Comunicacao de dados
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Dado (sua Definiccedilao)
Dado eacute uma sequecircncia de siacutembolos quantificados ou quantificaacuteveis
Exemplo de ddos um texto fotos sons gravados e animacoes
Comunicacao de Dados
Sinal Em geral entende-se que um sinal eacute uma
sequecircncia de estados em um sistema de comunicaccedilatildeo que codifica uma mensagem A definiccedilatildeo pode mudar de acordo com o contexto em que se estaacute trabalhando
Comunicacao de Dados
Classificaccedilatildeo dos sinais
Sinais podem ser de tempo contiacutenuo ou de tempo discreto e ainda podem ser digitais ou analoacutegicos
Sinais de tempo discreto satildeo sequumlecircncias de valores normalmente definidos em instantes de tempo perioacutedicos Sinais de tempo contiacutenuo possuem seu estado definido em qualquer instante de tempo
Sinais digitais soacute podem assumir valores discretos enumeraacuteveis ou inteiros normalmente de um conjunto limitado de valores possiacuteveis Sinais analoacutegicos podem assumir qualquer valor real
Comunicacao de Dados
Exemplos de SinaisAnaloacutegicosSom - Som eacute a vibraccedilatildeo mecacircnica de um meio fiacutesico como o ar
aacutegua ou barbantes A intensidade de pressatildeo de um ponto em um meio fiacutesico pode ser a definiccedilatildeo de um sinal
Potencial eleacutetrico - A diferenccedila de potencial eleacutetrico entre dois pontos eacute a definiccedilatildeo de um nuacutemero enorme de sinais Muitas vezes os dois pontos satildeo dois fios metaacutelicos como em um microfone ou em uma antena de televisatildeo
Niacutevel de aacutegua - O niacutevel de aacutegua em um tanque pode ser visto como um sinal e sua mediccedilatildeo por uma reacutegua por exemplo eacute uma forma de transmissatildeo deste sinal
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Exemplos de SinaisDigitaisCD - Um CD carrega dois sinais digitais com 44100 amostras
por segundo e 16 bits de resoluccedilatildeo cada Redes - A camada fiacutesica das redes recebem uma sequumlecircncia de
bits a serem transmitidos podendo chegar a pacotes com mais de 1000 bits
Comportas de um Canal - Eacute possiacutevel definir sinais digitais a partir das comportas do canal de Suez ou da barragem de cahora Bassa representando o facto de cada uma dela estar aberta ou fechada
Comunicacao de Dados
Comunicaccedilatildeo de dados
Em um sistema de comunicaccedilatildeo o transmissor recebe uma mensagem e a codifica em um sinal que eacute transportado pelo sistema de comunicaccedilotildees ateacute o receptor que descodifica o sinal e solta uma mensagem Por exemplo um texto ao ser transmitido via teleacutegrafo eacute convertido primeiro em traccedilos pontos e pausas e o telegrafista acciona o dispositivo de teleacutegrafo criando um sinal que eacute a tensatildeo eleacutectrica a ser transmitida por um par de fios Do outro lado o receptor recebe um sinal tambeacutem na forma de uma tensatildeo eleacutectrica em um par de fios Por fim o sinal eacute descodificado gerando uma mensagem que se espera ser igual ao texto original transmitido
Comunicacao de Dados
Comunicaccedilatildeo de dados (cont)
A tensatildeo criada pelo telegrafista o sinal transmitido pode sofrer distorccedilotildees durante a transmissatildeo Estas distorccedilotildees podem ser tanto mudanccedilas determiniacutesticas e reversiacuteveis do sinal quanto a adiccedilatildeo de ruiacutedos completamente aleatoacuterios Estas distorccedilotildees podem ser intensas o suficiente para modificar o conteuacutedo da mensagem
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Transmissao de sinais
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tipos de sinal Ha varios tipos de sinal 1 Sinais Determiniacutesticos - Podem ser completamente caracterizados por uma
funccedilatildeo no tempo
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Tipos de sinal (cont)2 Sinais Aleatoacuterios - Natildeo podem ser completamente
caracterizados por uma funccedilatildeo no tempo e devem ser modelados no tempo e probabilisticamente
Exemplos - Ruiacutedo - Sinal de Informaccedilatildeo (Voz dados etc hellip)
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Tipos de sinal (cont)Sinal Contiacutenuo - Varia de forma suave com o tempo amplitude
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Tipos de sinal (cont)Sinal Discreto - Manteacutem um niacutevel constante durante um intervalo
determinado de tempo e depois varia para outro determinado de tempo e depois varia para outro niacutevel constante assim sucessivamente
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Tipos de sinal (cont)Sinal Amostrado -Sinal discreto obtido da amostragem de um sinal
contiacutenuo
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Tipos de sinal (cont)Sinais PerioacutedicosPossuem um padratildeo repetitivo com o tempo
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Tipos de sinal (cont)Sinais Aperioacutedicos Natildeo possuem um padratildeo repetitivo
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Caracteriacutesticas do Sinal- Os sinais satildeo geralmente constituiacutedos por muitas componentes
de frequumlecircncia
- As componentes satildeo formas de onda senoidais
Atraveacutes da anaacutelise de Fourier podemos determinar a contribuiccedilatildeo de cada componente frequumlecircncia do sinal
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Um sinal perioacutedico tem uma representaccedilatildeo no domiacutenio da frequecircncia que eacute um conjunto de ldquoriscasrdquo
Um sinal natildeo perioacutedico tem uma representaccedilatildeo ldquocontiacutenuardquo no domiacutenio da frequecircncia
1 Representaccedilatildeo de um sinais no tempo e na frequecircncia
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Comprimento de onda - λ Distacircncia correspondente a um ciclo de
um sinal que se propaga num meio Sendo T o periacuteodo f a frequecircncia e v a
velocidade de propagaccedilatildeo
Velocidade de propagaccedilatildeo da luz no espaccedilo livre c = 3 10 8 ms-1
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont)Atrasos de propagaccedilatildeo tiacutepicos ( )
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont) Sinal nas Frequecircncias Sinal perioacutedico 1048774 expansiacutevel em Seacuterie de
Fourier ndash Frequecircncia fundamental + harmoacutenicos
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
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Amostragem
Tira-se amostras do sinal espaccediladas de um intervalo de tempo fixo o periacuteodo de amostragem representado por Ta
O periacuteodo de amostragem depende da frequecircncia de amostragem (fa) [em Inglecircs fs]Nuacutemero de amostras por segundoEx fa=1000 Hz daacute T=1fa=11000=1 ms
O nuacutemero total de pontos de um sinal digital depende da sua duraccedilatildeo e da frequecircncia de amostragem5 segundos amostrados a 10 000 Hz datildeo 50 000 amostras
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AmostragemOutra forma de enunciar o teorema de
NyquistO receptor pode reconstruir um sinal em que a maacutexima
frequecircncia eacute f desde que o sinal tenha sido amostrado um ritmo igual ou superior a 2f
Exemplo um sinal de voz que estaacute limitado a 4 KHz soacute necessita de ser amostrado 8000 vezess
(ie Periacuteodo de amostragem eacute 18000 s = 125 micro segs)
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Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
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10
Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
000
195
740
908
816
602
280
014
-06
252
646
808
652
Periacuteodo de amostragem
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QuantizaccedilatildeoOs valores contiacutenuos da amplitude tambeacutem tecircm de ser
convertidos em valores trataacuteveis pelo computadorOs computadores guardam os nuacutemeros usando 0s e 1s
os chamados bits3 bits daacute para representar 8 nuacutemeros diferentes
000 001 010 011 100 101 110 111Este processo designa-se por quantizaccedilatildeo
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Quantos Hz Quantos bits Para sinal de voz Para muacutesica (CD)
Quais os valores utilizados pelos leitores de CD E pelos DATs
Para sinal medindo a abertura e fecho das cordas vocais Para sinal gravado via telefone
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Representaccedilatildeo de sinais digitaisDepois da amostragem e quantizaccedilatildeo ficamos com uma lista de
nuacutemeros que facilmente se podem tratar em programas como o SFS e o MatlabAs sinusoacuteides que temos vindo a ver satildeo de facto listas d
nuacutemeros como a seguinte
0 00251 00502 00753 01004 01253 01502 01750 01997 02243
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Convertendo Digital Analoacutegico
A onda portadora pode ser alteradaAmplitude (altura) da onda e faseFrequumlecircncia (nuacutemero de vezes em que uma onda se
repete durante um ciclo) da ondaA conversatildeo de sinais digitais em analoacutegicos denomina-se
modulaccedilatildeoA conversatildeo de sinais analoacutegicos em digitais denomina-se
demodulaccedilatildeo
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Conversatildeo DA e vice-versa
Modem -Abreviaccedilatildeo de moduladordemodulador
Converte sinal digital em analoacutegico e vice-versa
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Conversatildeo DAReconstruccedilatildeo com impulsos quadrados ndash ldquohold
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Formas de Transmissatildeo
Transmissatildeo DigitalTransmissatildeo Analoacutegica
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Transmissatildeo DigitalEnvia dados como pulsos distintos ou ligado (on) ou
desligado (off)Similar agrave maneira pela qual os dados viajam atraveacutes do
computadorUso de compressatildeo de coacutedigos de detecccedilatildeocorreccedilatildeo de erros
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Transmissatildeo Analoacutegica
Sinal eleacutetrico contiacutenuo na forma de uma ondaDenomina-se onda portadora
Jaacute existem muitas miacutedias de comunicaccedilatildeo para transmissatildeo analoacutegica (voz)Linhas telefocircnicas satildeo as mais comuns
O sinal digital do computador deve ser convertido para a forma analoacutegica para ser transmitido por meio de linhas analoacutegicas
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Modos de TransmissaoTransmissao simcronaTransmissao Assincrona
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Transmissao sincrona
Estabale-se um canal entre emissor e receptorOrdem garantidaGrandes blocos de caracteres satildeo transmitidosOs clocks internos dos dispositivos satildeo sincronizadosBits de verificaccedilatildeo de erros conferem se todos os
caracteres foram recebidosMuito mais raacutepida poreacutem o equipamento eacute mais caro
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Transmissao sincrona
A transmissatildeo SIacuteNCRONA eacute caracterizada pela possibilidade de transmitir um bloco inteiro
com a diccedilatildeo de controles apenas no comeccedilo e fim do bloco Por exemplo os caracteres de controle
do protocolo BSC (STX ndash ldquoStart of TeXtrdquo ETX ndash ldquoEnd of TeXtrdquo) O bloco teraacute aproximadamente a
seguinte configuraccedilatildeo
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Transmissatildeo AssiacutencronaTambeacutem chamada de transmissatildeo startstop
Um bit de partida (start) eacute transmitido no iniacutecio de cada grupo de bits
Um bit de parada (stop) eacute enviado no final de cada grupoCada grupo tipicamente consiste em um caractere
O dispositivo receptor recebe o sinal de partida e cria um mecanismo para aceitar o grupo
Usada para comunicaccedilotildees de baixa velocidade
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Transmissatildeo Assiacutencrona
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SERIAL ndash Transmissatildeo de um bit por vez na unidade de tempo Haacute necessidade de apenas 1 via
Transmissatildeo SerialTransmissatildeo Serial 1 Os bits do caracter satildeo
transmitidos um de cada vez2 Vantagem Baixo custo3 Desvantagem Necessidade de
saber qual bit eacute o primeiro do caracter para decodificar a informaccedilatildeo
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
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Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
PARALELA ndash envio simultacircneo de um conjunto de bits Haacute necessidade de tantas vias quantos forem os bits utilizados
11 Transmissatildeo ParalelaTransmissatildeo Paralela 1O sistema deve transmitir os bits do caracter de uma vez soacute2Ex 6 trajetoacuterias separadas para cada bit mais um bit de controle3Vantagem Terminal mais barato (natildeo tem necessidade de decidir quais os bits que aparecem primeiro em cada caracter)4Desvantagem Custo alto impossibilitando cobrir grandes distacircncias
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Transmissatildeo de DadosTransmissatildeo Serial AssiacutencronaTransmissatildeo Serial Assiacutencrona
A sincronizaccedilatildeo eacute conseguida por um elemento de start que precede cada caracter e um elemento stop no seu final
Vantagem Os caracteres podem ser transmitidos e regularmente espaccedilados no tempo
Desvantagem boa parte transmitida natildeo transporta informaccedilatildeo uacutetil
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Modos de comunicaccedilao Ha tres modos de comunicacao
Transmissatildeo Siacutemplex Semiduacuteplex Duplex Completo
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Transmissatildeo SiacutemplexA transmissatildeo siacutemplex envia dados em uma uacutenica direccedilatildeo
apenasExemplo transmissatildeo de televisatildeo
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Semiduacuteplex A transmissatildeo semiduacuteplex envia dados em ambas as direccedilotildees mas
somente em um sentido por vezExemplo o caixa eletrocircnico do banco envia dados sobre um
depoacutesito depois que os dados satildeo recebidos uma confirmaccedilatildeo eacute retornada Ex raacutedio poliacutecia
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
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Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
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Limitaccedilatildeo da largura de banda
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
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Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
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Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
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ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
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Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
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Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
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Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
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Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
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Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
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Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
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Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
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Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
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Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
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Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
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Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
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Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
Comunicacao de Dados
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Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
Comunicacao de Dados
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Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
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Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
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Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Sinal Em geral entende-se que um sinal eacute uma
sequecircncia de estados em um sistema de comunicaccedilatildeo que codifica uma mensagem A definiccedilatildeo pode mudar de acordo com o contexto em que se estaacute trabalhando
Comunicacao de Dados
Classificaccedilatildeo dos sinais
Sinais podem ser de tempo contiacutenuo ou de tempo discreto e ainda podem ser digitais ou analoacutegicos
Sinais de tempo discreto satildeo sequumlecircncias de valores normalmente definidos em instantes de tempo perioacutedicos Sinais de tempo contiacutenuo possuem seu estado definido em qualquer instante de tempo
Sinais digitais soacute podem assumir valores discretos enumeraacuteveis ou inteiros normalmente de um conjunto limitado de valores possiacuteveis Sinais analoacutegicos podem assumir qualquer valor real
Comunicacao de Dados
Exemplos de SinaisAnaloacutegicosSom - Som eacute a vibraccedilatildeo mecacircnica de um meio fiacutesico como o ar
aacutegua ou barbantes A intensidade de pressatildeo de um ponto em um meio fiacutesico pode ser a definiccedilatildeo de um sinal
Potencial eleacutetrico - A diferenccedila de potencial eleacutetrico entre dois pontos eacute a definiccedilatildeo de um nuacutemero enorme de sinais Muitas vezes os dois pontos satildeo dois fios metaacutelicos como em um microfone ou em uma antena de televisatildeo
Niacutevel de aacutegua - O niacutevel de aacutegua em um tanque pode ser visto como um sinal e sua mediccedilatildeo por uma reacutegua por exemplo eacute uma forma de transmissatildeo deste sinal
Comunicacao de Dados
Exemplos de SinaisDigitaisCD - Um CD carrega dois sinais digitais com 44100 amostras
por segundo e 16 bits de resoluccedilatildeo cada Redes - A camada fiacutesica das redes recebem uma sequumlecircncia de
bits a serem transmitidos podendo chegar a pacotes com mais de 1000 bits
Comportas de um Canal - Eacute possiacutevel definir sinais digitais a partir das comportas do canal de Suez ou da barragem de cahora Bassa representando o facto de cada uma dela estar aberta ou fechada
Comunicacao de Dados
Comunicaccedilatildeo de dados
Em um sistema de comunicaccedilatildeo o transmissor recebe uma mensagem e a codifica em um sinal que eacute transportado pelo sistema de comunicaccedilotildees ateacute o receptor que descodifica o sinal e solta uma mensagem Por exemplo um texto ao ser transmitido via teleacutegrafo eacute convertido primeiro em traccedilos pontos e pausas e o telegrafista acciona o dispositivo de teleacutegrafo criando um sinal que eacute a tensatildeo eleacutectrica a ser transmitida por um par de fios Do outro lado o receptor recebe um sinal tambeacutem na forma de uma tensatildeo eleacutectrica em um par de fios Por fim o sinal eacute descodificado gerando uma mensagem que se espera ser igual ao texto original transmitido
Comunicacao de Dados
Comunicaccedilatildeo de dados (cont)
A tensatildeo criada pelo telegrafista o sinal transmitido pode sofrer distorccedilotildees durante a transmissatildeo Estas distorccedilotildees podem ser tanto mudanccedilas determiniacutesticas e reversiacuteveis do sinal quanto a adiccedilatildeo de ruiacutedos completamente aleatoacuterios Estas distorccedilotildees podem ser intensas o suficiente para modificar o conteuacutedo da mensagem
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Transmissao de sinais
Comunicacao de Dados
tipos de sinal Ha varios tipos de sinal 1 Sinais Determiniacutesticos - Podem ser completamente caracterizados por uma
funccedilatildeo no tempo
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Tipos de sinal (cont)2 Sinais Aleatoacuterios - Natildeo podem ser completamente
caracterizados por uma funccedilatildeo no tempo e devem ser modelados no tempo e probabilisticamente
Exemplos - Ruiacutedo - Sinal de Informaccedilatildeo (Voz dados etc hellip)
Comunicacao de Dados
Tipos de sinal (cont)Sinal Contiacutenuo - Varia de forma suave com o tempo amplitude
Comunicacao de Dados
Tipos de sinal (cont)Sinal Discreto - Manteacutem um niacutevel constante durante um intervalo
determinado de tempo e depois varia para outro determinado de tempo e depois varia para outro niacutevel constante assim sucessivamente
Comunicacao de Dados
Tipos de sinal (cont)Sinal Amostrado -Sinal discreto obtido da amostragem de um sinal
contiacutenuo
Comunicacao de Dados
Tipos de sinal (cont)Sinais PerioacutedicosPossuem um padratildeo repetitivo com o tempo
Comunicacao de Dados
Tipos de sinal (cont)Sinais Aperioacutedicos Natildeo possuem um padratildeo repetitivo
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal- Os sinais satildeo geralmente constituiacutedos por muitas componentes
de frequumlecircncia
- As componentes satildeo formas de onda senoidais
Atraveacutes da anaacutelise de Fourier podemos determinar a contribuiccedilatildeo de cada componente frequumlecircncia do sinal
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Um sinal perioacutedico tem uma representaccedilatildeo no domiacutenio da frequecircncia que eacute um conjunto de ldquoriscasrdquo
Um sinal natildeo perioacutedico tem uma representaccedilatildeo ldquocontiacutenuardquo no domiacutenio da frequecircncia
1 Representaccedilatildeo de um sinais no tempo e na frequecircncia
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Comprimento de onda - λ Distacircncia correspondente a um ciclo de
um sinal que se propaga num meio Sendo T o periacuteodo f a frequecircncia e v a
velocidade de propagaccedilatildeo
Velocidade de propagaccedilatildeo da luz no espaccedilo livre c = 3 10 8 ms-1
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont)Atrasos de propagaccedilatildeo tiacutepicos ( )
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont) Sinal nas Frequecircncias Sinal perioacutedico 1048774 expansiacutevel em Seacuterie de
Fourier ndash Frequecircncia fundamental + harmoacutenicos
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Comunicacao de Dados
Amostragem
Tira-se amostras do sinal espaccediladas de um intervalo de tempo fixo o periacuteodo de amostragem representado por Ta
O periacuteodo de amostragem depende da frequecircncia de amostragem (fa) [em Inglecircs fs]Nuacutemero de amostras por segundoEx fa=1000 Hz daacute T=1fa=11000=1 ms
O nuacutemero total de pontos de um sinal digital depende da sua duraccedilatildeo e da frequecircncia de amostragem5 segundos amostrados a 10 000 Hz datildeo 50 000 amostras
Comunicacao de Dados
AmostragemOutra forma de enunciar o teorema de
NyquistO receptor pode reconstruir um sinal em que a maacutexima
frequecircncia eacute f desde que o sinal tenha sido amostrado um ritmo igual ou superior a 2f
Exemplo um sinal de voz que estaacute limitado a 4 KHz soacute necessita de ser amostrado 8000 vezess
(ie Periacuteodo de amostragem eacute 18000 s = 125 micro segs)
Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
000
195
740
908
816
602
280
014
-06
252
646
808
652
Periacuteodo de amostragem
Comunicacao de Dados
QuantizaccedilatildeoOs valores contiacutenuos da amplitude tambeacutem tecircm de ser
convertidos em valores trataacuteveis pelo computadorOs computadores guardam os nuacutemeros usando 0s e 1s
os chamados bits3 bits daacute para representar 8 nuacutemeros diferentes
000 001 010 011 100 101 110 111Este processo designa-se por quantizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Quantos Hz Quantos bits Para sinal de voz Para muacutesica (CD)
Quais os valores utilizados pelos leitores de CD E pelos DATs
Para sinal medindo a abertura e fecho das cordas vocais Para sinal gravado via telefone
Comunicacao de Dados
Representaccedilatildeo de sinais digitaisDepois da amostragem e quantizaccedilatildeo ficamos com uma lista de
nuacutemeros que facilmente se podem tratar em programas como o SFS e o MatlabAs sinusoacuteides que temos vindo a ver satildeo de facto listas d
nuacutemeros como a seguinte
0 00251 00502 00753 01004 01253 01502 01750 01997 02243
Comunicacao de Dados
Convertendo Digital Analoacutegico
A onda portadora pode ser alteradaAmplitude (altura) da onda e faseFrequumlecircncia (nuacutemero de vezes em que uma onda se
repete durante um ciclo) da ondaA conversatildeo de sinais digitais em analoacutegicos denomina-se
modulaccedilatildeoA conversatildeo de sinais analoacutegicos em digitais denomina-se
demodulaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Conversatildeo DA e vice-versa
Modem -Abreviaccedilatildeo de moduladordemodulador
Converte sinal digital em analoacutegico e vice-versa
Comunicacao de Dados
Conversatildeo DAReconstruccedilatildeo com impulsos quadrados ndash ldquohold
Comunicacao de Dados
Formas de Transmissatildeo
Transmissatildeo DigitalTransmissatildeo Analoacutegica
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo DigitalEnvia dados como pulsos distintos ou ligado (on) ou
desligado (off)Similar agrave maneira pela qual os dados viajam atraveacutes do
computadorUso de compressatildeo de coacutedigos de detecccedilatildeocorreccedilatildeo de erros
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Analoacutegica
Sinal eleacutetrico contiacutenuo na forma de uma ondaDenomina-se onda portadora
Jaacute existem muitas miacutedias de comunicaccedilatildeo para transmissatildeo analoacutegica (voz)Linhas telefocircnicas satildeo as mais comuns
O sinal digital do computador deve ser convertido para a forma analoacutegica para ser transmitido por meio de linhas analoacutegicas
Comunicacao de Dados
Modos de TransmissaoTransmissao simcronaTransmissao Assincrona
Comunicacao de Dados
Transmissao sincrona
Estabale-se um canal entre emissor e receptorOrdem garantidaGrandes blocos de caracteres satildeo transmitidosOs clocks internos dos dispositivos satildeo sincronizadosBits de verificaccedilatildeo de erros conferem se todos os
caracteres foram recebidosMuito mais raacutepida poreacutem o equipamento eacute mais caro
Comunicacao de Dados
Transmissao sincrona
A transmissatildeo SIacuteNCRONA eacute caracterizada pela possibilidade de transmitir um bloco inteiro
com a diccedilatildeo de controles apenas no comeccedilo e fim do bloco Por exemplo os caracteres de controle
do protocolo BSC (STX ndash ldquoStart of TeXtrdquo ETX ndash ldquoEnd of TeXtrdquo) O bloco teraacute aproximadamente a
seguinte configuraccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo AssiacutencronaTambeacutem chamada de transmissatildeo startstop
Um bit de partida (start) eacute transmitido no iniacutecio de cada grupo de bits
Um bit de parada (stop) eacute enviado no final de cada grupoCada grupo tipicamente consiste em um caractere
O dispositivo receptor recebe o sinal de partida e cria um mecanismo para aceitar o grupo
Usada para comunicaccedilotildees de baixa velocidade
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Assiacutencrona
Comunicacao de Dados
SERIAL ndash Transmissatildeo de um bit por vez na unidade de tempo Haacute necessidade de apenas 1 via
Transmissatildeo SerialTransmissatildeo Serial 1 Os bits do caracter satildeo
transmitidos um de cada vez2 Vantagem Baixo custo3 Desvantagem Necessidade de
saber qual bit eacute o primeiro do caracter para decodificar a informaccedilatildeo
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
PARALELA ndash envio simultacircneo de um conjunto de bits Haacute necessidade de tantas vias quantos forem os bits utilizados
11 Transmissatildeo ParalelaTransmissatildeo Paralela 1O sistema deve transmitir os bits do caracter de uma vez soacute2Ex 6 trajetoacuterias separadas para cada bit mais um bit de controle3Vantagem Terminal mais barato (natildeo tem necessidade de decidir quais os bits que aparecem primeiro em cada caracter)4Desvantagem Custo alto impossibilitando cobrir grandes distacircncias
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de DadosTransmissatildeo Serial AssiacutencronaTransmissatildeo Serial Assiacutencrona
A sincronizaccedilatildeo eacute conseguida por um elemento de start que precede cada caracter e um elemento stop no seu final
Vantagem Os caracteres podem ser transmitidos e regularmente espaccedilados no tempo
Desvantagem boa parte transmitida natildeo transporta informaccedilatildeo uacutetil
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao Ha tres modos de comunicacao
Transmissatildeo Siacutemplex Semiduacuteplex Duplex Completo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo SiacutemplexA transmissatildeo siacutemplex envia dados em uma uacutenica direccedilatildeo
apenasExemplo transmissatildeo de televisatildeo
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Semiduacuteplex A transmissatildeo semiduacuteplex envia dados em ambas as direccedilotildees mas
somente em um sentido por vezExemplo o caixa eletrocircnico do banco envia dados sobre um
depoacutesito depois que os dados satildeo recebidos uma confirmaccedilatildeo eacute retornada Ex raacutedio poliacutecia
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
Comunicacao de Dados
Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
Comunicacao de Dados
Limitaccedilatildeo da largura de banda
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
Comunicacao de Dados
Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
Comunicacao de Dados
Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
Comunicacao de Dados
Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
Comunicacao de Dados
Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
Comunicacao de Dados
Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
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Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
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Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
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Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
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Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
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Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
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Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
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Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
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Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
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Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
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Classificaccedilatildeo dos sinais
Sinais podem ser de tempo contiacutenuo ou de tempo discreto e ainda podem ser digitais ou analoacutegicos
Sinais de tempo discreto satildeo sequumlecircncias de valores normalmente definidos em instantes de tempo perioacutedicos Sinais de tempo contiacutenuo possuem seu estado definido em qualquer instante de tempo
Sinais digitais soacute podem assumir valores discretos enumeraacuteveis ou inteiros normalmente de um conjunto limitado de valores possiacuteveis Sinais analoacutegicos podem assumir qualquer valor real
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Exemplos de SinaisAnaloacutegicosSom - Som eacute a vibraccedilatildeo mecacircnica de um meio fiacutesico como o ar
aacutegua ou barbantes A intensidade de pressatildeo de um ponto em um meio fiacutesico pode ser a definiccedilatildeo de um sinal
Potencial eleacutetrico - A diferenccedila de potencial eleacutetrico entre dois pontos eacute a definiccedilatildeo de um nuacutemero enorme de sinais Muitas vezes os dois pontos satildeo dois fios metaacutelicos como em um microfone ou em uma antena de televisatildeo
Niacutevel de aacutegua - O niacutevel de aacutegua em um tanque pode ser visto como um sinal e sua mediccedilatildeo por uma reacutegua por exemplo eacute uma forma de transmissatildeo deste sinal
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Exemplos de SinaisDigitaisCD - Um CD carrega dois sinais digitais com 44100 amostras
por segundo e 16 bits de resoluccedilatildeo cada Redes - A camada fiacutesica das redes recebem uma sequumlecircncia de
bits a serem transmitidos podendo chegar a pacotes com mais de 1000 bits
Comportas de um Canal - Eacute possiacutevel definir sinais digitais a partir das comportas do canal de Suez ou da barragem de cahora Bassa representando o facto de cada uma dela estar aberta ou fechada
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Comunicaccedilatildeo de dados
Em um sistema de comunicaccedilatildeo o transmissor recebe uma mensagem e a codifica em um sinal que eacute transportado pelo sistema de comunicaccedilotildees ateacute o receptor que descodifica o sinal e solta uma mensagem Por exemplo um texto ao ser transmitido via teleacutegrafo eacute convertido primeiro em traccedilos pontos e pausas e o telegrafista acciona o dispositivo de teleacutegrafo criando um sinal que eacute a tensatildeo eleacutectrica a ser transmitida por um par de fios Do outro lado o receptor recebe um sinal tambeacutem na forma de uma tensatildeo eleacutectrica em um par de fios Por fim o sinal eacute descodificado gerando uma mensagem que se espera ser igual ao texto original transmitido
