Это связано с частотой дискретизации и тем, как тактовая частота дискретизации (местный генератор или гетеродин) соотносится с интересующей частотой сигнала.
Найквиста частота частота в два раза максимальная частота (или полосы пропускания) в отобранных спектрах (чтобы предотвратить наложение спектров) из сигналов основной полосы частот. Но на практике, учитывая сигналы конечной длины и, следовательно, нематематически идеально ограниченную полосу сигналов (а также потенциальную потребность в физически реализуемых фильтрах без кирпичной стены), частота дискретизации для DSP должна быть выше, чем в два раза выше самой высокой частоты сигнала , Таким образом, удвоение количества образцов путем удвоения частоты дискретизации (2X LO) все равно будет слишком низким. Увеличение частоты дискретизации в 4 раза (4X LO) значительно повысит частоту Найквиста, но использование этой гораздо более высокой частоты дискретизации будет более дорогим с точки зрения компонентов схемы, производительности АЦП, скорости передачи данных DSP, требуемых мегафлопс и т. Д.
Так выборки IQ часто делается с локального генератора в точке (или вблизи) относительно одной и той же частоте, что и сигнал или полосы частот , представляющего интерес, который, очевидно , способ слишком низкая частота дискретизации (для сигналов основной полосы частот) в соответствии с Найквиста. Одна выборка за цикл синусоидальной волны может быть все на пересечении нуля, или все на вершинах, или в любой промежуточной точке. Вы почти ничего не узнаете о так называемом синусоидальном сигнале. Но давайте назовем этот, практически бесполезный, набор сэмплов I из сэмпла IQ.
Но как насчет увеличения количества выборок, не просто удваивая частоту выборки, но беря дополнительную выборку немного позже первой после каждого цикла. Две выборки за цикл, немного разделенные друг от друга, позволили бы оценить наклон или производную. Если бы один образец находился на пересечении нуля, дополнительного образца не было бы. Таким образом, вам было бы гораздо лучше выяснить, какой сигнал отбирается. Двух точек плюс знание того, что интересующий сигнал является примерно периодическим при частоте дискретизации (из-за ограничения полосы), обычно достаточно, чтобы начать оценивать неизвестные канонического уравнения синусоидальной волны (амплитуды и фазы).
Но если вы отойдете слишком далеко от второй выборки до середины первого набора выборок, вы столкнетесь с той же проблемой, что и 2-кратная выборка (одна выборка может иметь положительное пересечение нуля, а другая - отрицательную, сообщая вам ничего такого). Это та же проблема, что и у 2X слишком низкая частота дискретизации.
Но где-то между двумя сэмплами первого набора (набор «Я») есть сладкое пятно. Не избыточный, как при одновременной выборке, и неравномерно распределенный (что эквивалентно удвоению частоты дискретизации), есть смещение, которое дает вам максимальную информацию о сигнале, а стоимость - точная задержка для дополнительной выборки. гораздо более высокой частоты дискретизации. Оказывается, что эта задержка составляет 90 градусов. Это дает вам очень полезный набор сэмплов «Q», который вместе с набором «I» говорит вам гораздо больше о сигнале, чем один из них. Возможно, достаточно, чтобы демодулировать AM, FM, SSB, QAM и т. Д. И т. Д. Во время сложной или IQ-выборки на несущей частоте или очень близко, а не намного выше, чем в 2 раза.
Добавлено:
Точное смещение на 90 градусов для второго набора выборок также точно соответствует половине компонентных базисных векторов в DFT. Полный набор необходим для полного представления несимметричных данных. Более эффективный алгоритм БПФ очень часто используется для обработки большого количества сигналов. Другие форматы дискретизации не-IQ могут требовать либо предварительной обработки данных (например, с учетом любого дисбаланса IQ по фазе или усилению), либо использования более длинных БПФ, что потенциально может быть менее эффективным для некоторой фильтрации или демодуляции, обычно выполняемой в типичных SDR обработка данных IF.
Добавлено:
Также обратите внимание, что полоса пропускания водопада сигнала SDR IQ, который может показаться широкополосным, обычно немного уже, чем IQ или сложная частота дискретизации, даже если центральная частота прекомплексного гетеродина может быть намного выше, чем частота дискретизации IQ. , Таким образом, частота компонентов (2 компонента на один комплекс или выборку IQ), которая в два раза превышает скорость IQ, в итоге оказывается выше, чем удвоенная ширина полосы частот, представляющая интерес, что соответствует выборке Найквиста.
Добавлено:
Вы не можете создать второй квадратурный сигнал самостоятельно, просто задержав вход, потому что вы ищете изменение между сигналом и сигналом на 90 градусов позже. И не увидит никаких изменений, если вы используете те же два значения. Только если вы производите выборку в два разных периода времени, слегка смещайте.