本文說明什麼是正交解調（quadrature demodulation），並幫助讀者深入瞭解I / Q信號的性質。

如果您已經讀過我們前面的文章，那麼應該知道什麼是I / Q信號以及如何完成正交（即基於I / Q信號）調製。 在本文中，我們將討論正交解調，這是一種從幅度，頻率和相位調製波形中提取信息的通用技術。

轉換爲I和Q信號

下圖顯示了正交解調器的基本結構。

正交解調器

您會很容易地注意到，該系統反過來後就類似於正交調製器。 RF信號乘以本地振盪器信號（用於I信道），然後將本地振盪器偏移90°（用於Q信道）。在上圖所示的低通濾波之後的生成信號是準備進行進一步處理的I和Q波形。

在正交調製中，我們使用基帶I / Q信號創建將被放大和傳輸的幅度，頻率或相位調製波形。在正交解調中，我們將現有的調製轉換爲相應的I / Q基帶信號。重要的是要了解接收到的信號可能來自任何類型的發射器-正交解調器解調的不僅限於最初通過正交調製創建的信號。

之所以需要低通濾波器，是因爲應用於接收信號的正交乘法器與例如普通AM解調器中採用的乘法器沒有區別。接收到的頻譜將通過載波頻率（fC）上下移動；因此，需要一個低通濾波器來抑制與以2fC爲中心的頻譜相關的高頻成分。

如果您已經閱讀了本號有關幅度解調的文章，則上一段可能使您意識到正交解調器實際上是由兩個幅度解調器組成的。當然，您不能對調頻信號應用普通的幅度解調，因爲 FM信號的幅度中並沒有包含編碼的信息。但是正交（幅度）解調可以捕獲頻率編碼的信息-這僅僅是I / Q信號的本質（這是相當有趣的一點）。通過使用兩個由相位差爲90°的載波頻率正弦波驅動的幅度解調器，我們生成了兩個不同的基帶信號，它們可以一起傳達通過接收信號的頻率或相位變化而編碼的數據信息。

正交幅度解調

如我們在之前的文章“如何解調AM波形”中所述，幅度解調的一種方法包括將接收信號與載波頻率參考信號相乘，然後對該乘積進行低通濾波。與圍繞泄漏峯值檢測器構建的AM解調相比，這種方法提供了更高的性能。但是，這種方法有一個嚴重的缺點：乘法的結果受發射器載波與接收器載波頻率參考信號之間的相位關係的影響。

接收和發射參考信號之間的相位差對解調信號的影響

這些圖顯示了發射機到接收機相位差的三個值的解調信號。隨着相位差的增加，解調信號的幅度減小。在90°的相位差下，解調過程變得不起作用。這代表了最壞的情況-即，隨着相位差從90°移開（沿任一方向），幅度又開始增加。

解決這種情況的一種方法是通過增加將接收機的參考信號的相位與接收到的信號的相位同步的附加電路。但是，可以使用正交解調來克服發射機和接收機之間不存在同步的問題。正如剛剛指出的，最壞情況下的相位差爲±90°。因此，如果我們用相隔90°的兩個參考信號執行乘法，則一個乘法器的輸出將補償另一個乘法器的輸出的幅度減小。在這種情況下，最差的相位差爲45°，您可以在上圖中看到45°的相位差不會導致解調信號幅度的災難性減小。

下圖說明了這種I / Q補償。軌跡線是來自正交解調器的I和Q分支的解調信號。

發射機相位= 0°

發射器相位= 45°

（橙色軌跡線位於藍色軌跡線的後面，即兩個信號完全相同）

發射器相位= 90°

恆定幅度

如果我們可以將解調信號的I和Q版本組合成一個波形，無論發射機和接收機之間的相位關係如何，振幅都將保持恆定，那將很方便。 您的第一個直覺可能是使用加法，但不幸的是，這並不那麼簡單。 下圖是通過重複仿真生成的，其中除了發射機載波的相位以外，其他一切都相同。 將相位值分配給具有七個不同值的參數：0°，30°，60°，90°，120°，150°和180°。 軌跡線是解調後的I波形和解調後的Q波形之和。

如您所見，加法肯定不是產生不受發射器與接收器相位關係變化影響的信號的方法。 如果我們還記得I / Q信號和複數之間的數學等價關係，這並不奇怪：信號的I和Q分量類似於複數的實部和虛部。 通過執行正交解調，我們獲得對應於基帶信號幅度和相位的實部和虛部。 換句話說，I / Q解調本質上是轉換：我們正在將幅相系統（由典型的基帶波形使用）轉換爲笛卡爾系統，其中I分量繪製在x軸和Q上 分量繪製在y軸上。

要獲得複數的幅度，我們不能簡單地將實部和虛部相加，並且對於I和Q信號分量也是如此。 取而代之的是，我們必須使用圖中所示的公式，該公式只不過是用於確定直角三角形的斜邊長度的標準畢達哥拉斯方法。 如果將此公式應用於I和Q解調波形，則可以獲得不受相位變化影響的最終解調信號。 下圖確認了這一點：仿真的參數與上面的相同（即有七個不同的相位值），但是您看到的只是一個信號，因爲所有軌跡線都是相同的。

總結

正交解調使用兩個相差90°的參考信號以及兩個乘法器和兩個低通濾波器來生成I和Q解調波形。

正交解調可用於製作AM解調器，該解調器與發射器和接收器之間缺乏相位同步的方式兼容。

正交解調產生的I和Q波形等效於複數的實部和虛部。

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