無線デジタル通信：IQ変調の動作原理

無線デジタル通信：動作原理IQ変調
IQ変調は、BPSK、QPSK、QAM16、QAM64、QAM256など、LTEやWiFi分野で広く使用されている様々な高次変調方式の基礎となっています。IQ変調の動作原理を理解することは、LTEやWiFiにおけるOFDMの実装メカニズムをより深く理解するために不可欠です。OFDMの各サブキャリアで使用される変調方式は、IQ変調に基づく様々なQAM変調技術であり、本質的には、OFDMの実装は複数の直交サブキャリアにおけるIQ変調の重ね合わせです。
IQ変調におけるIとQの概念は、それぞれIn Phase（位相）とQuadrature（直交）という2つの英語の略語に対応しています。文字通りの意味から言えば、I信号とQ信号の名称には意味がありません。同相とは何でしょうか？直交性とは何でしょうか？同相と直交性を判断する基準としてどのような信号が用いられるのでしょうか？段階実際の実装では、通常、同じ周波数のコサイン波とサイン波のセットがI信号とQ信号として使用されます。したがって、I信号として使用されるコサイン信号は実際には参照信号であり、当然同位相信号です。I信号と90度位相がずれているコサイン信号は、当然直交信号です。したがって、IQ変調信号を最も簡単に理解するには、I信号をコサイン搬送信号、Q信号をI信号と90度周波数差のあるサイン搬送信号と考えることです。

いわゆるIQ変調とは、同じ周波数のI信号（コサイン信号）とQ信号（サイン信号）（位相差90度で互いに直交する）を搬送波として使い、2つのベースバンド信号を2つの搬送波に同時に変調し、その後、2つの変調信号を重ね合わせてRF回路を通して送信する方式である。受信側は、無線周波数信号を受信した後、IQ復調IQ復調では、2つの搬送波が互いに直交しているため、前回の変調処理で使用したI搬送波信号とQ搬送波信号に基づいて、混合信号から2つのベースバンド信号を分離し、個別に復調することができます。IQ変調されたI信号とQ信号の両方において、一方の相対振幅を大きくすると、変調信号の振幅が大きくなるだけでなく、変調信号の位相も振幅が大きくなった側にシフトします。つまり、本質的にはIQ変調はI信号とQ信号に対して行われる振幅変調ですが、変調結果は変調信号の振幅だけでなく位相変化にも影響を与えます。これがIQ変調と復調の基本的な動作原理です。