Grundlagen Bild 2:
Grundlagen Bild 2: I/Q-Diagramm über dem Polardiagramm mit denen ein Trägersignal manipuliert werden kann, um Informationen zu übermitteln: Amplitude, Frequenz und Phase. Amplitudenmodulation (AM) verändert die Stärke (oder Amplitude) eines Signals, während Frequenzmodulation (FM) und Phasenmodulation (PM) beide den Phasenwinkel eines Signals verändern. Dies deshalb, weil die Frequenz ein Maß für die Änderungsrate der Phase ist, während die Phase relativ zu einem Referenzwinkel (typischerweise 0° relativ zum Trägersignal in digitaler Modulation) [1, 2, 3, 4, 5] gemessen wird. Eine Möglichkeit zur Betrachtung von Betrag und Phase eines Signals bietet ein polares Diagramm (Bild 1). In ihm wird die Größe durch den Abstand des Punktes vom Ursprung dargestellt, während die Phase durch den Winkel mit der horizontalen Achse zur gebildeten Linie vom Ursprung bis zum Punkt dargestellt wird. Praktischerweise verwenden digitale Modulationsschemata ein I/Q-Diagramms. Ein I/Q- Diagramm ist einfach ein Diagramm unter Verwendung eines rechteckigen Koordinatensystems, das über ein Polardiagramm gelegt ist, das den selben Datensatz darstellt (d.h. Größe und Phase). Man übersetzt die Informationen zu Größe und Phase eines Signals in ein einfaches Rechteck. Das ist einfacher und etwas zweckmäßiger, wie aus Bild 2 hervorgeht [1, 3, 5]. Die Vorteile der Anzeige von digital modulierten Signalen im rechteckigen I/Q-Format liegen auf der Hand, wenn verstanden wird, dass fast alle digital modulierten Signale auf I/Q-Signalen beruhen. Hintergrundinformationen zur I/Q-Modulation Zwei Signale werden als „in Quadratur“ bezeichnet, wenn sie exakt phasengetrennt sind durch einen Winkel von 90 °. Quadratursignale sind orthogonal und interferieren nicht miteinander. Die Quadraturmodulation nutzt dieses Prinzip aus, indem zwei Signale, die in Quadratur liegen, für ein kombiniertes Ausgangssignal kombiniert werden. Der Vorteil davon ist, dass Amplitude und Phase dieses Ausgangssignals unabhängig voneinander moduliert werden können, und das gleichzeitig und digital, ohne unnötig komplexen Aufwand hinzuzufügen (HF-Hardware- Schaltung). Die beiden Trägersignale werden In-Phase (I) und Quadratur (Q) genannt und mit einem I/Q-Modulator erstellt. Im Sender werden die I/Q-Signale mit einem lokalen Oszillator (LO) gemischt, wobei bei der Q-Komponente ein anschließender 90°-Phasenschieber im Signalweg liegt. Die I/Q-Signale werden dann zum kombinierten Ausgangssignal summiert (Bild 3). Die Summierung der I/Q- Signale führt zum Erreichen der gewünschte Amplitude und Phase des kombinierten Ausgangssignals. Wenn dieses beim Empfänger erfasst wird, erfolgt der umgekehrte Vorgang. Das kombinierte Signal wird wieder mit einem LO gemischt und aufgeteilt in I- und Q-Signale, wieder mit dem Quadratursignal mit einem 90°-Phasenschieber im Signalweg. Die Aufteilung in I- und Q-Signal im Empfänger lässt sich einfach auf einer I/Q- Ebene abbilden und analysieren, und das ist die Basis für Konstellationsdiagramme [1, 3, 5]. I/Q-Daten und Konstellationsdiagramme Die meisten digitalen Modulationsschemata beinhalten eine diskrete Anzahl von Symbolen, die verwendet werden um Informationen zu übermitteln. Diese Symbole werden einem diskreten Satz von Größen und Phasenwerten auf der I/Q-Ebene zugeordnet, die als Konstellationspunkte bezeichnet werden. Modulationsschemata mit einer größeren Anzahl von Konstellationspunkten können mehr Informationen pro Symbol senden, je mehr Symbole sich in einer bestimmten Modulationsart befinden, umso größer ist die Anzahl von Bits, die ein ein- Bild 3: Blockdiagramm eines I/Q-Senders (links) und eines I/Q-Empfängers (rechts) 50 hf-praxis 2/2020
