Was ist der Unterschied zwischen 8PSK und QPSK?

Was ist der Unterschied zwischen 8PSK und QPSK?

8PSK (8-Phasen-Shift Keying) und QPSK (Quadratur-Phasen-Shift Keying) sind zwei digitale Modulationsverfahren, die in der drahtlosen Kommunikation, im Satellitenfunk, in Mobilfunknetzen (wie GSM und UMTS) sowie in vielen anderen digitalen Übertragungssystemen verwendet werden. Beide Verfahren gehören zur Familie der Phasenumtastung (Phasenumtastmodulation oder „Phasenumtastung“ im Deutschen), unterscheiden sich jedoch in Bezug auf Komplexität, Datenrate, Fehlerrate und spektrale Effizienz.

Grundlagen der Phasenumtastung (PSK)

Bei der Phasenumtastung wird die Phase eines Trägersignals verändert, um digitale Informationen zu übertragen. Jede eindeutige Phasenlage stellt ein bestimmtes Bitmuster dar. Je mehr Phasen verwendet werden, desto mehr Bits können pro Symbol übertragen werden. Dabei gilt:

• QPSK: Verwendet vier verschiedene Phasen → 2 Bits pro Symbol
• 8PSK: Verwendet acht verschiedene Phasen → 3 Bits pro Symbol

Vergleichstabelle: 8PSK vs. QPSK

Wann wird welches Verfahren verwendet?

QPSK wird häufig in Anwendungen verwendet, bei denen eine robuste Verbindung wichtiger ist als die maximale Datenrate – zum Beispiel bei schlechten Funkbedingungen oder in ländlichen Gebieten mit schwachem Signal. Es ist weit verbreitet in UMTS, DVB-S, LTE und WLAN-Systemen.

8PSK hingegen wird bevorzugt eingesetzt, wenn die Übertragungsqualität stabil ist und eine höhere Datenrate gewünscht wird – etwa in städtischen Gebieten oder bei Satelliten-TV (z. B. DVB-S2), wo bessere Empfangsbedingungen vorherrschen. Es ist ebenfalls Teil der Erweiterung von GSM (EDGE), um höhere Übertragungsraten zu erzielen.

Visualisierung der Modulationskonstellationen

Die Phasenlage lässt sich auf einem sogenannten Konstellationsdiagramm darstellen. In einem QPSK-Diagramm sind vier Punkte auf einem Kreis gleichmäßig verteilt (0°, 90°, 180°, 270°), während bei 8PSK acht Punkte jeweils im Abstand von 45° angeordnet sind. Je mehr Punkte (Symbole) ein Diagramm hat, desto näher liegen sie beieinander – was die Fehlerwahrscheinlichkeit bei verrauschten Signalen erhöht.

Einfluss auf die Bitfehlerrate (BER)

Die Bitfehlerrate (Bit Error Rate, BER) ist ein entscheidender Faktor bei der Wahl der Modulation. Bei gleichem Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) ist die BER von QPSK deutlich niedriger als die von 8PSK. Das bedeutet, dass QPSK unter schwierigen Bedingungen zuverlässiger ist, während 8PSK empfindlicher auf Störungen reagiert und einen höheren SNR erfordert, um eine vergleichbare Fehlerleistung zu erreichen.

Warum ist 8PSK spektral effizienter?

Weil 8PSK drei Bits pro Symbol übertragen kann, während QPSK nur zwei Bits pro Symbol überträgt, ist die spektrale Effizienz von 8PSK höher. Das bedeutet, dass bei gleicher Bandbreite mehr Daten übertragen werden können. Dies ist besonders wichtig in Systemen, bei denen Bandbreite teuer oder begrenzt ist.

Gibt es noch komplexere PSK-Verfahren?

Ja, es existieren weitere Varianten wie 16PSK oder 32PSK, bei denen 16 bzw. 32 Phasen zur Informationsübertragung genutzt werden. Diese bieten noch höhere Datenraten, sind aber extrem störanfällig und erfordern sehr gute Empfangsbedingungen sowie fortschrittliche Fehlerkorrekturverfahren.

Wie werden diese Verfahren in Mobilfunknetzen verwendet?

In GSM-Netzen kommt QPSK primär in der Sprachübertragung zum Einsatz, während EDGE als Erweiterung 8PSK nutzt, um höhere Datenraten zu ermöglichen. Auch im UMTS-Netz werden beide Verfahren je nach Kanalqualität dynamisch ausgewählt. Das Modulationsschema kann sich während der Verbindung anpassen, um eine optimale Balance zwischen Geschwindigkeit und Stabilität zu gewährleisten.