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Comunicaccedilatildeo de dados (cont)
A tensatildeo criada pelo telegrafista o sinal transmitido pode sofrer distorccedilotildees durante a transmissatildeo Estas distorccedilotildees podem ser tanto mudanccedilas determiniacutesticas e reversiacuteveis do sinal quanto a adiccedilatildeo de ruiacutedos completamente aleatoacuterios Estas distorccedilotildees podem ser intensas o suficiente para modificar o conteuacutedo da mensagem
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Transmissao de sinais
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tipos de sinal Ha varios tipos de sinal 1 Sinais Determiniacutesticos - Podem ser completamente caracterizados por uma
funccedilatildeo no tempo
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Tipos de sinal (cont)2 Sinais Aleatoacuterios - Natildeo podem ser completamente
caracterizados por uma funccedilatildeo no tempo e devem ser modelados no tempo e probabilisticamente
Exemplos - Ruiacutedo - Sinal de Informaccedilatildeo (Voz dados etc hellip)
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Tipos de sinal (cont)Sinal Contiacutenuo - Varia de forma suave com o tempo amplitude
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Tipos de sinal (cont)Sinal Discreto - Manteacutem um niacutevel constante durante um intervalo
determinado de tempo e depois varia para outro determinado de tempo e depois varia para outro niacutevel constante assim sucessivamente
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Tipos de sinal (cont)Sinal Amostrado -Sinal discreto obtido da amostragem de um sinal
contiacutenuo
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Tipos de sinal (cont)Sinais PerioacutedicosPossuem um padratildeo repetitivo com o tempo
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Tipos de sinal (cont)Sinais Aperioacutedicos Natildeo possuem um padratildeo repetitivo
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Caracteriacutesticas do Sinal- Os sinais satildeo geralmente constituiacutedos por muitas componentes
de frequumlecircncia
- As componentes satildeo formas de onda senoidais
Atraveacutes da anaacutelise de Fourier podemos determinar a contribuiccedilatildeo de cada componente frequumlecircncia do sinal
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Um sinal perioacutedico tem uma representaccedilatildeo no domiacutenio da frequecircncia que eacute um conjunto de ldquoriscasrdquo
Um sinal natildeo perioacutedico tem uma representaccedilatildeo ldquocontiacutenuardquo no domiacutenio da frequecircncia
1 Representaccedilatildeo de um sinais no tempo e na frequecircncia
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Comprimento de onda - λ Distacircncia correspondente a um ciclo de
um sinal que se propaga num meio Sendo T o periacuteodo f a frequecircncia e v a
velocidade de propagaccedilatildeo
Velocidade de propagaccedilatildeo da luz no espaccedilo livre c = 3 10 8 ms-1
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont)Atrasos de propagaccedilatildeo tiacutepicos ( )
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont) Sinal nas Frequecircncias Sinal perioacutedico 1048774 expansiacutevel em Seacuterie de
Fourier ndash Frequecircncia fundamental + harmoacutenicos
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
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Amostragem
Tira-se amostras do sinal espaccediladas de um intervalo de tempo fixo o periacuteodo de amostragem representado por Ta
O periacuteodo de amostragem depende da frequecircncia de amostragem (fa) [em Inglecircs fs]Nuacutemero de amostras por segundoEx fa=1000 Hz daacute T=1fa=11000=1 ms
O nuacutemero total de pontos de um sinal digital depende da sua duraccedilatildeo e da frequecircncia de amostragem5 segundos amostrados a 10 000 Hz datildeo 50 000 amostras
Comunicacao de Dados
AmostragemOutra forma de enunciar o teorema de
NyquistO receptor pode reconstruir um sinal em que a maacutexima
frequecircncia eacute f desde que o sinal tenha sido amostrado um ritmo igual ou superior a 2f
Exemplo um sinal de voz que estaacute limitado a 4 KHz soacute necessita de ser amostrado 8000 vezess
(ie Periacuteodo de amostragem eacute 18000 s = 125 micro segs)
Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
000
195
740
908
816
602
280
014
-06
252
646
808
652
Periacuteodo de amostragem
Comunicacao de Dados
QuantizaccedilatildeoOs valores contiacutenuos da amplitude tambeacutem tecircm de ser
convertidos em valores trataacuteveis pelo computadorOs computadores guardam os nuacutemeros usando 0s e 1s
os chamados bits3 bits daacute para representar 8 nuacutemeros diferentes
000 001 010 011 100 101 110 111Este processo designa-se por quantizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Quantos Hz Quantos bits Para sinal de voz Para muacutesica (CD)
Quais os valores utilizados pelos leitores de CD E pelos DATs
Para sinal medindo a abertura e fecho das cordas vocais Para sinal gravado via telefone
Comunicacao de Dados
Representaccedilatildeo de sinais digitaisDepois da amostragem e quantizaccedilatildeo ficamos com uma lista de
nuacutemeros que facilmente se podem tratar em programas como o SFS e o MatlabAs sinusoacuteides que temos vindo a ver satildeo de facto listas d
nuacutemeros como a seguinte
0 00251 00502 00753 01004 01253 01502 01750 01997 02243
Comunicacao de Dados
Convertendo Digital Analoacutegico
A onda portadora pode ser alteradaAmplitude (altura) da onda e faseFrequumlecircncia (nuacutemero de vezes em que uma onda se
repete durante um ciclo) da ondaA conversatildeo de sinais digitais em analoacutegicos denomina-se
modulaccedilatildeoA conversatildeo de sinais analoacutegicos em digitais denomina-se
demodulaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Conversatildeo DA e vice-versa
Modem -Abreviaccedilatildeo de moduladordemodulador
Converte sinal digital em analoacutegico e vice-versa
Comunicacao de Dados
Conversatildeo DAReconstruccedilatildeo com impulsos quadrados ndash ldquohold
Comunicacao de Dados
Formas de Transmissatildeo
Transmissatildeo DigitalTransmissatildeo Analoacutegica
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo DigitalEnvia dados como pulsos distintos ou ligado (on) ou
desligado (off)Similar agrave maneira pela qual os dados viajam atraveacutes do
computadorUso de compressatildeo de coacutedigos de detecccedilatildeocorreccedilatildeo de erros
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Analoacutegica
Sinal eleacutetrico contiacutenuo na forma de uma ondaDenomina-se onda portadora
Jaacute existem muitas miacutedias de comunicaccedilatildeo para transmissatildeo analoacutegica (voz)Linhas telefocircnicas satildeo as mais comuns
O sinal digital do computador deve ser convertido para a forma analoacutegica para ser transmitido por meio de linhas analoacutegicas
Comunicacao de Dados
Modos de TransmissaoTransmissao simcronaTransmissao Assincrona
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Transmissao sincrona
Estabale-se um canal entre emissor e receptorOrdem garantidaGrandes blocos de caracteres satildeo transmitidosOs clocks internos dos dispositivos satildeo sincronizadosBits de verificaccedilatildeo de erros conferem se todos os
caracteres foram recebidosMuito mais raacutepida poreacutem o equipamento eacute mais caro
Comunicacao de Dados
Transmissao sincrona
A transmissatildeo SIacuteNCRONA eacute caracterizada pela possibilidade de transmitir um bloco inteiro
com a diccedilatildeo de controles apenas no comeccedilo e fim do bloco Por exemplo os caracteres de controle
do protocolo BSC (STX ndash ldquoStart of TeXtrdquo ETX ndash ldquoEnd of TeXtrdquo) O bloco teraacute aproximadamente a
seguinte configuraccedilatildeo
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Transmissatildeo AssiacutencronaTambeacutem chamada de transmissatildeo startstop
Um bit de partida (start) eacute transmitido no iniacutecio de cada grupo de bits
Um bit de parada (stop) eacute enviado no final de cada grupoCada grupo tipicamente consiste em um caractere
O dispositivo receptor recebe o sinal de partida e cria um mecanismo para aceitar o grupo
Usada para comunicaccedilotildees de baixa velocidade
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Assiacutencrona
Comunicacao de Dados
SERIAL ndash Transmissatildeo de um bit por vez na unidade de tempo Haacute necessidade de apenas 1 via
Transmissatildeo SerialTransmissatildeo Serial 1 Os bits do caracter satildeo
transmitidos um de cada vez2 Vantagem Baixo custo3 Desvantagem Necessidade de
saber qual bit eacute o primeiro do caracter para decodificar a informaccedilatildeo
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
PARALELA ndash envio simultacircneo de um conjunto de bits Haacute necessidade de tantas vias quantos forem os bits utilizados
11 Transmissatildeo ParalelaTransmissatildeo Paralela 1O sistema deve transmitir os bits do caracter de uma vez soacute2Ex 6 trajetoacuterias separadas para cada bit mais um bit de controle3Vantagem Terminal mais barato (natildeo tem necessidade de decidir quais os bits que aparecem primeiro em cada caracter)4Desvantagem Custo alto impossibilitando cobrir grandes distacircncias
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de DadosTransmissatildeo Serial AssiacutencronaTransmissatildeo Serial Assiacutencrona
A sincronizaccedilatildeo eacute conseguida por um elemento de start que precede cada caracter e um elemento stop no seu final
Vantagem Os caracteres podem ser transmitidos e regularmente espaccedilados no tempo
Desvantagem boa parte transmitida natildeo transporta informaccedilatildeo uacutetil
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao Ha tres modos de comunicacao
Transmissatildeo Siacutemplex Semiduacuteplex Duplex Completo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo SiacutemplexA transmissatildeo siacutemplex envia dados em uma uacutenica direccedilatildeo
apenasExemplo transmissatildeo de televisatildeo
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Semiduacuteplex A transmissatildeo semiduacuteplex envia dados em ambas as direccedilotildees mas
somente em um sentido por vezExemplo o caixa eletrocircnico do banco envia dados sobre um
depoacutesito depois que os dados satildeo recebidos uma confirmaccedilatildeo eacute retornada Ex raacutedio poliacutecia
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
Comunicacao de Dados
Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
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Limitaccedilatildeo da largura de banda
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
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Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
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Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
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Comunicacao de Dados
ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
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Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
Comunicacao de Dados
Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
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Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
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Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
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Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
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Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
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Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
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Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
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Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
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Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
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Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
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Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
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Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
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Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
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Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
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Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
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Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
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Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
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Exemplos de SinaisAnaloacutegicosSom - Som eacute a vibraccedilatildeo mecacircnica de um meio fiacutesico como o ar
aacutegua ou barbantes A intensidade de pressatildeo de um ponto em um meio fiacutesico pode ser a definiccedilatildeo de um sinal
Potencial eleacutetrico - A diferenccedila de potencial eleacutetrico entre dois pontos eacute a definiccedilatildeo de um nuacutemero enorme de sinais Muitas vezes os dois pontos satildeo dois fios metaacutelicos como em um microfone ou em uma antena de televisatildeo
Niacutevel de aacutegua - O niacutevel de aacutegua em um tanque pode ser visto como um sinal e sua mediccedilatildeo por uma reacutegua por exemplo eacute uma forma de transmissatildeo deste sinal
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Exemplos de SinaisDigitaisCD - Um CD carrega dois sinais digitais com 44100 amostras
por segundo e 16 bits de resoluccedilatildeo cada Redes - A camada fiacutesica das redes recebem uma sequumlecircncia de
bits a serem transmitidos podendo chegar a pacotes com mais de 1000 bits
Comportas de um Canal - Eacute possiacutevel definir sinais digitais a partir das comportas do canal de Suez ou da barragem de cahora Bassa representando o facto de cada uma dela estar aberta ou fechada
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Comunicaccedilatildeo de dados
Em um sistema de comunicaccedilatildeo o transmissor recebe uma mensagem e a codifica em um sinal que eacute transportado pelo sistema de comunicaccedilotildees ateacute o receptor que descodifica o sinal e solta uma mensagem Por exemplo um texto ao ser transmitido via teleacutegrafo eacute convertido primeiro em traccedilos pontos e pausas e o telegrafista acciona o dispositivo de teleacutegrafo criando um sinal que eacute a tensatildeo eleacutectrica a ser transmitida por um par de fios Do outro lado o receptor recebe um sinal tambeacutem na forma de uma tensatildeo eleacutectrica em um par de fios Por fim o sinal eacute descodificado gerando uma mensagem que se espera ser igual ao texto original transmitido
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Comunicaccedilatildeo de dados (cont)
A tensatildeo criada pelo telegrafista o sinal transmitido pode sofrer distorccedilotildees durante a transmissatildeo Estas distorccedilotildees podem ser tanto mudanccedilas determiniacutesticas e reversiacuteveis do sinal quanto a adiccedilatildeo de ruiacutedos completamente aleatoacuterios Estas distorccedilotildees podem ser intensas o suficiente para modificar o conteuacutedo da mensagem
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Transmissao de sinais
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tipos de sinal Ha varios tipos de sinal 1 Sinais Determiniacutesticos - Podem ser completamente caracterizados por uma
funccedilatildeo no tempo
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Tipos de sinal (cont)2 Sinais Aleatoacuterios - Natildeo podem ser completamente
caracterizados por uma funccedilatildeo no tempo e devem ser modelados no tempo e probabilisticamente
Exemplos - Ruiacutedo - Sinal de Informaccedilatildeo (Voz dados etc hellip)
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Tipos de sinal (cont)Sinal Contiacutenuo - Varia de forma suave com o tempo amplitude
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Tipos de sinal (cont)Sinal Discreto - Manteacutem um niacutevel constante durante um intervalo
determinado de tempo e depois varia para outro determinado de tempo e depois varia para outro niacutevel constante assim sucessivamente
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Tipos de sinal (cont)Sinal Amostrado -Sinal discreto obtido da amostragem de um sinal
contiacutenuo
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Tipos de sinal (cont)Sinais PerioacutedicosPossuem um padratildeo repetitivo com o tempo
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Tipos de sinal (cont)Sinais Aperioacutedicos Natildeo possuem um padratildeo repetitivo
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Caracteriacutesticas do Sinal- Os sinais satildeo geralmente constituiacutedos por muitas componentes
de frequumlecircncia
- As componentes satildeo formas de onda senoidais
Atraveacutes da anaacutelise de Fourier podemos determinar a contribuiccedilatildeo de cada componente frequumlecircncia do sinal
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Um sinal perioacutedico tem uma representaccedilatildeo no domiacutenio da frequecircncia que eacute um conjunto de ldquoriscasrdquo
Um sinal natildeo perioacutedico tem uma representaccedilatildeo ldquocontiacutenuardquo no domiacutenio da frequecircncia
1 Representaccedilatildeo de um sinais no tempo e na frequecircncia
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Comprimento de onda - λ Distacircncia correspondente a um ciclo de
um sinal que se propaga num meio Sendo T o periacuteodo f a frequecircncia e v a
velocidade de propagaccedilatildeo
Velocidade de propagaccedilatildeo da luz no espaccedilo livre c = 3 10 8 ms-1
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont)Atrasos de propagaccedilatildeo tiacutepicos ( )
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont) Sinal nas Frequecircncias Sinal perioacutedico 1048774 expansiacutevel em Seacuterie de
Fourier ndash Frequecircncia fundamental + harmoacutenicos
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
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Amostragem
Tira-se amostras do sinal espaccediladas de um intervalo de tempo fixo o periacuteodo de amostragem representado por Ta
O periacuteodo de amostragem depende da frequecircncia de amostragem (fa) [em Inglecircs fs]Nuacutemero de amostras por segundoEx fa=1000 Hz daacute T=1fa=11000=1 ms
O nuacutemero total de pontos de um sinal digital depende da sua duraccedilatildeo e da frequecircncia de amostragem5 segundos amostrados a 10 000 Hz datildeo 50 000 amostras
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AmostragemOutra forma de enunciar o teorema de
NyquistO receptor pode reconstruir um sinal em que a maacutexima
frequecircncia eacute f desde que o sinal tenha sido amostrado um ritmo igual ou superior a 2f
Exemplo um sinal de voz que estaacute limitado a 4 KHz soacute necessita de ser amostrado 8000 vezess
(ie Periacuteodo de amostragem eacute 18000 s = 125 micro segs)
Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
000
195
740
908
816
602
280
014
-06
252
646
808
652
Periacuteodo de amostragem
Comunicacao de Dados
QuantizaccedilatildeoOs valores contiacutenuos da amplitude tambeacutem tecircm de ser
convertidos em valores trataacuteveis pelo computadorOs computadores guardam os nuacutemeros usando 0s e 1s
os chamados bits3 bits daacute para representar 8 nuacutemeros diferentes
000 001 010 011 100 101 110 111Este processo designa-se por quantizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Quantos Hz Quantos bits Para sinal de voz Para muacutesica (CD)
Quais os valores utilizados pelos leitores de CD E pelos DATs
Para sinal medindo a abertura e fecho das cordas vocais Para sinal gravado via telefone
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Representaccedilatildeo de sinais digitaisDepois da amostragem e quantizaccedilatildeo ficamos com uma lista de
nuacutemeros que facilmente se podem tratar em programas como o SFS e o MatlabAs sinusoacuteides que temos vindo a ver satildeo de facto listas d
nuacutemeros como a seguinte
0 00251 00502 00753 01004 01253 01502 01750 01997 02243
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Convertendo Digital Analoacutegico
A onda portadora pode ser alteradaAmplitude (altura) da onda e faseFrequumlecircncia (nuacutemero de vezes em que uma onda se
repete durante um ciclo) da ondaA conversatildeo de sinais digitais em analoacutegicos denomina-se
modulaccedilatildeoA conversatildeo de sinais analoacutegicos em digitais denomina-se
demodulaccedilatildeo
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Conversatildeo DA e vice-versa
Modem -Abreviaccedilatildeo de moduladordemodulador
Converte sinal digital em analoacutegico e vice-versa
Comunicacao de Dados
Conversatildeo DAReconstruccedilatildeo com impulsos quadrados ndash ldquohold
Comunicacao de Dados
Formas de Transmissatildeo
Transmissatildeo DigitalTransmissatildeo Analoacutegica
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo DigitalEnvia dados como pulsos distintos ou ligado (on) ou
desligado (off)Similar agrave maneira pela qual os dados viajam atraveacutes do
computadorUso de compressatildeo de coacutedigos de detecccedilatildeocorreccedilatildeo de erros
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Transmissatildeo Analoacutegica
Sinal eleacutetrico contiacutenuo na forma de uma ondaDenomina-se onda portadora
Jaacute existem muitas miacutedias de comunicaccedilatildeo para transmissatildeo analoacutegica (voz)Linhas telefocircnicas satildeo as mais comuns
O sinal digital do computador deve ser convertido para a forma analoacutegica para ser transmitido por meio de linhas analoacutegicas
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Modos de TransmissaoTransmissao simcronaTransmissao Assincrona
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Transmissao sincrona
Estabale-se um canal entre emissor e receptorOrdem garantidaGrandes blocos de caracteres satildeo transmitidosOs clocks internos dos dispositivos satildeo sincronizadosBits de verificaccedilatildeo de erros conferem se todos os
caracteres foram recebidosMuito mais raacutepida poreacutem o equipamento eacute mais caro
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Transmissao sincrona
A transmissatildeo SIacuteNCRONA eacute caracterizada pela possibilidade de transmitir um bloco inteiro
com a diccedilatildeo de controles apenas no comeccedilo e fim do bloco Por exemplo os caracteres de controle
do protocolo BSC (STX ndash ldquoStart of TeXtrdquo ETX ndash ldquoEnd of TeXtrdquo) O bloco teraacute aproximadamente a
seguinte configuraccedilatildeo
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Transmissatildeo AssiacutencronaTambeacutem chamada de transmissatildeo startstop
Um bit de partida (start) eacute transmitido no iniacutecio de cada grupo de bits
Um bit de parada (stop) eacute enviado no final de cada grupoCada grupo tipicamente consiste em um caractere
O dispositivo receptor recebe o sinal de partida e cria um mecanismo para aceitar o grupo
Usada para comunicaccedilotildees de baixa velocidade
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Transmissatildeo Assiacutencrona
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SERIAL ndash Transmissatildeo de um bit por vez na unidade de tempo Haacute necessidade de apenas 1 via
Transmissatildeo SerialTransmissatildeo Serial 1 Os bits do caracter satildeo
transmitidos um de cada vez2 Vantagem Baixo custo3 Desvantagem Necessidade de
saber qual bit eacute o primeiro do caracter para decodificar a informaccedilatildeo
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
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Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
PARALELA ndash envio simultacircneo de um conjunto de bits Haacute necessidade de tantas vias quantos forem os bits utilizados
11 Transmissatildeo ParalelaTransmissatildeo Paralela 1O sistema deve transmitir os bits do caracter de uma vez soacute2Ex 6 trajetoacuterias separadas para cada bit mais um bit de controle3Vantagem Terminal mais barato (natildeo tem necessidade de decidir quais os bits que aparecem primeiro em cada caracter)4Desvantagem Custo alto impossibilitando cobrir grandes distacircncias
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Transmissatildeo de DadosTransmissatildeo Serial AssiacutencronaTransmissatildeo Serial Assiacutencrona
A sincronizaccedilatildeo eacute conseguida por um elemento de start que precede cada caracter e um elemento stop no seu final
Vantagem Os caracteres podem ser transmitidos e regularmente espaccedilados no tempo
Desvantagem boa parte transmitida natildeo transporta informaccedilatildeo uacutetil
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Modos de comunicaccedilao Ha tres modos de comunicacao
Transmissatildeo Siacutemplex Semiduacuteplex Duplex Completo
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Transmissatildeo SiacutemplexA transmissatildeo siacutemplex envia dados em uma uacutenica direccedilatildeo
apenasExemplo transmissatildeo de televisatildeo
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Semiduacuteplex A transmissatildeo semiduacuteplex envia dados em ambas as direccedilotildees mas
somente em um sentido por vezExemplo o caixa eletrocircnico do banco envia dados sobre um
depoacutesito depois que os dados satildeo recebidos uma confirmaccedilatildeo eacute retornada Ex raacutedio poliacutecia
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
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Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
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Limitaccedilatildeo da largura de banda
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
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Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
Comunicacao de Dados
Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
Comunicacao de Dados
Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
Comunicacao de Dados
Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
Comunicacao de Dados
Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
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Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
Comunicacao de Dados
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Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Exemplos de SinaisDigitaisCD - Um CD carrega dois sinais digitais com 44100 amostras
por segundo e 16 bits de resoluccedilatildeo cada Redes - A camada fiacutesica das redes recebem uma sequumlecircncia de
bits a serem transmitidos podendo chegar a pacotes com mais de 1000 bits
Comportas de um Canal - Eacute possiacutevel definir sinais digitais a partir das comportas do canal de Suez ou da barragem de cahora Bassa representando o facto de cada uma dela estar aberta ou fechada
Comunicacao de Dados
Comunicaccedilatildeo de dados
Em um sistema de comunicaccedilatildeo o transmissor recebe uma mensagem e a codifica em um sinal que eacute transportado pelo sistema de comunicaccedilotildees ateacute o receptor que descodifica o sinal e solta uma mensagem Por exemplo um texto ao ser transmitido via teleacutegrafo eacute convertido primeiro em traccedilos pontos e pausas e o telegrafista acciona o dispositivo de teleacutegrafo criando um sinal que eacute a tensatildeo eleacutectrica a ser transmitida por um par de fios Do outro lado o receptor recebe um sinal tambeacutem na forma de uma tensatildeo eleacutectrica em um par de fios Por fim o sinal eacute descodificado gerando uma mensagem que se espera ser igual ao texto original transmitido
Comunicacao de Dados
Comunicaccedilatildeo de dados (cont)
A tensatildeo criada pelo telegrafista o sinal transmitido pode sofrer distorccedilotildees durante a transmissatildeo Estas distorccedilotildees podem ser tanto mudanccedilas determiniacutesticas e reversiacuteveis do sinal quanto a adiccedilatildeo de ruiacutedos completamente aleatoacuterios Estas distorccedilotildees podem ser intensas o suficiente para modificar o conteuacutedo da mensagem
Comunicacao de Dados
Transmissao de sinais
Comunicacao de Dados
tipos de sinal Ha varios tipos de sinal 1 Sinais Determiniacutesticos - Podem ser completamente caracterizados por uma
funccedilatildeo no tempo
Comunicacao de Dados
Tipos de sinal (cont)2 Sinais Aleatoacuterios - Natildeo podem ser completamente
caracterizados por uma funccedilatildeo no tempo e devem ser modelados no tempo e probabilisticamente
Exemplos - Ruiacutedo - Sinal de Informaccedilatildeo (Voz dados etc hellip)
Comunicacao de Dados
Tipos de sinal (cont)Sinal Contiacutenuo - Varia de forma suave com o tempo amplitude
Comunicacao de Dados
Tipos de sinal (cont)Sinal Discreto - Manteacutem um niacutevel constante durante um intervalo
determinado de tempo e depois varia para outro determinado de tempo e depois varia para outro niacutevel constante assim sucessivamente
Comunicacao de Dados
Tipos de sinal (cont)Sinal Amostrado -Sinal discreto obtido da amostragem de um sinal
contiacutenuo
Comunicacao de Dados
Tipos de sinal (cont)Sinais PerioacutedicosPossuem um padratildeo repetitivo com o tempo
Comunicacao de Dados
Tipos de sinal (cont)Sinais Aperioacutedicos Natildeo possuem um padratildeo repetitivo
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal- Os sinais satildeo geralmente constituiacutedos por muitas componentes
de frequumlecircncia
- As componentes satildeo formas de onda senoidais
Atraveacutes da anaacutelise de Fourier podemos determinar a contribuiccedilatildeo de cada componente frequumlecircncia do sinal
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Um sinal perioacutedico tem uma representaccedilatildeo no domiacutenio da frequecircncia que eacute um conjunto de ldquoriscasrdquo
Um sinal natildeo perioacutedico tem uma representaccedilatildeo ldquocontiacutenuardquo no domiacutenio da frequecircncia
1 Representaccedilatildeo de um sinais no tempo e na frequecircncia
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Comprimento de onda - λ Distacircncia correspondente a um ciclo de
um sinal que se propaga num meio Sendo T o periacuteodo f a frequecircncia e v a
velocidade de propagaccedilatildeo
Velocidade de propagaccedilatildeo da luz no espaccedilo livre c = 3 10 8 ms-1
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont)Atrasos de propagaccedilatildeo tiacutepicos ( )
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont) Sinal nas Frequecircncias Sinal perioacutedico 1048774 expansiacutevel em Seacuterie de
Fourier ndash Frequecircncia fundamental + harmoacutenicos
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Comunicacao de Dados
Amostragem
Tira-se amostras do sinal espaccediladas de um intervalo de tempo fixo o periacuteodo de amostragem representado por Ta
O periacuteodo de amostragem depende da frequecircncia de amostragem (fa) [em Inglecircs fs]Nuacutemero de amostras por segundoEx fa=1000 Hz daacute T=1fa=11000=1 ms
O nuacutemero total de pontos de um sinal digital depende da sua duraccedilatildeo e da frequecircncia de amostragem5 segundos amostrados a 10 000 Hz datildeo 50 000 amostras
Comunicacao de Dados
AmostragemOutra forma de enunciar o teorema de
NyquistO receptor pode reconstruir um sinal em que a maacutexima
frequecircncia eacute f desde que o sinal tenha sido amostrado um ritmo igual ou superior a 2f
Exemplo um sinal de voz que estaacute limitado a 4 KHz soacute necessita de ser amostrado 8000 vezess
(ie Periacuteodo de amostragem eacute 18000 s = 125 micro segs)
Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
000
195
740
908
816
602
280
014
-06
252
646
808
652
Periacuteodo de amostragem
Comunicacao de Dados
QuantizaccedilatildeoOs valores contiacutenuos da amplitude tambeacutem tecircm de ser
convertidos em valores trataacuteveis pelo computadorOs computadores guardam os nuacutemeros usando 0s e 1s
os chamados bits3 bits daacute para representar 8 nuacutemeros diferentes
000 001 010 011 100 101 110 111Este processo designa-se por quantizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Quantos Hz Quantos bits Para sinal de voz Para muacutesica (CD)
Quais os valores utilizados pelos leitores de CD E pelos DATs
Para sinal medindo a abertura e fecho das cordas vocais Para sinal gravado via telefone
Comunicacao de Dados
Representaccedilatildeo de sinais digitaisDepois da amostragem e quantizaccedilatildeo ficamos com uma lista de
nuacutemeros que facilmente se podem tratar em programas como o SFS e o MatlabAs sinusoacuteides que temos vindo a ver satildeo de facto listas d
nuacutemeros como a seguinte
0 00251 00502 00753 01004 01253 01502 01750 01997 02243
Comunicacao de Dados
Convertendo Digital Analoacutegico
A onda portadora pode ser alteradaAmplitude (altura) da onda e faseFrequumlecircncia (nuacutemero de vezes em que uma onda se
repete durante um ciclo) da ondaA conversatildeo de sinais digitais em analoacutegicos denomina-se
modulaccedilatildeoA conversatildeo de sinais analoacutegicos em digitais denomina-se
demodulaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Conversatildeo DA e vice-versa
Modem -Abreviaccedilatildeo de moduladordemodulador
Converte sinal digital em analoacutegico e vice-versa
Comunicacao de Dados
Conversatildeo DAReconstruccedilatildeo com impulsos quadrados ndash ldquohold
Comunicacao de Dados
Formas de Transmissatildeo
Transmissatildeo DigitalTransmissatildeo Analoacutegica
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo DigitalEnvia dados como pulsos distintos ou ligado (on) ou
desligado (off)Similar agrave maneira pela qual os dados viajam atraveacutes do
computadorUso de compressatildeo de coacutedigos de detecccedilatildeocorreccedilatildeo de erros
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Analoacutegica
Sinal eleacutetrico contiacutenuo na forma de uma ondaDenomina-se onda portadora
Jaacute existem muitas miacutedias de comunicaccedilatildeo para transmissatildeo analoacutegica (voz)Linhas telefocircnicas satildeo as mais comuns
O sinal digital do computador deve ser convertido para a forma analoacutegica para ser transmitido por meio de linhas analoacutegicas
Comunicacao de Dados
Modos de TransmissaoTransmissao simcronaTransmissao Assincrona
Comunicacao de Dados
Transmissao sincrona
Estabale-se um canal entre emissor e receptorOrdem garantidaGrandes blocos de caracteres satildeo transmitidosOs clocks internos dos dispositivos satildeo sincronizadosBits de verificaccedilatildeo de erros conferem se todos os
caracteres foram recebidosMuito mais raacutepida poreacutem o equipamento eacute mais caro
Comunicacao de Dados
Transmissao sincrona
A transmissatildeo SIacuteNCRONA eacute caracterizada pela possibilidade de transmitir um bloco inteiro
com a diccedilatildeo de controles apenas no comeccedilo e fim do bloco Por exemplo os caracteres de controle
do protocolo BSC (STX ndash ldquoStart of TeXtrdquo ETX ndash ldquoEnd of TeXtrdquo) O bloco teraacute aproximadamente a
seguinte configuraccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo AssiacutencronaTambeacutem chamada de transmissatildeo startstop
Um bit de partida (start) eacute transmitido no iniacutecio de cada grupo de bits
Um bit de parada (stop) eacute enviado no final de cada grupoCada grupo tipicamente consiste em um caractere
O dispositivo receptor recebe o sinal de partida e cria um mecanismo para aceitar o grupo
Usada para comunicaccedilotildees de baixa velocidade
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Assiacutencrona
Comunicacao de Dados
SERIAL ndash Transmissatildeo de um bit por vez na unidade de tempo Haacute necessidade de apenas 1 via
Transmissatildeo SerialTransmissatildeo Serial 1 Os bits do caracter satildeo
transmitidos um de cada vez2 Vantagem Baixo custo3 Desvantagem Necessidade de
saber qual bit eacute o primeiro do caracter para decodificar a informaccedilatildeo
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
PARALELA ndash envio simultacircneo de um conjunto de bits Haacute necessidade de tantas vias quantos forem os bits utilizados
11 Transmissatildeo ParalelaTransmissatildeo Paralela 1O sistema deve transmitir os bits do caracter de uma vez soacute2Ex 6 trajetoacuterias separadas para cada bit mais um bit de controle3Vantagem Terminal mais barato (natildeo tem necessidade de decidir quais os bits que aparecem primeiro em cada caracter)4Desvantagem Custo alto impossibilitando cobrir grandes distacircncias
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de DadosTransmissatildeo Serial AssiacutencronaTransmissatildeo Serial Assiacutencrona
A sincronizaccedilatildeo eacute conseguida por um elemento de start que precede cada caracter e um elemento stop no seu final
Vantagem Os caracteres podem ser transmitidos e regularmente espaccedilados no tempo
Desvantagem boa parte transmitida natildeo transporta informaccedilatildeo uacutetil
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao Ha tres modos de comunicacao
Transmissatildeo Siacutemplex Semiduacuteplex Duplex Completo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo SiacutemplexA transmissatildeo siacutemplex envia dados em uma uacutenica direccedilatildeo
apenasExemplo transmissatildeo de televisatildeo
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Semiduacuteplex A transmissatildeo semiduacuteplex envia dados em ambas as direccedilotildees mas
somente em um sentido por vezExemplo o caixa eletrocircnico do banco envia dados sobre um
depoacutesito depois que os dados satildeo recebidos uma confirmaccedilatildeo eacute retornada Ex raacutedio poliacutecia
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
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Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
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Limitaccedilatildeo da largura de banda
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
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Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
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Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
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ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
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Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
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Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
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Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
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Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
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Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
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Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
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Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
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Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
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Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
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Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
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Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
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Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
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Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
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Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
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Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
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Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
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Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
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Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
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Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
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Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
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Comunicaccedilatildeo de dados
Em um sistema de comunicaccedilatildeo o transmissor recebe uma mensagem e a codifica em um sinal que eacute transportado pelo sistema de comunicaccedilotildees ateacute o receptor que descodifica o sinal e solta uma mensagem Por exemplo um texto ao ser transmitido via teleacutegrafo eacute convertido primeiro em traccedilos pontos e pausas e o telegrafista acciona o dispositivo de teleacutegrafo criando um sinal que eacute a tensatildeo eleacutectrica a ser transmitida por um par de fios Do outro lado o receptor recebe um sinal tambeacutem na forma de uma tensatildeo eleacutectrica em um par de fios Por fim o sinal eacute descodificado gerando uma mensagem que se espera ser igual ao texto original transmitido
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Comunicaccedilatildeo de dados (cont)
A tensatildeo criada pelo telegrafista o sinal transmitido pode sofrer distorccedilotildees durante a transmissatildeo Estas distorccedilotildees podem ser tanto mudanccedilas determiniacutesticas e reversiacuteveis do sinal quanto a adiccedilatildeo de ruiacutedos completamente aleatoacuterios Estas distorccedilotildees podem ser intensas o suficiente para modificar o conteuacutedo da mensagem
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Transmissao de sinais
Comunicacao de Dados
tipos de sinal Ha varios tipos de sinal 1 Sinais Determiniacutesticos - Podem ser completamente caracterizados por uma
funccedilatildeo no tempo
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Tipos de sinal (cont)2 Sinais Aleatoacuterios - Natildeo podem ser completamente
caracterizados por uma funccedilatildeo no tempo e devem ser modelados no tempo e probabilisticamente
Exemplos - Ruiacutedo - Sinal de Informaccedilatildeo (Voz dados etc hellip)
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Tipos de sinal (cont)Sinal Contiacutenuo - Varia de forma suave com o tempo amplitude
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Tipos de sinal (cont)Sinal Discreto - Manteacutem um niacutevel constante durante um intervalo
determinado de tempo e depois varia para outro determinado de tempo e depois varia para outro niacutevel constante assim sucessivamente
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Tipos de sinal (cont)Sinal Amostrado -Sinal discreto obtido da amostragem de um sinal
contiacutenuo
Comunicacao de Dados
Tipos de sinal (cont)Sinais PerioacutedicosPossuem um padratildeo repetitivo com o tempo
Comunicacao de Dados
Tipos de sinal (cont)Sinais Aperioacutedicos Natildeo possuem um padratildeo repetitivo
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal- Os sinais satildeo geralmente constituiacutedos por muitas componentes
de frequumlecircncia
- As componentes satildeo formas de onda senoidais
Atraveacutes da anaacutelise de Fourier podemos determinar a contribuiccedilatildeo de cada componente frequumlecircncia do sinal
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Um sinal perioacutedico tem uma representaccedilatildeo no domiacutenio da frequecircncia que eacute um conjunto de ldquoriscasrdquo
Um sinal natildeo perioacutedico tem uma representaccedilatildeo ldquocontiacutenuardquo no domiacutenio da frequecircncia
1 Representaccedilatildeo de um sinais no tempo e na frequecircncia
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Comprimento de onda - λ Distacircncia correspondente a um ciclo de
um sinal que se propaga num meio Sendo T o periacuteodo f a frequecircncia e v a
velocidade de propagaccedilatildeo
Velocidade de propagaccedilatildeo da luz no espaccedilo livre c = 3 10 8 ms-1
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont)Atrasos de propagaccedilatildeo tiacutepicos ( )
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont) Sinal nas Frequecircncias Sinal perioacutedico 1048774 expansiacutevel em Seacuterie de
Fourier ndash Frequecircncia fundamental + harmoacutenicos
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
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Amostragem
Tira-se amostras do sinal espaccediladas de um intervalo de tempo fixo o periacuteodo de amostragem representado por Ta
O periacuteodo de amostragem depende da frequecircncia de amostragem (fa) [em Inglecircs fs]Nuacutemero de amostras por segundoEx fa=1000 Hz daacute T=1fa=11000=1 ms
O nuacutemero total de pontos de um sinal digital depende da sua duraccedilatildeo e da frequecircncia de amostragem5 segundos amostrados a 10 000 Hz datildeo 50 000 amostras
Comunicacao de Dados
AmostragemOutra forma de enunciar o teorema de
NyquistO receptor pode reconstruir um sinal em que a maacutexima
frequecircncia eacute f desde que o sinal tenha sido amostrado um ritmo igual ou superior a 2f
Exemplo um sinal de voz que estaacute limitado a 4 KHz soacute necessita de ser amostrado 8000 vezess
(ie Periacuteodo de amostragem eacute 18000 s = 125 micro segs)
Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
000
195
740
908
816
602
280
014
-06
252
646
808
652
Periacuteodo de amostragem
Comunicacao de Dados
QuantizaccedilatildeoOs valores contiacutenuos da amplitude tambeacutem tecircm de ser
convertidos em valores trataacuteveis pelo computadorOs computadores guardam os nuacutemeros usando 0s e 1s
os chamados bits3 bits daacute para representar 8 nuacutemeros diferentes
000 001 010 011 100 101 110 111Este processo designa-se por quantizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Quantos Hz Quantos bits Para sinal de voz Para muacutesica (CD)
Quais os valores utilizados pelos leitores de CD E pelos DATs
Para sinal medindo a abertura e fecho das cordas vocais Para sinal gravado via telefone
Comunicacao de Dados
Representaccedilatildeo de sinais digitaisDepois da amostragem e quantizaccedilatildeo ficamos com uma lista de
nuacutemeros que facilmente se podem tratar em programas como o SFS e o MatlabAs sinusoacuteides que temos vindo a ver satildeo de facto listas d
nuacutemeros como a seguinte
0 00251 00502 00753 01004 01253 01502 01750 01997 02243
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Convertendo Digital Analoacutegico
A onda portadora pode ser alteradaAmplitude (altura) da onda e faseFrequumlecircncia (nuacutemero de vezes em que uma onda se
repete durante um ciclo) da ondaA conversatildeo de sinais digitais em analoacutegicos denomina-se
modulaccedilatildeoA conversatildeo de sinais analoacutegicos em digitais denomina-se
demodulaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Conversatildeo DA e vice-versa
Modem -Abreviaccedilatildeo de moduladordemodulador
Converte sinal digital em analoacutegico e vice-versa
Comunicacao de Dados
Conversatildeo DAReconstruccedilatildeo com impulsos quadrados ndash ldquohold
Comunicacao de Dados
Formas de Transmissatildeo
Transmissatildeo DigitalTransmissatildeo Analoacutegica
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo DigitalEnvia dados como pulsos distintos ou ligado (on) ou
desligado (off)Similar agrave maneira pela qual os dados viajam atraveacutes do
computadorUso de compressatildeo de coacutedigos de detecccedilatildeocorreccedilatildeo de erros
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Analoacutegica
Sinal eleacutetrico contiacutenuo na forma de uma ondaDenomina-se onda portadora
Jaacute existem muitas miacutedias de comunicaccedilatildeo para transmissatildeo analoacutegica (voz)Linhas telefocircnicas satildeo as mais comuns
O sinal digital do computador deve ser convertido para a forma analoacutegica para ser transmitido por meio de linhas analoacutegicas
Comunicacao de Dados
Modos de TransmissaoTransmissao simcronaTransmissao Assincrona
Comunicacao de Dados
Transmissao sincrona
Estabale-se um canal entre emissor e receptorOrdem garantidaGrandes blocos de caracteres satildeo transmitidosOs clocks internos dos dispositivos satildeo sincronizadosBits de verificaccedilatildeo de erros conferem se todos os
caracteres foram recebidosMuito mais raacutepida poreacutem o equipamento eacute mais caro
Comunicacao de Dados
Transmissao sincrona
A transmissatildeo SIacuteNCRONA eacute caracterizada pela possibilidade de transmitir um bloco inteiro
com a diccedilatildeo de controles apenas no comeccedilo e fim do bloco Por exemplo os caracteres de controle
do protocolo BSC (STX ndash ldquoStart of TeXtrdquo ETX ndash ldquoEnd of TeXtrdquo) O bloco teraacute aproximadamente a
seguinte configuraccedilatildeo
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Transmissatildeo AssiacutencronaTambeacutem chamada de transmissatildeo startstop
Um bit de partida (start) eacute transmitido no iniacutecio de cada grupo de bits
Um bit de parada (stop) eacute enviado no final de cada grupoCada grupo tipicamente consiste em um caractere
O dispositivo receptor recebe o sinal de partida e cria um mecanismo para aceitar o grupo
Usada para comunicaccedilotildees de baixa velocidade
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Transmissatildeo Assiacutencrona
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SERIAL ndash Transmissatildeo de um bit por vez na unidade de tempo Haacute necessidade de apenas 1 via
Transmissatildeo SerialTransmissatildeo Serial 1 Os bits do caracter satildeo
transmitidos um de cada vez2 Vantagem Baixo custo3 Desvantagem Necessidade de
saber qual bit eacute o primeiro do caracter para decodificar a informaccedilatildeo
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
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Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
PARALELA ndash envio simultacircneo de um conjunto de bits Haacute necessidade de tantas vias quantos forem os bits utilizados
11 Transmissatildeo ParalelaTransmissatildeo Paralela 1O sistema deve transmitir os bits do caracter de uma vez soacute2Ex 6 trajetoacuterias separadas para cada bit mais um bit de controle3Vantagem Terminal mais barato (natildeo tem necessidade de decidir quais os bits que aparecem primeiro em cada caracter)4Desvantagem Custo alto impossibilitando cobrir grandes distacircncias
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Transmissatildeo de DadosTransmissatildeo Serial AssiacutencronaTransmissatildeo Serial Assiacutencrona
A sincronizaccedilatildeo eacute conseguida por um elemento de start que precede cada caracter e um elemento stop no seu final
Vantagem Os caracteres podem ser transmitidos e regularmente espaccedilados no tempo
Desvantagem boa parte transmitida natildeo transporta informaccedilatildeo uacutetil
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Modos de comunicaccedilao Ha tres modos de comunicacao
Transmissatildeo Siacutemplex Semiduacuteplex Duplex Completo
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Transmissatildeo SiacutemplexA transmissatildeo siacutemplex envia dados em uma uacutenica direccedilatildeo
apenasExemplo transmissatildeo de televisatildeo
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Semiduacuteplex A transmissatildeo semiduacuteplex envia dados em ambas as direccedilotildees mas
somente em um sentido por vezExemplo o caixa eletrocircnico do banco envia dados sobre um
depoacutesito depois que os dados satildeo recebidos uma confirmaccedilatildeo eacute retornada Ex raacutedio poliacutecia
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
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Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
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Limitaccedilatildeo da largura de banda
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
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Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
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Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
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ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
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Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
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Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
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Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
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Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
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Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
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Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
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Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
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Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
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Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
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Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
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Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
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Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
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Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
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Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
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Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
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Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
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Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
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Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
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Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
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Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
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Comunicaccedilatildeo de dados (cont)
A tensatildeo criada pelo telegrafista o sinal transmitido pode sofrer distorccedilotildees durante a transmissatildeo Estas distorccedilotildees podem ser tanto mudanccedilas determiniacutesticas e reversiacuteveis do sinal quanto a adiccedilatildeo de ruiacutedos completamente aleatoacuterios Estas distorccedilotildees podem ser intensas o suficiente para modificar o conteuacutedo da mensagem
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Transmissao de sinais
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tipos de sinal Ha varios tipos de sinal 1 Sinais Determiniacutesticos - Podem ser completamente caracterizados por uma
funccedilatildeo no tempo
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Tipos de sinal (cont)2 Sinais Aleatoacuterios - Natildeo podem ser completamente
caracterizados por uma funccedilatildeo no tempo e devem ser modelados no tempo e probabilisticamente
Exemplos - Ruiacutedo - Sinal de Informaccedilatildeo (Voz dados etc hellip)
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Tipos de sinal (cont)Sinal Contiacutenuo - Varia de forma suave com o tempo amplitude
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Tipos de sinal (cont)Sinal Discreto - Manteacutem um niacutevel constante durante um intervalo
determinado de tempo e depois varia para outro determinado de tempo e depois varia para outro niacutevel constante assim sucessivamente
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Tipos de sinal (cont)Sinal Amostrado -Sinal discreto obtido da amostragem de um sinal
contiacutenuo
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Tipos de sinal (cont)Sinais PerioacutedicosPossuem um padratildeo repetitivo com o tempo
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Tipos de sinal (cont)Sinais Aperioacutedicos Natildeo possuem um padratildeo repetitivo
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Caracteriacutesticas do Sinal- Os sinais satildeo geralmente constituiacutedos por muitas componentes
de frequumlecircncia
- As componentes satildeo formas de onda senoidais
Atraveacutes da anaacutelise de Fourier podemos determinar a contribuiccedilatildeo de cada componente frequumlecircncia do sinal
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Um sinal perioacutedico tem uma representaccedilatildeo no domiacutenio da frequecircncia que eacute um conjunto de ldquoriscasrdquo
Um sinal natildeo perioacutedico tem uma representaccedilatildeo ldquocontiacutenuardquo no domiacutenio da frequecircncia
1 Representaccedilatildeo de um sinais no tempo e na frequecircncia
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Comprimento de onda - λ Distacircncia correspondente a um ciclo de
um sinal que se propaga num meio Sendo T o periacuteodo f a frequecircncia e v a
velocidade de propagaccedilatildeo
Velocidade de propagaccedilatildeo da luz no espaccedilo livre c = 3 10 8 ms-1
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont)Atrasos de propagaccedilatildeo tiacutepicos ( )
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont) Sinal nas Frequecircncias Sinal perioacutedico 1048774 expansiacutevel em Seacuterie de
Fourier ndash Frequecircncia fundamental + harmoacutenicos
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
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Amostragem
Tira-se amostras do sinal espaccediladas de um intervalo de tempo fixo o periacuteodo de amostragem representado por Ta
O periacuteodo de amostragem depende da frequecircncia de amostragem (fa) [em Inglecircs fs]Nuacutemero de amostras por segundoEx fa=1000 Hz daacute T=1fa=11000=1 ms
O nuacutemero total de pontos de um sinal digital depende da sua duraccedilatildeo e da frequecircncia de amostragem5 segundos amostrados a 10 000 Hz datildeo 50 000 amostras
Comunicacao de Dados
AmostragemOutra forma de enunciar o teorema de
NyquistO receptor pode reconstruir um sinal em que a maacutexima
frequecircncia eacute f desde que o sinal tenha sido amostrado um ritmo igual ou superior a 2f
Exemplo um sinal de voz que estaacute limitado a 4 KHz soacute necessita de ser amostrado 8000 vezess
(ie Periacuteodo de amostragem eacute 18000 s = 125 micro segs)
Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
000
195
740
908
816
602
280
014
-06
252
646
808
652
Periacuteodo de amostragem
Comunicacao de Dados
QuantizaccedilatildeoOs valores contiacutenuos da amplitude tambeacutem tecircm de ser
convertidos em valores trataacuteveis pelo computadorOs computadores guardam os nuacutemeros usando 0s e 1s
os chamados bits3 bits daacute para representar 8 nuacutemeros diferentes
000 001 010 011 100 101 110 111Este processo designa-se por quantizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Quantos Hz Quantos bits Para sinal de voz Para muacutesica (CD)
Quais os valores utilizados pelos leitores de CD E pelos DATs
Para sinal medindo a abertura e fecho das cordas vocais Para sinal gravado via telefone
Comunicacao de Dados
Representaccedilatildeo de sinais digitaisDepois da amostragem e quantizaccedilatildeo ficamos com uma lista de
nuacutemeros que facilmente se podem tratar em programas como o SFS e o MatlabAs sinusoacuteides que temos vindo a ver satildeo de facto listas d
nuacutemeros como a seguinte
0 00251 00502 00753 01004 01253 01502 01750 01997 02243
Comunicacao de Dados
Convertendo Digital Analoacutegico
A onda portadora pode ser alteradaAmplitude (altura) da onda e faseFrequumlecircncia (nuacutemero de vezes em que uma onda se
repete durante um ciclo) da ondaA conversatildeo de sinais digitais em analoacutegicos denomina-se
modulaccedilatildeoA conversatildeo de sinais analoacutegicos em digitais denomina-se
demodulaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Conversatildeo DA e vice-versa
Modem -Abreviaccedilatildeo de moduladordemodulador
Converte sinal digital em analoacutegico e vice-versa
Comunicacao de Dados
Conversatildeo DAReconstruccedilatildeo com impulsos quadrados ndash ldquohold
Comunicacao de Dados
Formas de Transmissatildeo
Transmissatildeo DigitalTransmissatildeo Analoacutegica
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo DigitalEnvia dados como pulsos distintos ou ligado (on) ou
desligado (off)Similar agrave maneira pela qual os dados viajam atraveacutes do
computadorUso de compressatildeo de coacutedigos de detecccedilatildeocorreccedilatildeo de erros
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Analoacutegica
Sinal eleacutetrico contiacutenuo na forma de uma ondaDenomina-se onda portadora
Jaacute existem muitas miacutedias de comunicaccedilatildeo para transmissatildeo analoacutegica (voz)Linhas telefocircnicas satildeo as mais comuns
O sinal digital do computador deve ser convertido para a forma analoacutegica para ser transmitido por meio de linhas analoacutegicas
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Modos de TransmissaoTransmissao simcronaTransmissao Assincrona
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Transmissao sincrona
Estabale-se um canal entre emissor e receptorOrdem garantidaGrandes blocos de caracteres satildeo transmitidosOs clocks internos dos dispositivos satildeo sincronizadosBits de verificaccedilatildeo de erros conferem se todos os
caracteres foram recebidosMuito mais raacutepida poreacutem o equipamento eacute mais caro
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Transmissao sincrona
A transmissatildeo SIacuteNCRONA eacute caracterizada pela possibilidade de transmitir um bloco inteiro
com a diccedilatildeo de controles apenas no comeccedilo e fim do bloco Por exemplo os caracteres de controle
do protocolo BSC (STX ndash ldquoStart of TeXtrdquo ETX ndash ldquoEnd of TeXtrdquo) O bloco teraacute aproximadamente a
seguinte configuraccedilatildeo
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Transmissatildeo AssiacutencronaTambeacutem chamada de transmissatildeo startstop
Um bit de partida (start) eacute transmitido no iniacutecio de cada grupo de bits
Um bit de parada (stop) eacute enviado no final de cada grupoCada grupo tipicamente consiste em um caractere
O dispositivo receptor recebe o sinal de partida e cria um mecanismo para aceitar o grupo
Usada para comunicaccedilotildees de baixa velocidade
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Transmissatildeo Assiacutencrona
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SERIAL ndash Transmissatildeo de um bit por vez na unidade de tempo Haacute necessidade de apenas 1 via
Transmissatildeo SerialTransmissatildeo Serial 1 Os bits do caracter satildeo
transmitidos um de cada vez2 Vantagem Baixo custo3 Desvantagem Necessidade de
saber qual bit eacute o primeiro do caracter para decodificar a informaccedilatildeo
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
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Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
PARALELA ndash envio simultacircneo de um conjunto de bits Haacute necessidade de tantas vias quantos forem os bits utilizados
11 Transmissatildeo ParalelaTransmissatildeo Paralela 1O sistema deve transmitir os bits do caracter de uma vez soacute2Ex 6 trajetoacuterias separadas para cada bit mais um bit de controle3Vantagem Terminal mais barato (natildeo tem necessidade de decidir quais os bits que aparecem primeiro em cada caracter)4Desvantagem Custo alto impossibilitando cobrir grandes distacircncias
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de DadosTransmissatildeo Serial AssiacutencronaTransmissatildeo Serial Assiacutencrona
A sincronizaccedilatildeo eacute conseguida por um elemento de start que precede cada caracter e um elemento stop no seu final
Vantagem Os caracteres podem ser transmitidos e regularmente espaccedilados no tempo
Desvantagem boa parte transmitida natildeo transporta informaccedilatildeo uacutetil
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Modos de comunicaccedilao Ha tres modos de comunicacao
Transmissatildeo Siacutemplex Semiduacuteplex Duplex Completo
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Transmissatildeo SiacutemplexA transmissatildeo siacutemplex envia dados em uma uacutenica direccedilatildeo
apenasExemplo transmissatildeo de televisatildeo
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Semiduacuteplex A transmissatildeo semiduacuteplex envia dados em ambas as direccedilotildees mas
somente em um sentido por vezExemplo o caixa eletrocircnico do banco envia dados sobre um
depoacutesito depois que os dados satildeo recebidos uma confirmaccedilatildeo eacute retornada Ex raacutedio poliacutecia
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
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Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
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Limitaccedilatildeo da largura de banda
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
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Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
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Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
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ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
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Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
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Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
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Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
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Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
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Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
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Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
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Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
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Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
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Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
