Eu gosto de dizer que a modulação é a "salvadora da pátria dos sistemas" Wi-Fi e dos sistemas wireless de maneira geral. Pois, no meio de tanta interferência, ela vai lá e faz o trabalho sujo.
Quando pensamos em um sistema de transmissão de dados sem fio, que é o nosso caso, precisamos usar formar de inserirmos as informações úteis em um sinal de rádio. O local onde colocamos essas informações é chamado de onda portadora. É como se fosse o veículo que irá transportar as informações no ar de uma origem até o destino.
O ato de colocarmos uma informação dentro de uma onda portadora é chamado de modulação.
Em outras palavras: é como se fosse uma carreta onde colocamos os sacos de cimento no semi-reboque.
Na hora que colocamos os sacos de cimento na carreta, precisamos levar em consideração qual estrada pegaremos. Se formos fazer uma viagem do Rio de Janeiro para São Paulo pela via Dutra, que é uma estrada muito bem pavimentada e relativamente segura, podemos colocar mais sacos de cimento pois não teremos buracos ou grandes ondulações no solo. Se o mesmo caminhão passasse com a mesma velocidade e quantidade de sacos de cimento na nossa famigerada Transamazônica o resultado provavelmente seria outro ...
Ou seja, é preciso ajustar muito bem a quantidade de informação que cada portadora pode transportar. Especialmente quando falamos em um meio não guiado como as redes wireless.
Nas modulações digitais, os bits do sinal de informação são codificados através de símbolos. A modulação é responsável por mapear cada possível sequência de bits de um comprimento preestabelecido em um símbolo determinado. Ou seja, os sacos de cimentos (bits) são convertidos em símbolos. É como se cada saco ganhasse um código de barras. Esse conjunto de símbolos gerado por uma modulação é chamado de constelação, sendo que cada tipo de modulação gera uma constelação de símbolos diferentes. Os símbolos nos quais as sequências de bits de um sinal de informação são transformadas é que serão transmitidos pela onda portadora.
No caso dos sistemas wireless, usamos modulação em fase, ou Phase Shift Keying - PSK.
O PSK é uma forma de modulação em que a informação do sinal digital é embutida nos parâmetros de fase da portadora. Neste sistema de modulação, quando há uma transição de um bit 0 para um bit 1 ou de um bit 1 para um bit 0, a onda portadora sofre uma alteração de fase de 180 graus.
Esta forma de particular do PSK é chamada de BPSK (Binary Phase Shift Keying). Quando não há nenhuma destas transições, ou seja, quando bits subsequentes são iguais, a portadora continua a ser transmitida com a mesma fase. Essa variação de fase é ilustrada abaixo:
Dá uma olhada na primeira figura: quando passamos de "0" para "1", a fase muda, assim como passamos de "1" para "0". Cada mudança de fase dessas representa um símbolo. Ou seja, representamos as informações bit a bit. Sendo 1 bit= 1 símbolo.
O QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) é parecido com o anterior. Mas, mais complexo. Pois agora vamos transmitir mais informação ao mesmo tempo. Como? Agora usamos parâmetros de fase e quadratura da onda portadora para modular o sinal de informação. Como agora são utilizados dois parâmetros, existem mais tipos possíveis de símbolos nesta constelação, o que permite que sejam transmitidos mais bits por símbolo. Por exemplo, se quisermos transmitir 2 bits por símbolo, ao invés de 1 bit por símbolo como no caso PSK acima, neste caso, como teremos 4 tipos de símbolos possíveis, a portadora pode assumir 4 valores de fase diferentes, cada um deles correspondendo a um dibit, como por exemplo 45 graus (01), 135 graus (11), 225 graus (10) e 315 graus (00).
É por isso que em Wi-Fi, quando estamos transmitindo via modulação BPSK costumamos ter uma taxa de transmissão teórica de 2 Mbps, já no QPSK chegamos aos 5.5 Mbps.
Agora, se porventura estivermos transmitindo com BPSK (5.5 Mbps) e tivermos uma interferência absurda no ar (por ex: um forno de micro ondas ligado na potência máxima), esses 4 símbolos representados acima (01,11,00,10) podem mudar de quadrante e aí não sabemos exatamente onde estão e com isso não podemos ter certeza que tipo de informação transportamos. É aí que ocorre a perda de informação. É como se estivéssemos capotado a nossa carreta e todas as mercadorias ficassem inutilizadas. Era melhor se a carreta estivesse andando mais devagar e com menos mercadorias (BPSK).
Temos também modulações de fase bem mais complexas como a QAM-16 e QAM-512, usada no padrão 802.11ac (Wi-Fi 5). A ideia é sempre a mesma:
QAM-16
QAM-512
A tecnologia Wi-Fi está toda hora ajustando a velocidade da conexão de acordo com os ruídos da rede, se tivermos pouco ruído, usamos uma constelação com mais pontos, ou seja, com mais velocidade. Se tivermos muito ruído, colocamos uma modulação com menos pontos, ou seja, mais lenta e robusta.
Até mais!
BW