8–Modulação em Amplitude, Frequência e Fase

• Modulação em Amplitude

Modulação em Amplitude ou simplesmente AM (do inglês Amplitude Modulation - Modulação de Amplitude), é a forma de modulação em que a amplitude de um sinal senoidal, chamado portadora, varia em função do sinal de interesse, que é o sinal modulador. A frequência e a fase da portadora são mantidas constantes. Matematicamente, é uma aplicação direta da propriedade de deslocamentos em frequências da transformada de Fourier, assim como da propriedade da convolução.

• Modulação em Frequência

FM é a abreviatura para modulação em frequência ou frequência modulada (frequency modulation, em inglês).

Iniciada nos Estados Unidos no início do século XX, FM é uma modalidade de radiodifusão que usa a faixa 87,5 Mhz a 108 Mhz com modulação em frequência.

Uma rádio em FM apresenta uma ótima qualidade sonora mas com limitado alcance, chegando em média a 100 quilômetros de raio de alcance. Em condições esporádicas de propagação, é possível sintonizar emissores a centenas de quilômetros. A potência dos sistemas de emissão pode variar entre poucos watts (rádios locais) até centenas de quilowatts, no caso de retransmissores de grande cobertura.

O FM dispõe de um sistema de envio de informação digital, o RDS (Radio Data System) que permite apresentar informações sobre a emissora sintonizada. Também, a boa qualidade de som desta gama de frequências de radiodifusão é adequada ao uso da estereofonia.

A qualidade da transmissão por modulação em frequência fez com que esta fosse adotada para a transmissão do áudio da TV aberta (canais 2 a 13).

• Modulação de Fase

Modulação em Fase (ou PM - Phase Modulation) é um tipo de modulação analógica que se baseia na alteração da fase da portadora de acordo com o sinal modulador (mensagem). Usada para transmissão de dados.

Ao contrário da Modulação em Frequência (FM), a Modulação por fase é pouco usada, pois precisa de equipamento mais complexo para a sua recepção.

7 - Técnicas de conversão Analógico-Digital (A/D)/Digital-Analógico (D/A)

Conversor analógico-digital O conversor analógico-digital (frequentemente abreviado por conversor A/D) é um dispositivo eletrônico capaz de gerar uma representação digital de uma grandeza analógica.
Por exemplo, um conversor A/D de 10 bits, preparado para um sinal de entrada analógica de tensão variável de 0V a 5V pode gerar números binários de 0 (0000000000) a 1023 (1111111111) (ou seja, capturar 1024 pontos do sinal), dependendo do sinal de entrada. Se o sinal de entrada do suposto conversor A/D estiver em 2,5V, o valor binário gerado será 511 ou 512. Obs: Um sinal pode assumir infinitos valores de pico a pico.

Conversor digital-analógico Um DAC (acrónimo para a expressão em língua inglesa Digital - to-Analog Converter), em português conversor digital-analógico, é um circuito eletrônico capaz de converter uma grandeza digital(por exemplo um código binário) em uma grandeza analógica (normalmente uma tensão ou uma corrente).
Na Eletrônica Digital, conversores são circuitos que transformam grandezas analógicas em digitais ou vice-versa. Isto é uma necessidade imposta pela prática. Em muitos casos, há grandezas analógicas que precisam ser convertidas em digitais, como, por exemplo, a saída de tensão de um sensor de temperatura de um termômetro digital. Em outros casos, a operação inversa é usada.

Codificação : Os valores quantiados precisam ser codificados em sequências de bits, pois um sinal digital binário só pode ter dois valores diferentes "0" ou "1". Em binário puro, a codificação seria como mostra a figura acima, que é um exemplo de um sinal digital PCM (Pulse Code Modulation), onde cada pulso PAM de amplitude variável é transformado em uma sequência de bits com amplitude fixa e valores 0 ou 1, com um código tal que representa o valor do pulso PAM original, arredondado pelo erro de quantização.
PCM significa modulação de pulsos por código, pois agora os pulsos são os bits 0 ou 1, com amplitude fixa (ao contrario de PAM), posição fixa determinada pelo relógio (ao contrário de PPM), duração ou largura fixa (ao contrário de PWM). O que é modulado agora é a combinação dos bits 0 e 1, usando um código pré-estabelecido, que pode ser por exemplo binário puro com ou sem off-set, sinal-magnitude, sinal-complemento de 2, etc...O código depende de uma série de fatores como por exemplo como o sinal digital vai ser transmitido, ou armazenado.

