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¿Qué es PSK, modulación por desplazamiento de fase?

¿Qué es PSK, modulación por desplazamiento de fase?


La codificación por desplazamiento de fase, PSK, se usa ampliamente en estos días dentro de toda una serie de sistemas de comunicaciones por radio. Es particularmente adecuado para el área en crecimiento de las comunicaciones de datos. PSK, la codificación por desplazamiento de fase permite que los datos se transporten en una señal de comunicaciones de radio de una manera más eficiente que la codificación por cambio de frecuencia, FSK y algunas otras formas de modulación.

Con más formas de comunicación que se transfieren de formatos analógicos a formatos digitales, las comunicaciones de datos están ganando importancia y, junto con ellas, las diversas formas de modulación que se pueden utilizar para transportar datos.

Hay varios tipos de modulación por desplazamiento de fase, PSK, que están disponibles para su uso. Cada formulario tiene sus propias ventajas y desventajas, y se debe elegir el formato óptimo para cada sistema de comunicaciones por radio que se diseñe. Para tomar la decisión correcta es necesario conocer y comprender la forma en que funciona PSK.

Modulación por desplazamiento de fase, PSK, conceptos básicos

Como cualquier forma de manipulación por desplazamiento, existen estados o puntos definidos que se utilizan para señalizar los bits de datos. La forma básica de modulación por desplazamiento de fase binaria se conoce como modulación por desplazamiento de fase binaria (BPSK) o en ocasiones se denomina modulación por inversión de fase (PRK). Una señal digital que alterna entre +1 y -1 (o 1 y 0) creará inversiones de fase, es decir, cambios de fase de 180 grados a medida que los datos cambian de estado.

El problema con la manipulación por desplazamiento de fase es que el receptor no puede conocer la fase exacta de la señal transmitida para determinar si está en una condición de marca o de espacio. Esto no sería posible incluso si los relojes del transmisor y el receptor estuvieran vinculados con precisión porque la longitud de la ruta determinaría la fase exacta de la señal recibida. Para superar este problema, los sistemas PSK utilizan un método diferencial para codificar los datos en la portadora. Esto se logra, por ejemplo, haciendo un cambio de fase igual a uno, y ningún cambio de fase igual a cero. Se pueden realizar mejoras adicionales en este sistema básico y se han desarrollado varios otros tipos de modulación por desplazamiento de fase. Se puede hacer una mejora simple haciendo un cambio de fase de 90 grados en una dirección para un uno y 90 grados en el otro sentido para un cero. Esto retiene la inversión de fase de 180 grados entre los estados uno y cero, pero da un cambio distinto para un cero. En un sistema básico que no utiliza este proceso, es posible que se pierda la sincronización si se envían una serie larga de ceros. Esto se debe a que la fase no cambiará de estado para esta ocurrencia.

Hay muchas variaciones sobre la idea básica de la manipulación por desplazamiento de fase. Cada uno tiene sus propias ventajas y desventajas, lo que permite a los diseñadores de sistemas elegir el más adecuado para cualquier circunstancia. Otras formas comunes incluyen QPSK (modulación por desplazamiento de fase en cuadratura) donde se utilizan cuatro estados de fase, cada uno a 90 grados con respecto al otro, 8-PSK donde hay ocho estados, etc.


Diagramas de constelaciones de PSK

A menudo es conveniente representar una señal modificada por desplazamiento de fase y, a veces, otros tipos de señal utilizando un diagrama de constelación o fasor. Con este esquema, la fase de la señal se representa por el ángulo alrededor del círculo y la amplitud por la distancia desde el origen o centro del círculo. De esta manera, la señal se puede descomponer en componentes en cuadratura que representan el seno o I para el componente en fase y el coseno para el componente en cuadratura. La mayoría de los sistemas de cambio de fase utilizan una amplitud constante y, por lo tanto, los puntos aparecen en un círculo con una amplitud constante y los cambios de estado se representan mediante el movimiento alrededor del círculo. Para la codificación por desplazamiento binaria que utiliza inversiones de fase, los dos puntos aparecen en puntos opuestos del círculo. Otras formas de manipulación por desplazamiento de fase pueden usar diferentes puntos en el círculo y habrá más puntos en el círculo.