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Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
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Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
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Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
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Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
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Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
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Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
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Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
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Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
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Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Transmissao de sinais
Comunicacao de Dados
tipos de sinal Ha varios tipos de sinal 1 Sinais Determiniacutesticos - Podem ser completamente caracterizados por uma
funccedilatildeo no tempo
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Tipos de sinal (cont)2 Sinais Aleatoacuterios - Natildeo podem ser completamente
caracterizados por uma funccedilatildeo no tempo e devem ser modelados no tempo e probabilisticamente
Exemplos - Ruiacutedo - Sinal de Informaccedilatildeo (Voz dados etc hellip)
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Tipos de sinal (cont)Sinal Contiacutenuo - Varia de forma suave com o tempo amplitude
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Tipos de sinal (cont)Sinal Discreto - Manteacutem um niacutevel constante durante um intervalo
determinado de tempo e depois varia para outro determinado de tempo e depois varia para outro niacutevel constante assim sucessivamente
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Tipos de sinal (cont)Sinal Amostrado -Sinal discreto obtido da amostragem de um sinal
contiacutenuo
Comunicacao de Dados
Tipos de sinal (cont)Sinais PerioacutedicosPossuem um padratildeo repetitivo com o tempo
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Tipos de sinal (cont)Sinais Aperioacutedicos Natildeo possuem um padratildeo repetitivo
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal- Os sinais satildeo geralmente constituiacutedos por muitas componentes
de frequumlecircncia
- As componentes satildeo formas de onda senoidais
Atraveacutes da anaacutelise de Fourier podemos determinar a contribuiccedilatildeo de cada componente frequumlecircncia do sinal
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Um sinal perioacutedico tem uma representaccedilatildeo no domiacutenio da frequecircncia que eacute um conjunto de ldquoriscasrdquo
Um sinal natildeo perioacutedico tem uma representaccedilatildeo ldquocontiacutenuardquo no domiacutenio da frequecircncia
1 Representaccedilatildeo de um sinais no tempo e na frequecircncia
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Comprimento de onda - λ Distacircncia correspondente a um ciclo de
um sinal que se propaga num meio Sendo T o periacuteodo f a frequecircncia e v a
velocidade de propagaccedilatildeo
Velocidade de propagaccedilatildeo da luz no espaccedilo livre c = 3 10 8 ms-1
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont)Atrasos de propagaccedilatildeo tiacutepicos ( )
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont) Sinal nas Frequecircncias Sinal perioacutedico 1048774 expansiacutevel em Seacuterie de
Fourier ndash Frequecircncia fundamental + harmoacutenicos
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Comunicacao de Dados
Amostragem
Tira-se amostras do sinal espaccediladas de um intervalo de tempo fixo o periacuteodo de amostragem representado por Ta
O periacuteodo de amostragem depende da frequecircncia de amostragem (fa) [em Inglecircs fs]Nuacutemero de amostras por segundoEx fa=1000 Hz daacute T=1fa=11000=1 ms
O nuacutemero total de pontos de um sinal digital depende da sua duraccedilatildeo e da frequecircncia de amostragem5 segundos amostrados a 10 000 Hz datildeo 50 000 amostras
Comunicacao de Dados
AmostragemOutra forma de enunciar o teorema de
NyquistO receptor pode reconstruir um sinal em que a maacutexima
frequecircncia eacute f desde que o sinal tenha sido amostrado um ritmo igual ou superior a 2f
Exemplo um sinal de voz que estaacute limitado a 4 KHz soacute necessita de ser amostrado 8000 vezess
(ie Periacuteodo de amostragem eacute 18000 s = 125 micro segs)
Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
000
195
740
908
816
602
280
014
-06
252
646
808
652
Periacuteodo de amostragem
Comunicacao de Dados
QuantizaccedilatildeoOs valores contiacutenuos da amplitude tambeacutem tecircm de ser
convertidos em valores trataacuteveis pelo computadorOs computadores guardam os nuacutemeros usando 0s e 1s
os chamados bits3 bits daacute para representar 8 nuacutemeros diferentes
000 001 010 011 100 101 110 111Este processo designa-se por quantizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Quantos Hz Quantos bits Para sinal de voz Para muacutesica (CD)
Quais os valores utilizados pelos leitores de CD E pelos DATs
Para sinal medindo a abertura e fecho das cordas vocais Para sinal gravado via telefone
Comunicacao de Dados
Representaccedilatildeo de sinais digitaisDepois da amostragem e quantizaccedilatildeo ficamos com uma lista de
nuacutemeros que facilmente se podem tratar em programas como o SFS e o MatlabAs sinusoacuteides que temos vindo a ver satildeo de facto listas d
nuacutemeros como a seguinte
0 00251 00502 00753 01004 01253 01502 01750 01997 02243
Comunicacao de Dados
Convertendo Digital Analoacutegico
A onda portadora pode ser alteradaAmplitude (altura) da onda e faseFrequumlecircncia (nuacutemero de vezes em que uma onda se
repete durante um ciclo) da ondaA conversatildeo de sinais digitais em analoacutegicos denomina-se
modulaccedilatildeoA conversatildeo de sinais analoacutegicos em digitais denomina-se
demodulaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Conversatildeo DA e vice-versa
Modem -Abreviaccedilatildeo de moduladordemodulador
Converte sinal digital em analoacutegico e vice-versa
Comunicacao de Dados
Conversatildeo DAReconstruccedilatildeo com impulsos quadrados ndash ldquohold
Comunicacao de Dados
Formas de Transmissatildeo
Transmissatildeo DigitalTransmissatildeo Analoacutegica
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo DigitalEnvia dados como pulsos distintos ou ligado (on) ou
desligado (off)Similar agrave maneira pela qual os dados viajam atraveacutes do
computadorUso de compressatildeo de coacutedigos de detecccedilatildeocorreccedilatildeo de erros
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Analoacutegica
Sinal eleacutetrico contiacutenuo na forma de uma ondaDenomina-se onda portadora
Jaacute existem muitas miacutedias de comunicaccedilatildeo para transmissatildeo analoacutegica (voz)Linhas telefocircnicas satildeo as mais comuns
O sinal digital do computador deve ser convertido para a forma analoacutegica para ser transmitido por meio de linhas analoacutegicas
Comunicacao de Dados
Modos de TransmissaoTransmissao simcronaTransmissao Assincrona
Comunicacao de Dados
Transmissao sincrona
Estabale-se um canal entre emissor e receptorOrdem garantidaGrandes blocos de caracteres satildeo transmitidosOs clocks internos dos dispositivos satildeo sincronizadosBits de verificaccedilatildeo de erros conferem se todos os
caracteres foram recebidosMuito mais raacutepida poreacutem o equipamento eacute mais caro
Comunicacao de Dados
Transmissao sincrona
A transmissatildeo SIacuteNCRONA eacute caracterizada pela possibilidade de transmitir um bloco inteiro
com a diccedilatildeo de controles apenas no comeccedilo e fim do bloco Por exemplo os caracteres de controle
do protocolo BSC (STX ndash ldquoStart of TeXtrdquo ETX ndash ldquoEnd of TeXtrdquo) O bloco teraacute aproximadamente a
seguinte configuraccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo AssiacutencronaTambeacutem chamada de transmissatildeo startstop
Um bit de partida (start) eacute transmitido no iniacutecio de cada grupo de bits
Um bit de parada (stop) eacute enviado no final de cada grupoCada grupo tipicamente consiste em um caractere
O dispositivo receptor recebe o sinal de partida e cria um mecanismo para aceitar o grupo
Usada para comunicaccedilotildees de baixa velocidade
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Assiacutencrona
Comunicacao de Dados
SERIAL ndash Transmissatildeo de um bit por vez na unidade de tempo Haacute necessidade de apenas 1 via
Transmissatildeo SerialTransmissatildeo Serial 1 Os bits do caracter satildeo
transmitidos um de cada vez2 Vantagem Baixo custo3 Desvantagem Necessidade de
saber qual bit eacute o primeiro do caracter para decodificar a informaccedilatildeo
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
PARALELA ndash envio simultacircneo de um conjunto de bits Haacute necessidade de tantas vias quantos forem os bits utilizados
11 Transmissatildeo ParalelaTransmissatildeo Paralela 1O sistema deve transmitir os bits do caracter de uma vez soacute2Ex 6 trajetoacuterias separadas para cada bit mais um bit de controle3Vantagem Terminal mais barato (natildeo tem necessidade de decidir quais os bits que aparecem primeiro em cada caracter)4Desvantagem Custo alto impossibilitando cobrir grandes distacircncias
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de DadosTransmissatildeo Serial AssiacutencronaTransmissatildeo Serial Assiacutencrona
A sincronizaccedilatildeo eacute conseguida por um elemento de start que precede cada caracter e um elemento stop no seu final
Vantagem Os caracteres podem ser transmitidos e regularmente espaccedilados no tempo
Desvantagem boa parte transmitida natildeo transporta informaccedilatildeo uacutetil
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao Ha tres modos de comunicacao
Transmissatildeo Siacutemplex Semiduacuteplex Duplex Completo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo SiacutemplexA transmissatildeo siacutemplex envia dados em uma uacutenica direccedilatildeo
apenasExemplo transmissatildeo de televisatildeo
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Semiduacuteplex A transmissatildeo semiduacuteplex envia dados em ambas as direccedilotildees mas
somente em um sentido por vezExemplo o caixa eletrocircnico do banco envia dados sobre um
depoacutesito depois que os dados satildeo recebidos uma confirmaccedilatildeo eacute retornada Ex raacutedio poliacutecia
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
Comunicacao de Dados
Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
Comunicacao de Dados
Limitaccedilatildeo da largura de banda
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
Comunicacao de Dados
Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
Comunicacao de Dados
Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
Comunicacao de Dados
Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
Comunicacao de Dados
Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
Comunicacao de Dados
Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
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Comunicacao de Dados
Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
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Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
tipos de sinal Ha varios tipos de sinal 1 Sinais Determiniacutesticos - Podem ser completamente caracterizados por uma
funccedilatildeo no tempo
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Tipos de sinal (cont)2 Sinais Aleatoacuterios - Natildeo podem ser completamente
caracterizados por uma funccedilatildeo no tempo e devem ser modelados no tempo e probabilisticamente
Exemplos - Ruiacutedo - Sinal de Informaccedilatildeo (Voz dados etc hellip)
Comunicacao de Dados
Tipos de sinal (cont)Sinal Contiacutenuo - Varia de forma suave com o tempo amplitude
Comunicacao de Dados
Tipos de sinal (cont)Sinal Discreto - Manteacutem um niacutevel constante durante um intervalo
determinado de tempo e depois varia para outro determinado de tempo e depois varia para outro niacutevel constante assim sucessivamente
Comunicacao de Dados
Tipos de sinal (cont)Sinal Amostrado -Sinal discreto obtido da amostragem de um sinal
contiacutenuo
Comunicacao de Dados
Tipos de sinal (cont)Sinais PerioacutedicosPossuem um padratildeo repetitivo com o tempo
Comunicacao de Dados
Tipos de sinal (cont)Sinais Aperioacutedicos Natildeo possuem um padratildeo repetitivo
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal- Os sinais satildeo geralmente constituiacutedos por muitas componentes
de frequumlecircncia
- As componentes satildeo formas de onda senoidais
Atraveacutes da anaacutelise de Fourier podemos determinar a contribuiccedilatildeo de cada componente frequumlecircncia do sinal
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Um sinal perioacutedico tem uma representaccedilatildeo no domiacutenio da frequecircncia que eacute um conjunto de ldquoriscasrdquo
Um sinal natildeo perioacutedico tem uma representaccedilatildeo ldquocontiacutenuardquo no domiacutenio da frequecircncia
1 Representaccedilatildeo de um sinais no tempo e na frequecircncia
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Comprimento de onda - λ Distacircncia correspondente a um ciclo de
um sinal que se propaga num meio Sendo T o periacuteodo f a frequecircncia e v a
velocidade de propagaccedilatildeo
Velocidade de propagaccedilatildeo da luz no espaccedilo livre c = 3 10 8 ms-1
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont)Atrasos de propagaccedilatildeo tiacutepicos ( )
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont) Sinal nas Frequecircncias Sinal perioacutedico 1048774 expansiacutevel em Seacuterie de
Fourier ndash Frequecircncia fundamental + harmoacutenicos
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Comunicacao de Dados
Amostragem
Tira-se amostras do sinal espaccediladas de um intervalo de tempo fixo o periacuteodo de amostragem representado por Ta
O periacuteodo de amostragem depende da frequecircncia de amostragem (fa) [em Inglecircs fs]Nuacutemero de amostras por segundoEx fa=1000 Hz daacute T=1fa=11000=1 ms
O nuacutemero total de pontos de um sinal digital depende da sua duraccedilatildeo e da frequecircncia de amostragem5 segundos amostrados a 10 000 Hz datildeo 50 000 amostras
Comunicacao de Dados
AmostragemOutra forma de enunciar o teorema de
NyquistO receptor pode reconstruir um sinal em que a maacutexima
frequecircncia eacute f desde que o sinal tenha sido amostrado um ritmo igual ou superior a 2f
Exemplo um sinal de voz que estaacute limitado a 4 KHz soacute necessita de ser amostrado 8000 vezess
(ie Periacuteodo de amostragem eacute 18000 s = 125 micro segs)
Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
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10
Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
000
195
740
908
816
602
280
014
-06
252
646
808
652
Periacuteodo de amostragem
Comunicacao de Dados
QuantizaccedilatildeoOs valores contiacutenuos da amplitude tambeacutem tecircm de ser
convertidos em valores trataacuteveis pelo computadorOs computadores guardam os nuacutemeros usando 0s e 1s
os chamados bits3 bits daacute para representar 8 nuacutemeros diferentes
000 001 010 011 100 101 110 111Este processo designa-se por quantizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Quantos Hz Quantos bits Para sinal de voz Para muacutesica (CD)
Quais os valores utilizados pelos leitores de CD E pelos DATs
Para sinal medindo a abertura e fecho das cordas vocais Para sinal gravado via telefone
Comunicacao de Dados
Representaccedilatildeo de sinais digitaisDepois da amostragem e quantizaccedilatildeo ficamos com uma lista de
nuacutemeros que facilmente se podem tratar em programas como o SFS e o MatlabAs sinusoacuteides que temos vindo a ver satildeo de facto listas d
nuacutemeros como a seguinte
0 00251 00502 00753 01004 01253 01502 01750 01997 02243
Comunicacao de Dados
Convertendo Digital Analoacutegico
A onda portadora pode ser alteradaAmplitude (altura) da onda e faseFrequumlecircncia (nuacutemero de vezes em que uma onda se
repete durante um ciclo) da ondaA conversatildeo de sinais digitais em analoacutegicos denomina-se
modulaccedilatildeoA conversatildeo de sinais analoacutegicos em digitais denomina-se
demodulaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Conversatildeo DA e vice-versa
Modem -Abreviaccedilatildeo de moduladordemodulador
Converte sinal digital em analoacutegico e vice-versa
Comunicacao de Dados
Conversatildeo DAReconstruccedilatildeo com impulsos quadrados ndash ldquohold
Comunicacao de Dados
Formas de Transmissatildeo
Transmissatildeo DigitalTransmissatildeo Analoacutegica
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo DigitalEnvia dados como pulsos distintos ou ligado (on) ou
desligado (off)Similar agrave maneira pela qual os dados viajam atraveacutes do
computadorUso de compressatildeo de coacutedigos de detecccedilatildeocorreccedilatildeo de erros
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Analoacutegica
Sinal eleacutetrico contiacutenuo na forma de uma ondaDenomina-se onda portadora
Jaacute existem muitas miacutedias de comunicaccedilatildeo para transmissatildeo analoacutegica (voz)Linhas telefocircnicas satildeo as mais comuns
O sinal digital do computador deve ser convertido para a forma analoacutegica para ser transmitido por meio de linhas analoacutegicas
Comunicacao de Dados
Modos de TransmissaoTransmissao simcronaTransmissao Assincrona
Comunicacao de Dados
Transmissao sincrona
Estabale-se um canal entre emissor e receptorOrdem garantidaGrandes blocos de caracteres satildeo transmitidosOs clocks internos dos dispositivos satildeo sincronizadosBits de verificaccedilatildeo de erros conferem se todos os
caracteres foram recebidosMuito mais raacutepida poreacutem o equipamento eacute mais caro
Comunicacao de Dados
Transmissao sincrona
A transmissatildeo SIacuteNCRONA eacute caracterizada pela possibilidade de transmitir um bloco inteiro
com a diccedilatildeo de controles apenas no comeccedilo e fim do bloco Por exemplo os caracteres de controle
do protocolo BSC (STX ndash ldquoStart of TeXtrdquo ETX ndash ldquoEnd of TeXtrdquo) O bloco teraacute aproximadamente a
seguinte configuraccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo AssiacutencronaTambeacutem chamada de transmissatildeo startstop
Um bit de partida (start) eacute transmitido no iniacutecio de cada grupo de bits
Um bit de parada (stop) eacute enviado no final de cada grupoCada grupo tipicamente consiste em um caractere
O dispositivo receptor recebe o sinal de partida e cria um mecanismo para aceitar o grupo
Usada para comunicaccedilotildees de baixa velocidade
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Assiacutencrona
Comunicacao de Dados
SERIAL ndash Transmissatildeo de um bit por vez na unidade de tempo Haacute necessidade de apenas 1 via
Transmissatildeo SerialTransmissatildeo Serial 1 Os bits do caracter satildeo
transmitidos um de cada vez2 Vantagem Baixo custo3 Desvantagem Necessidade de
saber qual bit eacute o primeiro do caracter para decodificar a informaccedilatildeo
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
PARALELA ndash envio simultacircneo de um conjunto de bits Haacute necessidade de tantas vias quantos forem os bits utilizados
11 Transmissatildeo ParalelaTransmissatildeo Paralela 1O sistema deve transmitir os bits do caracter de uma vez soacute2Ex 6 trajetoacuterias separadas para cada bit mais um bit de controle3Vantagem Terminal mais barato (natildeo tem necessidade de decidir quais os bits que aparecem primeiro em cada caracter)4Desvantagem Custo alto impossibilitando cobrir grandes distacircncias
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de DadosTransmissatildeo Serial AssiacutencronaTransmissatildeo Serial Assiacutencrona
A sincronizaccedilatildeo eacute conseguida por um elemento de start que precede cada caracter e um elemento stop no seu final
Vantagem Os caracteres podem ser transmitidos e regularmente espaccedilados no tempo
Desvantagem boa parte transmitida natildeo transporta informaccedilatildeo uacutetil
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao Ha tres modos de comunicacao
Transmissatildeo Siacutemplex Semiduacuteplex Duplex Completo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo SiacutemplexA transmissatildeo siacutemplex envia dados em uma uacutenica direccedilatildeo
apenasExemplo transmissatildeo de televisatildeo
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Semiduacuteplex A transmissatildeo semiduacuteplex envia dados em ambas as direccedilotildees mas
somente em um sentido por vezExemplo o caixa eletrocircnico do banco envia dados sobre um
depoacutesito depois que os dados satildeo recebidos uma confirmaccedilatildeo eacute retornada Ex raacutedio poliacutecia
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
Comunicacao de Dados
Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
Comunicacao de Dados
Limitaccedilatildeo da largura de banda
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
Comunicacao de Dados
Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
Comunicacao de Dados
Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
Comunicacao de Dados
Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
Comunicacao de Dados
Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
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Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
Comunicacao de Dados
Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
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Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
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Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
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Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
Comunicacao de Dados
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Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
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Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
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Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
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Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Tipos de sinal (cont)2 Sinais Aleatoacuterios - Natildeo podem ser completamente
caracterizados por uma funccedilatildeo no tempo e devem ser modelados no tempo e probabilisticamente
Exemplos - Ruiacutedo - Sinal de Informaccedilatildeo (Voz dados etc hellip)
Comunicacao de Dados
Tipos de sinal (cont)Sinal Contiacutenuo - Varia de forma suave com o tempo amplitude
Comunicacao de Dados
Tipos de sinal (cont)Sinal Discreto - Manteacutem um niacutevel constante durante um intervalo
determinado de tempo e depois varia para outro determinado de tempo e depois varia para outro niacutevel constante assim sucessivamente
Comunicacao de Dados
Tipos de sinal (cont)Sinal Amostrado -Sinal discreto obtido da amostragem de um sinal
contiacutenuo
Comunicacao de Dados
Tipos de sinal (cont)Sinais PerioacutedicosPossuem um padratildeo repetitivo com o tempo
Comunicacao de Dados
Tipos de sinal (cont)Sinais Aperioacutedicos Natildeo possuem um padratildeo repetitivo
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal- Os sinais satildeo geralmente constituiacutedos por muitas componentes
de frequumlecircncia
- As componentes satildeo formas de onda senoidais
Atraveacutes da anaacutelise de Fourier podemos determinar a contribuiccedilatildeo de cada componente frequumlecircncia do sinal
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Um sinal perioacutedico tem uma representaccedilatildeo no domiacutenio da frequecircncia que eacute um conjunto de ldquoriscasrdquo
Um sinal natildeo perioacutedico tem uma representaccedilatildeo ldquocontiacutenuardquo no domiacutenio da frequecircncia
1 Representaccedilatildeo de um sinais no tempo e na frequecircncia
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Comprimento de onda - λ Distacircncia correspondente a um ciclo de
um sinal que se propaga num meio Sendo T o periacuteodo f a frequecircncia e v a
velocidade de propagaccedilatildeo
Velocidade de propagaccedilatildeo da luz no espaccedilo livre c = 3 10 8 ms-1
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont)Atrasos de propagaccedilatildeo tiacutepicos ( )
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont) Sinal nas Frequecircncias Sinal perioacutedico 1048774 expansiacutevel em Seacuterie de
Fourier ndash Frequecircncia fundamental + harmoacutenicos
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Comunicacao de Dados
Amostragem
Tira-se amostras do sinal espaccediladas de um intervalo de tempo fixo o periacuteodo de amostragem representado por Ta
O periacuteodo de amostragem depende da frequecircncia de amostragem (fa) [em Inglecircs fs]Nuacutemero de amostras por segundoEx fa=1000 Hz daacute T=1fa=11000=1 ms
O nuacutemero total de pontos de um sinal digital depende da sua duraccedilatildeo e da frequecircncia de amostragem5 segundos amostrados a 10 000 Hz datildeo 50 000 amostras
Comunicacao de Dados
AmostragemOutra forma de enunciar o teorema de
NyquistO receptor pode reconstruir um sinal em que a maacutexima
frequecircncia eacute f desde que o sinal tenha sido amostrado um ritmo igual ou superior a 2f
Exemplo um sinal de voz que estaacute limitado a 4 KHz soacute necessita de ser amostrado 8000 vezess
(ie Periacuteodo de amostragem eacute 18000 s = 125 micro segs)
Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
000
195
740
908
816
602
280
014
-06
252
646
808
652
Periacuteodo de amostragem
Comunicacao de Dados
QuantizaccedilatildeoOs valores contiacutenuos da amplitude tambeacutem tecircm de ser
convertidos em valores trataacuteveis pelo computadorOs computadores guardam os nuacutemeros usando 0s e 1s
os chamados bits3 bits daacute para representar 8 nuacutemeros diferentes
000 001 010 011 100 101 110 111Este processo designa-se por quantizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Quantos Hz Quantos bits Para sinal de voz Para muacutesica (CD)
Quais os valores utilizados pelos leitores de CD E pelos DATs
Para sinal medindo a abertura e fecho das cordas vocais Para sinal gravado via telefone
Comunicacao de Dados
Representaccedilatildeo de sinais digitaisDepois da amostragem e quantizaccedilatildeo ficamos com uma lista de
nuacutemeros que facilmente se podem tratar em programas como o SFS e o MatlabAs sinusoacuteides que temos vindo a ver satildeo de facto listas d
nuacutemeros como a seguinte
0 00251 00502 00753 01004 01253 01502 01750 01997 02243
Comunicacao de Dados
Convertendo Digital Analoacutegico
A onda portadora pode ser alteradaAmplitude (altura) da onda e faseFrequumlecircncia (nuacutemero de vezes em que uma onda se
repete durante um ciclo) da ondaA conversatildeo de sinais digitais em analoacutegicos denomina-se
modulaccedilatildeoA conversatildeo de sinais analoacutegicos em digitais denomina-se
demodulaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Conversatildeo DA e vice-versa
Modem -Abreviaccedilatildeo de moduladordemodulador
Converte sinal digital em analoacutegico e vice-versa
Comunicacao de Dados
Conversatildeo DAReconstruccedilatildeo com impulsos quadrados ndash ldquohold
Comunicacao de Dados
Formas de Transmissatildeo
Transmissatildeo DigitalTransmissatildeo Analoacutegica
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo DigitalEnvia dados como pulsos distintos ou ligado (on) ou
desligado (off)Similar agrave maneira pela qual os dados viajam atraveacutes do
computadorUso de compressatildeo de coacutedigos de detecccedilatildeocorreccedilatildeo de erros
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Analoacutegica
Sinal eleacutetrico contiacutenuo na forma de uma ondaDenomina-se onda portadora
Jaacute existem muitas miacutedias de comunicaccedilatildeo para transmissatildeo analoacutegica (voz)Linhas telefocircnicas satildeo as mais comuns
O sinal digital do computador deve ser convertido para a forma analoacutegica para ser transmitido por meio de linhas analoacutegicas
Comunicacao de Dados
Modos de TransmissaoTransmissao simcronaTransmissao Assincrona
Comunicacao de Dados
Transmissao sincrona
Estabale-se um canal entre emissor e receptorOrdem garantidaGrandes blocos de caracteres satildeo transmitidosOs clocks internos dos dispositivos satildeo sincronizadosBits de verificaccedilatildeo de erros conferem se todos os
caracteres foram recebidosMuito mais raacutepida poreacutem o equipamento eacute mais caro
Comunicacao de Dados
Transmissao sincrona
A transmissatildeo SIacuteNCRONA eacute caracterizada pela possibilidade de transmitir um bloco inteiro
com a diccedilatildeo de controles apenas no comeccedilo e fim do bloco Por exemplo os caracteres de controle
do protocolo BSC (STX ndash ldquoStart of TeXtrdquo ETX ndash ldquoEnd of TeXtrdquo) O bloco teraacute aproximadamente a
seguinte configuraccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo AssiacutencronaTambeacutem chamada de transmissatildeo startstop
Um bit de partida (start) eacute transmitido no iniacutecio de cada grupo de bits
Um bit de parada (stop) eacute enviado no final de cada grupoCada grupo tipicamente consiste em um caractere
O dispositivo receptor recebe o sinal de partida e cria um mecanismo para aceitar o grupo
Usada para comunicaccedilotildees de baixa velocidade
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Assiacutencrona
Comunicacao de Dados
SERIAL ndash Transmissatildeo de um bit por vez na unidade de tempo Haacute necessidade de apenas 1 via
Transmissatildeo SerialTransmissatildeo Serial 1 Os bits do caracter satildeo
transmitidos um de cada vez2 Vantagem Baixo custo3 Desvantagem Necessidade de
saber qual bit eacute o primeiro do caracter para decodificar a informaccedilatildeo
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
PARALELA ndash envio simultacircneo de um conjunto de bits Haacute necessidade de tantas vias quantos forem os bits utilizados
11 Transmissatildeo ParalelaTransmissatildeo Paralela 1O sistema deve transmitir os bits do caracter de uma vez soacute2Ex 6 trajetoacuterias separadas para cada bit mais um bit de controle3Vantagem Terminal mais barato (natildeo tem necessidade de decidir quais os bits que aparecem primeiro em cada caracter)4Desvantagem Custo alto impossibilitando cobrir grandes distacircncias
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de DadosTransmissatildeo Serial AssiacutencronaTransmissatildeo Serial Assiacutencrona
A sincronizaccedilatildeo eacute conseguida por um elemento de start que precede cada caracter e um elemento stop no seu final
Vantagem Os caracteres podem ser transmitidos e regularmente espaccedilados no tempo
Desvantagem boa parte transmitida natildeo transporta informaccedilatildeo uacutetil
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao Ha tres modos de comunicacao
Transmissatildeo Siacutemplex Semiduacuteplex Duplex Completo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo SiacutemplexA transmissatildeo siacutemplex envia dados em uma uacutenica direccedilatildeo
apenasExemplo transmissatildeo de televisatildeo
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Semiduacuteplex A transmissatildeo semiduacuteplex envia dados em ambas as direccedilotildees mas
somente em um sentido por vezExemplo o caixa eletrocircnico do banco envia dados sobre um
depoacutesito depois que os dados satildeo recebidos uma confirmaccedilatildeo eacute retornada Ex raacutedio poliacutecia
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
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Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
Comunicacao de Dados
Limitaccedilatildeo da largura de banda
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
Comunicacao de Dados
Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
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Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
Comunicacao de Dados
Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
Comunicacao de Dados
Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
Comunicacao de Dados
Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
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Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
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Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
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Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
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Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
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Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
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Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
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Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
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Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
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Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
