Cuando se aplica un voltaje sinusoidal a un capacitor o inductor simple, la corriente resultante que fluye está "en cuadratura" con el voltaje.- diagrama de fasores del coeficiente intelectual
Una sinusoide con modulación se puede descomponer o sintetizar a partir de dos sinusoides de amplitud modulada que están en fase de cuadratura , es decir, con un desplazamiento de fase de un cuarto de ciclo (90 grados o π /2 radianes). Las tres sinusoides tienen la misma frecuencia central . Las dos sinusoides moduladas en amplitud se conocen como componentes en fase (I) y en cuadratura (Q), que describen sus relaciones con la portadora modulada en amplitud y fase. [A] [2]
O en otras palabras, es posible crear una onda sinusoidal con un desplazamiento de fase arbitrario, mezclando dos ondas sinusoidales que estén desfasadas 90° en diferentes proporciones.
La implicación es que las modulaciones de alguna señal pueden tratarse por separado de la onda portadora de la señal. Esto tiene un uso extensivo en muchas aplicaciones de procesamiento de señales y radio . [3] Los datos I/Q se utilizan para representar las modulaciones de alguna portadora, independientemente de la frecuencia de esa portadora.
En el análisis vectorial, un vector con coordenadas polares A , φ y coordenadas cartesianas x = A cos( φ ), y = A sin( φ ), se puede representar como la suma de componentes ortogonales: [ x , 0] + [0, y ]. De manera similar, en trigonometría, la identidad de la suma de ángulos expresa:
Y en el análisis funcional, cuando x es una función lineal de alguna variable, como el tiempo, estas componentes son sinusoides y son funciones ortogonales . Un cambio de fase de x → x + π /2 cambia la identidad a:
en cuyo caso cos( x ) cos( φ ) es el componente en fase. En ambas convenciones cos( φ ) es la modulación de amplitud en fase, lo que explica por qué algunos autores se refieren a ella como el componente en fase real.
En una aplicación de modulación de ángulo, con frecuencia portadora f, φ también es una función variable en el tiempo, dando : [1] : ecuaciones (4.45) y (7.64)
Cuando los tres términos anteriores se multiplican por una función de amplitud opcional, A ( t ) > 0, el lado izquierdo de la igualdad se conoce como forma amplitud/fase , y el lado derecho es la portadora en cuadratura o IQ. forma. [B] Debido a la modulación, los componentes ya no son funciones completamente ortogonales. Pero cuando A ( t ) y φ ( t ) son funciones que varían lentamente en comparación con 2 π ft , el supuesto de ortogonalidad es común. [C] Los autores a menudo lo llaman supuesto de banda estrecha o modelo de señal de banda estrecha . [4] [5]
Un flujo de información sobre cómo modular la amplitud de las fases I y Q de una onda sinusoidal se conoce como datos I/Q . [6] Simplemente modulando en amplitud estas dos ondas sinusoidales desfasadas 90° y sumándolas, es posible producir el efecto de modular arbitrariamente alguna portadora: amplitud y fase.
Y si los datos del IQ en sí tienen alguna frecuencia (por ejemplo, un fasor ), entonces la portadora también puede modularse en frecuencia. Entonces, los datos I/Q son una representación completa de cómo se modula una portadora: amplitud, fase y frecuencia.
Para las señales recibidas, al determinar cuánta portadora en fase y cuánta portadora en cuadratura está presente en la señal, es posible representar esa señal usando componentes en fase y en cuadratura, de modo que los datos IQ se puedan generar a partir de una señal con referencia a una onda sinusoidal portadora.
Los datos IQ tienen un amplio uso en muchos contextos de procesamiento de señales, incluida la modulación de radio , la radio definida por software , el procesamiento de señales de audio y la ingeniería eléctrica .
Los datos I/Q son un flujo bidimensional. Algunas fuentes tratan el I/Q como un número complejo ; [1] con las componentes I y Q correspondientes a las partes real e imaginaria. Otros lo tratan como pares distintos de valores, como un vector 2D o como flujos separados.
Cuando se denomina "datos I/Q", la información probablemente sea digital. Sin embargo, I/Q puede representarse como señales analógicas. [7] Los conceptos son aplicables tanto a las representaciones analógicas como digitales del coeficiente intelectual.
Esta técnica de utilizar datos I/Q para representar las modulaciones de una señal separada de la frecuencia de la señal se conoce como señal de banda base equivalente , respaldada por el § modelo de señal de banda estrecha. A veces se la denomina modulación vectorial .
La velocidad de datos de I/Q es en gran medida independiente de la frecuencia de la señal que se está modulando. Los datos I/Q pueden generarse a una velocidad relativamente lenta (por ejemplo, millones de bits por segundo), tal vez generados por software en parte de la capa física de una pila de protocolos. Los datos I/Q se utilizan para modular una frecuencia portadora, que puede ser más rápida (por ejemplo, Gigahertz , quizás una frecuencia intermedia ). [8]
Además de dentro de un transmisor, los datos I/Q también son un medio común para representar la señal de algún receptor. Diseños como el convertidor descendente digital permiten que la señal de entrada se represente como flujos de datos IQ, probablemente para su posterior procesamiento y extracción de símbolos en un DSP . Los sistemas analógicos pueden sufrir problemas, como el desequilibrio del coeficiente intelectual .
Los datos I/Q también se pueden utilizar como medio para capturar y almacenar datos utilizados en la monitorización del espectro. [3] Dado que I/Q permite la representación de la modulación separada de la frecuencia portadora real, es posible representar una captura de todo el tráfico de radio en alguna banda de RF o sección de la misma, con una cantidad razonable de datos, independientemente de la frecuencia que se está monitoreando. Por ejemplo, si hay una captura de 100 MHz de canales Wi-Fi dentro de la banda U-NII de 5 GHz , esa captura de IQ se puede muestrear a 200 millones de muestras por segundo (según Nyquist ) en lugar de los 10.000 millones de muestras por segundo requeridas. para muestrear directamente a 5 GHz.
Un generador de señales vectoriales normalmente utilizará datos I/Q junto con alguna frecuencia programada para generar su señal. [8] Y de manera similar, un analizador vectorial de señales puede proporcionar un flujo de datos I/Q en su salida. Muchos esquemas de modulación , por ejemplo la modulación de amplitud en cuadratura, dependen en gran medida de I/Q.
El término corriente alterna se aplica a una función voltaje versus tiempo que es sinusoidal con una frecuencia f. Cuando se aplica a un circuito o dispositivo típico (lineal invariante en el tiempo), provoca una corriente que también es sinusoidal. En general, existe una diferencia de fase constante φ entre dos sinusoides cualesquiera. El voltaje sinusoidal de entrada generalmente se define como de fase cero, lo que significa que se elige arbitrariamente como una referencia de tiempo conveniente. Entonces, la diferencia de fase se atribuye a la función actual, por ejemplo sin(2 π ft + φ ), cuyos componentes ortogonales son sin(2 π ft ) cos( φ ) y sin(2 π ft + π /2) sin( φ ) , como hemos visto. Cuando φ es tal que el componente en fase es cero, se dice que las sinusoides de corriente y voltaje están en cuadratura , lo que significa que son ortogonales entre sí. En ese caso, no se consume energía eléctrica promedio (activa). Más bien, el dispositivo almacena temporalmente la energía y la devuelve, una vez cada 1/2 f segundos. Tenga en cuenta que el término en cuadratura sólo implica que dos sinusoides son ortogonales, no que sean componentes de otra sinusoide.
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