Modulación por desplazamiento de fase para niños
Datos para niños Técnicas de modulación |
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La modulación por desplazamiento de fase o PSK (del inglés Phase Shift Keying) es una forma de modulación que se usa para enviar información digital, como los 0s y 1s de una computadora, a través de ondas de radio. Imagina que una onda de radio tiene un "punto de inicio" o "fase". La modulación PSK cambia este punto de inicio de la onda de forma específica para representar diferentes datos.
A diferencia de la modulación de fase normal, donde los cambios son suaves y continuos, en PSK los cambios de fase son discretos, es decir, la fase salta entre un número limitado de valores predefinidos. Esto es porque la información que se envía es digital.
Contenido
¿Cómo funciona la modulación PSK?
La modulación PSK funciona asignando un valor de fase específico a cada "símbolo" de información digital. Un símbolo puede representar uno o varios bits (0s y 1s). Por ejemplo, si queremos enviar un "0", la onda podría empezar en una fase, y si queremos enviar un "1", podría empezar en otra fase diferente.
El aparato que envía la señal (el modulador) elige la fase correcta para la onda portadora (la onda de radio que lleva la información) según la información que quiere transmitir. El aparato que recibe la señal (el demodulador) compara la fase de la onda recibida con la fase original de la portadora para entender qué información se envió.
La señal modulada se ve como una onda de radio que cambia su punto de inicio (fase) en momentos específicos.
Tipos de PSK según el número de fases
La cantidad de información que se puede enviar con PSK depende del número de fases diferentes que se usen. Cuantas más fases, más bits se pueden enviar por cada cambio de fase (símbolo). Sin embargo, usar muchas fases hace que la señal sea más sensible al ruido y a las interferencias.
Los tipos más comunes de PSK son:
- BPSK (Binary PSK): Usa 2 fases. Es el más simple y robusto.
- QPSK (Quadrature PSK): Usa 4 fases. Puede enviar el doble de información que BPSK en el mismo tiempo.
- 8-PSK: Usa 8 fases. Puede enviar más información que QPSK.
Las modulaciones BPSK y QPSK son muy buenas para proteger la información de errores. Esto se debe a que la diferencia entre las fases de sus símbolos es grande, lo que las hace más resistentes al ruido.
Una gran ventaja de las modulaciones PSK es que la potencia de la señal es la misma para todos los símbolos. Esto simplifica el diseño de los equipos que envían y reciben la señal, lo que puede reducir los costos.
Existen dos formas principales de PSK:
- PSK convencional: La información está en el valor absoluto de la fase.
- PSK diferencial (DPSK): La información está en la diferencia entre la fase actual y la fase anterior.
Aplicaciones de la modulación PSK
La modulación PSK es muy utilizada debido a su simplicidad y eficiencia.
- Redes inalámbricas (Wi-Fi): El estándar IEEE 802.11b-1999, que se usa en muchas redes Wi-Fi, utiliza diferentes tipos de PSK. Por ejemplo, a velocidades bajas usa DBPSK (BPSK diferencial) y a velocidades medias usa DQPSK.
- Bluetooth: La versión Bluetooth 2.0 usa modulaciones como π/4-DQPSK y 8-DPSK para velocidades de datos más altas.
- RFID: La modulación BPSK se usa en tecnologías de RFID (identificación por radiofrecuencia), como las que se encuentran en pasaportes biométricos o tarjetas de crédito.
- ZigBee: El estándar inalámbrico IEEE 802.15.4, usado por ZigBee, también se basa en PSK, utilizando BPSK o OQPSK.
Aunque existen modulaciones más complejas como la modulación de amplitud en cuadratura (QAM) que pueden enviar más datos, la PSK sigue siendo popular por su equilibrio entre rendimiento y simplicidad.
Tipos de modulaciones PSK
Las modulaciones PSK se dividen en dos grupos principales:
- PSK convencionales: La información se codifica directamente en el valor de la fase.
- PSK diferenciales: La información se codifica en el cambio de fase respecto al símbolo anterior.
BPSK (PSK Binario)
BPSK es la forma más sencilla de PSK. Solo usa 2 símbolos, lo que significa que cada símbolo puede representar 1 bit de información (un 0 o un 1). Las dos fases suelen estar separadas por 180 grados (por ejemplo, 0° y 180°). Esta gran separación entre fases hace que BPSK sea muy resistente al ruido, lo que significa que es menos probable que la información se pierda o se distorsione. Sin embargo, su velocidad de transmisión es la más baja de las modulaciones de fase.
En la práctica, a menudo se usa una versión llamada DBPSK (BPSK diferencial) para evitar problemas si la fase de la señal cambia un poco durante la transmisión.
QPSK (Quadrature Phase-Shift Keying)
QPSK usa cuatro fases diferentes para enviar información. Esto le permite codificar dos bits por cada símbolo. Por ejemplo, las combinaciones de bits "00", "01", "10" y "11" pueden representarse con cuatro fases distintas.
La ventaja principal de QPSK es que puede enviar el doble de datos que BPSK usando el mismo ancho de banda (el "espacio" en el espectro de radio). Aunque los equipos para QPSK son un poco más complejos que los de BPSK, la tecnología actual los hace muy accesibles.
Al igual que con BPSK, a menudo se usa una versión diferencial de QPSK para mejorar su rendimiento en situaciones reales.
¿Cómo se implementa QPSK?
Imagina que QPSK funciona como si tuviéramos dos señales BPSK independientes. Una señal lleva los bits "pares" de la información y la otra lleva los bits "impares". Estas dos señales se combinan para formar la señal QPSK final.
En el lado del receptor, un demodulador QPSK hace el proceso inverso. Separa las dos partes de la señal y las convierte de nuevo en los bits originales.
Variantes de QPSK
Existen variantes de QPSK diseñadas para mejorar su rendimiento en ciertas situaciones:
- OQPSK (QPSK con corrimiento): En esta variante, los cambios de fase no ocurren al mismo tiempo en las dos partes de la señal. Esto evita cambios de fase muy grandes (hasta 180°) que pueden causar problemas, limitándolos a 90°.
- π/4–QPSK: Esta variante usa dos conjuntos de fases que están ligeramente rotados entre sí. Esto también ayuda a reducir los cambios bruscos de fase y es útil en sistemas de telefonía móvil.
PSK de Orden Superior
Se pueden usar más de 8 fases para la modulación PSK, pero generalmente 8-PSK es el límite superior que se implementa. Con más de 8 fases, la señal se vuelve muy sensible al ruido, y es más eficiente usar otras modulaciones más complejas, como la modulación de amplitud en cuadratura (QAM), que combinan cambios de fase y de amplitud.
Aunque las modulaciones PSK de orden superior (con más fases) son más sensibles a los errores, también permiten enviar más datos en el mismo tiempo, lo que las hace útiles en aplicaciones donde se necesita una alta velocidad de transmisión.
PSK diferencial (DPSK)
En la modulación PSK diferencial (DPSK), la información no se codifica en el valor absoluto de la fase, sino en la diferencia entre la fase actual y la fase del símbolo anterior. Esto significa que el receptor no necesita una referencia de fase exacta, lo que simplifica el diseño del sistema.
Véase también
En inglés: Phase-shift keying Facts for Kids
- Modulación por desplazamiento diferencial de fase (DPSK)
- Clavisaje
