QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)とは

QPSK (Quadrature Phase Shift Keying)とは

QPSK（Quadrature Phase Shift Keying）は、デジタル信号を効率的に伝送するための変調方式の一つです。この方式は、特に無線通信や衛星通信、モバイルネットワークで広く利用されています。QPSKは信号の位相を用いてデータを表現することで、高いスペクトル効率を実現します。

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QPSKの基本原理

QPSKは位相変調の一種であり、デジタルデータを4つの異なる位相状態（通常は0°, 90°, 180°, 270°）にマッピングします。これにより、1シンボルあたり2ビットの情報を伝達することが可能です。

• ビットのマッピング
  デジタルデータは、2ビットの組み合わせ（00, 01, 10, 11）として解釈され、それぞれの組み合わせが特定の位相に対応します。例えば、
  • 00 → 0°
  • 01 → 90°
  • 10 → 180°
  • 11 → 270°
• I軸とQ軸
  QPSKでは信号をI軸（In-phase）とQ軸（Quadrature-phase）の直交する2つの成分に分解します。これにより、効率的かつ安定した信号伝送が可能となります。

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QPSKの利点

1. スペクトル効率が高い
   QPSKは、同じ帯域幅でBPSK（Binary Phase Shift Keying）よりも2倍のデータを送信できます。これにより、限られた周波数帯域を効果的に利用できます。
2. 耐ノイズ性能
   QPSKはノイズや干渉に強い設計となっており、特に高いデータレートが必要な無線通信環境で有利です。
3. 広範な応用
   QPSKは、携帯電話ネットワーク（例: LTE）、Wi-Fi、衛星通信、ケーブルテレビ（CATV）のインフラなど、さまざまな用途で利用されています。

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QPSKの課題と対応策

• 高精度な同期が必要
  位相を用いるため、送信機と受信機間での正確な同期が求められます。不適切な同期はデータエラーの原因となります。
• 複雑な受信処理
  QPSK信号を正確に復調するには、高度な信号処理技術が必要です。これを解決するため、現代の通信システムではデジタル信号処理（DSP）技術が活用されています。
• 干渉やマルチパス問題
  無線環境では信号の干渉やマルチパス（反射などで複数の経路を通る信号）の影響を受けやすいですが、MIMO（多入力多出力）技術などの進化により克服されています。

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図解：QPSKの信号マッピング

以下はQPSKの信号空間図（コンスタレーション図）の例です。4つの位相状態が円状に配置され、それぞれがデジタルデータ（ビットペア）を表しています。

         Q (90°)
           |
   11      |      01
           |
-----------|----------- I (0°)
           |
   10      |      00
           |
         -Q

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QPSKがビジネスに与える影響

1. 通信インフラの向上
   QPSKは高効率のデータ伝送を可能にするため、通信事業者の運用コスト削減とサービス品質向上に寄与しています。
2. IoTおよび5Gの推進
   高速通信を実現するQPSKは、IoTデバイスや5Gネットワークの普及においても重要な役割を果たしています。
3. グローバル展開
   衛星通信の分野で、QPSKは国際的なデータ通信を支える技術として、ビジネスのグローバル化を後押ししています。