ZigBee之概要原理-6-實體層功能說明2

此篇要說明的也是實體層的功能，也就是調變方式，無線通信利用高頻電波來進行資訊的傳輸，ZigBee/802.15.4用的是2.4GHz頻寬的電波，像這樣用來傳輸資訊的2.4GHz高頻電波就是載波。而對載波進行轉換才能傳輸資訊的這個動作就叫做調變，信號接收端接收後復原基頻信號的過程就是解調變。

調變的方式有數位振幅調變（ASK）、數位頻率調變、（FSK）、數位相位調變（PSK），三個意思分別是：

1.數位振幅調變（ASK）：信號發送端依照基頻信號的1或0，讓載波振幅發生一定變化，在信號接收端檢測出振幅的變化，然後再復原成基頻信號。

2.數位頻率調變（FSK）：信號發送端依照基頻信號，讓載波頻率在一定範圍內進行變化，在信號接收端檢測出接收信號頻率後，將其重置到基頻信號。

3.數位相位調變（PSK）：信號發送端依照基頻信號，讓載波的相位發生一定的變化，在信號接收端測出接收信號的相位後，將其重置到基頻信號。

ZigBee所採用的調變方式為相位調變方式（PSK）， 相位值都是在0～2π弧度的範圍內，利用載波的信號及其相位反轉後的信號分別表示0和1，這種簡單的數位相位調變叫做BPSK（Binary Phase Shift Keying），在相位平面上表示特定信號的狀態叫做信號點，BPSK的兩個信號點為0和π分別表示邏輯值0和1，也稱為2值數位調變。下圖為BPSK信號點的表示圖：

但2值調變只能書1Bit的信號。在相位平面上可以過更多的信號點來傳輸更多資訊的方法叫做多值調變，具有4個信號點的是四相相位調變（QPSK），傳輸資料的速度是BPSK的2倍。

增加信號點可以得到更高速的通信，但對信號的品質要求也提高了，例如在BPSK的場合，接收到的位相檢測誤差在±π/2範圍內才可進行解調，而在QPSK的場合檢測誤差在±π/4範圍內才可進行解調。通信距離越遠，接收到的電波變形越嚴重，多值調變方式以犧牲一定程度的距離來換取更高的傳輸速度。

實際的相位調變信號是由cosωt載波和sinωt正交載波合成的，和載波相同相位的信號叫做 I相信號，和載波正交的相位的信號叫做Q相信號，在QPSK的場合，根據振幅±1的 I相信號和振幅±1的Q相信號，分別設置各個相位π/4、3π/4、5π/4、7π/4四個資訊點，分別表示邏輯值11、01、00、10。下圖為QPSK的信號點表示圖：

QPSK的場合可是使I相如11→00那樣同時發生變化，最大的相位變化如下圖：

由此圖可知瞬間的角度π，這種瞬間相位變化很大的情況要安裝對應的類比現形電路是很困難的，所以才提出了偏移正交相位調變（O-QPSK），O-QPSK是採用讓 I相信號和Q相信號在時間上錯開的方法，O-QPSK的最大相位變化如下圖所示：

Q相信號的位相相對於I相信號，週期往前推移了1/2，瞬間最大位相變化控制到π/2，也就是11→00的變化分成11→01→00，可對位相變化進行控制的一種調變。

O-QPSK使 I相信號和Q相信號不同時間發生變化，這種調變方式便能設置出低價的模擬積體電路。ZigBee在2.4GHz中就是採用O-QPSK的調變方式。