(正交)。IQ调制是矢量的方向问题，同相就是矢量方向相同的信号;正交分量就是两个信号矢量正交(差90°);IQ信号是一路是0°或180°，另一路是90°或270°，叫做I路和Q路，它们就是两路正交的信号。

近几年来，移动通信在我国得到了迅速的发展和普及，无线通信的发射机与接收机技术也得到迅猛发展。射频发射机的主要功能是实现基带信号调制、上变频和功率放大。与接收机的结构相比，发射机的结构相对比较简单。通常有：

· 直接上变频(又称：零中频调制)

· 间接上变频(又称：两级变频或超外差式)

· 数字中频发射机

标准的IQ正交调制电路的结构非常简单，它分为IQ 基带发生器和IQ 混频器两大部分。不管是调幅，调频或是调相信号，只需要通过改变不同的IQ 基带信号就可以实现。而IQ 调制器的作用是将基带IQ 信号搬移到载波上。正交调制器通常能实现较高的相位精度与幅度平衡，非常适合于通信系统中的直接上变频(零中频调制)，因此广泛用于直接上变频发射机，例如蜂窝移动通信、WLAN、UWB超通信系统、蓝牙、GPS 等系统中，是现代无线通信系统中的关键元件。

下图1所示是正交调制器的框图，如果用于直接上变频发射机，省去了第二本振，中频滤波器和混频器，使发射机系统结构简化，从而降低了成本、体积和功耗。

图1. 正交调制器原理框图

正交调制器的固有缺点在于本振泄漏和边带抑制(本振泄漏主要是由IQ信号的直流偏置,IQ差分信号的不平衡性以及本振和射频的隔离指标差等因素造成的)。理想情况下，正交调制器只是完成基带频谱的搬移和叠加，不会造成信号的带外频谱增生或是产生带内失真。正交调制器会不可避免的存在非理想因素，使得输出信号产生各种失真，影响通信质量，所以正交调制器的射频性能需要进行全方面的测试。

测试IQ调制器的镜像抑制一般采用单边带CW信号，输入的I信号：sinω0t，Q信号：cos⁡ω0t与正交本振混频以后可得调制信号s(t)，其中ω0一般为扫频信号，从DC附近开始到几十或几百兆：

s(t)=sinω0t∙cosωct-cosω0t∙ sinωc t

=sin⁡(ωc-ω0 )t

如果IQ调制器完全理想，只会在(ωc-ω0)处产生一个单边带信号(单边带CW信号)，但是由于调制器的不理想性，也会在(ωc+ω0)处产生一个镜像信号。与此同时在本振频率ωc位置也会有一个信号，称为本振泄漏。本振和镜像信号的抑制度是IQ调制器的重要指标。图2是一个典型的IQ调制器的单边带CW输出结果，载波为10G，IQ信号为30MHz，测试得到镜像信号的抑制度为42dB。此时采用任意波形发生器产生两路30MHz的sin和cos信号，分别提供给IQ调制器作为基带输入，也可以使用带有双源选件的矢网的两个通道输出相位差恒定为90度的CW连续波，用矢网的另一个好处就是,可以实现扫频模式下的本振和镜像抑制度的测试。

图2. 频谱仪测试矢量信号源的IQ调制镜像抑制度

2. 测试任务

本文采用的正交调制器待测件是来自ANALOG DEVICES的ADL5371，它的工作频率范围：500 MHz～1.5 GHz。下图3所示，该器件I+，I-，Q+，Q-端口分别为IQ双路差分基带输入，LO为单端本振输入(LOIN接匹配负载)。基带输入需要500mV的偏置电压。射频输出VOUT为单端50Ω。

图3. 正交调制器ADL5371 pin(左)和ADL5371的评估板

测试时，ADL5371的评估板需要输入0dBm、900MHz的单端本振。IQ双路差分基带输入的正弦波的峰峰值为1.4V，频率为1MHz，并且带有500mV的偏置电压。

测试项目包括：输出功率;输出1dB压缩点;载波馈通;边带抑制;正交相位误差;IQ幅度不平衡性;二次、三次谐波抑制;TOI;基带到射频幅频响应。

IQ调制，也被称为正交调制，是一种基础的通信调制概念，主要用于无线通信系统中，如调频调制(FM)、调相调制(PM)和正交振幅调制(QAM)等。

在IQ调制中，信号被分为两路，即I路(同相分量)和Q路(正交分量)，这两路信号分别经过各自的调制器进行调制。这两路信号具有相同的频率，但相位相差90度，一般使用sin和cos函数与I、Q两路信号进行调制，然后再通过合路器合成一个复合信号。这种调制方式可以提高频谱利用率，并通过将调制信息置于载波中的幅度、相位或者频率来传输数据。

我们以IQ调制为例来讲解模拟调制，IQ调制也叫做正交调制，数据分为两路分别进行载波调制，两路载波相互正交，l是in-phase(同相)，q是

quadrature(正交)。IQ路信号是一路是0°，另一路是90°的正交信号，IQ调制原理如图1.所示：

图1.IQ调制原理图

l路和Q路分别输入两个数据a，b，l路信号与cos(wt)相乘，Q路信号与sin(wt)相乘，之后再叠加在一起(Q路通常会乘-1)，输出信号为s(t)。这个过程叫做IQ调制。在复数域用a+jb表示输入信号，输入信号与cos(wt)+jsin(wt)想乘后得到的实部即为输出信号，如图2所示

IQ调制器在无线电发送器中的应用尤为关键，它能够以非常有序且精准的方式来更改信号的幅度和相位，以便对数据进行调制，或者将数据编码到正弦波上。而IQ解调器则用于无线电接收器，用于从已调信号中剥离数据，使数据得到解译。

IQ调制有哪些应用场景

IQ调制在多个通信领域具有广泛的应用场景。首先，在无线通信系统中，IQ调制能够实现多载波调制技术，例如正交频分复用(OFDM)技术。通过将大带宽信号分成多个窄带信号进行调制，这种技术可以有效提高信道的利用率和抗多径干扰能力。此外，IQ调制也被广泛应用于3G、4G和5G移动通信系统，以及无线局域网(Wi-Fi)技术中，提供高效的数据传输和更好的用户体验。

在数字电视、数字音频等领域，IQ调制也发挥着重要作用，可以实现高清视频、高保真音频的传输。同时，在雷达、无线电等领域，IQ调制也扮演着重要的角色，可以实现高精度的信号处理和传输。

随着通信技术的不断发展，IQ调制技术也在不断演进。未来，随着5G、6G等新一代通信技术的到来，IQ调制技术将会更加广泛地应用于无线通信系统中，实现更高的数据传输速率和更可靠的通信质量。同时，随着人工智能、物联网等新兴技术的快速发展，IQ调制技术也将会在更多的领域得到应用，为各种智能设备之间的互联互通提供支持。