您在第二段中弄错了。I 和 Q 分量并不总是与 90 度相位偏移相同。相反，它们通常是通过将一些实数或复数信号与偏移 90 度的两个正弦曲线相乘而生成的。只有当输入是常数（例如携带零信息）时，IQ 输出才符合您的描述。

严格实数信号没有虚部。但是，当外差调制（复数乘以）一个复数载波（两个高频正弦波，余弦和正弦）时，结果是一个复数 IQ 信号。如果基带信号不仅是严格实数，而且是复数，则外差调制的结果会在 IQ 结果中产生完全独立且不相关的 I 和 Q 分量。

当将较高频率的严格实信号下变频到基带时，您将再次获得相同的 I 和 Q，仅针对恒定输入具有 90 度偏移。但如果实际输入不是恒定的，而是随时间变化，复数乘法结果会产生非常不同的 I 和 Q 分量波形。这是因为余弦波形和正弦波形的局部最大值出现在不同的时间点，因此如果输入变化，可以乘以不同的输入值，从而产生不同的结果值，从而使波形不同，而不仅仅是偏移 90 度。

由于 QAM 可以携带信息（例如，不只是单个常数值），因此 I 和 Q 分量可以变化。

在可视化方面，我认为您可能会混淆相移和延迟。在单频复指数的情况下，虚部的绘图似乎比实部延迟了 T/4，其中 T = 1/f。但是，如果您有一个复杂波形，它是两个或多个不同频率的复指数之和，则信号的虚部将具有不同的形状，并且不再看起来像实部的延迟版本。这是因为产生 90 度相移所需的延迟量取决于频率，因此没有单个延迟可以产生一组不同频率的虚部。

让我们从头开始。给定正交电路的实信号，会产生两个分量，I，实分量和 Q，虚分量，与 I 相同，只是它具有 90º 相移。所以，我们有 I 和 Q，它们是相同的信号，但彼此相差 90º。这个我明白，很简单。

您所说的是正交信号的某种特殊情况。您不必生成$Q$像那样。但是让我们假设我们这样做了。让我们假设你有一些信号

$$I(t) = \cos(2\pi \cdot 3 \cdot t)$$

然后，假设我们创建$Q$作为 90° 偏移的版本$I$：

$$Q(t) = \sin(2\pi \cdot 3 \cdot t)$$

我们称其为 3 Hz 的“正交谐波”。

现在，想象一下如果将它连接到示波器会看到什么。进给 X 轴$I$组件和 Y 轴与$Q$零件。然后，这个点会在一个圆圈上逆时针转一秒三圈。现在，想象一下如果被替换会发生什么$3$和$-3$在上面的公式中......我会告诉你：我们会改变极性$Q$. 在这种情况下，圆点会绕一圈但顺时针而不是逆时针。这是一个关键的观察！正交信号可让您区分正频率和负频率！

有了这种理解，我们可以将实值信号视为正交信号的特例$Q=0$. 继续使用上面的 3Hz 示例：

$$\begin{align} I(t) &= \cos(2\pi \cdot 3 \cdot t) &= \frac{1}{2} \, \cos(2\pi \cdot 3 \cdot t) + \frac{1}{2} \, \cos(2\pi \cdot (-3) \cdot t) \\ Q(t) &= 0 &= \frac{1}{2} \underbrace{\sin(2\pi \cdot 3 \cdot t)}_{\mbox{3 Hz}} + \frac{1}{2} \, \underbrace{\sin(2\pi \cdot (-3) \cdot t)}_{\mbox{-3 Hz}} \\ \end{align}$$

换句话说：实值信号的频谱是对称的，正频率的正交部分抵消了负频率的正交部分。实值正弦波可以表示为两个正交谐波之和，其中它们的正交部分相互抵消。因此，实值 3 Hz 正弦实际上是两个“正交频率”的总和：3 Hz 和 -3 Hz。

但有时，你不想要光谱的这两个方面。有时您只想保留正频率并过滤掉负频率。这是通过设置完成的$Q$作为 90° 版本的$I$就像我们一开始所做的那样。

一般来说，$I$和$Q$可以完全不同。例如，如果您将它们都设置为独立的白噪声，您将拥有一个不一定对称的广谱。在软件定义无线电的背景下，将 FM 信号捕获为 I/Q 信号将导致单个正交谐波随时间改变其频率。如果无线电台发出 100.32 MHz 的频率并且您的 SDR 调谐器设置为 100.31 MHz，您将获得 100.32 - 100.31 = +0.01 MHz 的正交谐波。如果将调谐器频率增加到 100.33 MHz，您将观察到负正交频率 (-0.01 MHz)。在 QAM 的背景下，频谱也不会是对称的。

我将尝试使用数学表达式来回答它，希望这会让它更清楚。就像 hotpaw2 说的，通常 IQ 调制的重点是能够在同一传输（或通带，或上变频）信号中传输两个独立或不同的消息信号。

考虑正常的上变频信号：

$$(m(t))cos(2{\pi}{f_c}t)$$ 当然在哪里$m(t)$是真实的。在此方案中，您只能传输一个消息信号$m(t)$， 对？自从$m(t)$是真实的，它的 FT（幅度谱）看起来像这样：

（我不是在谈论光谱的形状，而是它会是对称的事实$y$-axis - 这是傅里叶变换的一个属性 - 真实信号的 FT 具有$y$-对称幅度谱（有关 FT 及其属性的更多信息，请参阅 Alan V. Oppenheim 的 Signals and Systems）：

现在在上转换之后（即乘以$cos(2\pi{f_c}t)$)，它将具有以下 FT（幅度谱）：

现在，IQ调制。在这种情况下，请考虑使用以下形式的复杂消息信号$m(t) = m_I(t)+jm_Q(t)$你知道 I 和 Q 代表什么。这应该已经暗示您我们正在传输两个独立（不同）的信号 -$m_I(t)$和$m_Q(t)$. 这将具有以下 FT 幅度谱。（同样，不是形状 - 只是一个 y 不对称幅度谱）：

现在，我们乘以我们的$m(t)$具有复杂的载体$e^{j{2\pi}f_ct}$. 这将为我们提供复杂的通带信号$(m_I(t)+jm_Q(t))e^{j{2\pi}f_ct}$. 当然，我们不能传输复杂的东西。我们取复通带信号的实部（传输它），这只是

$$m_I(t)cos(2{\pi}f_ct) - m_Q(t)sin(2{\pi}f_ct)$$ 这是具有两个独立（不同）消息信号的IQ 调制通带信号。就像你说的，这是通过乘以解调的$cos(2{\pi}f_ct)$和$sin(2{\pi}f_ct)$并使用 LPF。

为了完整起见，复通带信号的 FT（幅度谱）如下所示：

而且，一旦你采取了实部，你最终的 IQ 调制信号将有这个 FT（幅度谱）：

希望有帮助。