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Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Tipos de sinal (cont)Sinal Contiacutenuo - Varia de forma suave com o tempo amplitude
Comunicacao de Dados
Tipos de sinal (cont)Sinal Discreto - Manteacutem um niacutevel constante durante um intervalo
determinado de tempo e depois varia para outro determinado de tempo e depois varia para outro niacutevel constante assim sucessivamente
Comunicacao de Dados
Tipos de sinal (cont)Sinal Amostrado -Sinal discreto obtido da amostragem de um sinal
contiacutenuo
Comunicacao de Dados
Tipos de sinal (cont)Sinais PerioacutedicosPossuem um padratildeo repetitivo com o tempo
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Tipos de sinal (cont)Sinais Aperioacutedicos Natildeo possuem um padratildeo repetitivo
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Caracteriacutesticas do Sinal- Os sinais satildeo geralmente constituiacutedos por muitas componentes
de frequumlecircncia
- As componentes satildeo formas de onda senoidais
Atraveacutes da anaacutelise de Fourier podemos determinar a contribuiccedilatildeo de cada componente frequumlecircncia do sinal
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Um sinal perioacutedico tem uma representaccedilatildeo no domiacutenio da frequecircncia que eacute um conjunto de ldquoriscasrdquo
Um sinal natildeo perioacutedico tem uma representaccedilatildeo ldquocontiacutenuardquo no domiacutenio da frequecircncia
1 Representaccedilatildeo de um sinais no tempo e na frequecircncia
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Comprimento de onda - λ Distacircncia correspondente a um ciclo de
um sinal que se propaga num meio Sendo T o periacuteodo f a frequecircncia e v a
velocidade de propagaccedilatildeo
Velocidade de propagaccedilatildeo da luz no espaccedilo livre c = 3 10 8 ms-1
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont)Atrasos de propagaccedilatildeo tiacutepicos ( )
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont) Sinal nas Frequecircncias Sinal perioacutedico 1048774 expansiacutevel em Seacuterie de
Fourier ndash Frequecircncia fundamental + harmoacutenicos
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
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Amostragem
Tira-se amostras do sinal espaccediladas de um intervalo de tempo fixo o periacuteodo de amostragem representado por Ta
O periacuteodo de amostragem depende da frequecircncia de amostragem (fa) [em Inglecircs fs]Nuacutemero de amostras por segundoEx fa=1000 Hz daacute T=1fa=11000=1 ms
O nuacutemero total de pontos de um sinal digital depende da sua duraccedilatildeo e da frequecircncia de amostragem5 segundos amostrados a 10 000 Hz datildeo 50 000 amostras
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AmostragemOutra forma de enunciar o teorema de
NyquistO receptor pode reconstruir um sinal em que a maacutexima
frequecircncia eacute f desde que o sinal tenha sido amostrado um ritmo igual ou superior a 2f
Exemplo um sinal de voz que estaacute limitado a 4 KHz soacute necessita de ser amostrado 8000 vezess
(ie Periacuteodo de amostragem eacute 18000 s = 125 micro segs)
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Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
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Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
000
195
740
908
816
602
280
014
-06
252
646
808
652
Periacuteodo de amostragem
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QuantizaccedilatildeoOs valores contiacutenuos da amplitude tambeacutem tecircm de ser
convertidos em valores trataacuteveis pelo computadorOs computadores guardam os nuacutemeros usando 0s e 1s
os chamados bits3 bits daacute para representar 8 nuacutemeros diferentes
000 001 010 011 100 101 110 111Este processo designa-se por quantizaccedilatildeo
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Quantos Hz Quantos bits Para sinal de voz Para muacutesica (CD)
Quais os valores utilizados pelos leitores de CD E pelos DATs
Para sinal medindo a abertura e fecho das cordas vocais Para sinal gravado via telefone
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Representaccedilatildeo de sinais digitaisDepois da amostragem e quantizaccedilatildeo ficamos com uma lista de
nuacutemeros que facilmente se podem tratar em programas como o SFS e o MatlabAs sinusoacuteides que temos vindo a ver satildeo de facto listas d
nuacutemeros como a seguinte
0 00251 00502 00753 01004 01253 01502 01750 01997 02243
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Convertendo Digital Analoacutegico
A onda portadora pode ser alteradaAmplitude (altura) da onda e faseFrequumlecircncia (nuacutemero de vezes em que uma onda se
repete durante um ciclo) da ondaA conversatildeo de sinais digitais em analoacutegicos denomina-se
modulaccedilatildeoA conversatildeo de sinais analoacutegicos em digitais denomina-se
demodulaccedilatildeo
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Conversatildeo DA e vice-versa
Modem -Abreviaccedilatildeo de moduladordemodulador
Converte sinal digital em analoacutegico e vice-versa
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Conversatildeo DAReconstruccedilatildeo com impulsos quadrados ndash ldquohold
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Formas de Transmissatildeo
Transmissatildeo DigitalTransmissatildeo Analoacutegica
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Transmissatildeo DigitalEnvia dados como pulsos distintos ou ligado (on) ou
desligado (off)Similar agrave maneira pela qual os dados viajam atraveacutes do
computadorUso de compressatildeo de coacutedigos de detecccedilatildeocorreccedilatildeo de erros
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Transmissatildeo Analoacutegica
Sinal eleacutetrico contiacutenuo na forma de uma ondaDenomina-se onda portadora
Jaacute existem muitas miacutedias de comunicaccedilatildeo para transmissatildeo analoacutegica (voz)Linhas telefocircnicas satildeo as mais comuns
O sinal digital do computador deve ser convertido para a forma analoacutegica para ser transmitido por meio de linhas analoacutegicas
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Modos de TransmissaoTransmissao simcronaTransmissao Assincrona
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Transmissao sincrona
Estabale-se um canal entre emissor e receptorOrdem garantidaGrandes blocos de caracteres satildeo transmitidosOs clocks internos dos dispositivos satildeo sincronizadosBits de verificaccedilatildeo de erros conferem se todos os
caracteres foram recebidosMuito mais raacutepida poreacutem o equipamento eacute mais caro
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Transmissao sincrona
A transmissatildeo SIacuteNCRONA eacute caracterizada pela possibilidade de transmitir um bloco inteiro
com a diccedilatildeo de controles apenas no comeccedilo e fim do bloco Por exemplo os caracteres de controle
do protocolo BSC (STX ndash ldquoStart of TeXtrdquo ETX ndash ldquoEnd of TeXtrdquo) O bloco teraacute aproximadamente a
seguinte configuraccedilatildeo
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Transmissatildeo AssiacutencronaTambeacutem chamada de transmissatildeo startstop
Um bit de partida (start) eacute transmitido no iniacutecio de cada grupo de bits
Um bit de parada (stop) eacute enviado no final de cada grupoCada grupo tipicamente consiste em um caractere
O dispositivo receptor recebe o sinal de partida e cria um mecanismo para aceitar o grupo
Usada para comunicaccedilotildees de baixa velocidade
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Transmissatildeo Assiacutencrona
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SERIAL ndash Transmissatildeo de um bit por vez na unidade de tempo Haacute necessidade de apenas 1 via
Transmissatildeo SerialTransmissatildeo Serial 1 Os bits do caracter satildeo
transmitidos um de cada vez2 Vantagem Baixo custo3 Desvantagem Necessidade de
saber qual bit eacute o primeiro do caracter para decodificar a informaccedilatildeo
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
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Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
PARALELA ndash envio simultacircneo de um conjunto de bits Haacute necessidade de tantas vias quantos forem os bits utilizados
11 Transmissatildeo ParalelaTransmissatildeo Paralela 1O sistema deve transmitir os bits do caracter de uma vez soacute2Ex 6 trajetoacuterias separadas para cada bit mais um bit de controle3Vantagem Terminal mais barato (natildeo tem necessidade de decidir quais os bits que aparecem primeiro em cada caracter)4Desvantagem Custo alto impossibilitando cobrir grandes distacircncias
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Transmissatildeo de DadosTransmissatildeo Serial AssiacutencronaTransmissatildeo Serial Assiacutencrona
A sincronizaccedilatildeo eacute conseguida por um elemento de start que precede cada caracter e um elemento stop no seu final
Vantagem Os caracteres podem ser transmitidos e regularmente espaccedilados no tempo
Desvantagem boa parte transmitida natildeo transporta informaccedilatildeo uacutetil
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Modos de comunicaccedilao Ha tres modos de comunicacao
Transmissatildeo Siacutemplex Semiduacuteplex Duplex Completo
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Transmissatildeo SiacutemplexA transmissatildeo siacutemplex envia dados em uma uacutenica direccedilatildeo
apenasExemplo transmissatildeo de televisatildeo
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Semiduacuteplex A transmissatildeo semiduacuteplex envia dados em ambas as direccedilotildees mas
somente em um sentido por vezExemplo o caixa eletrocircnico do banco envia dados sobre um
depoacutesito depois que os dados satildeo recebidos uma confirmaccedilatildeo eacute retornada Ex raacutedio poliacutecia
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
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Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
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Limitaccedilatildeo da largura de banda
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
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Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
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Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
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ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
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Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
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Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
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Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
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Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
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Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
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Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
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Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
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Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
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Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
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Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
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Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
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Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
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Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
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Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
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Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
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Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
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Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
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Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
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Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
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Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
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Tipos de sinal (cont)Sinal Discreto - Manteacutem um niacutevel constante durante um intervalo
determinado de tempo e depois varia para outro determinado de tempo e depois varia para outro niacutevel constante assim sucessivamente
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Tipos de sinal (cont)Sinal Amostrado -Sinal discreto obtido da amostragem de um sinal
contiacutenuo
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Tipos de sinal (cont)Sinais PerioacutedicosPossuem um padratildeo repetitivo com o tempo
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Tipos de sinal (cont)Sinais Aperioacutedicos Natildeo possuem um padratildeo repetitivo
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Caracteriacutesticas do Sinal- Os sinais satildeo geralmente constituiacutedos por muitas componentes
de frequumlecircncia
- As componentes satildeo formas de onda senoidais
Atraveacutes da anaacutelise de Fourier podemos determinar a contribuiccedilatildeo de cada componente frequumlecircncia do sinal
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Um sinal perioacutedico tem uma representaccedilatildeo no domiacutenio da frequecircncia que eacute um conjunto de ldquoriscasrdquo
Um sinal natildeo perioacutedico tem uma representaccedilatildeo ldquocontiacutenuardquo no domiacutenio da frequecircncia
1 Representaccedilatildeo de um sinais no tempo e na frequecircncia
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Comprimento de onda - λ Distacircncia correspondente a um ciclo de
um sinal que se propaga num meio Sendo T o periacuteodo f a frequecircncia e v a
velocidade de propagaccedilatildeo
Velocidade de propagaccedilatildeo da luz no espaccedilo livre c = 3 10 8 ms-1
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont)Atrasos de propagaccedilatildeo tiacutepicos ( )
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont) Sinal nas Frequecircncias Sinal perioacutedico 1048774 expansiacutevel em Seacuterie de
Fourier ndash Frequecircncia fundamental + harmoacutenicos
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
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Amostragem
Tira-se amostras do sinal espaccediladas de um intervalo de tempo fixo o periacuteodo de amostragem representado por Ta
O periacuteodo de amostragem depende da frequecircncia de amostragem (fa) [em Inglecircs fs]Nuacutemero de amostras por segundoEx fa=1000 Hz daacute T=1fa=11000=1 ms
O nuacutemero total de pontos de um sinal digital depende da sua duraccedilatildeo e da frequecircncia de amostragem5 segundos amostrados a 10 000 Hz datildeo 50 000 amostras
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AmostragemOutra forma de enunciar o teorema de
NyquistO receptor pode reconstruir um sinal em que a maacutexima
frequecircncia eacute f desde que o sinal tenha sido amostrado um ritmo igual ou superior a 2f
Exemplo um sinal de voz que estaacute limitado a 4 KHz soacute necessita de ser amostrado 8000 vezess
(ie Periacuteodo de amostragem eacute 18000 s = 125 micro segs)
Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
000
195
740
908
816
602
280
014
-06
252
646
808
652
Periacuteodo de amostragem
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QuantizaccedilatildeoOs valores contiacutenuos da amplitude tambeacutem tecircm de ser
convertidos em valores trataacuteveis pelo computadorOs computadores guardam os nuacutemeros usando 0s e 1s
os chamados bits3 bits daacute para representar 8 nuacutemeros diferentes
000 001 010 011 100 101 110 111Este processo designa-se por quantizaccedilatildeo
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Quantos Hz Quantos bits Para sinal de voz Para muacutesica (CD)
Quais os valores utilizados pelos leitores de CD E pelos DATs
Para sinal medindo a abertura e fecho das cordas vocais Para sinal gravado via telefone
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Representaccedilatildeo de sinais digitaisDepois da amostragem e quantizaccedilatildeo ficamos com uma lista de
nuacutemeros que facilmente se podem tratar em programas como o SFS e o MatlabAs sinusoacuteides que temos vindo a ver satildeo de facto listas d
nuacutemeros como a seguinte
0 00251 00502 00753 01004 01253 01502 01750 01997 02243
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Convertendo Digital Analoacutegico
A onda portadora pode ser alteradaAmplitude (altura) da onda e faseFrequumlecircncia (nuacutemero de vezes em que uma onda se
repete durante um ciclo) da ondaA conversatildeo de sinais digitais em analoacutegicos denomina-se
modulaccedilatildeoA conversatildeo de sinais analoacutegicos em digitais denomina-se
demodulaccedilatildeo
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Conversatildeo DA e vice-versa
Modem -Abreviaccedilatildeo de moduladordemodulador
Converte sinal digital em analoacutegico e vice-versa
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Conversatildeo DAReconstruccedilatildeo com impulsos quadrados ndash ldquohold
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Formas de Transmissatildeo
Transmissatildeo DigitalTransmissatildeo Analoacutegica
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Transmissatildeo DigitalEnvia dados como pulsos distintos ou ligado (on) ou
desligado (off)Similar agrave maneira pela qual os dados viajam atraveacutes do
computadorUso de compressatildeo de coacutedigos de detecccedilatildeocorreccedilatildeo de erros
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Transmissatildeo Analoacutegica
Sinal eleacutetrico contiacutenuo na forma de uma ondaDenomina-se onda portadora
Jaacute existem muitas miacutedias de comunicaccedilatildeo para transmissatildeo analoacutegica (voz)Linhas telefocircnicas satildeo as mais comuns
O sinal digital do computador deve ser convertido para a forma analoacutegica para ser transmitido por meio de linhas analoacutegicas
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Modos de TransmissaoTransmissao simcronaTransmissao Assincrona
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Transmissao sincrona
Estabale-se um canal entre emissor e receptorOrdem garantidaGrandes blocos de caracteres satildeo transmitidosOs clocks internos dos dispositivos satildeo sincronizadosBits de verificaccedilatildeo de erros conferem se todos os
caracteres foram recebidosMuito mais raacutepida poreacutem o equipamento eacute mais caro
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Transmissao sincrona
A transmissatildeo SIacuteNCRONA eacute caracterizada pela possibilidade de transmitir um bloco inteiro
com a diccedilatildeo de controles apenas no comeccedilo e fim do bloco Por exemplo os caracteres de controle
do protocolo BSC (STX ndash ldquoStart of TeXtrdquo ETX ndash ldquoEnd of TeXtrdquo) O bloco teraacute aproximadamente a
seguinte configuraccedilatildeo
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Transmissatildeo AssiacutencronaTambeacutem chamada de transmissatildeo startstop
Um bit de partida (start) eacute transmitido no iniacutecio de cada grupo de bits
Um bit de parada (stop) eacute enviado no final de cada grupoCada grupo tipicamente consiste em um caractere
O dispositivo receptor recebe o sinal de partida e cria um mecanismo para aceitar o grupo
Usada para comunicaccedilotildees de baixa velocidade
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Transmissatildeo Assiacutencrona
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SERIAL ndash Transmissatildeo de um bit por vez na unidade de tempo Haacute necessidade de apenas 1 via
Transmissatildeo SerialTransmissatildeo Serial 1 Os bits do caracter satildeo
transmitidos um de cada vez2 Vantagem Baixo custo3 Desvantagem Necessidade de
saber qual bit eacute o primeiro do caracter para decodificar a informaccedilatildeo
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
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Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
PARALELA ndash envio simultacircneo de um conjunto de bits Haacute necessidade de tantas vias quantos forem os bits utilizados
11 Transmissatildeo ParalelaTransmissatildeo Paralela 1O sistema deve transmitir os bits do caracter de uma vez soacute2Ex 6 trajetoacuterias separadas para cada bit mais um bit de controle3Vantagem Terminal mais barato (natildeo tem necessidade de decidir quais os bits que aparecem primeiro em cada caracter)4Desvantagem Custo alto impossibilitando cobrir grandes distacircncias
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Transmissatildeo de DadosTransmissatildeo Serial AssiacutencronaTransmissatildeo Serial Assiacutencrona
A sincronizaccedilatildeo eacute conseguida por um elemento de start que precede cada caracter e um elemento stop no seu final
Vantagem Os caracteres podem ser transmitidos e regularmente espaccedilados no tempo
Desvantagem boa parte transmitida natildeo transporta informaccedilatildeo uacutetil
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Modos de comunicaccedilao Ha tres modos de comunicacao
Transmissatildeo Siacutemplex Semiduacuteplex Duplex Completo
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Transmissatildeo SiacutemplexA transmissatildeo siacutemplex envia dados em uma uacutenica direccedilatildeo
apenasExemplo transmissatildeo de televisatildeo
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Semiduacuteplex A transmissatildeo semiduacuteplex envia dados em ambas as direccedilotildees mas
somente em um sentido por vezExemplo o caixa eletrocircnico do banco envia dados sobre um
depoacutesito depois que os dados satildeo recebidos uma confirmaccedilatildeo eacute retornada Ex raacutedio poliacutecia
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
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Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
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Limitaccedilatildeo da largura de banda
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
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Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
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Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
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Comunicacao de Dados
ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
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Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
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Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
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Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
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Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
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Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
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Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
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Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
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Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
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Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
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Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
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Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
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Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
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Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
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Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
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Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
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Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
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Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
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Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
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Tipos de sinal (cont)Sinal Amostrado -Sinal discreto obtido da amostragem de um sinal
contiacutenuo
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Tipos de sinal (cont)Sinais PerioacutedicosPossuem um padratildeo repetitivo com o tempo
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Tipos de sinal (cont)Sinais Aperioacutedicos Natildeo possuem um padratildeo repetitivo
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Caracteriacutesticas do Sinal- Os sinais satildeo geralmente constituiacutedos por muitas componentes
de frequumlecircncia
- As componentes satildeo formas de onda senoidais
Atraveacutes da anaacutelise de Fourier podemos determinar a contribuiccedilatildeo de cada componente frequumlecircncia do sinal
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Um sinal perioacutedico tem uma representaccedilatildeo no domiacutenio da frequecircncia que eacute um conjunto de ldquoriscasrdquo
Um sinal natildeo perioacutedico tem uma representaccedilatildeo ldquocontiacutenuardquo no domiacutenio da frequecircncia
1 Representaccedilatildeo de um sinais no tempo e na frequecircncia
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Comprimento de onda - λ Distacircncia correspondente a um ciclo de
um sinal que se propaga num meio Sendo T o periacuteodo f a frequecircncia e v a
velocidade de propagaccedilatildeo
Velocidade de propagaccedilatildeo da luz no espaccedilo livre c = 3 10 8 ms-1
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont)Atrasos de propagaccedilatildeo tiacutepicos ( )
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont) Sinal nas Frequecircncias Sinal perioacutedico 1048774 expansiacutevel em Seacuterie de
Fourier ndash Frequecircncia fundamental + harmoacutenicos
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
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Amostragem
Tira-se amostras do sinal espaccediladas de um intervalo de tempo fixo o periacuteodo de amostragem representado por Ta
O periacuteodo de amostragem depende da frequecircncia de amostragem (fa) [em Inglecircs fs]Nuacutemero de amostras por segundoEx fa=1000 Hz daacute T=1fa=11000=1 ms
O nuacutemero total de pontos de um sinal digital depende da sua duraccedilatildeo e da frequecircncia de amostragem5 segundos amostrados a 10 000 Hz datildeo 50 000 amostras
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AmostragemOutra forma de enunciar o teorema de
NyquistO receptor pode reconstruir um sinal em que a maacutexima
frequecircncia eacute f desde que o sinal tenha sido amostrado um ritmo igual ou superior a 2f
Exemplo um sinal de voz que estaacute limitado a 4 KHz soacute necessita de ser amostrado 8000 vezess
(ie Periacuteodo de amostragem eacute 18000 s = 125 micro segs)
Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
000
195
740
908
816
602
280
014
-06
252
646
808
652
Periacuteodo de amostragem
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QuantizaccedilatildeoOs valores contiacutenuos da amplitude tambeacutem tecircm de ser
convertidos em valores trataacuteveis pelo computadorOs computadores guardam os nuacutemeros usando 0s e 1s
os chamados bits3 bits daacute para representar 8 nuacutemeros diferentes
000 001 010 011 100 101 110 111Este processo designa-se por quantizaccedilatildeo
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Quantos Hz Quantos bits Para sinal de voz Para muacutesica (CD)
Quais os valores utilizados pelos leitores de CD E pelos DATs
Para sinal medindo a abertura e fecho das cordas vocais Para sinal gravado via telefone
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Representaccedilatildeo de sinais digitaisDepois da amostragem e quantizaccedilatildeo ficamos com uma lista de
nuacutemeros que facilmente se podem tratar em programas como o SFS e o MatlabAs sinusoacuteides que temos vindo a ver satildeo de facto listas d
nuacutemeros como a seguinte
0 00251 00502 00753 01004 01253 01502 01750 01997 02243
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Convertendo Digital Analoacutegico
A onda portadora pode ser alteradaAmplitude (altura) da onda e faseFrequumlecircncia (nuacutemero de vezes em que uma onda se
repete durante um ciclo) da ondaA conversatildeo de sinais digitais em analoacutegicos denomina-se
modulaccedilatildeoA conversatildeo de sinais analoacutegicos em digitais denomina-se
demodulaccedilatildeo
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Conversatildeo DA e vice-versa
Modem -Abreviaccedilatildeo de moduladordemodulador
Converte sinal digital em analoacutegico e vice-versa
Comunicacao de Dados
Conversatildeo DAReconstruccedilatildeo com impulsos quadrados ndash ldquohold
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Formas de Transmissatildeo
Transmissatildeo DigitalTransmissatildeo Analoacutegica
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Transmissatildeo DigitalEnvia dados como pulsos distintos ou ligado (on) ou
desligado (off)Similar agrave maneira pela qual os dados viajam atraveacutes do
computadorUso de compressatildeo de coacutedigos de detecccedilatildeocorreccedilatildeo de erros
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Transmissatildeo Analoacutegica
Sinal eleacutetrico contiacutenuo na forma de uma ondaDenomina-se onda portadora
Jaacute existem muitas miacutedias de comunicaccedilatildeo para transmissatildeo analoacutegica (voz)Linhas telefocircnicas satildeo as mais comuns
O sinal digital do computador deve ser convertido para a forma analoacutegica para ser transmitido por meio de linhas analoacutegicas
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Modos de TransmissaoTransmissao simcronaTransmissao Assincrona
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Transmissao sincrona
Estabale-se um canal entre emissor e receptorOrdem garantidaGrandes blocos de caracteres satildeo transmitidosOs clocks internos dos dispositivos satildeo sincronizadosBits de verificaccedilatildeo de erros conferem se todos os
caracteres foram recebidosMuito mais raacutepida poreacutem o equipamento eacute mais caro
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Transmissao sincrona
A transmissatildeo SIacuteNCRONA eacute caracterizada pela possibilidade de transmitir um bloco inteiro
com a diccedilatildeo de controles apenas no comeccedilo e fim do bloco Por exemplo os caracteres de controle
do protocolo BSC (STX ndash ldquoStart of TeXtrdquo ETX ndash ldquoEnd of TeXtrdquo) O bloco teraacute aproximadamente a
seguinte configuraccedilatildeo
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Transmissatildeo AssiacutencronaTambeacutem chamada de transmissatildeo startstop
Um bit de partida (start) eacute transmitido no iniacutecio de cada grupo de bits
Um bit de parada (stop) eacute enviado no final de cada grupoCada grupo tipicamente consiste em um caractere
O dispositivo receptor recebe o sinal de partida e cria um mecanismo para aceitar o grupo
Usada para comunicaccedilotildees de baixa velocidade
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Transmissatildeo Assiacutencrona
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SERIAL ndash Transmissatildeo de um bit por vez na unidade de tempo Haacute necessidade de apenas 1 via
Transmissatildeo SerialTransmissatildeo Serial 1 Os bits do caracter satildeo
transmitidos um de cada vez2 Vantagem Baixo custo3 Desvantagem Necessidade de
saber qual bit eacute o primeiro do caracter para decodificar a informaccedilatildeo
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
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Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
PARALELA ndash envio simultacircneo de um conjunto de bits Haacute necessidade de tantas vias quantos forem os bits utilizados
11 Transmissatildeo ParalelaTransmissatildeo Paralela 1O sistema deve transmitir os bits do caracter de uma vez soacute2Ex 6 trajetoacuterias separadas para cada bit mais um bit de controle3Vantagem Terminal mais barato (natildeo tem necessidade de decidir quais os bits que aparecem primeiro em cada caracter)4Desvantagem Custo alto impossibilitando cobrir grandes distacircncias
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de DadosTransmissatildeo Serial AssiacutencronaTransmissatildeo Serial Assiacutencrona
A sincronizaccedilatildeo eacute conseguida por um elemento de start que precede cada caracter e um elemento stop no seu final
Vantagem Os caracteres podem ser transmitidos e regularmente espaccedilados no tempo
Desvantagem boa parte transmitida natildeo transporta informaccedilatildeo uacutetil
