數(shù)字相(xiàng)位調制(zhì)是(shì)一(yī)種功能(néng)強大(dà)且廣泛使用(yòng)ו的(de)無線傳輸數(shù)字數(shù)據的(de)方法。

在之前，我們了(le)解到(dào)可(kě)以利用(yòng)載波振幅或頻(pín)≤↑∑率的(de)離(lí)散變化(huà)來(lái)表示1和(hé)0。那(nà)麽，我們同樣可(∑ γkě)以使用(yòng)相(xiàng)₽Ω&±位來(lái)表示數(shù)字數(shù)據，這(zhè)種方法被稱為(γδ>¶wèi)相(xiàng)移鍵控（PSK）。

二進制(zhì)相(xiàng)移鍵控

最簡單的(de)PSK類型被稱為(wèi)二進制(zhì)相(xiàng)"​ 移鍵控（BPSK），其中“二進制(zhì ‍)”指的(de)是(shì)使用(yòng)兩種相(xià §ng)位偏移（一(yī)種用(yòng)于邏輯高( β≥gāo)，一(yī)種用(yòng)于邏輯低(dī)）。

我們可(kě)以直觀地(dì)認識到(dà≠ o)，如(rú)果這(zhè)兩種相(xiàng)位之間(jiān)的(de)"♦ 間(jiān)隔更大(dà)，那(nà)麽系統就(jiù)會(huì)更加穩健&mσ↔↔dash;—當然，對(duì)于相(xiàng)位偏移為(w&★èi)90°的(de)符号和(hé)相&≠φ(xiàng)位偏移為(wèi)91°的(de)符号，接收器(q←ε‍₩ì)很(hěn)難進行(xíng)區(qū)分(fēn)。我們隻有(>≈₹yǒu)360°的(de)相(xiàng)位可(kě)供使用(yòng)，因此邏輯高(®€₽↑gāo)和(hé)邏輯低(dī)相(xiàng)>≠位之間(jiān)的(de)最大(dà)差異為(wèi)180°。但(dàn)我們∏∏←§知(zhī)道(dào)，正弦波移動180°等同于将其反轉；←•因此，我們可(kě)以将BPSK視(shì)為(wèi)簡單地(dì)根據一(yī)‌♣$種邏輯狀态反轉載波，而根據另一(yī)種邏λ←γ¶輯狀态則保持載波不(bù)變。

為(wèi)了(le)更進一(yī)步，我們知(zhī)γβ道(dào)将正弦波乘以-1等同于将其反轉。這(zhè)就(jiù)為(wèi)使用(yòng≠≠ λ)以下(xià)基本硬件(jiàn)配置實現(xiàn)BPSK↕ &提供了(le)可(kě)能(néng)：

然而，這(zhè)種方案很(hěn)容易在載波波形中産生(shēng)高(gā♦ o)斜率過渡：如(rú)果邏輯狀态之間(jiān)的(de)轉換發↑€生(shēng)在載波處于最大(dà)值時(shí)，那(nà)麽載波&£電(diàn)壓必須迅速降至最小(xiǎo)值。

這(zhè)種高(gāo)斜率事(shì)件(jiàn)是$$÷(shì)不(bù)利的(de)，因為(wèi)它們會(huìφ✘)産生(shēng)高(gāo)頻(pín)能(néσ®♣♥ng)量，可(kě)能(néng)會(huì)幹​®<↔擾其他(tā)射頻(pín)信号。此外(wàiδ☆♠)，放(fàng)大(dà)器(qì)在₩ δ輸出電(diàn)壓上(shàng)産生(shēng)高(gāo)斜率變化(huγΩà)的(de)能(néng)力有(yǒu)限。

如(rú)果我們在上(shàng)述實現(x σiàn)中加入兩個(gè)額外(wài)的(de)特性，就(jiù)可(kě)以ε> 确保符号之間(jiān)的(de)平滑過渡。首先，我們需要(yà£↓•o)确保數(shù)字位周期等于一(yī)個(gè)或多(duō)個(gè★€' )完整的(de)載波周期。其次，我們需要(yào)将數(s₹≥£hù)字轉換與載波波形同步。通(tōng)過這(zhè)些(xiē)改進，我們可α÷™(kě)以設計(jì)系統，使得(de)當載波信号處于（或非常接近(jìn)）零©φ<交叉點時(shí)，發生(shēng)180°的(de)相(xiàng)位變化(huà‍€)。

