55-Modulação por Desvio de Fase – PSK
Visão Geral
A Modulação por Desvio de Fase (PSK - Phase Shift Keying) é uma técnica de modulação digital amplamente utilizada onde a informação (bits) é codificada variando a fase de uma onda portadora de frequência constante. Em vez de alterar a amplitude (como em ASK) ou a frequência (como em FSK), a PSK altera o ângulo de fase da portadora para representar diferentes símbolos digitais. Cada símbolo corresponde a um ou mais bits de dados. Por manter a amplitude constante, a PSK é menos suscetível a ruídos baseados em amplitude do que a ASK. Existem várias variantes de PSK, diferindo no número de fases distintas utilizadas, o que impacta diretamente a taxa de bits que pode ser alcançada para uma dada taxa de símbolos (Baud rate).
Definição
Phase Shift Keying (PSK) é um esquema de modulação digital que transmite dados alterando (modulando) a fase de uma onda portadora de referência. A fase da portadora é deslocada para um de um conjunto discreto de valores pré-definidos. Cada valor de fase representa um símbolo, que por sua vez codifica um ou mais bits. O demodulador no receptor detecta a fase do sinal recebido e a compara com a fase de referência (ou a fase do símbolo anterior, em variantes diferenciais) para determinar qual símbolo foi transmitido e, consequentemente, quais bits foram enviados.
Exemplos e Tipos Principais
- BPSK (Binary PSK): A forma mais simples. Usa duas fases separadas por 180° (tipicamente 0° e 180°) para representar os bits 0 e 1. Cada símbolo carrega 1 bit. É robusta, mas espectralmente ineficiente.
- QPSK (Quadrature PSK): Usa quatro fases separadas por 90° (tipicamente 0°, 90°, 180°, 270° ou 45°, 135°, 225°, 315°). Cada símbolo representa 2 bits (00, 01, 10, 11). Oferece o dobro da taxa de bits do BPSK para a mesma taxa de símbolos, sendo amplamente utilizada (ex: satélite, alguns sistemas Wi-Fi antigos, cabo).
- 8-PSK: Usa oito fases separadas por 45°. Cada símbolo representa 3 bits. Permite maior taxa de bits, mas é mais sensível a ruído e requer maior relação sinal-ruído (SNR) do que QPSK.
- 16-PSK: Usa dezesseis fases. Cada símbolo representa 4 bits. Ainda mais eficiente espectralmente, mas ainda mais sensível a ruído.
- DPSK (Differential PSK): Uma variante onde a informação é codificada na diferença de fase entre símbolos consecutivos, em vez da fase absoluta. Isso simplifica o receptor, pois não requer uma portadora de referência precisa, mas pode ser ligeiramente mais propenso a erros. Modulação_por_Desvio_de_Fase_Diferencial_–_DPSK
Características
- Modulação de Fase: A informação está na fase da portadora.
- Amplitude Constante: Idealmente, a amplitude do sinal modulado não varia, tornando-a robusta a distorções de amplitude e permitindo o uso de amplificadores não lineares eficientes.
- Número de Fases (M): Determina o número de bits por símbolo (N = log2(M)).
- Eficiência Espectral: Aumenta com o número de fases (mais bits/símbolo para a mesma taxa de Baud).
- Sensibilidade a Ruído: Aumenta com o número de fases (fases mais próximas são mais difíceis de distinguir na presença de ruído).
- Complexidade do Receptor: Aumenta com o número de fases.
Vantagens
- Boa Imunidade a Ruído (comparado a ASK): Manter a amplitude constante ajuda a rejeitar ruído baseado em amplitude.
- Eficiência Espectral (QPSK e superior): Permite transmitir mais bits por segundo na mesma largura de banda em comparação com BPSK ou FSK simples.
- Amplamente Utilizada: Tecnologias maduras e bem compreendidas.
Desvantagens
- Sensibilidade a Ruído de Fase (Phase Jitter): Variações indesejadas na fase do canal ou do oscilador podem causar erros.
- Complexidade do Receptor: Requer circuitos para detectar a fase com precisão (ex: usando Phase-Locked Loops - PLLs ou recuperação de portadora).
- Requer Maior SNR para Ordens Superiores: Esquemas como 8-PSK e 16-PSK exigem um sinal muito mais limpo (maior relação sinal-ruído) do que BPSK ou QPSK para operar com a mesma taxa de erro.
- Ambiguidade de Fase: Em PSK não diferencial, o receptor pode sincronizar com uma fase incorreta (ex: 180° fora), o que pode ser resolvido com codificação diferencial ou outros métodos.
Seção Expandida: Diagrama de Constelação
As modulações PSK (e QAM) são frequentemente visualizadas usando um diagrama de constelação. Este é um gráfico bidimensional onde o eixo horizontal representa a componente em fase (I - In-phase) e o eixo vertical representa a componente em quadratura (Q - Quadrature) do sinal. Cada símbolo possível na modulação é representado por um ponto no diagrama. Para PSK, todos os pontos ficam sobre um círculo de raio constante (amplitude constante), e suas posições angulares correspondem às fases permitidas. Por exemplo:
- BPSK tem 2 pontos a 180° um do outro.
- QPSK tem 4 pontos a 90° um do outro.
- 8-PSK tem 8 pontos a 45° um do outro. A distância entre os pontos no diagrama de constelação está relacionada à robustez da modulação contra ruído. Quanto mais próximos os pontos, mais fácil é para o ruído fazer com que o receptor interprete um símbolo erroneamente como outro.