デジタル位相変調は、デジタルデータをワイヤレスに転送するための汎用的で広く使用されている方法です。
前ページでは、1 と 0 を表す方法として、キャリアの振幅または周波数の離散変化を使用できることを確認しました。 この技術は位相シフトキーイング (PSK) と呼ばれます。
バイナリ位相シフトキーイング
PSK の最も単純なタイプはバイナリ位相シフトキーイング (BPSK) と呼ばれ、「バイナリ」は 2 つの位相オフセット (一方は論理ハイ、一方は論理ロー) を使用していることを指します。
ただし、この方式では、キャリア波形に高傾斜遷移が容易に発生します。キャリアが最大値にあるときに論理状態の間の移行が起こると、キャリア電圧が最低電圧まで急速に移動しなければならないのです。
このような高スロープのイベントは、他の RF 信号に干渉する可能性のある高周波エネルギーを生成するため、望ましくないとされています。 また、増幅器は、出力電圧の高スロープ変化を生成する能力が限られています。
上記の実装に 2 つの機能を追加して改良すれば、シンボル間のスムーズな遷移を確保できます。 まず、デジタル・ビット周期が1つ以上の完全なキャリア・サイクルに等しいことを確認する必要があります。 2つ目は、デジタル遷移をキャリア波形と同期させることです。 1278>
QPSK
BPSK は 1 シンボルに 1 ビット転送しますが、これはこれまで私たちが慣れ親しんできたものです。 デジタル変調に関して説明してきたことはすべて、デジタル電圧がロジック・ローかロジック・ハイかによって搬送波信号を変更し、受信機は各シンボルを 0 か 1 のどちらかに解釈してデジタルデータを構築することを前提としてきました。 1つのシンボルが1ビットしか転送できない理由はありません。 確かにデジタル・エレクトロニクスの世界では、電圧は常に1つのデジタル・ビットを表すように、電圧がどちらかの極になるような回路が構築されています。 しかし、RFはデジタルではなく、アナログ波形を使ってデジタルデータを転送しており、1つのシンボルで2ビット（またはそれ以上）を表すことができるようにアナログ波形を符号化して解釈するシステムを設計してもまったく問題はありません。 4つの可能な2ビット数（00、01、10、11）があり、その結果、4つの位相オフセットが必要になります。 繰り返しになりますが、位相オプションの間隔を最大にしたいので、この場合は 90°です。
利点はデータレートが高いことです。 欠点は、システムの複雑さです。 (QPSK は BPSK よりもビット エラーの影響を受けやすいと思われるかもしれませんが、これは可能な位相値の間隔が狭いためです。 これは妥当な仮定ですが、計算すると、エラーの確率は実際には非常に似ていることがわかります。 位相ジャンプが±90°になる可能性があるため、BPSK変調で発生する180°の位相ジャンプについて説明したアプローチは使用できません。 オフセット QPSK は、変調プロセスで使用される 2 つのデジタル データ ストリームの 1 つに遅延を追加するもので、最大位相ジャンプを 90°に低減します。 もう1つのオプションはπ/4-QPSKで、これは最大位相ジャンプを135°に低減します。 オフセット QPSK は位相不連続の低減に関して優れていますが、π/4-QPSK は差動符号化（次のサブセクションで説明）と互換性があるため、有利です。 このアプローチは、最小シフトキーイング (MSK) と呼ばれる変調方式に組み込まれており、ガウス MSK として知られる MSK の改良版もあります。
Differential Encoding
別の困難は、PSK 波形での復調が FSK 波形よりも困難であることです。 周波数は、時間に対する信号の変化を分析することで周波数の変化を常に解釈できるという意味で、「絶対的」です。 送信機はある時点を基準に位相の変化を生成し、受信機は別の時点を基準に位相の変化を解釈することができます。 変調と復調に使用する発振器の位相（または周波数）に差があると、PSKは信頼できなくなる。 そして、位相差があることを想定しなければなりません (受信機にキャリア回復回路が組み込まれていない限り)。
差動 QPSK (DQPSK) は、非コヒーレント受信機 (すなわち、復調振動子を変調振動子と同期させない受信機) に対応した変形です。 差動QPSKは、先行するシンボルに対して一定の位相シフトを生成することでデータを符号化します。 このように先行するシンボルの位相を利用することで、復調回路は受信機と送信機に共通する基準を用いてシンボルの位相を分析する。
Summary
- バイナリ位相シフトキーイングは、1 シンボルあたり 1 ビットを転送できる簡単な変調方式です。
- 直交位相シフトキーイングはより複雑ですが、データ レートを 2 倍（または半分の帯域幅で同じデータ レートを達成）することができます。
- オフセット QPSK、π/4-QPSK、および最小シフトキーイングは、高スロープのシンボル間電圧変化の影響を緩和する変調方式です。
- 差動 QPSK は、送信機と受信機の位相同期不足に伴う問題を避けるために隣接シンボルの位相差を用いています。