QPSK（四相(xiàng)相(xiàng)移鍵控）

到(dào)目前為(wèi)止，BPSK（二進制(zhì≈←↓)相(xiàng)移鍵控）每個(gè)符号傳輸一(yī)個(gè)比特，這(zhè)是(shì)我→Ω們所熟悉的(de)。我們之前討(tǎo)論的(de)所有(yǒu)關于數(shù)字調↓→φ∞制(zhì)的(de)內(nèi)容都(dōu)假設載波信号是(shì)根據數÷<☆'(shù)字電(diàn)壓是(shì)邏輯低(dī)還(hái)是(sβ♣hì)邏輯高(gāo)來(lái)修改的(de)，接收§↔φ→器(qì)通(tōng)過解釋每個(gè☆&&✔)符号是(shì)0還(hái)是(shì)1來(lái)構造數(shù)字數(shù)據。

在討(tǎo)論四相(xiàng)相(xiàng)移鍵控（QPSK）之前，我們需 ©→¥要(yào)引入以下(xià)重要(yào)概念：沒有(yǒu)理(lǐ)由讓一(yī)個(g≠&≠​è)符号隻能(néng)傳輸一(yī)個(gè)比特。确實，數‌₩​γ(shù)字電(diàn)子(zǐ)世界是(shì)建立在電(dià↓₩¶"n)路(lù)之上(shàng)的(de)，其中電(diàn)壓處于極端狀态之一(yī)，因此電¶ε(diàn)壓總是(shì)代表一(yī)個(gè)數(shù)字比特。但(dàn)射頻(pφ∞εεín)不(bù)是(shì)數(shù)字的(de)；相(xiàng)反，我們正在使α♦♠用(yòng)模拟波形來(lái)傳輸數(shù)字數(shù)據，完全可(kě) λσ↔以設計(jì)一(yī)種系統，其中模拟波形以允許一(yī)個(λα¥gè)符号表示兩個(gè)（或更多(duō)）比特的(de)方式進行(xíng≤©)編碼和(hé)解釋。

QPSK是(shì)一(yī)種調制(zhì)方案，允許¶§←一(yī)個(gè)符号傳輸兩個(gè)比特的(dφλe)數(shù)據。有(yǒu)四個(gè)可(k≠←'♣ě)能(néng)的(de)兩位數(shù)字（00、01、10、11），因此我們λδ需要(yào)四個(gè)相(xiàng)位偏移。同樣，我們希望相(xiàng)位選項之間(ji←¥₹ān)的(de)間(jiān)隔盡可(kě)能(néng)大(dà)，在£'≥這(zhè)種情況下(xià)是(shì)<↔≈90°。

優勢與劣勢

優勢在于更高(gāo)的(de)數(shù)據速率：如(rú)果我們保¥≥↕₹持相(xiàng)同的(de)符号周期，我們可(kě)以将數(shù)據從(cóng)發射器(qìδ☆✔)傳輸到(dào)接收器(qì)的(de)速率加倍。劣勢在于系統複雜(zá)性。（↓₹≠ε您可(kě)能(néng)會(huì)認為(wèβ¶ε←i)，由于可(kě)能(néng)的(de)"‌γ←相(xiàng)位值之間(jiān)的(de)間(jiān)隔較小(xiǎo)，QPSK比B®↓™¶PSK更容易出現(xiàn)比特錯(cuò)誤。這(zhè)是( ‍>shì)一(yī)個(gè)合理(lǐ)的(de)假設，但(dàn)如(rú↑→↔↓)果您進行(xíng)數(shù)學計(jì)算(suàn)↓'​≥，就(jiù)會(huì)發現(xiàn)錯(cuò)誤概率實際上(shàng↔λ ​)非常相(xiàng)似。）

變體(tǐ)

總體(tǐ)而言，QPSK是(shì)一(>Ωyī)種有(yǒu)效的(de)調制(zhì)>→≠♣方案，但(dàn)還(hái)可(kě)以Ωπ®進一(yī)步改進。

相(xiàng)位跳(tiào)變

标準QPSK會(huì)保證發生(shēng)高(gāo)斜率的(de)符号間(jiān)跳(t¶β₽iào)變；因為(wèi)相(xiàng)位↑​÷跳(tiào)變可(kě)以是(shì)±90°，所以我們不(bù)能(n₹••éng)使用(yòng)為(wèi)BPSK調制(zhì)産生(sh♣¥↓ēng)的(de)180°相(xiàng)位跳(tiào)變所描述的(de)方★←β法。

這(zhè)個(gè)問(wèn)題可(kě)以通(tōng)過使用(yòngβ↕)兩種QPSK變體(tǐ)之一(yī)來(lái)緩解。偏移QPSK通(tōng)過在調制 ↓​(zhì)過程中使用(yòng)的(de)兩個(gè)數(shù)字數(shù)據流之一(★↔¶yī)中添加延遲，将最大(dà)相(xiàng)位跳(tiào)變減小✔‌(xiǎo)到(dào)90°。另一®λ(yī)種選擇是(shì)π/4-QPSK，它将最大(dà)相(xiàng)位跳(t φiào)變減小(xiǎo)到(dào)135°。因此，偏移QPSK在減少(s¥≈≈∞hǎo)相(xiàng)位不(bù)連續性方面更優，但(dàn)π/4-QPSK的(de)優₽≠☆∑勢在于它與差分(fēn)編碼（在下(xià)一(yī)小(xiǎo)節中討(​γ☆tǎo)論）兼容。

