什么是正交调制？什么是正交信号
正交信号：基本原理
正交信号，也称为 IQ 信号、IQ 数据或 IQ 样本，在 RF（射频）应用中起着至关重要的作用。这些信号是复杂 RF 信号调制和解调的基础，无论是在硬件和软件实施中，还是在复杂信号分析中。
当一对周期信号的相位相差 90 度时，它们被认为是正交信号。在这种情况下：
·第一个信号称为同相分量 （I），用作参考信号。
·第二个信号称为正交分量 （Q），相对于同相信号相移 90 度。
·同相信号和正交信号之间的这种关系在通信系统中被广泛使用，以有效地编码和处理信息。 作用：在通信系统中，利用正交信号的特性可以在相同的频带内传输两路独立的信号，从而提高频谱利用率。
正交信号中的 I 和 Q 分量
如果两个正弦信号之间的相位差 Φ 为 90 度（π/2 弧度），则称这两个信号为正交信号。正交信号的一个典型示例是正弦波和余弦波：
在调制系统中：
·同相信号 （I） 遵循余弦波形。
·正交信号 （Q） 遵循正弦波形。
·在一个周期内，两路正交信号的乘积的积分值为零，即
由于相位相差 90 度，它们在时间轴上的变化相互独立，在信号处理中可以分别承载不同的信息。
I 和 Q 信号之间的这种正交关系允许在占用相同频段的同时独立调制两个单独的数据流。这种方法显著提高了通信系统的频谱效率。
添加正交信号
当正交信号组合时，它们的幅度和相位决定了合成信号。这是正交调制的一个基本原理。
·如果 I = 1 且 Q = 0，则得到的波形是相位为 0 度的纯余弦波。
·如果 I = 0 且 Q = 1，则生成的波形是 90 度相移的纯正弦波。
通过调整 I 和 Q 的幅度，我们可以生成具有任何所需相移的信号。这构成了 QAM（正交幅度调制）、PSK（相移键控）和现代通信系统中使用的其他高级调制技术的基础。
用数学术语来说，得到的调制信号可以表示为：该公式演示了同相和正交分量如何对最终传输信号做出贡献。
RF 系统中的正交调制
正交调制广泛用于射频通信，因为它允许在同一载波频率上同时传输两个信号。这是通过分别调制 I 和 Q 信号，然后将它们相加以形成最终的 RF 信号来实现的。
正交调制器包括：
1.两个乘法器分别将 I 和 Q 信号与 0° 和 90° 相移的载波混合。
2.将调制信号组合成最终 RF 信号的求和电路。
得到的调制信号可以表示为：其中 A 和 Φ 是 I 和 Q 值的函数。同样，正交解调器可以使用载波频率的本振 （LO） 从接收到的 RF 信号中提取原始 I 和 Q 信号。
常见类型
正交振幅调制（QAM）：同时利用载波的幅度和相位来传递信息比特，将输入比特映射到复平面上形成复数调制符号，然后将符号的 I、Q 分量采用幅度调制分别调制在相互正交的两个载波上。
正交频分复用调制（OFDM）：将信道分成若干正交子信道，把高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到每个子信道上进行传输。
编码正交频分调制（COFDM）：在 OFDM 的基础上加入了编码技术，提高信号的抗干扰能力和传输可靠性。
交错正交四相相移键控（OQPSK）：是 QPSK 的一种改进形式，通过将 Q 路信号相对于 I 路信号延迟半个码元周期，减少了信号相位跳变时的幅度变化，降低了信号的包络起伏。
π/4 正交相移键控（π/4 - DQPSK）：相移值为 π/4 的整数倍，它结合了 QPSK 和 OQPSK 的优点，具有较好的频谱特性和抗干扰性能。
正交调制的应用
正交调制技术广泛用于：
·无线通信（Wi-Fi、LTE、5G）：使用 QPSK（正交相移键控）和 QAM（正交幅度调制）高效传输数据。
·软件定义无线电 （SDR）：在数字通信系统中实现灵活的调制和解调技术。
·雷达系统：使用正交处理将目标反射与噪声分开。
卫星通信：采用 QAM 和 PSK 实现强大的长距离信号传输。
