QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) is een van de meest gebruikte modulatievormen in digitale communicatiesystemen. Het is een fasegemoduleerde techniek waarbij informatie wordt overgedragen door de fase van een draaggolf aan te passen. QPSK maakt efficiënter gebruik van de beschikbare bandbreedte dan eenvoudige modulaties zoals BPSK (Binary Phase Shift Keying), wat het bijzonder geschikt maakt voor toepassingen in mobiele netwerken, satellietcommunicatie en WiFi.
Hoe werkt QPSK?
Bij QPSK worden telkens twee bits gecombineerd tot één symbool. Hierdoor zijn er vier mogelijke binaire combinaties: 00, 01, 10 en 11. Elke combinatie wordt toegewezen aan een unieke fasehoek van de draaggolf. In QPSK zijn dit typisch 0°, 90°, 180° en 270°.
De draaggolf wordt aangepast aan een van deze vier fasen, afhankelijk van het te verzenden bitpaar. Op die manier kunnen er per symbool twee bits verzonden worden, wat de datasnelheid verdubbelt ten opzichte van BPSK, waar slechts één bit per symbool wordt verzonden.
Voorbeeld van bittoewijzing:
- 00 → 0° (fase van draaggolf)
- 01 → 90°
- 11 → 180°
- 10 → 270°
De overgang van het ene symbool naar het andere zorgt voor een wijziging in fase. Omdat de draaggolf vier verschillende fasen kan aannemen, spreekt men bij QPSK van “quadrature” modulatie.
Voordelen van QPSK
- Hogere datasnelheid: QPSK verzendt 2 bits per symbool, wat efficiënter is dan BPSK.
- Betere spectrale efficiëntie: Meer informatie binnen dezelfde bandbreedte.
- Relatief robuust tegen ruis: Vergeleken met complexere modulaties zoals 16-QAM.
- Breed inzetbaar: Gebruikt in LTE, DVB, WiFi, satelliet en andere digitale systemen.
Toepassingen van QPSK
- Mobiele communicatie (bijvoorbeeld LTE en 5G als fallback)
- Digitale satelliettelevisie (zoals DVB-S)
- WiFi en draadloze netwerken
- Radar en defensiecommunicatiesystemen
Vergelijking met andere modulaties
| Modulatietype | Bits per symbool | Bandbreedtegebruik | Ruisbestendigheid |
|---|---|---|---|
| BPSK | 1 | Laag | Hoog |
| QPSK | 2 | Middel | Goed |
| 16-QAM | 4 | Hoog | Lager |
| 64-QAM | 6 | Zeer hoog | Lager (hoge signaalkwaliteit nodig) |
QPSK biedt een goed compromis tussen datasnelheid en robuustheid. Bij slechtere signaalcondities schakelen netwerken automatisch terug van hogere modulaties zoals 64-QAM naar QPSK of zelfs BPSK om de verbinding stabiel te houden.
QPSK in praktijk
In LTE-netwerken wordt QPSK vaak gebruikt in uplink-transmissies, omdat mobiele apparaten vaak met minder zendvermogen werken dan basisstations. Bij lage SINR (Signal-to-Interference plus Noise Ratio) omstandigheden wordt QPSK gekozen omdat het beter presteert in ruisrijke omgevingen.
Ook in satellietcommunicatie is QPSK favoriet, omdat het relatief eenvoudig te implementeren is en goed bestand is tegen atmosferische verstoringen, wat van cruciaal belang is in ruimte- en weersafhankelijke toepassingen.
Verder wordt QPSK vaak gecombineerd met foutencorrectietechnieken zoals convolutionele codering of turbo coding om de betrouwbaarheid van transmissies verder te verhogen, vooral bij lage signaalkwaliteit.
Samenvattend is QPSK een robuuste, efficiënte modulatievorm die fundamenteel is voor moderne draadloze communicatie en bijdraagt aan de snelheid en betrouwbaarheid van dataoverdracht in uiteenlopende systemen.