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Modos de comunicaccedilao Ha tres modos de comunicacao
Transmissatildeo Siacutemplex Semiduacuteplex Duplex Completo
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Transmissatildeo SiacutemplexA transmissatildeo siacutemplex envia dados em uma uacutenica direccedilatildeo
apenasExemplo transmissatildeo de televisatildeo
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Semiduacuteplex A transmissatildeo semiduacuteplex envia dados em ambas as direccedilotildees mas
somente em um sentido por vezExemplo o caixa eletrocircnico do banco envia dados sobre um
depoacutesito depois que os dados satildeo recebidos uma confirmaccedilatildeo eacute retornada Ex raacutedio poliacutecia
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
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Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
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Limitaccedilatildeo da largura de banda
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
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Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
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Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
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Comunicacao de Dados
ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
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Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
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Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
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Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
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Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
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Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
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Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
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Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
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Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
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Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
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Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
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Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
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Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Tipos de sinal (cont)Sinais PerioacutedicosPossuem um padratildeo repetitivo com o tempo
Comunicacao de Dados
Tipos de sinal (cont)Sinais Aperioacutedicos Natildeo possuem um padratildeo repetitivo
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal- Os sinais satildeo geralmente constituiacutedos por muitas componentes
de frequumlecircncia
- As componentes satildeo formas de onda senoidais
Atraveacutes da anaacutelise de Fourier podemos determinar a contribuiccedilatildeo de cada componente frequumlecircncia do sinal
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Um sinal perioacutedico tem uma representaccedilatildeo no domiacutenio da frequecircncia que eacute um conjunto de ldquoriscasrdquo
Um sinal natildeo perioacutedico tem uma representaccedilatildeo ldquocontiacutenuardquo no domiacutenio da frequecircncia
1 Representaccedilatildeo de um sinais no tempo e na frequecircncia
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Comprimento de onda - λ Distacircncia correspondente a um ciclo de
um sinal que se propaga num meio Sendo T o periacuteodo f a frequecircncia e v a
velocidade de propagaccedilatildeo
Velocidade de propagaccedilatildeo da luz no espaccedilo livre c = 3 10 8 ms-1
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont)Atrasos de propagaccedilatildeo tiacutepicos ( )
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont) Sinal nas Frequecircncias Sinal perioacutedico 1048774 expansiacutevel em Seacuterie de
Fourier ndash Frequecircncia fundamental + harmoacutenicos
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Comunicacao de Dados
Amostragem
Tira-se amostras do sinal espaccediladas de um intervalo de tempo fixo o periacuteodo de amostragem representado por Ta
O periacuteodo de amostragem depende da frequecircncia de amostragem (fa) [em Inglecircs fs]Nuacutemero de amostras por segundoEx fa=1000 Hz daacute T=1fa=11000=1 ms
O nuacutemero total de pontos de um sinal digital depende da sua duraccedilatildeo e da frequecircncia de amostragem5 segundos amostrados a 10 000 Hz datildeo 50 000 amostras
Comunicacao de Dados
AmostragemOutra forma de enunciar o teorema de
NyquistO receptor pode reconstruir um sinal em que a maacutexima
frequecircncia eacute f desde que o sinal tenha sido amostrado um ritmo igual ou superior a 2f
Exemplo um sinal de voz que estaacute limitado a 4 KHz soacute necessita de ser amostrado 8000 vezess
(ie Periacuteodo de amostragem eacute 18000 s = 125 micro segs)
Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
000
195
740
908
816
602
280
014
-06
252
646
808
652
Periacuteodo de amostragem
Comunicacao de Dados
QuantizaccedilatildeoOs valores contiacutenuos da amplitude tambeacutem tecircm de ser
convertidos em valores trataacuteveis pelo computadorOs computadores guardam os nuacutemeros usando 0s e 1s
os chamados bits3 bits daacute para representar 8 nuacutemeros diferentes
000 001 010 011 100 101 110 111Este processo designa-se por quantizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Quantos Hz Quantos bits Para sinal de voz Para muacutesica (CD)
Quais os valores utilizados pelos leitores de CD E pelos DATs
Para sinal medindo a abertura e fecho das cordas vocais Para sinal gravado via telefone
Comunicacao de Dados
Representaccedilatildeo de sinais digitaisDepois da amostragem e quantizaccedilatildeo ficamos com uma lista de
nuacutemeros que facilmente se podem tratar em programas como o SFS e o MatlabAs sinusoacuteides que temos vindo a ver satildeo de facto listas d
nuacutemeros como a seguinte
0 00251 00502 00753 01004 01253 01502 01750 01997 02243
Comunicacao de Dados
Convertendo Digital Analoacutegico
A onda portadora pode ser alteradaAmplitude (altura) da onda e faseFrequumlecircncia (nuacutemero de vezes em que uma onda se
repete durante um ciclo) da ondaA conversatildeo de sinais digitais em analoacutegicos denomina-se
modulaccedilatildeoA conversatildeo de sinais analoacutegicos em digitais denomina-se
demodulaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Conversatildeo DA e vice-versa
Modem -Abreviaccedilatildeo de moduladordemodulador
Converte sinal digital em analoacutegico e vice-versa
Comunicacao de Dados
Conversatildeo DAReconstruccedilatildeo com impulsos quadrados ndash ldquohold
Comunicacao de Dados
Formas de Transmissatildeo
Transmissatildeo DigitalTransmissatildeo Analoacutegica
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo DigitalEnvia dados como pulsos distintos ou ligado (on) ou
desligado (off)Similar agrave maneira pela qual os dados viajam atraveacutes do
computadorUso de compressatildeo de coacutedigos de detecccedilatildeocorreccedilatildeo de erros
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Analoacutegica
Sinal eleacutetrico contiacutenuo na forma de uma ondaDenomina-se onda portadora
Jaacute existem muitas miacutedias de comunicaccedilatildeo para transmissatildeo analoacutegica (voz)Linhas telefocircnicas satildeo as mais comuns
O sinal digital do computador deve ser convertido para a forma analoacutegica para ser transmitido por meio de linhas analoacutegicas
Comunicacao de Dados
Modos de TransmissaoTransmissao simcronaTransmissao Assincrona
Comunicacao de Dados
Transmissao sincrona
Estabale-se um canal entre emissor e receptorOrdem garantidaGrandes blocos de caracteres satildeo transmitidosOs clocks internos dos dispositivos satildeo sincronizadosBits de verificaccedilatildeo de erros conferem se todos os
caracteres foram recebidosMuito mais raacutepida poreacutem o equipamento eacute mais caro
Comunicacao de Dados
Transmissao sincrona
A transmissatildeo SIacuteNCRONA eacute caracterizada pela possibilidade de transmitir um bloco inteiro
com a diccedilatildeo de controles apenas no comeccedilo e fim do bloco Por exemplo os caracteres de controle
do protocolo BSC (STX ndash ldquoStart of TeXtrdquo ETX ndash ldquoEnd of TeXtrdquo) O bloco teraacute aproximadamente a
seguinte configuraccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo AssiacutencronaTambeacutem chamada de transmissatildeo startstop
Um bit de partida (start) eacute transmitido no iniacutecio de cada grupo de bits
Um bit de parada (stop) eacute enviado no final de cada grupoCada grupo tipicamente consiste em um caractere
O dispositivo receptor recebe o sinal de partida e cria um mecanismo para aceitar o grupo
Usada para comunicaccedilotildees de baixa velocidade
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Assiacutencrona
Comunicacao de Dados
SERIAL ndash Transmissatildeo de um bit por vez na unidade de tempo Haacute necessidade de apenas 1 via
Transmissatildeo SerialTransmissatildeo Serial 1 Os bits do caracter satildeo
transmitidos um de cada vez2 Vantagem Baixo custo3 Desvantagem Necessidade de
saber qual bit eacute o primeiro do caracter para decodificar a informaccedilatildeo
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
PARALELA ndash envio simultacircneo de um conjunto de bits Haacute necessidade de tantas vias quantos forem os bits utilizados
11 Transmissatildeo ParalelaTransmissatildeo Paralela 1O sistema deve transmitir os bits do caracter de uma vez soacute2Ex 6 trajetoacuterias separadas para cada bit mais um bit de controle3Vantagem Terminal mais barato (natildeo tem necessidade de decidir quais os bits que aparecem primeiro em cada caracter)4Desvantagem Custo alto impossibilitando cobrir grandes distacircncias
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de DadosTransmissatildeo Serial AssiacutencronaTransmissatildeo Serial Assiacutencrona
A sincronizaccedilatildeo eacute conseguida por um elemento de start que precede cada caracter e um elemento stop no seu final
Vantagem Os caracteres podem ser transmitidos e regularmente espaccedilados no tempo
Desvantagem boa parte transmitida natildeo transporta informaccedilatildeo uacutetil
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao Ha tres modos de comunicacao
Transmissatildeo Siacutemplex Semiduacuteplex Duplex Completo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo SiacutemplexA transmissatildeo siacutemplex envia dados em uma uacutenica direccedilatildeo
apenasExemplo transmissatildeo de televisatildeo
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Semiduacuteplex A transmissatildeo semiduacuteplex envia dados em ambas as direccedilotildees mas
somente em um sentido por vezExemplo o caixa eletrocircnico do banco envia dados sobre um
depoacutesito depois que os dados satildeo recebidos uma confirmaccedilatildeo eacute retornada Ex raacutedio poliacutecia
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
Comunicacao de Dados
Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
Comunicacao de Dados
Limitaccedilatildeo da largura de banda
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
Comunicacao de Dados
Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
Comunicacao de Dados
Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
Comunicacao de Dados
Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
Comunicacao de Dados
Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
Comunicacao de Dados
Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
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Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
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Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
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Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
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Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
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Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
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Tipos de sinal (cont)Sinais Aperioacutedicos Natildeo possuem um padratildeo repetitivo
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Caracteriacutesticas do Sinal- Os sinais satildeo geralmente constituiacutedos por muitas componentes
de frequumlecircncia
- As componentes satildeo formas de onda senoidais
Atraveacutes da anaacutelise de Fourier podemos determinar a contribuiccedilatildeo de cada componente frequumlecircncia do sinal
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Um sinal perioacutedico tem uma representaccedilatildeo no domiacutenio da frequecircncia que eacute um conjunto de ldquoriscasrdquo
Um sinal natildeo perioacutedico tem uma representaccedilatildeo ldquocontiacutenuardquo no domiacutenio da frequecircncia
1 Representaccedilatildeo de um sinais no tempo e na frequecircncia
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Comprimento de onda - λ Distacircncia correspondente a um ciclo de
um sinal que se propaga num meio Sendo T o periacuteodo f a frequecircncia e v a
velocidade de propagaccedilatildeo
Velocidade de propagaccedilatildeo da luz no espaccedilo livre c = 3 10 8 ms-1
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont)Atrasos de propagaccedilatildeo tiacutepicos ( )
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont) Sinal nas Frequecircncias Sinal perioacutedico 1048774 expansiacutevel em Seacuterie de
Fourier ndash Frequecircncia fundamental + harmoacutenicos
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
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Amostragem
Tira-se amostras do sinal espaccediladas de um intervalo de tempo fixo o periacuteodo de amostragem representado por Ta
O periacuteodo de amostragem depende da frequecircncia de amostragem (fa) [em Inglecircs fs]Nuacutemero de amostras por segundoEx fa=1000 Hz daacute T=1fa=11000=1 ms
O nuacutemero total de pontos de um sinal digital depende da sua duraccedilatildeo e da frequecircncia de amostragem5 segundos amostrados a 10 000 Hz datildeo 50 000 amostras
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AmostragemOutra forma de enunciar o teorema de
NyquistO receptor pode reconstruir um sinal em que a maacutexima
frequecircncia eacute f desde que o sinal tenha sido amostrado um ritmo igual ou superior a 2f
Exemplo um sinal de voz que estaacute limitado a 4 KHz soacute necessita de ser amostrado 8000 vezess
(ie Periacuteodo de amostragem eacute 18000 s = 125 micro segs)
Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
000
195
740
908
816
602
280
014
-06
252
646
808
652
Periacuteodo de amostragem
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QuantizaccedilatildeoOs valores contiacutenuos da amplitude tambeacutem tecircm de ser
convertidos em valores trataacuteveis pelo computadorOs computadores guardam os nuacutemeros usando 0s e 1s
os chamados bits3 bits daacute para representar 8 nuacutemeros diferentes
000 001 010 011 100 101 110 111Este processo designa-se por quantizaccedilatildeo
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Quantos Hz Quantos bits Para sinal de voz Para muacutesica (CD)
Quais os valores utilizados pelos leitores de CD E pelos DATs
Para sinal medindo a abertura e fecho das cordas vocais Para sinal gravado via telefone
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Representaccedilatildeo de sinais digitaisDepois da amostragem e quantizaccedilatildeo ficamos com uma lista de
nuacutemeros que facilmente se podem tratar em programas como o SFS e o MatlabAs sinusoacuteides que temos vindo a ver satildeo de facto listas d
nuacutemeros como a seguinte
0 00251 00502 00753 01004 01253 01502 01750 01997 02243
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Convertendo Digital Analoacutegico
A onda portadora pode ser alteradaAmplitude (altura) da onda e faseFrequumlecircncia (nuacutemero de vezes em que uma onda se
repete durante um ciclo) da ondaA conversatildeo de sinais digitais em analoacutegicos denomina-se
modulaccedilatildeoA conversatildeo de sinais analoacutegicos em digitais denomina-se
demodulaccedilatildeo
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Conversatildeo DA e vice-versa
Modem -Abreviaccedilatildeo de moduladordemodulador
Converte sinal digital em analoacutegico e vice-versa
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Conversatildeo DAReconstruccedilatildeo com impulsos quadrados ndash ldquohold
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Formas de Transmissatildeo
Transmissatildeo DigitalTransmissatildeo Analoacutegica
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Transmissatildeo DigitalEnvia dados como pulsos distintos ou ligado (on) ou
desligado (off)Similar agrave maneira pela qual os dados viajam atraveacutes do
computadorUso de compressatildeo de coacutedigos de detecccedilatildeocorreccedilatildeo de erros
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Transmissatildeo Analoacutegica
Sinal eleacutetrico contiacutenuo na forma de uma ondaDenomina-se onda portadora
Jaacute existem muitas miacutedias de comunicaccedilatildeo para transmissatildeo analoacutegica (voz)Linhas telefocircnicas satildeo as mais comuns
O sinal digital do computador deve ser convertido para a forma analoacutegica para ser transmitido por meio de linhas analoacutegicas
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Modos de TransmissaoTransmissao simcronaTransmissao Assincrona
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Transmissao sincrona
Estabale-se um canal entre emissor e receptorOrdem garantidaGrandes blocos de caracteres satildeo transmitidosOs clocks internos dos dispositivos satildeo sincronizadosBits de verificaccedilatildeo de erros conferem se todos os
caracteres foram recebidosMuito mais raacutepida poreacutem o equipamento eacute mais caro
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Transmissao sincrona
A transmissatildeo SIacuteNCRONA eacute caracterizada pela possibilidade de transmitir um bloco inteiro
com a diccedilatildeo de controles apenas no comeccedilo e fim do bloco Por exemplo os caracteres de controle
do protocolo BSC (STX ndash ldquoStart of TeXtrdquo ETX ndash ldquoEnd of TeXtrdquo) O bloco teraacute aproximadamente a
seguinte configuraccedilatildeo
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Transmissatildeo AssiacutencronaTambeacutem chamada de transmissatildeo startstop
Um bit de partida (start) eacute transmitido no iniacutecio de cada grupo de bits
Um bit de parada (stop) eacute enviado no final de cada grupoCada grupo tipicamente consiste em um caractere
O dispositivo receptor recebe o sinal de partida e cria um mecanismo para aceitar o grupo
Usada para comunicaccedilotildees de baixa velocidade
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Transmissatildeo Assiacutencrona
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SERIAL ndash Transmissatildeo de um bit por vez na unidade de tempo Haacute necessidade de apenas 1 via
Transmissatildeo SerialTransmissatildeo Serial 1 Os bits do caracter satildeo
transmitidos um de cada vez2 Vantagem Baixo custo3 Desvantagem Necessidade de
saber qual bit eacute o primeiro do caracter para decodificar a informaccedilatildeo
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
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Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
PARALELA ndash envio simultacircneo de um conjunto de bits Haacute necessidade de tantas vias quantos forem os bits utilizados
11 Transmissatildeo ParalelaTransmissatildeo Paralela 1O sistema deve transmitir os bits do caracter de uma vez soacute2Ex 6 trajetoacuterias separadas para cada bit mais um bit de controle3Vantagem Terminal mais barato (natildeo tem necessidade de decidir quais os bits que aparecem primeiro em cada caracter)4Desvantagem Custo alto impossibilitando cobrir grandes distacircncias
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Transmissatildeo de DadosTransmissatildeo Serial AssiacutencronaTransmissatildeo Serial Assiacutencrona
A sincronizaccedilatildeo eacute conseguida por um elemento de start que precede cada caracter e um elemento stop no seu final
Vantagem Os caracteres podem ser transmitidos e regularmente espaccedilados no tempo
Desvantagem boa parte transmitida natildeo transporta informaccedilatildeo uacutetil
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Modos de comunicaccedilao Ha tres modos de comunicacao
Transmissatildeo Siacutemplex Semiduacuteplex Duplex Completo
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Transmissatildeo SiacutemplexA transmissatildeo siacutemplex envia dados em uma uacutenica direccedilatildeo
apenasExemplo transmissatildeo de televisatildeo
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Semiduacuteplex A transmissatildeo semiduacuteplex envia dados em ambas as direccedilotildees mas
somente em um sentido por vezExemplo o caixa eletrocircnico do banco envia dados sobre um
depoacutesito depois que os dados satildeo recebidos uma confirmaccedilatildeo eacute retornada Ex raacutedio poliacutecia
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
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Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
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Limitaccedilatildeo da largura de banda
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
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Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
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Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
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ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
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Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
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Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
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Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
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Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
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Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
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Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
Comunicacao de Dados
Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
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Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
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Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
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Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
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Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
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Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
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Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
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Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
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Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
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Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
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Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
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Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
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Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
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Caracteriacutesticas do Sinal- Os sinais satildeo geralmente constituiacutedos por muitas componentes
de frequumlecircncia
- As componentes satildeo formas de onda senoidais
Atraveacutes da anaacutelise de Fourier podemos determinar a contribuiccedilatildeo de cada componente frequumlecircncia do sinal
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Um sinal perioacutedico tem uma representaccedilatildeo no domiacutenio da frequecircncia que eacute um conjunto de ldquoriscasrdquo
Um sinal natildeo perioacutedico tem uma representaccedilatildeo ldquocontiacutenuardquo no domiacutenio da frequecircncia
1 Representaccedilatildeo de um sinais no tempo e na frequecircncia
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Comprimento de onda - λ Distacircncia correspondente a um ciclo de
um sinal que se propaga num meio Sendo T o periacuteodo f a frequecircncia e v a
velocidade de propagaccedilatildeo
Velocidade de propagaccedilatildeo da luz no espaccedilo livre c = 3 10 8 ms-1
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont)Atrasos de propagaccedilatildeo tiacutepicos ( )
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont) Sinal nas Frequecircncias Sinal perioacutedico 1048774 expansiacutevel em Seacuterie de
Fourier ndash Frequecircncia fundamental + harmoacutenicos
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Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
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Amostragem
Tira-se amostras do sinal espaccediladas de um intervalo de tempo fixo o periacuteodo de amostragem representado por Ta
O periacuteodo de amostragem depende da frequecircncia de amostragem (fa) [em Inglecircs fs]Nuacutemero de amostras por segundoEx fa=1000 Hz daacute T=1fa=11000=1 ms
O nuacutemero total de pontos de um sinal digital depende da sua duraccedilatildeo e da frequecircncia de amostragem5 segundos amostrados a 10 000 Hz datildeo 50 000 amostras
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AmostragemOutra forma de enunciar o teorema de
NyquistO receptor pode reconstruir um sinal em que a maacutexima
frequecircncia eacute f desde que o sinal tenha sido amostrado um ritmo igual ou superior a 2f
Exemplo um sinal de voz que estaacute limitado a 4 KHz soacute necessita de ser amostrado 8000 vezess
(ie Periacuteodo de amostragem eacute 18000 s = 125 micro segs)
Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
000
195
740
908
816
602
280
014
-06
252
646
808
652
Periacuteodo de amostragem
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QuantizaccedilatildeoOs valores contiacutenuos da amplitude tambeacutem tecircm de ser
convertidos em valores trataacuteveis pelo computadorOs computadores guardam os nuacutemeros usando 0s e 1s
os chamados bits3 bits daacute para representar 8 nuacutemeros diferentes
000 001 010 011 100 101 110 111Este processo designa-se por quantizaccedilatildeo
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Quantos Hz Quantos bits Para sinal de voz Para muacutesica (CD)
Quais os valores utilizados pelos leitores de CD E pelos DATs
Para sinal medindo a abertura e fecho das cordas vocais Para sinal gravado via telefone
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Representaccedilatildeo de sinais digitaisDepois da amostragem e quantizaccedilatildeo ficamos com uma lista de
nuacutemeros que facilmente se podem tratar em programas como o SFS e o MatlabAs sinusoacuteides que temos vindo a ver satildeo de facto listas d
nuacutemeros como a seguinte
0 00251 00502 00753 01004 01253 01502 01750 01997 02243
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Convertendo Digital Analoacutegico
A onda portadora pode ser alteradaAmplitude (altura) da onda e faseFrequumlecircncia (nuacutemero de vezes em que uma onda se
repete durante um ciclo) da ondaA conversatildeo de sinais digitais em analoacutegicos denomina-se
modulaccedilatildeoA conversatildeo de sinais analoacutegicos em digitais denomina-se
demodulaccedilatildeo
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Conversatildeo DA e vice-versa
Modem -Abreviaccedilatildeo de moduladordemodulador
Converte sinal digital em analoacutegico e vice-versa
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Conversatildeo DAReconstruccedilatildeo com impulsos quadrados ndash ldquohold
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Formas de Transmissatildeo
Transmissatildeo DigitalTransmissatildeo Analoacutegica
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Transmissatildeo DigitalEnvia dados como pulsos distintos ou ligado (on) ou
desligado (off)Similar agrave maneira pela qual os dados viajam atraveacutes do
computadorUso de compressatildeo de coacutedigos de detecccedilatildeocorreccedilatildeo de erros
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Transmissatildeo Analoacutegica
Sinal eleacutetrico contiacutenuo na forma de uma ondaDenomina-se onda portadora
Jaacute existem muitas miacutedias de comunicaccedilatildeo para transmissatildeo analoacutegica (voz)Linhas telefocircnicas satildeo as mais comuns
O sinal digital do computador deve ser convertido para a forma analoacutegica para ser transmitido por meio de linhas analoacutegicas
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Modos de TransmissaoTransmissao simcronaTransmissao Assincrona
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Transmissao sincrona
Estabale-se um canal entre emissor e receptorOrdem garantidaGrandes blocos de caracteres satildeo transmitidosOs clocks internos dos dispositivos satildeo sincronizadosBits de verificaccedilatildeo de erros conferem se todos os
caracteres foram recebidosMuito mais raacutepida poreacutem o equipamento eacute mais caro
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Transmissao sincrona
A transmissatildeo SIacuteNCRONA eacute caracterizada pela possibilidade de transmitir um bloco inteiro
com a diccedilatildeo de controles apenas no comeccedilo e fim do bloco Por exemplo os caracteres de controle
do protocolo BSC (STX ndash ldquoStart of TeXtrdquo ETX ndash ldquoEnd of TeXtrdquo) O bloco teraacute aproximadamente a
seguinte configuraccedilatildeo
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Transmissatildeo AssiacutencronaTambeacutem chamada de transmissatildeo startstop
Um bit de partida (start) eacute transmitido no iniacutecio de cada grupo de bits
Um bit de parada (stop) eacute enviado no final de cada grupoCada grupo tipicamente consiste em um caractere
O dispositivo receptor recebe o sinal de partida e cria um mecanismo para aceitar o grupo
Usada para comunicaccedilotildees de baixa velocidade
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Transmissatildeo Assiacutencrona
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SERIAL ndash Transmissatildeo de um bit por vez na unidade de tempo Haacute necessidade de apenas 1 via
Transmissatildeo SerialTransmissatildeo Serial 1 Os bits do caracter satildeo
transmitidos um de cada vez2 Vantagem Baixo custo3 Desvantagem Necessidade de
saber qual bit eacute o primeiro do caracter para decodificar a informaccedilatildeo
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
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Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
PARALELA ndash envio simultacircneo de um conjunto de bits Haacute necessidade de tantas vias quantos forem os bits utilizados
11 Transmissatildeo ParalelaTransmissatildeo Paralela 1O sistema deve transmitir os bits do caracter de uma vez soacute2Ex 6 trajetoacuterias separadas para cada bit mais um bit de controle3Vantagem Terminal mais barato (natildeo tem necessidade de decidir quais os bits que aparecem primeiro em cada caracter)4Desvantagem Custo alto impossibilitando cobrir grandes distacircncias
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Transmissatildeo de DadosTransmissatildeo Serial AssiacutencronaTransmissatildeo Serial Assiacutencrona
A sincronizaccedilatildeo eacute conseguida por um elemento de start que precede cada caracter e um elemento stop no seu final
Vantagem Os caracteres podem ser transmitidos e regularmente espaccedilados no tempo
Desvantagem boa parte transmitida natildeo transporta informaccedilatildeo uacutetil
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Modos de comunicaccedilao Ha tres modos de comunicacao
Transmissatildeo Siacutemplex Semiduacuteplex Duplex Completo
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Transmissatildeo SiacutemplexA transmissatildeo siacutemplex envia dados em uma uacutenica direccedilatildeo
apenasExemplo transmissatildeo de televisatildeo
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Semiduacuteplex A transmissatildeo semiduacuteplex envia dados em ambas as direccedilotildees mas
somente em um sentido por vezExemplo o caixa eletrocircnico do banco envia dados sobre um
depoacutesito depois que os dados satildeo recebidos uma confirmaccedilatildeo eacute retornada Ex raacutedio poliacutecia
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
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Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
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Limitaccedilatildeo da largura de banda
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
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Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
