正交(IQ)调制解调与希尔伯特变换

1. 复信号

首先我们为什么需要复信号?

第一是因为复信号便于数学处理,例如获得信号的包络、相位等等;

除此之外,从频域来看,实信号频谱总是共轭对称的,也就是双边带信号,这就导致有一半的频带是无用的,浪费频谱资源,因此实际通信系统中我们更希望传输单边带的复信号。

但是在实际系统中我们只能获得实信号。

2. 正交调制解调

假设我们现在要发送一个复基带信号 ,调制以后变成 ,但是发送的时候只能发送实信号,因此我们要取实部,因此实际发送的信号为 那么在接收端,我们希望恢复原始单边带基带信号 ,注意这个时候不能直接乘以 进行频谱搬移,因为会丢失虚部,我们想要得到的是复信号,因此就需要输出两路信号,分别为实部和虚部。那么怎么做呢?那就是 参考下面这个OFDM系统框图就能很容易理解了。

3. 希尔伯特变换

那么上面的这个系统跟希尔伯特变换又有什么关系呢?

首先我们来从时域和频域分别看一下希尔伯特变换: 希尔伯特变换实际上是一个使相位滞后pi/2的全通移相网络,比如信号 经过希尔伯特滤波器后就变成 。另外希尔伯特变换还有一个性质就是 ,即经过两次变换之后就是原信号的反相。

那么再回到通信系统里边。基于傅里叶变换我们知道,一个复信号可以表示成 ,即时域和频域是对应的,可以相互转化,我们记成 假设 用其实部和虚部表示 ,那么有 对于一个单边带信号 只在正(或负)频率非零,那么 是没有频谱重叠的,所以我们可以看到 实际上就是 的希尔伯特变换,也即: 所以只需要信号 的实部 (或只需要虚部 )我们就能恢复出完整的复信号

联想第 2 节的系统,想要在收发端传输的是单边带复信号 ,实际上只发射了它的实部 ,尽管如此我们在接收端还是可以只根据其实部就恢复出完整的信号,这就可以用希尔伯特变换来解释。

但是需要注意的是,这只适用于单边带信号!双边带信号的实部和虚部并没有这种关系,因此不能仅通过实部或虚部恢复完整复信号!


正交(IQ)调制解调与希尔伯特变换
https://glooow1024.github.io/2021/08/29/communication/IQ-modulation/
作者
Glooow
发布于
2021年8月29日
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