Questão de Redes de Computadores — Modulação e Multiplexação — VUNESP 2023

Modulação QPSK: quatro fases, dois bits por símbolo

Gabarito: letra B. O QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) é uma modulação por chaveamento de fase que utiliza quatro deslocamentos de fase distintos (por exemplo, 45°, 135°, 225° e 315°) para representar 2 bits de informação por símbolo — exatamente o que afirma a alternativa B. Essa é a definição clássica da técnica, que dobra a eficiência espectral do PSK simples ao transmitir dois bits em cada intervalo de símbolo.

A modulação digital consiste em variar um parâmetro da onda portadora (amplitude, frequência ou fase) para representar os bits de dados. No PSK (Phase Shift Keying), o parâmetro modulado é a fase da portadora. Na forma mais simples, o BPSK, usam-se apenas dois deslocamentos de fase (0° e 180°) para representar 0 e 1 — ou seja, 1 bit por símbolo. O QPSK evolui esse conceito: em vez de dois, utiliza quatro fases distintas, cada uma associada a um par de bits (00, 01, 10, 11). Como cada símbolo carrega 2 bits, a taxa de transmissão em bits por segundo é o dobro da taxa de símbolos (baud).

Na prática, isso significa que, se um modem transmite 2.400 símbolos por segundo (2.400 bauds) usando QPSK, a taxa de dados resultante é de 4.800 bps. O QPSK é amplamente empregado em sistemas de comunicação sem fio, como o padrão Wi-Fi 802.11 e o WiMAX (802.16), justamente por equilibrar eficiência espectral e robustez. No WiMAX, por exemplo, o QPSK oferece 2 bits/baud, enquanto o QAM-16 oferece 4 bits/baud e o QAM-64, 6 bits/baud — quanto mais bits por símbolo, maior a taxa, porém maior a suscetibilidade a ruído.

A pegadinha central desta questão está na relação entre o número de fases e o número de bits por símbolo. Muitos candidatos confundem e acham que quatro fases transmitem quatro bits. A regra é: com $M$ fases (ou estados de modulação), cada símbolo carrega $\log_2(M)$ bits. Para o QPSK, $M = 4$, logo $\log_2(4) = 2$ bits por símbolo. Essa relação logarítmica é o critério que separa as alternativas corretas das incorretas — guarde-a, pois é exatamente nela que a banca constrói os distratores.

Alternativa A — ❌ Incorreta

Afirma que o QPSK utiliza dois deslocamentos de fase (180° ou 360°) para transmitir 2 bits. O erro é duplo: (1) dois deslocamentos de fase caracterizam o BPSK (Binary PSK), que transmite apenas 1 bit por símbolo; (2) o QPSK, por definição, usa quatro fases. A alternativa confunde o QPSK com o BPSK e ainda atribui a este último uma capacidade de 2 bits que ele não possui.

Alternativa B — ✅ Correta ⟵ GABARITO

Descreve com precisão o QPSK: quatro deslocamentos de fase (45°, 135°, 225°, 315°) e 2 bits por símbolo. Cada uma das quatro fases representa um dos quatro pares de bits possíveis (00, 01, 10, 11). A relação $\log_2(4) = 2$ confirma a capacidade de 2 bits por símbolo, tornando esta a única alternativa tecnicamente correta.

Alternativa C — ❌ Incorreta

Erra ao afirmar que quatro deslocamentos de fase transmitem 4 bits por símbolo. Com quatro estados, o número máximo de bits por símbolo é $\log_2(4) = 2$, não 4. Para transmitir 4 bits por símbolo, seriam necessários $2^4 = 16$ estados de modulação (como no QAM-16). A alternativa confunde o número de fases com o número de bits, ignorando a relação logarítmica.

Alternativa D — ❌ Incorreta

Afirma que o QPSK utiliza a largura de banda de modo menos eficiente que o PSK. Na verdade, ocorre o oposto: o QPSK é mais eficiente que o PSK simples (BPSK), pois transmite 2 bits por símbolo na mesma largura de banda, dobrando a eficiência espectral. O QPSK foi desenvolvido justamente para melhorar o aproveitamento do espectro em relação ao BPSK.

Alternativa E — ❌ Incorreta

Descreve o QPSK como uma combinação de modulação em amplitude e frequência. Isso é incorreto: o QPSK é uma modulação exclusivamente por fase. A combinação de amplitude e fase é característica do QAM (Quadrature Amplitude Modulation), não do QPSK. A alternativa mistura conceitos de técnicas distintas.

Gabarito: letra B