Modulação Analógica Também classificada como modulação de onda contínua (CW), na qual a portadora é uma onda cosenoidal, e o sinal modulante é um sinal analógico ou contínuo.
Há um número infinito de formas de onda possíveis que podem ser formadas por sinais contínuos. Tratando-se de um processo contínuo, a modulação CW é conveniente para este tipo de sinal. Em modulação analógica, o parâmetro modulado varia em proporção direta ao sinal modulante.
Normalmente, a onda portadora possui uma frequência muito maior do que qualquer um dos componentes de frequência contidos no sinal modulante. O processo de modulação, é então caraterizado por uma translação em frequência onde o espectro de frequências da mensagem é deslocado para uma nova e maior banda de frequências.
As técnicas de modulação para sinais analógicos mais utilizadas são:
MODULAÇÃO EM AMPLITUDE AM
MODULAÇÃO EM frequência FM
MODULAÇÃO EM FASE PM

• Modulação Digital

Também denominada modulação discreta ou codificada. Utilizada em casos em que se está interessado em transmitir uma forma de onda ou mensagem, que faz parte de um conjunto finito de valores discretos representando um código. No caso da comunicação binária, as mensagens são transmitidas por dois símbolos apenas. Um dos símbolos representado por um pulso S(t) correspondendo ao valor binário "1" e o outro pela ausência do pulso (nenhum sinal) representando o dígito binário "0".
A diferença fundamental entre os sistemas de comunicação de dados digitais e analógicos (dados contínuos) é bastante óbvia. No caso dos dados digitais, envolve a transmissão e detecção de uma dentre um número finito de formas de onda conhecidas (no presente caso a presença ou ausência de um pulso), enquanto que, nos sistemas contínuos há um número infinitamente grande de mensagens cujas formas de onda correspondentes não são todas conhecidas.
Nos sistemas digitais o problema da detecção ( demodulação) é um problema um pouco mais simples que nos sistemas contínuos. Durante a transmissão, as formas de onda da onda portadora modulada são alteradas pelo ruído do canal. Quando este sinal é recebido no receptor, devemos decidir qual das duas formas de onda possíveis conhecidas foi transmitida. Uma vez tomada a decisão a forma de onda original é recuperada sem nenhum ruído.
Do mesmo modo que há diversas técnicas de modulação para sinais analógicos, as informações digitais também podem ser colocadas sobre uma portadora de diferentes modos.
As técnicas de modulação para sinais digitais mais utilizadas atualmente são:

MODULAÇÃO EM AMPLITUDE POR CHAVEAMENTO - ASK

MODULAÇÃO EM FREQUÊNCIA POR CHAVEAMENTO - FSK

MODULAÇÃO EM FASE POR CHAVEAMENTO - PSK

6 - Transmissão de Sinais Analógicos

A transmissão por fios telefónicos é talvez a mais comum. Neste caso utilizam-se modems que fazem a adequação do sinal digital do computador à linha telefónica.

O modem recebe o sinal digital do computador e coloca-o numa onda de frequência necessária para a transmissão pela linha telefónica. Este processo (conversão do sinal) dá-se o nome de modulação.

A função básica de um modem é receber os dados codificados na forma de sinais eléctricos digitais vindo do computador, colocá-los numa onda portadora que possui uma frequência fixa de transmissão adequada ao meio de transmissão.

Ao chegar ao modem receptor dá-se o processo inverso. Nesta situação ocorre um processo designado por demodulação.

O Sinal Analógico

Sinal analógico é um tipo de sinal contínuo que varia em função do tempo. Um velocímetro analógico de ponteiros, um termômetro analógico de mercúrio, uma balança analógica de molas, são exemplos de sinais lidos de forma direta sem passar por qualquer decodificação complexa, pois as variáveis são observadas diretamente. Para entender o termo analógico, é útil contrastá-lo com o termo digital.

Na electrónica ^{(português europeu)} digital, a informação foi convertida para bits, enquanto na eletrônica analógica a informação é tratada sem essa conversão.

Sendo assim, entre zero e o valor máximo, o sinal analógico passa por todos os valores intermediários possíveis (infinitos), enquanto o sinal digital só pode assumir um número pré-determinado (finito) de valores.

Como exemplos de meios que registam sinais analógicos, temos:

• Gravação de som
  • Sistemas mecânicos
    • Disco de vinil
  • Sistemas magnéticos
    • Fio (obsoleto)
    • Fita
    • Cassette
    • Cartucho (em inglês Cartridge - obsoleto)

• Gravação de imagem
  • Sistemas foto-químicos
    • Fotografia em película (clássica)
    • Filme em película (clássico)
  • Sistemas magnéticos
    • Fita magnética (Quadruplex)
    • Cassette (U-Matic, Beta, VHS, VHS-C, S-VHS, S-VHS-C, Video8, Hi8)

O instrumento analógico consiste num painel com uma escala e um ponteiro que desliza de forma a se verificar a posição deste sobre aquela. Num galvanômetro, por exemplo, a deflexão do ponteiro sobre uma escala fornece a leitura direta de grandezas físicas, como tensão eléctrica, ou força electromotriz, intensidade de corrente eléctrica, resistência eléctrica, entre outras.

O Sinal Digital

A representação de caracteres por sinais eléctricos consiste em representar os caracteres (letras, números e caracteres especiais) por dois digitos básicos (0 e 1), que se combinam entre si assumindo várias posições.

O sinal eléctrico com uma dada voltagem representa o dígito 1 e outro com voltagem diferente representa o dígito 0.