Cuando se trazan utilizando equipos de prueba, los errores se pueden ver desde las posiciones ideales en el diagrama de fase. Estos errores pueden aparecer como resultado de imprecisiones en el modulador y equipo de transmisión y recepción, o como ruido que ingresa al sistema. Se puede imaginar que si la posición de la medición real en comparación con la posición ideal se vuelve demasiado grande, entonces aparecerán errores de datos ya que el demodulador receptor no puede detectar correctamente la posición deseada del punto alrededor del círculo.

El uso de una vista de constelación de la señal permite la búsqueda rápida de fallas en un sistema. Si el problema está relacionado con la fase, la constelación se extenderá alrededor del círculo. Si el problema está relacionado con la magnitud, la constelación se extenderá fuera del círculo, ya sea hacia o lejos del origen. Estas técnicas gráficas ayudan a aislar problemas mucho más rápido que cuando se utilizan otras técnicas.

QPSK se usa para el enlace directo desde la estación base al móvil en el sistema celular IS-95 y usa la posición de fase absoluta para representar los símbolos. Hay cuatro puntos de decisión de fase, y al pasar de un estado a otro, es posible pasar por el origen del círculo, lo que indica una magnitud mínima.

En el enlace inverso del móvil a la estación base, se utiliza O-QPSK para evitar transiciones a través del origen. Considere los componentes que componen cualquier vector en particular en el diagrama de constelación como componentes X e Y. Normalmente, ambos componentes realizarían la transición simultáneamente, lo que haría que el vector se moviera a través del origen. En O-QPSK, un componente está retrasado, por lo que el vector se moverá primero hacia abajo y luego hacia arriba, evitando así moverse a través del origen y simplificando el diseño de la radio. Un diagrama de constelación mostrará la precisión de la modulación.

Formas de manipulación por desplazamiento de fase

Aunque la modulación de fase se usa para algunas transmisiones analógicas, se usa mucho más como una forma de modulación digital en la que cambia entre diferentes fases. Esto se conoce como modulación por desplazamiento de fase, PSK, y hay muchas variantes de esto. Incluso es posible combinar modulación por desplazamiento de fase y modulación por amplitud en una forma de modulación conocida como modulación de amplitud en cuadratura, QAM.

La siguiente lista muestra algunas de las formas más comúnmente utilizadas de modulación por desplazamiento de fase, PSK y formas relacionadas de modulación que se utilizan:

  • PSK - Modulación por desplazamiento de fase
  • BPSK - Modulación por desplazamiento de fase binaria
  • QPSK - Modulación por desplazamiento de fase en cuadratura
  • O-QPSK - Modulación por desplazamiento de fase en cuadratura compensada
  • 8 PSK - Modulación por desplazamiento de fase de 8 puntos
  • 16 PSK - Modulación por desplazamiento de fase de 16 puntos

Estas son solo algunas de las principales formas de modulación por desplazamiento de fase, PSK, que se utilizan ampliamente en las aplicaciones de comunicaciones por radio en la actualidad. Cada forma de codificación por desplazamiento de fase tiene sus propias ventajas y desventajas. En general, las formas de modulación de orden superior permiten transportar velocidades de datos más altas dentro de un ancho de banda dado. Sin embargo, la desventaja es que las velocidades de datos más altas requieren una mejor relación señal / ruido antes de que las tasas de error comiencen a aumentar y esto contrarresta cualquier mejora en el rendimiento de la velocidad de datos. En vista de este equilibrio, muchos sistemas de comunicaciones por radio pueden elegir dinámicamente la forma de modulación dependiendo de las condiciones y requisitos imperantes.


Ver el vídeo: Modulación y Demodulación BPSK y QPSK- Labview (Diciembre 2020).