處理(lǐ)符号間(jiān)不(bù)連續性的(de)另一(yī)種方法是(shì)實現(x‍ §∞iàn)額外(wài)的(de)信号處理(lǐ)，以在符号之間(jiān)創≤∑$建更平滑的(de)過渡。這(zhè)種方法被納入稱為(wèi)最小(xiǎo)頻(pín)移鍵↔≠控（MSK）的(de)調制(zhì)方案₹‌δ₹中，而MSK的(de)改進版本稱為(wè↔δ<$i)高(gāo)斯MSK。

差分(fēn)編碼

另一(yī)個(gè)困難是(shì)，使用(yòng)PSK波形進行(xíng£Ω∞®)解調比使用(yòng)FSK波形更加困難。從(cóng)某種意義∑↓π上(shàng)說(shuō)，頻(pín)率是(shì)“絕對(duì)的(d>±↕≤e)”，因為(wèi)頻(pín)率變化(hu©←à)總是(shì)可(kě)以通(tōng)過分(fēn)析信号随時(±•♠☆shí)間(jiān)的(de)變化(huà)來(lái)解讀(dú)。然而，相(xiàn×™ g)位是(shì)相(xiàng)對(duì)的(de)，λ↕♠>因為(wèi)它沒有(yǒu)通(tōng)用(yòng)的(de)參考&m<×‍dash;—發射器(qì)以某個(gè)時(shí)間(jiān)點為✔≈♥(wèi)參考生(shēng)成相(xiàng)位變化(huà)，而 β" 接收器(qì)可(kě)能(néng)會(h&♠uì)以另一(yī)個(gè)時(shí)間(jiān)點為(wèi)參考來(l →♠ái)解讀(dú)相(xiàng)位變化(hu∑∞♠à)。

這(zhè)種情況的(de)實際表現(xiàn)如(rú)下(xià)：如(rú)÷↔α"果用(yòng)于調制(zhì)和(hé)解調的§♠(de)振蕩器(qì)在相(xiàng)位（或頻(pín)♣£→率）上(shàng)存在差異，PSK就(jiù)會(•™Ωhuì)變得(de)不(bù)可(kě)靠。我們必須假設存在相(xiàng♦£&¥)位差異（除非接收器(qì)包含載波恢複電(diàn)路(lù)¶ ♠）。

差分(fēn)QPSK（DQPSK）是(shì)一(yī)種與非相(xβ ε"iàng)幹接收器(qì)兼容的(de)變體(tǐ)（即，不♠♥(bù)與調制(zhì)振蕩器(qì)同步解調振蕩器(qì)的(de)接收器(qì)）。差₹• ​分(fēn)QPSK通(tōng)過相(xiàng)對(d§₹±©uì)于前一(yī)個(gè)符号産生(shēng)一(yī)定的(de)相(xδ®iàng)位偏移來(lái)編碼數(shù)據。通(tōng)過這(zhè)種↑↑'方式使用(yòng)前一(yī)個(gè)符号的(de)相(xiàng)位，解調電(diàn)路♦✔(lù)可(kě)以使用(yòng)接收器(qì)和(₩±¥hé)發射器(qì)共有(yǒu)的(de)參考來(lái)分(fēn)析符号的(de)★←π&相(xiàng)位。

總結

二進制(zhì)相(xiàng)移鍵控（BP• SK）是(shì)一(yī)種簡單的(de✔≠>)調制(zhì)方案，每個(gè)符号可(kě)以傳輸一(yī)個(gè)比特↔₩&。

正交相(xiàng)移鍵控（QPSK）更為(wèi)複雜★♦₹$(zá)，但(dàn)能(néng)将數☆≈λ(shù)據速率加倍（或在相(xiàng)同數(shù)據速率下(xià•©‍)将帶寬減半）。

偏移QPSK、π/4-QPSK和(hé ≠×σ)最小(xiǎo)頻(pín)移鍵控（MSK）是(shì)緩解高(gāo)斜率符号間(jiān®₩ )電(diàn)壓變化(huà)影(yǐng)響的(de)調制(zhì)方案。

差分(fēn)QPSK（DQPSK）利用(yòng)相(xiàng)鄰符号之間(jiān)的♣φ÷←(de)相(xiàng)位差，避免了(le)發射器(qì)和(hé)接收器(qì&←≤®)之間(jiān)相(xiàng)位不(bù)同步所帶來(lái)的(δ​de)問(wèn)題。