Enquanto que o sinal analógico varia continuamente e pode assumir todos os valores entre a sua amplitude máxima e mínima, o sinal binário só assume dois valores (0 e 1), saltando de um valor para o outro instantaneamente no formato de onda quadrada.

Sinal Digital é um sinal com valores discretos (descontínuos) no tempo e em amplitude. Isso significa que um sinal digital só é definido para determinados instantes de tempo, e que o conjunto de valores que pode assumir é finito.

5 - Direcção do Fluxo de Dados

Uma comunicação entre dois dispositivos pode acontecer de três maneiras diferentes:
simplex, half-duplex ou full-duplex.

Duplex é um sistema de comunicação composto por dois interlocutores que podem comunicar entre si em ambas direcções. Diz-se, portanto, bidireccional. Note-se, contudo, que um sistema composto por mais de dois interlocutores, ainda que suporte bidireccionalidade entre cada um deles, não se diz duplex.

Existem sistemas que não necessitam desta característica bidireccional, como sistemas de broadcast (multidifusão): uma estação emissora transmite e o(s) receptor(es) apenas escutam o sinal. Para além da televisão tradicional, existem também várias sondas espaciais que, perdendo a capacidade de receber quaisquer comandos ou pela forma como foram concebidas (p.e. Sputnik 1), continuam a enviar sinal através destas antenas - um sistema duplex que se tornou simplex, portanto. Já no caso dos rovers de exploração espacial não faria muito sentido enviá-los para o espaço sem um sistema de comunicação duplex que permitisse enviar comandos aos robôs para contornar situações inesperadas.

Half-Duplex

Uma comunicação é dita half-duplex (também chamada semi-duplex) quando temos um dispositivo Transmissor e outro Receptor, sendo que ambos podem transmitir e receber dados, porém não simultaneamente, a transmissão tem sentido bidirecional. Durante uma transmissão half-duplex, em determinado instante um dispositivo A será transmissor e o outro B será receptor, em outro instante os papéis podem se inverter. Por exemplo, o dispositivo A poderia transmitir dados que B receberia; em seguida, o sentido da trasmissão seria invertido e B transmitiria para A a informação se os dados foram corretamente recebidos ou se foram detectados erros de transmissão. A operação de troca de sentido de transmissão entre os dispositivos é chamada de turn-around e o tempo necessário para os dispositivos chavearem entre as funções de transmissor e receptor é chamado de turn-around time.

Exemplo

• Walkie-talkie

Full-Simplex

Uma comunicação é dita full duplex (também chamada apenas duplex) quando temos um dispositivo Transmissor e outro Receptor, sendo que os dois podem transmitir dados simultaneamente em ambos os sentidos (a transmissão é bidirecional). Poderíamos entender uma linha full-duplex como funcionalmente equivalente a duas linhas simplex, uma em cada direção. Como as transmissões podem ser simultâneas em ambos os sentidos e não existe perda de tempo com turn-around (operação de troca de sentido de transmissão entre os dispositivos), uma linha full-duplex pode transmitir mais informações por unidade de tempo que uma linha half-duplex, considerando-se a mesma taxa de transmissão de dados.

Exemplos

• Aparelho telefônico;
• Vídeoconferência;
• Barramento PCI-Express;
• Protocolo TCP (Transmission Control Protocol).

4 - Exercicio 1

 

3 - Componentes de um Sistema de Comunicação

A informação é transmitida por um meio de comunicação.
A forma mais comum de transmissão de uma mensagem é pelo som; o som é irradiado pelo ar no qual a informação se propaga por meio de ondas sonoras.

Na comunicação eléctrica entre equipamentos, o meio de transmissão mais comum é o fio de metal, por qual o sinal eléctrico se propaga, levando consigo a informação.Numa transmissão de dados digitais por meio de fios, a informação é representada por sinais eléctricos no formato de pulsos.

Além da transmissão por fios e cabos, que são meios sólidos, podemos transmitir informações por ondas electromagnéticas tais como as do rádio, microondas e satélite.

A transmissão de dados também pode ser feita por fibras ópticas, que utilizam variações de luz como sinal, o que permite a transmissão da informação a altas velocidades.

Um sistema básico de comunicação de dados é composto por cinco elementos:

1. Mensagem

É a informação a ser transmitida.
Pode ser constituída de texto, números, figuras, áudio e vídeo – ou qualquer combinação destes.

2. Transmissor

É o dispositivo que envia a mensagem de dados.
Pode ser um computador, uma estação de trabalho, um telefone, uma câmera de vídeo e assim por diante.

3. Receptor

É o dispositivo que recebe a mensagem.
Pode ser um computador, uma estação de trabalho, um telefone, uma câmera de vídeo e assim por diante.

4. Meio (Canal)

É o caminho físico por onde viaja uma mensagem originada e dirigida ao receptor.

5. Protocolo

É um conjunto de regras que governam a comunicação de dados.
Representa um acordo entre os dispositivos que se comunicam.