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Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
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ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
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Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
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Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
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Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
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Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
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Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
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Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
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Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
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Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
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Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
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Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
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Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
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Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
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Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
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Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Um sinal perioacutedico tem uma representaccedilatildeo no domiacutenio da frequecircncia que eacute um conjunto de ldquoriscasrdquo
Um sinal natildeo perioacutedico tem uma representaccedilatildeo ldquocontiacutenuardquo no domiacutenio da frequecircncia
1 Representaccedilatildeo de um sinais no tempo e na frequecircncia
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Comprimento de onda - λ Distacircncia correspondente a um ciclo de
um sinal que se propaga num meio Sendo T o periacuteodo f a frequecircncia e v a
velocidade de propagaccedilatildeo
Velocidade de propagaccedilatildeo da luz no espaccedilo livre c = 3 10 8 ms-1
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont)Atrasos de propagaccedilatildeo tiacutepicos ( )
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont) Sinal nas Frequecircncias Sinal perioacutedico 1048774 expansiacutevel em Seacuterie de
Fourier ndash Frequecircncia fundamental + harmoacutenicos
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Comunicacao de Dados
Amostragem
Tira-se amostras do sinal espaccediladas de um intervalo de tempo fixo o periacuteodo de amostragem representado por Ta
O periacuteodo de amostragem depende da frequecircncia de amostragem (fa) [em Inglecircs fs]Nuacutemero de amostras por segundoEx fa=1000 Hz daacute T=1fa=11000=1 ms
O nuacutemero total de pontos de um sinal digital depende da sua duraccedilatildeo e da frequecircncia de amostragem5 segundos amostrados a 10 000 Hz datildeo 50 000 amostras
Comunicacao de Dados
AmostragemOutra forma de enunciar o teorema de
NyquistO receptor pode reconstruir um sinal em que a maacutexima
frequecircncia eacute f desde que o sinal tenha sido amostrado um ritmo igual ou superior a 2f
Exemplo um sinal de voz que estaacute limitado a 4 KHz soacute necessita de ser amostrado 8000 vezess
(ie Periacuteodo de amostragem eacute 18000 s = 125 micro segs)
Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
000
195
740
908
816
602
280
014
-06
252
646
808
652
Periacuteodo de amostragem
Comunicacao de Dados
QuantizaccedilatildeoOs valores contiacutenuos da amplitude tambeacutem tecircm de ser
convertidos em valores trataacuteveis pelo computadorOs computadores guardam os nuacutemeros usando 0s e 1s
os chamados bits3 bits daacute para representar 8 nuacutemeros diferentes
000 001 010 011 100 101 110 111Este processo designa-se por quantizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Quantos Hz Quantos bits Para sinal de voz Para muacutesica (CD)
Quais os valores utilizados pelos leitores de CD E pelos DATs
Para sinal medindo a abertura e fecho das cordas vocais Para sinal gravado via telefone
Comunicacao de Dados
Representaccedilatildeo de sinais digitaisDepois da amostragem e quantizaccedilatildeo ficamos com uma lista de
nuacutemeros que facilmente se podem tratar em programas como o SFS e o MatlabAs sinusoacuteides que temos vindo a ver satildeo de facto listas d
nuacutemeros como a seguinte
0 00251 00502 00753 01004 01253 01502 01750 01997 02243
Comunicacao de Dados
Convertendo Digital Analoacutegico
A onda portadora pode ser alteradaAmplitude (altura) da onda e faseFrequumlecircncia (nuacutemero de vezes em que uma onda se
repete durante um ciclo) da ondaA conversatildeo de sinais digitais em analoacutegicos denomina-se
modulaccedilatildeoA conversatildeo de sinais analoacutegicos em digitais denomina-se
demodulaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Conversatildeo DA e vice-versa
Modem -Abreviaccedilatildeo de moduladordemodulador
Converte sinal digital em analoacutegico e vice-versa
Comunicacao de Dados
Conversatildeo DAReconstruccedilatildeo com impulsos quadrados ndash ldquohold
Comunicacao de Dados
Formas de Transmissatildeo
Transmissatildeo DigitalTransmissatildeo Analoacutegica
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo DigitalEnvia dados como pulsos distintos ou ligado (on) ou
desligado (off)Similar agrave maneira pela qual os dados viajam atraveacutes do
computadorUso de compressatildeo de coacutedigos de detecccedilatildeocorreccedilatildeo de erros
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Analoacutegica
Sinal eleacutetrico contiacutenuo na forma de uma ondaDenomina-se onda portadora
Jaacute existem muitas miacutedias de comunicaccedilatildeo para transmissatildeo analoacutegica (voz)Linhas telefocircnicas satildeo as mais comuns
O sinal digital do computador deve ser convertido para a forma analoacutegica para ser transmitido por meio de linhas analoacutegicas
Comunicacao de Dados
Modos de TransmissaoTransmissao simcronaTransmissao Assincrona
Comunicacao de Dados
Transmissao sincrona
Estabale-se um canal entre emissor e receptorOrdem garantidaGrandes blocos de caracteres satildeo transmitidosOs clocks internos dos dispositivos satildeo sincronizadosBits de verificaccedilatildeo de erros conferem se todos os
caracteres foram recebidosMuito mais raacutepida poreacutem o equipamento eacute mais caro
Comunicacao de Dados
Transmissao sincrona
A transmissatildeo SIacuteNCRONA eacute caracterizada pela possibilidade de transmitir um bloco inteiro
com a diccedilatildeo de controles apenas no comeccedilo e fim do bloco Por exemplo os caracteres de controle
do protocolo BSC (STX ndash ldquoStart of TeXtrdquo ETX ndash ldquoEnd of TeXtrdquo) O bloco teraacute aproximadamente a
seguinte configuraccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo AssiacutencronaTambeacutem chamada de transmissatildeo startstop
Um bit de partida (start) eacute transmitido no iniacutecio de cada grupo de bits
Um bit de parada (stop) eacute enviado no final de cada grupoCada grupo tipicamente consiste em um caractere
O dispositivo receptor recebe o sinal de partida e cria um mecanismo para aceitar o grupo
Usada para comunicaccedilotildees de baixa velocidade
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Assiacutencrona
Comunicacao de Dados
SERIAL ndash Transmissatildeo de um bit por vez na unidade de tempo Haacute necessidade de apenas 1 via
Transmissatildeo SerialTransmissatildeo Serial 1 Os bits do caracter satildeo
transmitidos um de cada vez2 Vantagem Baixo custo3 Desvantagem Necessidade de
saber qual bit eacute o primeiro do caracter para decodificar a informaccedilatildeo
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
PARALELA ndash envio simultacircneo de um conjunto de bits Haacute necessidade de tantas vias quantos forem os bits utilizados
11 Transmissatildeo ParalelaTransmissatildeo Paralela 1O sistema deve transmitir os bits do caracter de uma vez soacute2Ex 6 trajetoacuterias separadas para cada bit mais um bit de controle3Vantagem Terminal mais barato (natildeo tem necessidade de decidir quais os bits que aparecem primeiro em cada caracter)4Desvantagem Custo alto impossibilitando cobrir grandes distacircncias
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de DadosTransmissatildeo Serial AssiacutencronaTransmissatildeo Serial Assiacutencrona
A sincronizaccedilatildeo eacute conseguida por um elemento de start que precede cada caracter e um elemento stop no seu final
Vantagem Os caracteres podem ser transmitidos e regularmente espaccedilados no tempo
Desvantagem boa parte transmitida natildeo transporta informaccedilatildeo uacutetil
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao Ha tres modos de comunicacao
Transmissatildeo Siacutemplex Semiduacuteplex Duplex Completo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo SiacutemplexA transmissatildeo siacutemplex envia dados em uma uacutenica direccedilatildeo
apenasExemplo transmissatildeo de televisatildeo
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Semiduacuteplex A transmissatildeo semiduacuteplex envia dados em ambas as direccedilotildees mas
somente em um sentido por vezExemplo o caixa eletrocircnico do banco envia dados sobre um
depoacutesito depois que os dados satildeo recebidos uma confirmaccedilatildeo eacute retornada Ex raacutedio poliacutecia
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
Comunicacao de Dados
Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
Comunicacao de Dados
Limitaccedilatildeo da largura de banda
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
Comunicacao de Dados
Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
Comunicacao de Dados
Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
Comunicacao de Dados
Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
Comunicacao de Dados
Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
Comunicacao de Dados
Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Comprimento de onda - λ Distacircncia correspondente a um ciclo de
um sinal que se propaga num meio Sendo T o periacuteodo f a frequecircncia e v a
velocidade de propagaccedilatildeo
Velocidade de propagaccedilatildeo da luz no espaccedilo livre c = 3 10 8 ms-1
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont)Atrasos de propagaccedilatildeo tiacutepicos ( )
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont) Sinal nas Frequecircncias Sinal perioacutedico 1048774 expansiacutevel em Seacuterie de
Fourier ndash Frequecircncia fundamental + harmoacutenicos
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Comunicacao de Dados
Amostragem
Tira-se amostras do sinal espaccediladas de um intervalo de tempo fixo o periacuteodo de amostragem representado por Ta
O periacuteodo de amostragem depende da frequecircncia de amostragem (fa) [em Inglecircs fs]Nuacutemero de amostras por segundoEx fa=1000 Hz daacute T=1fa=11000=1 ms
O nuacutemero total de pontos de um sinal digital depende da sua duraccedilatildeo e da frequecircncia de amostragem5 segundos amostrados a 10 000 Hz datildeo 50 000 amostras
Comunicacao de Dados
AmostragemOutra forma de enunciar o teorema de
NyquistO receptor pode reconstruir um sinal em que a maacutexima
frequecircncia eacute f desde que o sinal tenha sido amostrado um ritmo igual ou superior a 2f
Exemplo um sinal de voz que estaacute limitado a 4 KHz soacute necessita de ser amostrado 8000 vezess
(ie Periacuteodo de amostragem eacute 18000 s = 125 micro segs)
Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
000
195
740
908
816
602
280
014
-06
252
646
808
652
Periacuteodo de amostragem
Comunicacao de Dados
QuantizaccedilatildeoOs valores contiacutenuos da amplitude tambeacutem tecircm de ser
convertidos em valores trataacuteveis pelo computadorOs computadores guardam os nuacutemeros usando 0s e 1s
os chamados bits3 bits daacute para representar 8 nuacutemeros diferentes
000 001 010 011 100 101 110 111Este processo designa-se por quantizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Quantos Hz Quantos bits Para sinal de voz Para muacutesica (CD)
Quais os valores utilizados pelos leitores de CD E pelos DATs
Para sinal medindo a abertura e fecho das cordas vocais Para sinal gravado via telefone
Comunicacao de Dados
Representaccedilatildeo de sinais digitaisDepois da amostragem e quantizaccedilatildeo ficamos com uma lista de
nuacutemeros que facilmente se podem tratar em programas como o SFS e o MatlabAs sinusoacuteides que temos vindo a ver satildeo de facto listas d
nuacutemeros como a seguinte
0 00251 00502 00753 01004 01253 01502 01750 01997 02243
Comunicacao de Dados
Convertendo Digital Analoacutegico
A onda portadora pode ser alteradaAmplitude (altura) da onda e faseFrequumlecircncia (nuacutemero de vezes em que uma onda se
repete durante um ciclo) da ondaA conversatildeo de sinais digitais em analoacutegicos denomina-se
modulaccedilatildeoA conversatildeo de sinais analoacutegicos em digitais denomina-se
demodulaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Conversatildeo DA e vice-versa
Modem -Abreviaccedilatildeo de moduladordemodulador
Converte sinal digital em analoacutegico e vice-versa
Comunicacao de Dados
Conversatildeo DAReconstruccedilatildeo com impulsos quadrados ndash ldquohold
Comunicacao de Dados
Formas de Transmissatildeo
Transmissatildeo DigitalTransmissatildeo Analoacutegica
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo DigitalEnvia dados como pulsos distintos ou ligado (on) ou
desligado (off)Similar agrave maneira pela qual os dados viajam atraveacutes do
computadorUso de compressatildeo de coacutedigos de detecccedilatildeocorreccedilatildeo de erros
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Analoacutegica
Sinal eleacutetrico contiacutenuo na forma de uma ondaDenomina-se onda portadora
Jaacute existem muitas miacutedias de comunicaccedilatildeo para transmissatildeo analoacutegica (voz)Linhas telefocircnicas satildeo as mais comuns
O sinal digital do computador deve ser convertido para a forma analoacutegica para ser transmitido por meio de linhas analoacutegicas
Comunicacao de Dados
Modos de TransmissaoTransmissao simcronaTransmissao Assincrona
Comunicacao de Dados
Transmissao sincrona
Estabale-se um canal entre emissor e receptorOrdem garantidaGrandes blocos de caracteres satildeo transmitidosOs clocks internos dos dispositivos satildeo sincronizadosBits de verificaccedilatildeo de erros conferem se todos os
caracteres foram recebidosMuito mais raacutepida poreacutem o equipamento eacute mais caro
Comunicacao de Dados
Transmissao sincrona
A transmissatildeo SIacuteNCRONA eacute caracterizada pela possibilidade de transmitir um bloco inteiro
com a diccedilatildeo de controles apenas no comeccedilo e fim do bloco Por exemplo os caracteres de controle
do protocolo BSC (STX ndash ldquoStart of TeXtrdquo ETX ndash ldquoEnd of TeXtrdquo) O bloco teraacute aproximadamente a
seguinte configuraccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo AssiacutencronaTambeacutem chamada de transmissatildeo startstop
Um bit de partida (start) eacute transmitido no iniacutecio de cada grupo de bits
Um bit de parada (stop) eacute enviado no final de cada grupoCada grupo tipicamente consiste em um caractere
O dispositivo receptor recebe o sinal de partida e cria um mecanismo para aceitar o grupo
Usada para comunicaccedilotildees de baixa velocidade
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Assiacutencrona
Comunicacao de Dados
SERIAL ndash Transmissatildeo de um bit por vez na unidade de tempo Haacute necessidade de apenas 1 via
Transmissatildeo SerialTransmissatildeo Serial 1 Os bits do caracter satildeo
transmitidos um de cada vez2 Vantagem Baixo custo3 Desvantagem Necessidade de
saber qual bit eacute o primeiro do caracter para decodificar a informaccedilatildeo
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
PARALELA ndash envio simultacircneo de um conjunto de bits Haacute necessidade de tantas vias quantos forem os bits utilizados
11 Transmissatildeo ParalelaTransmissatildeo Paralela 1O sistema deve transmitir os bits do caracter de uma vez soacute2Ex 6 trajetoacuterias separadas para cada bit mais um bit de controle3Vantagem Terminal mais barato (natildeo tem necessidade de decidir quais os bits que aparecem primeiro em cada caracter)4Desvantagem Custo alto impossibilitando cobrir grandes distacircncias
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de DadosTransmissatildeo Serial AssiacutencronaTransmissatildeo Serial Assiacutencrona
A sincronizaccedilatildeo eacute conseguida por um elemento de start que precede cada caracter e um elemento stop no seu final
Vantagem Os caracteres podem ser transmitidos e regularmente espaccedilados no tempo
Desvantagem boa parte transmitida natildeo transporta informaccedilatildeo uacutetil
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao Ha tres modos de comunicacao
Transmissatildeo Siacutemplex Semiduacuteplex Duplex Completo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo SiacutemplexA transmissatildeo siacutemplex envia dados em uma uacutenica direccedilatildeo
apenasExemplo transmissatildeo de televisatildeo
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Semiduacuteplex A transmissatildeo semiduacuteplex envia dados em ambas as direccedilotildees mas
somente em um sentido por vezExemplo o caixa eletrocircnico do banco envia dados sobre um
depoacutesito depois que os dados satildeo recebidos uma confirmaccedilatildeo eacute retornada Ex raacutedio poliacutecia
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
Comunicacao de Dados
Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
Comunicacao de Dados
Limitaccedilatildeo da largura de banda
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
Comunicacao de Dados
Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
Comunicacao de Dados
Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
Comunicacao de Dados
Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
Comunicacao de Dados
Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
Comunicacao de Dados
Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont)Atrasos de propagaccedilatildeo tiacutepicos ( )
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont) Sinal nas Frequecircncias Sinal perioacutedico 1048774 expansiacutevel em Seacuterie de
Fourier ndash Frequecircncia fundamental + harmoacutenicos
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Comunicacao de Dados
Amostragem
Tira-se amostras do sinal espaccediladas de um intervalo de tempo fixo o periacuteodo de amostragem representado por Ta
O periacuteodo de amostragem depende da frequecircncia de amostragem (fa) [em Inglecircs fs]Nuacutemero de amostras por segundoEx fa=1000 Hz daacute T=1fa=11000=1 ms
O nuacutemero total de pontos de um sinal digital depende da sua duraccedilatildeo e da frequecircncia de amostragem5 segundos amostrados a 10 000 Hz datildeo 50 000 amostras
Comunicacao de Dados
AmostragemOutra forma de enunciar o teorema de
NyquistO receptor pode reconstruir um sinal em que a maacutexima
frequecircncia eacute f desde que o sinal tenha sido amostrado um ritmo igual ou superior a 2f
Exemplo um sinal de voz que estaacute limitado a 4 KHz soacute necessita de ser amostrado 8000 vezess
(ie Periacuteodo de amostragem eacute 18000 s = 125 micro segs)
Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
000
195
740
908
816
602
280
014
-06
252
646
808
652
Periacuteodo de amostragem
Comunicacao de Dados
QuantizaccedilatildeoOs valores contiacutenuos da amplitude tambeacutem tecircm de ser
convertidos em valores trataacuteveis pelo computadorOs computadores guardam os nuacutemeros usando 0s e 1s
os chamados bits3 bits daacute para representar 8 nuacutemeros diferentes
000 001 010 011 100 101 110 111Este processo designa-se por quantizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Quantos Hz Quantos bits Para sinal de voz Para muacutesica (CD)
Quais os valores utilizados pelos leitores de CD E pelos DATs
Para sinal medindo a abertura e fecho das cordas vocais Para sinal gravado via telefone
Comunicacao de Dados
Representaccedilatildeo de sinais digitaisDepois da amostragem e quantizaccedilatildeo ficamos com uma lista de
nuacutemeros que facilmente se podem tratar em programas como o SFS e o MatlabAs sinusoacuteides que temos vindo a ver satildeo de facto listas d
nuacutemeros como a seguinte
0 00251 00502 00753 01004 01253 01502 01750 01997 02243
Comunicacao de Dados
Convertendo Digital Analoacutegico
A onda portadora pode ser alteradaAmplitude (altura) da onda e faseFrequumlecircncia (nuacutemero de vezes em que uma onda se
repete durante um ciclo) da ondaA conversatildeo de sinais digitais em analoacutegicos denomina-se
modulaccedilatildeoA conversatildeo de sinais analoacutegicos em digitais denomina-se
demodulaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Conversatildeo DA e vice-versa
Modem -Abreviaccedilatildeo de moduladordemodulador
Converte sinal digital em analoacutegico e vice-versa
Comunicacao de Dados
Conversatildeo DAReconstruccedilatildeo com impulsos quadrados ndash ldquohold
Comunicacao de Dados
Formas de Transmissatildeo
Transmissatildeo DigitalTransmissatildeo Analoacutegica
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo DigitalEnvia dados como pulsos distintos ou ligado (on) ou
desligado (off)Similar agrave maneira pela qual os dados viajam atraveacutes do
computadorUso de compressatildeo de coacutedigos de detecccedilatildeocorreccedilatildeo de erros
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Analoacutegica
Sinal eleacutetrico contiacutenuo na forma de uma ondaDenomina-se onda portadora
Jaacute existem muitas miacutedias de comunicaccedilatildeo para transmissatildeo analoacutegica (voz)Linhas telefocircnicas satildeo as mais comuns
O sinal digital do computador deve ser convertido para a forma analoacutegica para ser transmitido por meio de linhas analoacutegicas
Comunicacao de Dados
Modos de TransmissaoTransmissao simcronaTransmissao Assincrona
Comunicacao de Dados
Transmissao sincrona
Estabale-se um canal entre emissor e receptorOrdem garantidaGrandes blocos de caracteres satildeo transmitidosOs clocks internos dos dispositivos satildeo sincronizadosBits de verificaccedilatildeo de erros conferem se todos os
caracteres foram recebidosMuito mais raacutepida poreacutem o equipamento eacute mais caro
Comunicacao de Dados
Transmissao sincrona
A transmissatildeo SIacuteNCRONA eacute caracterizada pela possibilidade de transmitir um bloco inteiro
com a diccedilatildeo de controles apenas no comeccedilo e fim do bloco Por exemplo os caracteres de controle
do protocolo BSC (STX ndash ldquoStart of TeXtrdquo ETX ndash ldquoEnd of TeXtrdquo) O bloco teraacute aproximadamente a
seguinte configuraccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo AssiacutencronaTambeacutem chamada de transmissatildeo startstop
Um bit de partida (start) eacute transmitido no iniacutecio de cada grupo de bits
Um bit de parada (stop) eacute enviado no final de cada grupoCada grupo tipicamente consiste em um caractere
O dispositivo receptor recebe o sinal de partida e cria um mecanismo para aceitar o grupo
Usada para comunicaccedilotildees de baixa velocidade
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Assiacutencrona
Comunicacao de Dados
SERIAL ndash Transmissatildeo de um bit por vez na unidade de tempo Haacute necessidade de apenas 1 via
Transmissatildeo SerialTransmissatildeo Serial 1 Os bits do caracter satildeo
transmitidos um de cada vez2 Vantagem Baixo custo3 Desvantagem Necessidade de
saber qual bit eacute o primeiro do caracter para decodificar a informaccedilatildeo
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
PARALELA ndash envio simultacircneo de um conjunto de bits Haacute necessidade de tantas vias quantos forem os bits utilizados
11 Transmissatildeo ParalelaTransmissatildeo Paralela 1O sistema deve transmitir os bits do caracter de uma vez soacute2Ex 6 trajetoacuterias separadas para cada bit mais um bit de controle3Vantagem Terminal mais barato (natildeo tem necessidade de decidir quais os bits que aparecem primeiro em cada caracter)4Desvantagem Custo alto impossibilitando cobrir grandes distacircncias
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de DadosTransmissatildeo Serial AssiacutencronaTransmissatildeo Serial Assiacutencrona
A sincronizaccedilatildeo eacute conseguida por um elemento de start que precede cada caracter e um elemento stop no seu final
Vantagem Os caracteres podem ser transmitidos e regularmente espaccedilados no tempo
Desvantagem boa parte transmitida natildeo transporta informaccedilatildeo uacutetil
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao Ha tres modos de comunicacao
Transmissatildeo Siacutemplex Semiduacuteplex Duplex Completo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo SiacutemplexA transmissatildeo siacutemplex envia dados em uma uacutenica direccedilatildeo
apenasExemplo transmissatildeo de televisatildeo
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Semiduacuteplex A transmissatildeo semiduacuteplex envia dados em ambas as direccedilotildees mas
somente em um sentido por vezExemplo o caixa eletrocircnico do banco envia dados sobre um
depoacutesito depois que os dados satildeo recebidos uma confirmaccedilatildeo eacute retornada Ex raacutedio poliacutecia
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
Comunicacao de Dados
Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
Comunicacao de Dados
Limitaccedilatildeo da largura de banda
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
Comunicacao de Dados
Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
Comunicacao de Dados
Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
Comunicacao de Dados
Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
Comunicacao de Dados
Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
Comunicacao de Dados
Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
Comunicacao de Dados
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Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Comunicacao de Dados
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont) Sinal nas Frequecircncias Sinal perioacutedico 1048774 expansiacutevel em Seacuterie de
Fourier ndash Frequecircncia fundamental + harmoacutenicos
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Comunicacao de Dados
Amostragem
Tira-se amostras do sinal espaccediladas de um intervalo de tempo fixo o periacuteodo de amostragem representado por Ta
O periacuteodo de amostragem depende da frequecircncia de amostragem (fa) [em Inglecircs fs]Nuacutemero de amostras por segundoEx fa=1000 Hz daacute T=1fa=11000=1 ms
O nuacutemero total de pontos de um sinal digital depende da sua duraccedilatildeo e da frequecircncia de amostragem5 segundos amostrados a 10 000 Hz datildeo 50 000 amostras
Comunicacao de Dados
AmostragemOutra forma de enunciar o teorema de
NyquistO receptor pode reconstruir um sinal em que a maacutexima
frequecircncia eacute f desde que o sinal tenha sido amostrado um ritmo igual ou superior a 2f
Exemplo um sinal de voz que estaacute limitado a 4 KHz soacute necessita de ser amostrado 8000 vezess
(ie Periacuteodo de amostragem eacute 18000 s = 125 micro segs)
Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
000
195
740
908
816
602
280
014
-06
252
646
808
652
Periacuteodo de amostragem
Comunicacao de Dados
QuantizaccedilatildeoOs valores contiacutenuos da amplitude tambeacutem tecircm de ser
convertidos em valores trataacuteveis pelo computadorOs computadores guardam os nuacutemeros usando 0s e 1s
os chamados bits3 bits daacute para representar 8 nuacutemeros diferentes
000 001 010 011 100 101 110 111Este processo designa-se por quantizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Quantos Hz Quantos bits Para sinal de voz Para muacutesica (CD)
Quais os valores utilizados pelos leitores de CD E pelos DATs
Para sinal medindo a abertura e fecho das cordas vocais Para sinal gravado via telefone
Comunicacao de Dados
Representaccedilatildeo de sinais digitaisDepois da amostragem e quantizaccedilatildeo ficamos com uma lista de
nuacutemeros que facilmente se podem tratar em programas como o SFS e o MatlabAs sinusoacuteides que temos vindo a ver satildeo de facto listas d
nuacutemeros como a seguinte
0 00251 00502 00753 01004 01253 01502 01750 01997 02243
Comunicacao de Dados
Convertendo Digital Analoacutegico
A onda portadora pode ser alteradaAmplitude (altura) da onda e faseFrequumlecircncia (nuacutemero de vezes em que uma onda se
repete durante um ciclo) da ondaA conversatildeo de sinais digitais em analoacutegicos denomina-se
modulaccedilatildeoA conversatildeo de sinais analoacutegicos em digitais denomina-se
demodulaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Conversatildeo DA e vice-versa
Modem -Abreviaccedilatildeo de moduladordemodulador
Converte sinal digital em analoacutegico e vice-versa
Comunicacao de Dados
Conversatildeo DAReconstruccedilatildeo com impulsos quadrados ndash ldquohold
Comunicacao de Dados
Formas de Transmissatildeo
Transmissatildeo DigitalTransmissatildeo Analoacutegica
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo DigitalEnvia dados como pulsos distintos ou ligado (on) ou
desligado (off)Similar agrave maneira pela qual os dados viajam atraveacutes do
computadorUso de compressatildeo de coacutedigos de detecccedilatildeocorreccedilatildeo de erros
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Analoacutegica
Sinal eleacutetrico contiacutenuo na forma de uma ondaDenomina-se onda portadora
Jaacute existem muitas miacutedias de comunicaccedilatildeo para transmissatildeo analoacutegica (voz)Linhas telefocircnicas satildeo as mais comuns
O sinal digital do computador deve ser convertido para a forma analoacutegica para ser transmitido por meio de linhas analoacutegicas
Comunicacao de Dados
Modos de TransmissaoTransmissao simcronaTransmissao Assincrona
Comunicacao de Dados
Transmissao sincrona
Estabale-se um canal entre emissor e receptorOrdem garantidaGrandes blocos de caracteres satildeo transmitidosOs clocks internos dos dispositivos satildeo sincronizadosBits de verificaccedilatildeo de erros conferem se todos os
caracteres foram recebidosMuito mais raacutepida poreacutem o equipamento eacute mais caro
Comunicacao de Dados
Transmissao sincrona
A transmissatildeo SIacuteNCRONA eacute caracterizada pela possibilidade de transmitir um bloco inteiro
com a diccedilatildeo de controles apenas no comeccedilo e fim do bloco Por exemplo os caracteres de controle
do protocolo BSC (STX ndash ldquoStart of TeXtrdquo ETX ndash ldquoEnd of TeXtrdquo) O bloco teraacute aproximadamente a
seguinte configuraccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo AssiacutencronaTambeacutem chamada de transmissatildeo startstop
Um bit de partida (start) eacute transmitido no iniacutecio de cada grupo de bits
Um bit de parada (stop) eacute enviado no final de cada grupoCada grupo tipicamente consiste em um caractere
O dispositivo receptor recebe o sinal de partida e cria um mecanismo para aceitar o grupo
Usada para comunicaccedilotildees de baixa velocidade
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Assiacutencrona
Comunicacao de Dados
SERIAL ndash Transmissatildeo de um bit por vez na unidade de tempo Haacute necessidade de apenas 1 via
Transmissatildeo SerialTransmissatildeo Serial 1 Os bits do caracter satildeo
transmitidos um de cada vez2 Vantagem Baixo custo3 Desvantagem Necessidade de
saber qual bit eacute o primeiro do caracter para decodificar a informaccedilatildeo
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
PARALELA ndash envio simultacircneo de um conjunto de bits Haacute necessidade de tantas vias quantos forem os bits utilizados
11 Transmissatildeo ParalelaTransmissatildeo Paralela 1O sistema deve transmitir os bits do caracter de uma vez soacute2Ex 6 trajetoacuterias separadas para cada bit mais um bit de controle3Vantagem Terminal mais barato (natildeo tem necessidade de decidir quais os bits que aparecem primeiro em cada caracter)4Desvantagem Custo alto impossibilitando cobrir grandes distacircncias
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de DadosTransmissatildeo Serial AssiacutencronaTransmissatildeo Serial Assiacutencrona
A sincronizaccedilatildeo eacute conseguida por um elemento de start que precede cada caracter e um elemento stop no seu final
Vantagem Os caracteres podem ser transmitidos e regularmente espaccedilados no tempo
Desvantagem boa parte transmitida natildeo transporta informaccedilatildeo uacutetil
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao Ha tres modos de comunicacao
Transmissatildeo Siacutemplex Semiduacuteplex Duplex Completo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo SiacutemplexA transmissatildeo siacutemplex envia dados em uma uacutenica direccedilatildeo
apenasExemplo transmissatildeo de televisatildeo
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Semiduacuteplex A transmissatildeo semiduacuteplex envia dados em ambas as direccedilotildees mas
somente em um sentido por vezExemplo o caixa eletrocircnico do banco envia dados sobre um
