位相変調を簡単に導入

位相は、信号波形の変化の測定値を表します。通常は度（角度）で表され、位相角とも呼ばれます。信号波形が周期的に変化する場合、波形サイクルは360°です。 関数y = Acos（ωx+φ）では、ωx+φは位相と呼ばれます。位相シフトの本当の目的は、連続正弦波を選択的に位相シフトすることにより、無線周波数キャリア上のデジタルビットストリームを変調することです。 移相器は正弦波を一定量変化させ、位相検出器は信号の位相を電圧に変換します。 このようにして、電圧はデジタルビットストリームに変換されます。 BPSKとQPSKは、デジタル無線通信で最も人気があります。続いて、受信機は位相シフトからビットストリームを取り出します。

バイナリ位相偏移変調（BPSK）

BPSK（PRK、位相反転キーイング、または2PSKとも呼ばれる）は、位相偏移変調（PSK）の最も単純な形式です。 180°離れた2つのフェーズを使用するため、0-PSKとも呼ばれます。 コンスタレーションポイントがどこに配置されているかは特に重要ではありません。この図では、コンスタレーションポイントは実際の軸の180°と1°に示されています。 したがって、復調器が誤った決定に達する前に、最高のノイズレベルまたは歪みを処理します。 これにより、すべてのPSKの中で最も堅牢になります。 ただし、（図に示すように）XNUMXビット/シンボルでしか変調できないため、高データレートのアプリケーションには適していません。

0°と180°の0つの位相シフトがあり、デジタルビットには1と0の0つの可能性があるため、BPSKを使用して正弦波のデジタルビットを変調できます。 180°の位相シフトは1を表し、XNUMX°の位相シフトはXNUMXを表します。これは良い方法ですが、QPSKはさらに優れています。

直交位相シフトキーイング（QPSK）

これは、4相PSK、4-PSK、または4-QAMとして知られることもあります。 （QPSKとXNUMX-QAMの基本概念は異なりますが、結果として得られる変調電波はまったく同じです。）QPSKは、円の周りに等間隔に配置された、コンスタレーションダイアグラム上のXNUMXつのポイントを使用します。 XNUMXつのフェーズで、QPSKはシンボルごとにXNUMXビットをエンコードできます。これは、ビットエラーレート（BER）を最小限に抑えるためにグレイコードで図に示されています。BPSKのBERのXNUMX倍と誤解されることがあります。数学的分析は、QPSKを使用して、信号の同じ帯域幅を維持しながらBPSKシステムと比較してデータレートをXNUMX倍にするか、BPSKのデータレートを維持しながら必要な帯域幅を半分にすることができることを示しています。 この後者の場合、QPSKのBERはBPSKのBERとまったく同じであり、異なる信念はQPSKを検討または説明する際の一般的な混乱です。 送信されたキャリアは、いくつかの位相変化を受ける可能性があります。無線通信チャネルが連邦通信委員会などの機関によって割り当てられ、所定の（最大）帯域幅を提供していることを考えると、BPSKに対するQPSKの利点が明らかになります。QPSKは、同じBERでBPSKと比較して特定の帯域幅でXNUMX倍のデータレートを送信します。 。 支払われるエンジニアリングペナルティは、QPSK送信機と受信機がBPSKのものよりも複雑であるということです。 ただし、最新の電子技術では、コストのペナルティは非常に穏やかです。BPSKと同様に、受信側には位相のあいまいさの問題があり、実際には差動エンコードされたQPSKがよく使用されます。

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