Modulación por desplazamiento de fase (PSK)

Definición:

Es una forma de modulación angular (digital) que consiste en hacer variar la fase de la portadora entre un número de valores discretos. La diferencia con la modulación de fase convencional (PM) es que mientras en ésta la variación de fase es continua, en función de la señal moduladora, en la PSK la señal moduladora es una señal digital y, por tanto, con un número de estados limitado.

La modulación PSK también se denomina “por desplazamiento” debido a los saltos bruscos que la moduladora digital provoca en los correspondientes parámetros de la señal portadora

Las modulaciones PSK Consiste en asignar variaciones de fase de una portadora según los estados signficativos de la señal de datos.

Transmitir por desplazamiento en fase (PSK) es otra forma de modulación angular, modulación digital de amplitud constante. El PSK es similar a la modulación en fase convencional, excepto que con PSK la señal de entrada es una señal digital binaria y son posibles un número limitado de fases de salida.

La señal modulada resultante, se puede representar mediante la

expresión:

Donde:

Ap=longitud

f=frecuencia

t=tiempo

0=representa cada uno de los n valores posibles de la fase,

tantos como estados tenga la señal codificada en banda base

multinivel.

Característica de la Modulación de fase PSK

-El estándar de red LAN inalámbrica, el IEEE 802.11b-1999(define el

uso de los dos niveles inferiores de la arquitectura OSI (capas física y

de enlace de datos), especificando sus normas de funcionamiento en

unaWLAN), usa una variedad de modulaciones PSK, dependiendo de

la velocidad de transmisión. A 1Mbps usa DBPSK, a 2Mbps emplea

DQPSK. Para 5,5Mbps y 11Mbps, usa QPSK.

-El estándar IEEE 802.11g-2003,(  define el uso de los dos niveles inferiores de la arquitectura OSI (capas física y de enlace de datos), especificando sus normas de funcionamiento en unaWLAN) para LANs inalámbricas de alta velocidad, usa OFDM(Multiplexación por División de Frecuencias Ortogonales, consiste en enviar un conjunto de ondas portadoras de diferentes frecuencias) con subportadoras que son moduladas con BPSK para velocidades de 6 y 9Mbps, y QPSK para 12 y 18Mbps.

Aplicaciones:

USOS DE PSK

, PSK es una modulación ampliamente extendida.

- La modulación BPSK es utilizada para transmisores de bajo coste y que no requieran altas velocidades.

Existen dos alternativas de modulación PSK:

-PSK convencional, donde se tienen en cuenta los desplazamientos de fase, para ella es necesario tener una portadora en el receptor para sincronización, o usar un código auto sincronizaste. Esto supone tener un receptor más complejo. En otras palabras la modulación PSK consiste en que cada estado de modulación está dado por la fase que lleva la señal respecto a la original.

-PSK diferencial, en la cual se consideran las transiciones. Al contrario que las modulaciones PSK convencionales, no necesita recuperar la señal portadora para realizar la demodulación. Es diferencial puesto que la información no está contenida en la fase absoluta, sino en las transiciones. La referencia de fase se toma del intervalo inmediato anterior, con lo que el detector decodifica la información digital basándose en diferencias relativas de fase.

Existen dos tipos de modulación derivadas del DPSK, que son:

Modulación QPSK: Consiste en que el tren de datos a transmitir se divida en pares de bits consecutivos llamados Dibits, codificando cada bit como un cambio de fase con respecto al elemento de la señal anterior.

Modulación MPSK: En este caso el tren de datos se divide en grupos de M bits, llamados M-bits, codificando cada salto de fase con relación a la fase del tribit que lo precede.

Las consideraciones que siguen a continuación son válidas para ambos casos.

En PSK el valor de la señal moduladora está dado por

Mientras que la señal portadora vale:

vp(t) = Vp cos(2π fp t)

.

PROBABILIDAD DE ERROR Y TASA DE ERROR DE BIT

La probabilidad de error P(e) y la tasa de error de bit (BER), a menudo se utilizan en forma intercambiable, aunque en la práctica si tienen significados un poco distintos. P(e) es una expectativa teórica (matemática) de la tasa de error de bit para un sistema determinado. BER es un registro empírico (histórico) del verdadero rendimiento de error de bit en un sistema.

Rendimiento de error de PSK

El rendimiento de error de bit para los distintos sistemas de modulación digital multifase está directamente relacionado con la distancia entre puntos en un diagrama de espacio de estado de la señal.

Modulación MPSK (Multi-PSK)

En este sistema la fase de la señal portadora puede tomar secuencialmente N valores posibles separados entre sí por un ángulo definido por

Este es un caso de transmisión multinivel, donde la portadora tomará los N valores posibles de acuerdo a los niveles de amplitud de la señal moduladora.

Dado que la cadencia de una transmisión de datos binarios está dada por la cantidad de veces que una señal cambia de nivel, observaremos como podemos enviar dos unidades de información (dos bits), mediante un solo cambo de nivel.

Tengamos la siguiente secuencia de bits

Tipos de modulaciones PSK

PSK CONVENCIO

NAL

PSK DIFERENCIAL

Si a los bits de la cadena de información los tomamos de a dos, tendremos

10 | 11 | 01 | 00 | 10 | 01

O sea que al tomar los bits de a dos de una señal binaria unipolar, hay solo cuatro combinaciones a la cuales se las denomina dibits.

00

01

10

11

Si a cada par de bits, le asignamos diferentes niveles o amplitudes de señal, se obtiene la siguiente tabla.

Dibit

Nivel Asignado

00 0

01 1

10 2

11 3

Los cuales se pueden representar de la siguiente manera

A los pulsos de las señales multinivel se los denomina dibits, puesto que en cada uno de ellos se envían dos bits. En forma similar se pueden obtener tribits, cuadribits, etc.

Este tipo de señales son las que se emplean en MPSK. Para el caso particular de N = 4, se tiene 4PSK o QPSK.

Como la señal portadora toma 4 valores posibles, se deberán producir 4 desplazamientos de fase que nos proveerán 4 fases distintas, correspondiendo cada uno de ellos a un dibit diferente. Para este caso, gráficamente tendremos los siguientes desplazamientos de fase:

Si recordamos que la velocidad de transmisión Vt está dada por

Al aumentar N estamos incrementando la velocidad de transmisión para el mismo ancho de banda, puesto que no hemos aumentado la velocidad de modulación.

Por otra parte el periodo de un dibit será el doble del periodo de un bit, o sea

Tdibit = 2 Tbit

De donde se deduce que el ancho de banda para cada caso será

En consecuencia para la misma velocidad de transmisión Vt cuando se transmiten dibits, se requerirá la mitad del ancho de banda que para la transmisión de los bitts individuales.

En el sistema 4PSK las señales son más sensibles a los efectos de interferencias y ello provoca un aumento en la tasa d error. Si se

desea transmitir 4PSK con la misma tasa de error que en 2PSK, se debe aumentar en 3dB la relación señal ruido.