Phase Shift Keying (PSK)
位相偏移変調（PSK）は、搬送波の位相を離散的に変化させることでデジタルデータを符号化するデジタル変調方式です。各位相状態は一意のシンボルまたはビットパターンを表し、PSKは帯域幅効率の高いデジタル通信を可能にします。特に無線通信や衛星通信で広く用いられています。
数学的表現
一般的なPSK信号は以下の式で表されます：
s(t) = A_c · cos(ω_c · t + φₙ)
ここで：
s(t)：変調信号（V）
A_c：搬送波の振幅（V）
ω_c：搬送波の角周波数（rad/s）
φₙ：シンボルnに対応する位相（rad）
t：時間（s）
最も基本的な BPSK（二値位相偏移変調） では2つの位相が使用されます：
ビット0 → 位相 0
ビット1 → 位相 π
結果として：
s(t) = A_c · cos(ω_c · t)（ビット0の場合）
s(t) = –A_c · cos(ω_c · t)（ビット1の場合）
代表的なPSK方式
BPSK（二値位相偏移変調）
2つの位相（0、π）
1シンボルあたり1ビット
定振幅信号
高い耐干渉性、低いスペクトル効率
QPSK（直交位相偏移変調）
4つの位相（0、π/2、π、3π/2）
1シンボルあたり2ビット
定振幅信号
衛星通信や携帯通信で一般的
8-PSK・高次PSK
4以上の位相（例：8-PSKは45度刻み）
高いデータレート
雑音耐性の低下
非定振幅 → 非線形増幅器で歪みが発生する可能性
DPSK（差動位相偏移変調）
絶対位相ではなく位相差でデータを表現
受信機構成が簡素化
近距離通信やレガシーシステムで利用
π/4-QPSK
位相が1/4回転ずつ変化
振幅変動を抑制
携帯無線で使用され、電力増幅器の効率向上に寄与
コンステレーション図と信号空間
PSK変調はしばしばコンステレーション図で視覚的に表されます：
BPSK：実軸上に2点
QPSK：90度間隔で4点配置
8-PSK：円周上に等間隔で8点配置
各点はI/Q平面上のシンボルを示し、シンボル間距離や誤り耐性の評価に用いられます。
帯域幅とスペクトル効率
PSKはASK（振幅偏移変調）より電力効率が高く、FSK（周波数偏移変調）よりスペクトル効率が高いとされています。ただし、高次変調においてはQAM（直交振幅変調）がPSKよりも優れるため、現代のブロードバンド通信ではQAMが主流です。
復調
PSKはコヒーレント復調（搬送波の位相を正確に追跡する必要あり）を必要とします。DPSKなどの差動方式ではこの要件が不要ですが、誤り性能がやや劣ります。
用途
PSKは以下のような通信分野で活用されています：
衛星通信（例：DVB-SでのBPSK/QPSK）
携帯通信（例：LTE上り回線でのQPSK）
RFIDシステム
ワイヤレスセンサー・テレメトリ
光通信ネットワーク（差動PSK形式）
利点と制約
利点：
電力と帯域幅の効率的な利用
定振幅（BPSK、QPSK）により非線形増幅器との相性が良い
中程度のデータレートにおけるスケーラビリティ
制約：
高次PSK（例：8-PSK）は雑音に弱い
位相同期が必須
高速伝送にはQAMが好まれる