數字調相：BPSK，QPSK，DQPSK

射頻調製
數字相位調製是一種無線傳輸數字數據的通用且廣泛使用的方法。

在上一頁中，我們看到可以使用載波幅度或頻率的離散變化來表示一和零。 我們也可以使用相位表示數字數據也就不足為奇了。 這種技術稱為相移鍵控（PSK）。

二進制相移鍵控
PSK的最直接類型稱為二進制相移鍵控（BPSK），其中“二進制”是指使用兩個相移（一個用於邏輯高，一個用於邏輯低）。

我們可以憑直覺認識到，如果這兩個相位之間的間隔更大，則係統將更加健壯-當然，接收機將很難區分相位偏移為90°的符號和相位偏移為91°的符號。 XNUMX°。 

我們只有360°的相位可以使用，因此邏輯高和邏輯低相位之間的最大差為180°。 但是我們知道，將正弦曲線移動180°等同於將其反轉。 因此，我們可以將BPSK看作是響應一個邏輯狀態而簡單地將載波反轉，而響應於另一邏輯狀態而將載波靜置。

更進一步，我們知道將正弦波乘以負數就等於將其反轉。 這導致使用以下基本硬件配置來實現BPSK的可能性：

但是，這種方案很容易導致載波波形出現高斜率躍遷：如果在載波處於最大值時邏輯狀態之間發生躍遷，則載波電壓必須迅速移至最小電壓。




諸如此類的高斜率事件是不希望的，因為它們會產生可能干擾其他RF信號的高頻能量。 而且，放大器在輸出電壓中產生高斜率變化的能力有限。

如果我們通過兩個附加功能完善上述實現，則可以確保符號之間的平滑過渡。 首先，我們需要確保數字位週期等於一個或多個完整的載波週期。 

其次，我們需要將數字轉換與載波波形同步。 通過這些改進，我們可以對系統進行設計，以使當載波信號在零交叉處（或非常接近零交叉處）時發生180°的相位變化。

 

QPSK
BPSK每個符號傳輸一位，這是我們目前為止所習慣的。 關於數字調製的所有討論都假設根據數字電壓是邏輯低還是邏輯高來修改載波信號，並且接收器通過將每個符號解釋為0或1來構造數字數據。

在討論正交相移鍵控（QPSK）之前，我們需要引入以下重要概念：沒有理由一個符號只能傳輸一位。 的確，數字電子世界是建立在電壓處於一種或另一種極端狀態的電路周圍的，從而電壓始終代表一個數字位。 

但是射頻不是數字的； 確切地說，我們正在使用模擬波形來傳輸數字數據，設計這樣一種系統是完全可以接受的，在該系統中，模擬波形的編碼和解釋方式允許一個符號代表兩個（或多個）位。

QPSK是一種調製方案，它允許一個符號傳輸兩位數據。 有四個可能的兩位數字（00、01、10、11），因此我們需要四個相位偏移。 同樣，我們希望相位選項之間的最大間隔，在這種情況下為90°。

優勢是更高的數據速率：如果我們保持相同的符號周期，則可以使數據從發送器到接收器移動的速率增加一倍。 缺點是系統複雜性。 （您可能會認為QPSK比BPSK還要容易受到誤碼的影響，因為可能的相位值之間的間隔較小。這是一個合理的假設，但是如果進行數學計算，結果發現錯誤概率實際上是非常相似。）

變體
總體而言，QPSK是一種有效的調製方案。 但是可以改進。

相跳
標準QPSK保證將發生高斜率符號到符號的轉換； 因為相位跳變可以為±90°，所以我們無法將上述方法用於BPSK調製產生的180°相位跳變。

通過使用兩個QPSK變體之一，可以緩解此問題。 偏移QPSK涉及在調製過程中使用的兩個數字數據流之一中增加延遲，從而將最大相位跳變降低至90°。 另一個選擇是π/ 4-QPSK，它將最大相位跳變減小到135°。 因此，偏移QPSK在減少相位不連續性方面是優越的，但是π/ 4-QPSK是有利的，因為它與差分編碼兼容（在下一小節中討論）。

處理符號間不連續性的另一種方法是實施額外的信號處理，以在符號之間創建更平滑的過渡。 這種方法被合併到稱為最小移位鍵控（MSK）的調製方案中，並且對稱為高斯MSK的MSK也進行了改進。

差分編碼
另一個困難是，PSK波形的解調比FSK波形的解調更困難。 

頻率是“絕對的”，因為可以始終通過分析信號隨時間的變化來解釋頻率變化。 但是，相位在沒有通用參考的意義上是相對的-發射器會參考某個時間點生成相位變化，而接收器可能會參考一個單獨的時間點來解釋相位變化。

其實際表現如下：如果用於調製和解調的振盪器的相位（或頻率）之間存在差異，則PSK變得不可靠。 並且我們必須假設會有相位差（除非接收器包含載波恢復電路）。

差分QPSK（DQPSK）是一種與非相干接收機（即，不使解調振盪器與調製振盪器同步的接收機）兼容的變體。 

差分QPSK通過產生相對於前一個符號的特定相移來編碼數據。 通過以這種方式使用前一個符號的相位，解調電路使用接收機和發射機共用的參考來分析符號的相位。

總結
*二進制相移鍵控是一種簡單的調製方案，每個符號可以傳輸一位。

*正交相移鍵控更為複雜，但會使數據速率加倍（或以一半的帶寬獲得相同的數據速率）。

*偏移量QPSK，π/ 4-QPSK和最小移位鍵控是可緩解高斜率符號間符號電壓變化影響的調製方案。

*差分QPSK使用相鄰符號之間的相位差來避免與發送器和接收器之間缺少相位同步有關的問題。

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