depoacutesito depois que os dados satildeo recebidos uma confirmaccedilatildeo eacute retornada Ex raacutedio poliacutecia
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
Comunicacao de Dados
Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
Comunicacao de Dados
Limitaccedilatildeo da largura de banda
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
Comunicacao de Dados
Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
Comunicacao de Dados
Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
Comunicacao de Dados
Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
Comunicacao de Dados
Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
Comunicacao de Dados
Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Caracteriacutesticas do Sinal (cont)
Comunicacao de Dados
Amostragem
Tira-se amostras do sinal espaccediladas de um intervalo de tempo fixo o periacuteodo de amostragem representado por Ta
O periacuteodo de amostragem depende da frequecircncia de amostragem (fa) [em Inglecircs fs]Nuacutemero de amostras por segundoEx fa=1000 Hz daacute T=1fa=11000=1 ms
O nuacutemero total de pontos de um sinal digital depende da sua duraccedilatildeo e da frequecircncia de amostragem5 segundos amostrados a 10 000 Hz datildeo 50 000 amostras
Comunicacao de Dados
AmostragemOutra forma de enunciar o teorema de
NyquistO receptor pode reconstruir um sinal em que a maacutexima
frequecircncia eacute f desde que o sinal tenha sido amostrado um ritmo igual ou superior a 2f
Exemplo um sinal de voz que estaacute limitado a 4 KHz soacute necessita de ser amostrado 8000 vezess
(ie Periacuteodo de amostragem eacute 18000 s = 125 micro segs)
Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
000
195
740
908
816
602
280
014
-06
252
646
808
652
Periacuteodo de amostragem
Comunicacao de Dados
QuantizaccedilatildeoOs valores contiacutenuos da amplitude tambeacutem tecircm de ser
convertidos em valores trataacuteveis pelo computadorOs computadores guardam os nuacutemeros usando 0s e 1s
os chamados bits3 bits daacute para representar 8 nuacutemeros diferentes
000 001 010 011 100 101 110 111Este processo designa-se por quantizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Quantos Hz Quantos bits Para sinal de voz Para muacutesica (CD)
Quais os valores utilizados pelos leitores de CD E pelos DATs
Para sinal medindo a abertura e fecho das cordas vocais Para sinal gravado via telefone
Comunicacao de Dados
Representaccedilatildeo de sinais digitaisDepois da amostragem e quantizaccedilatildeo ficamos com uma lista de
nuacutemeros que facilmente se podem tratar em programas como o SFS e o MatlabAs sinusoacuteides que temos vindo a ver satildeo de facto listas d
nuacutemeros como a seguinte
0 00251 00502 00753 01004 01253 01502 01750 01997 02243
Comunicacao de Dados
Convertendo Digital Analoacutegico
A onda portadora pode ser alteradaAmplitude (altura) da onda e faseFrequumlecircncia (nuacutemero de vezes em que uma onda se
repete durante um ciclo) da ondaA conversatildeo de sinais digitais em analoacutegicos denomina-se
modulaccedilatildeoA conversatildeo de sinais analoacutegicos em digitais denomina-se
demodulaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Conversatildeo DA e vice-versa
Modem -Abreviaccedilatildeo de moduladordemodulador
Converte sinal digital em analoacutegico e vice-versa
Comunicacao de Dados
Conversatildeo DAReconstruccedilatildeo com impulsos quadrados ndash ldquohold
Comunicacao de Dados
Formas de Transmissatildeo
Transmissatildeo DigitalTransmissatildeo Analoacutegica
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo DigitalEnvia dados como pulsos distintos ou ligado (on) ou
desligado (off)Similar agrave maneira pela qual os dados viajam atraveacutes do
computadorUso de compressatildeo de coacutedigos de detecccedilatildeocorreccedilatildeo de erros
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Analoacutegica
Sinal eleacutetrico contiacutenuo na forma de uma ondaDenomina-se onda portadora
Jaacute existem muitas miacutedias de comunicaccedilatildeo para transmissatildeo analoacutegica (voz)Linhas telefocircnicas satildeo as mais comuns
O sinal digital do computador deve ser convertido para a forma analoacutegica para ser transmitido por meio de linhas analoacutegicas
Comunicacao de Dados
Modos de TransmissaoTransmissao simcronaTransmissao Assincrona
Comunicacao de Dados
Transmissao sincrona
Estabale-se um canal entre emissor e receptorOrdem garantidaGrandes blocos de caracteres satildeo transmitidosOs clocks internos dos dispositivos satildeo sincronizadosBits de verificaccedilatildeo de erros conferem se todos os
caracteres foram recebidosMuito mais raacutepida poreacutem o equipamento eacute mais caro
Comunicacao de Dados
Transmissao sincrona
A transmissatildeo SIacuteNCRONA eacute caracterizada pela possibilidade de transmitir um bloco inteiro
com a diccedilatildeo de controles apenas no comeccedilo e fim do bloco Por exemplo os caracteres de controle
do protocolo BSC (STX ndash ldquoStart of TeXtrdquo ETX ndash ldquoEnd of TeXtrdquo) O bloco teraacute aproximadamente a
seguinte configuraccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo AssiacutencronaTambeacutem chamada de transmissatildeo startstop
Um bit de partida (start) eacute transmitido no iniacutecio de cada grupo de bits
Um bit de parada (stop) eacute enviado no final de cada grupoCada grupo tipicamente consiste em um caractere
O dispositivo receptor recebe o sinal de partida e cria um mecanismo para aceitar o grupo
Usada para comunicaccedilotildees de baixa velocidade
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Assiacutencrona
Comunicacao de Dados
SERIAL ndash Transmissatildeo de um bit por vez na unidade de tempo Haacute necessidade de apenas 1 via
Transmissatildeo SerialTransmissatildeo Serial 1 Os bits do caracter satildeo
transmitidos um de cada vez2 Vantagem Baixo custo3 Desvantagem Necessidade de
saber qual bit eacute o primeiro do caracter para decodificar a informaccedilatildeo
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
PARALELA ndash envio simultacircneo de um conjunto de bits Haacute necessidade de tantas vias quantos forem os bits utilizados
11 Transmissatildeo ParalelaTransmissatildeo Paralela 1O sistema deve transmitir os bits do caracter de uma vez soacute2Ex 6 trajetoacuterias separadas para cada bit mais um bit de controle3Vantagem Terminal mais barato (natildeo tem necessidade de decidir quais os bits que aparecem primeiro em cada caracter)4Desvantagem Custo alto impossibilitando cobrir grandes distacircncias
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de DadosTransmissatildeo Serial AssiacutencronaTransmissatildeo Serial Assiacutencrona
A sincronizaccedilatildeo eacute conseguida por um elemento de start que precede cada caracter e um elemento stop no seu final
Vantagem Os caracteres podem ser transmitidos e regularmente espaccedilados no tempo
Desvantagem boa parte transmitida natildeo transporta informaccedilatildeo uacutetil
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao Ha tres modos de comunicacao
Transmissatildeo Siacutemplex Semiduacuteplex Duplex Completo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo SiacutemplexA transmissatildeo siacutemplex envia dados em uma uacutenica direccedilatildeo
apenasExemplo transmissatildeo de televisatildeo
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Semiduacuteplex A transmissatildeo semiduacuteplex envia dados em ambas as direccedilotildees mas
somente em um sentido por vezExemplo o caixa eletrocircnico do banco envia dados sobre um
depoacutesito depois que os dados satildeo recebidos uma confirmaccedilatildeo eacute retornada Ex raacutedio poliacutecia
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
Comunicacao de Dados
Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
Comunicacao de Dados
Limitaccedilatildeo da largura de banda
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
Comunicacao de Dados
Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
Comunicacao de Dados
Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
Comunicacao de Dados
Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
Comunicacao de Dados
Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
Comunicacao de Dados
Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
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Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Amostragem
Tira-se amostras do sinal espaccediladas de um intervalo de tempo fixo o periacuteodo de amostragem representado por Ta
O periacuteodo de amostragem depende da frequecircncia de amostragem (fa) [em Inglecircs fs]Nuacutemero de amostras por segundoEx fa=1000 Hz daacute T=1fa=11000=1 ms
O nuacutemero total de pontos de um sinal digital depende da sua duraccedilatildeo e da frequecircncia de amostragem5 segundos amostrados a 10 000 Hz datildeo 50 000 amostras
Comunicacao de Dados
AmostragemOutra forma de enunciar o teorema de
NyquistO receptor pode reconstruir um sinal em que a maacutexima
frequecircncia eacute f desde que o sinal tenha sido amostrado um ritmo igual ou superior a 2f
Exemplo um sinal de voz que estaacute limitado a 4 KHz soacute necessita de ser amostrado 8000 vezess
(ie Periacuteodo de amostragem eacute 18000 s = 125 micro segs)
Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
000
195
740
908
816
602
280
014
-06
252
646
808
652
Periacuteodo de amostragem
Comunicacao de Dados
QuantizaccedilatildeoOs valores contiacutenuos da amplitude tambeacutem tecircm de ser
convertidos em valores trataacuteveis pelo computadorOs computadores guardam os nuacutemeros usando 0s e 1s
os chamados bits3 bits daacute para representar 8 nuacutemeros diferentes
000 001 010 011 100 101 110 111Este processo designa-se por quantizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Quantos Hz Quantos bits Para sinal de voz Para muacutesica (CD)
Quais os valores utilizados pelos leitores de CD E pelos DATs
Para sinal medindo a abertura e fecho das cordas vocais Para sinal gravado via telefone
Comunicacao de Dados
Representaccedilatildeo de sinais digitaisDepois da amostragem e quantizaccedilatildeo ficamos com uma lista de
nuacutemeros que facilmente se podem tratar em programas como o SFS e o MatlabAs sinusoacuteides que temos vindo a ver satildeo de facto listas d
nuacutemeros como a seguinte
0 00251 00502 00753 01004 01253 01502 01750 01997 02243
Comunicacao de Dados
Convertendo Digital Analoacutegico
A onda portadora pode ser alteradaAmplitude (altura) da onda e faseFrequumlecircncia (nuacutemero de vezes em que uma onda se
repete durante um ciclo) da ondaA conversatildeo de sinais digitais em analoacutegicos denomina-se
modulaccedilatildeoA conversatildeo de sinais analoacutegicos em digitais denomina-se
demodulaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Conversatildeo DA e vice-versa
Modem -Abreviaccedilatildeo de moduladordemodulador
Converte sinal digital em analoacutegico e vice-versa
Comunicacao de Dados
Conversatildeo DAReconstruccedilatildeo com impulsos quadrados ndash ldquohold
Comunicacao de Dados
Formas de Transmissatildeo
Transmissatildeo DigitalTransmissatildeo Analoacutegica
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo DigitalEnvia dados como pulsos distintos ou ligado (on) ou
desligado (off)Similar agrave maneira pela qual os dados viajam atraveacutes do
computadorUso de compressatildeo de coacutedigos de detecccedilatildeocorreccedilatildeo de erros
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Analoacutegica
Sinal eleacutetrico contiacutenuo na forma de uma ondaDenomina-se onda portadora
Jaacute existem muitas miacutedias de comunicaccedilatildeo para transmissatildeo analoacutegica (voz)Linhas telefocircnicas satildeo as mais comuns
O sinal digital do computador deve ser convertido para a forma analoacutegica para ser transmitido por meio de linhas analoacutegicas
Comunicacao de Dados
Modos de TransmissaoTransmissao simcronaTransmissao Assincrona
Comunicacao de Dados
Transmissao sincrona
Estabale-se um canal entre emissor e receptorOrdem garantidaGrandes blocos de caracteres satildeo transmitidosOs clocks internos dos dispositivos satildeo sincronizadosBits de verificaccedilatildeo de erros conferem se todos os
caracteres foram recebidosMuito mais raacutepida poreacutem o equipamento eacute mais caro
Comunicacao de Dados
Transmissao sincrona
A transmissatildeo SIacuteNCRONA eacute caracterizada pela possibilidade de transmitir um bloco inteiro
com a diccedilatildeo de controles apenas no comeccedilo e fim do bloco Por exemplo os caracteres de controle
do protocolo BSC (STX ndash ldquoStart of TeXtrdquo ETX ndash ldquoEnd of TeXtrdquo) O bloco teraacute aproximadamente a
seguinte configuraccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo AssiacutencronaTambeacutem chamada de transmissatildeo startstop
Um bit de partida (start) eacute transmitido no iniacutecio de cada grupo de bits
Um bit de parada (stop) eacute enviado no final de cada grupoCada grupo tipicamente consiste em um caractere
O dispositivo receptor recebe o sinal de partida e cria um mecanismo para aceitar o grupo
Usada para comunicaccedilotildees de baixa velocidade
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Assiacutencrona
Comunicacao de Dados
SERIAL ndash Transmissatildeo de um bit por vez na unidade de tempo Haacute necessidade de apenas 1 via
Transmissatildeo SerialTransmissatildeo Serial 1 Os bits do caracter satildeo
transmitidos um de cada vez2 Vantagem Baixo custo3 Desvantagem Necessidade de
saber qual bit eacute o primeiro do caracter para decodificar a informaccedilatildeo
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
PARALELA ndash envio simultacircneo de um conjunto de bits Haacute necessidade de tantas vias quantos forem os bits utilizados
11 Transmissatildeo ParalelaTransmissatildeo Paralela 1O sistema deve transmitir os bits do caracter de uma vez soacute2Ex 6 trajetoacuterias separadas para cada bit mais um bit de controle3Vantagem Terminal mais barato (natildeo tem necessidade de decidir quais os bits que aparecem primeiro em cada caracter)4Desvantagem Custo alto impossibilitando cobrir grandes distacircncias
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de DadosTransmissatildeo Serial AssiacutencronaTransmissatildeo Serial Assiacutencrona
A sincronizaccedilatildeo eacute conseguida por um elemento de start que precede cada caracter e um elemento stop no seu final
Vantagem Os caracteres podem ser transmitidos e regularmente espaccedilados no tempo
Desvantagem boa parte transmitida natildeo transporta informaccedilatildeo uacutetil
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao Ha tres modos de comunicacao
Transmissatildeo Siacutemplex Semiduacuteplex Duplex Completo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo SiacutemplexA transmissatildeo siacutemplex envia dados em uma uacutenica direccedilatildeo
apenasExemplo transmissatildeo de televisatildeo
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Semiduacuteplex A transmissatildeo semiduacuteplex envia dados em ambas as direccedilotildees mas
somente em um sentido por vezExemplo o caixa eletrocircnico do banco envia dados sobre um
depoacutesito depois que os dados satildeo recebidos uma confirmaccedilatildeo eacute retornada Ex raacutedio poliacutecia
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
Comunicacao de Dados
Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
Comunicacao de Dados
Limitaccedilatildeo da largura de banda
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
Comunicacao de Dados
Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
Comunicacao de Dados
Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
Comunicacao de Dados
Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
Comunicacao de Dados
Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
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Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
Comunicacao de Dados
Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
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Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
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Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
AmostragemOutra forma de enunciar o teorema de
NyquistO receptor pode reconstruir um sinal em que a maacutexima
frequecircncia eacute f desde que o sinal tenha sido amostrado um ritmo igual ou superior a 2f
Exemplo um sinal de voz que estaacute limitado a 4 KHz soacute necessita de ser amostrado 8000 vezess
(ie Periacuteodo de amostragem eacute 18000 s = 125 micro segs)
Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
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10
Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
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000
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740
908
816
602
280
014
-06
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646
808
652
Periacuteodo de amostragem
Comunicacao de Dados
QuantizaccedilatildeoOs valores contiacutenuos da amplitude tambeacutem tecircm de ser
convertidos em valores trataacuteveis pelo computadorOs computadores guardam os nuacutemeros usando 0s e 1s
os chamados bits3 bits daacute para representar 8 nuacutemeros diferentes
000 001 010 011 100 101 110 111Este processo designa-se por quantizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Quantos Hz Quantos bits Para sinal de voz Para muacutesica (CD)
Quais os valores utilizados pelos leitores de CD E pelos DATs
Para sinal medindo a abertura e fecho das cordas vocais Para sinal gravado via telefone
Comunicacao de Dados
Representaccedilatildeo de sinais digitaisDepois da amostragem e quantizaccedilatildeo ficamos com uma lista de
nuacutemeros que facilmente se podem tratar em programas como o SFS e o MatlabAs sinusoacuteides que temos vindo a ver satildeo de facto listas d
nuacutemeros como a seguinte
0 00251 00502 00753 01004 01253 01502 01750 01997 02243
Comunicacao de Dados
Convertendo Digital Analoacutegico
A onda portadora pode ser alteradaAmplitude (altura) da onda e faseFrequumlecircncia (nuacutemero de vezes em que uma onda se
repete durante um ciclo) da ondaA conversatildeo de sinais digitais em analoacutegicos denomina-se
modulaccedilatildeoA conversatildeo de sinais analoacutegicos em digitais denomina-se
demodulaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Conversatildeo DA e vice-versa
Modem -Abreviaccedilatildeo de moduladordemodulador
Converte sinal digital em analoacutegico e vice-versa
Comunicacao de Dados
Conversatildeo DAReconstruccedilatildeo com impulsos quadrados ndash ldquohold
Comunicacao de Dados
Formas de Transmissatildeo
Transmissatildeo DigitalTransmissatildeo Analoacutegica
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo DigitalEnvia dados como pulsos distintos ou ligado (on) ou
desligado (off)Similar agrave maneira pela qual os dados viajam atraveacutes do
computadorUso de compressatildeo de coacutedigos de detecccedilatildeocorreccedilatildeo de erros
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Analoacutegica
Sinal eleacutetrico contiacutenuo na forma de uma ondaDenomina-se onda portadora
Jaacute existem muitas miacutedias de comunicaccedilatildeo para transmissatildeo analoacutegica (voz)Linhas telefocircnicas satildeo as mais comuns
O sinal digital do computador deve ser convertido para a forma analoacutegica para ser transmitido por meio de linhas analoacutegicas
Comunicacao de Dados
Modos de TransmissaoTransmissao simcronaTransmissao Assincrona
Comunicacao de Dados
Transmissao sincrona
Estabale-se um canal entre emissor e receptorOrdem garantidaGrandes blocos de caracteres satildeo transmitidosOs clocks internos dos dispositivos satildeo sincronizadosBits de verificaccedilatildeo de erros conferem se todos os
caracteres foram recebidosMuito mais raacutepida poreacutem o equipamento eacute mais caro
Comunicacao de Dados
Transmissao sincrona
A transmissatildeo SIacuteNCRONA eacute caracterizada pela possibilidade de transmitir um bloco inteiro
com a diccedilatildeo de controles apenas no comeccedilo e fim do bloco Por exemplo os caracteres de controle
do protocolo BSC (STX ndash ldquoStart of TeXtrdquo ETX ndash ldquoEnd of TeXtrdquo) O bloco teraacute aproximadamente a
seguinte configuraccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo AssiacutencronaTambeacutem chamada de transmissatildeo startstop
Um bit de partida (start) eacute transmitido no iniacutecio de cada grupo de bits
Um bit de parada (stop) eacute enviado no final de cada grupoCada grupo tipicamente consiste em um caractere
O dispositivo receptor recebe o sinal de partida e cria um mecanismo para aceitar o grupo
Usada para comunicaccedilotildees de baixa velocidade
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Assiacutencrona
Comunicacao de Dados
SERIAL ndash Transmissatildeo de um bit por vez na unidade de tempo Haacute necessidade de apenas 1 via
Transmissatildeo SerialTransmissatildeo Serial 1 Os bits do caracter satildeo
transmitidos um de cada vez2 Vantagem Baixo custo3 Desvantagem Necessidade de
saber qual bit eacute o primeiro do caracter para decodificar a informaccedilatildeo
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
PARALELA ndash envio simultacircneo de um conjunto de bits Haacute necessidade de tantas vias quantos forem os bits utilizados
11 Transmissatildeo ParalelaTransmissatildeo Paralela 1O sistema deve transmitir os bits do caracter de uma vez soacute2Ex 6 trajetoacuterias separadas para cada bit mais um bit de controle3Vantagem Terminal mais barato (natildeo tem necessidade de decidir quais os bits que aparecem primeiro em cada caracter)4Desvantagem Custo alto impossibilitando cobrir grandes distacircncias
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de DadosTransmissatildeo Serial AssiacutencronaTransmissatildeo Serial Assiacutencrona
A sincronizaccedilatildeo eacute conseguida por um elemento de start que precede cada caracter e um elemento stop no seu final
Vantagem Os caracteres podem ser transmitidos e regularmente espaccedilados no tempo
Desvantagem boa parte transmitida natildeo transporta informaccedilatildeo uacutetil
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao Ha tres modos de comunicacao
Transmissatildeo Siacutemplex Semiduacuteplex Duplex Completo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo SiacutemplexA transmissatildeo siacutemplex envia dados em uma uacutenica direccedilatildeo
apenasExemplo transmissatildeo de televisatildeo
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Semiduacuteplex A transmissatildeo semiduacuteplex envia dados em ambas as direccedilotildees mas
somente em um sentido por vezExemplo o caixa eletrocircnico do banco envia dados sobre um
depoacutesito depois que os dados satildeo recebidos uma confirmaccedilatildeo eacute retornada Ex raacutedio poliacutecia
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
Comunicacao de Dados
Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
Comunicacao de Dados
Limitaccedilatildeo da largura de banda
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
Comunicacao de Dados
Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
Comunicacao de Dados
Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
Comunicacao de Dados
Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
Comunicacao de Dados
Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
Comunicacao de Dados
Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
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Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
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000
195
740
908
816
602
280
014
-06
252
646
808
652
Periacuteodo de amostragem
Comunicacao de Dados
QuantizaccedilatildeoOs valores contiacutenuos da amplitude tambeacutem tecircm de ser
convertidos em valores trataacuteveis pelo computadorOs computadores guardam os nuacutemeros usando 0s e 1s
os chamados bits3 bits daacute para representar 8 nuacutemeros diferentes
000 001 010 011 100 101 110 111Este processo designa-se por quantizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Quantos Hz Quantos bits Para sinal de voz Para muacutesica (CD)
Quais os valores utilizados pelos leitores de CD E pelos DATs
Para sinal medindo a abertura e fecho das cordas vocais Para sinal gravado via telefone
Comunicacao de Dados
Representaccedilatildeo de sinais digitaisDepois da amostragem e quantizaccedilatildeo ficamos com uma lista de
nuacutemeros que facilmente se podem tratar em programas como o SFS e o MatlabAs sinusoacuteides que temos vindo a ver satildeo de facto listas d
nuacutemeros como a seguinte
0 00251 00502 00753 01004 01253 01502 01750 01997 02243
Comunicacao de Dados
Convertendo Digital Analoacutegico
A onda portadora pode ser alteradaAmplitude (altura) da onda e faseFrequumlecircncia (nuacutemero de vezes em que uma onda se
repete durante um ciclo) da ondaA conversatildeo de sinais digitais em analoacutegicos denomina-se
modulaccedilatildeoA conversatildeo de sinais analoacutegicos em digitais denomina-se
demodulaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Conversatildeo DA e vice-versa
Modem -Abreviaccedilatildeo de moduladordemodulador
Converte sinal digital em analoacutegico e vice-versa
Comunicacao de Dados
Conversatildeo DAReconstruccedilatildeo com impulsos quadrados ndash ldquohold
Comunicacao de Dados
Formas de Transmissatildeo
Transmissatildeo DigitalTransmissatildeo Analoacutegica
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo DigitalEnvia dados como pulsos distintos ou ligado (on) ou
desligado (off)Similar agrave maneira pela qual os dados viajam atraveacutes do
computadorUso de compressatildeo de coacutedigos de detecccedilatildeocorreccedilatildeo de erros
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Analoacutegica
Sinal eleacutetrico contiacutenuo na forma de uma ondaDenomina-se onda portadora
Jaacute existem muitas miacutedias de comunicaccedilatildeo para transmissatildeo analoacutegica (voz)Linhas telefocircnicas satildeo as mais comuns
O sinal digital do computador deve ser convertido para a forma analoacutegica para ser transmitido por meio de linhas analoacutegicas
Comunicacao de Dados
Modos de TransmissaoTransmissao simcronaTransmissao Assincrona
Comunicacao de Dados
Transmissao sincrona
Estabale-se um canal entre emissor e receptorOrdem garantidaGrandes blocos de caracteres satildeo transmitidosOs clocks internos dos dispositivos satildeo sincronizadosBits de verificaccedilatildeo de erros conferem se todos os
caracteres foram recebidosMuito mais raacutepida poreacutem o equipamento eacute mais caro
Comunicacao de Dados
Transmissao sincrona
A transmissatildeo SIacuteNCRONA eacute caracterizada pela possibilidade de transmitir um bloco inteiro
com a diccedilatildeo de controles apenas no comeccedilo e fim do bloco Por exemplo os caracteres de controle
do protocolo BSC (STX ndash ldquoStart of TeXtrdquo ETX ndash ldquoEnd of TeXtrdquo) O bloco teraacute aproximadamente a
seguinte configuraccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo AssiacutencronaTambeacutem chamada de transmissatildeo startstop
Um bit de partida (start) eacute transmitido no iniacutecio de cada grupo de bits
Um bit de parada (stop) eacute enviado no final de cada grupoCada grupo tipicamente consiste em um caractere
O dispositivo receptor recebe o sinal de partida e cria um mecanismo para aceitar o grupo
Usada para comunicaccedilotildees de baixa velocidade
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Assiacutencrona
Comunicacao de Dados
SERIAL ndash Transmissatildeo de um bit por vez na unidade de tempo Haacute necessidade de apenas 1 via
Transmissatildeo SerialTransmissatildeo Serial 1 Os bits do caracter satildeo
transmitidos um de cada vez2 Vantagem Baixo custo3 Desvantagem Necessidade de
saber qual bit eacute o primeiro do caracter para decodificar a informaccedilatildeo
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
PARALELA ndash envio simultacircneo de um conjunto de bits Haacute necessidade de tantas vias quantos forem os bits utilizados
11 Transmissatildeo ParalelaTransmissatildeo Paralela 1O sistema deve transmitir os bits do caracter de uma vez soacute2Ex 6 trajetoacuterias separadas para cada bit mais um bit de controle3Vantagem Terminal mais barato (natildeo tem necessidade de decidir quais os bits que aparecem primeiro em cada caracter)4Desvantagem Custo alto impossibilitando cobrir grandes distacircncias
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de DadosTransmissatildeo Serial AssiacutencronaTransmissatildeo Serial Assiacutencrona
A sincronizaccedilatildeo eacute conseguida por um elemento de start que precede cada caracter e um elemento stop no seu final
Vantagem Os caracteres podem ser transmitidos e regularmente espaccedilados no tempo
Desvantagem boa parte transmitida natildeo transporta informaccedilatildeo uacutetil
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao Ha tres modos de comunicacao
Transmissatildeo Siacutemplex Semiduacuteplex Duplex Completo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo SiacutemplexA transmissatildeo siacutemplex envia dados em uma uacutenica direccedilatildeo
apenasExemplo transmissatildeo de televisatildeo
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Semiduacuteplex A transmissatildeo semiduacuteplex envia dados em ambas as direccedilotildees mas
somente em um sentido por vezExemplo o caixa eletrocircnico do banco envia dados sobre um
depoacutesito depois que os dados satildeo recebidos uma confirmaccedilatildeo eacute retornada Ex raacutedio poliacutecia
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
Comunicacao de Dados
Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
Comunicacao de Dados
Limitaccedilatildeo da largura de banda
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
Comunicacao de Dados
Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
Comunicacao de Dados
Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
Comunicacao de Dados
Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
Comunicacao de Dados
Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
Comunicacao de Dados
Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
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Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
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Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
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Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
Comunicacao de Dados
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Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
Comunicacao de Dados
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Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Comunicacao de Dados
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Amostragem
0 20 40 60 80 100 120 140-2
0
2
4
6
8
10
000
195
740
908
816
602
280
014
-06
252
646
808
652
Periacuteodo de amostragem
Comunicacao de Dados
QuantizaccedilatildeoOs valores contiacutenuos da amplitude tambeacutem tecircm de ser
convertidos em valores trataacuteveis pelo computadorOs computadores guardam os nuacutemeros usando 0s e 1s
os chamados bits3 bits daacute para representar 8 nuacutemeros diferentes
000 001 010 011 100 101 110 111Este processo designa-se por quantizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Quantos Hz Quantos bits Para sinal de voz Para muacutesica (CD)
Quais os valores utilizados pelos leitores de CD E pelos DATs
Para sinal medindo a abertura e fecho das cordas vocais Para sinal gravado via telefone
Comunicacao de Dados
Representaccedilatildeo de sinais digitaisDepois da amostragem e quantizaccedilatildeo ficamos com uma lista de
nuacutemeros que facilmente se podem tratar em programas como o SFS e o MatlabAs sinusoacuteides que temos vindo a ver satildeo de facto listas d
nuacutemeros como a seguinte
0 00251 00502 00753 01004 01253 01502 01750 01997 02243
Comunicacao de Dados
Convertendo Digital Analoacutegico
A onda portadora pode ser alteradaAmplitude (altura) da onda e faseFrequumlecircncia (nuacutemero de vezes em que uma onda se
repete durante um ciclo) da ondaA conversatildeo de sinais digitais em analoacutegicos denomina-se
modulaccedilatildeoA conversatildeo de sinais analoacutegicos em digitais denomina-se
demodulaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Conversatildeo DA e vice-versa
Modem -Abreviaccedilatildeo de moduladordemodulador
Converte sinal digital em analoacutegico e vice-versa
Comunicacao de Dados
Conversatildeo DAReconstruccedilatildeo com impulsos quadrados ndash ldquohold
Comunicacao de Dados
Formas de Transmissatildeo
Transmissatildeo DigitalTransmissatildeo Analoacutegica
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo DigitalEnvia dados como pulsos distintos ou ligado (on) ou
desligado (off)Similar agrave maneira pela qual os dados viajam atraveacutes do
computadorUso de compressatildeo de coacutedigos de detecccedilatildeocorreccedilatildeo de erros
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Analoacutegica
Sinal eleacutetrico contiacutenuo na forma de uma ondaDenomina-se onda portadora
Jaacute existem muitas miacutedias de comunicaccedilatildeo para transmissatildeo analoacutegica (voz)Linhas telefocircnicas satildeo as mais comuns
O sinal digital do computador deve ser convertido para a forma analoacutegica para ser transmitido por meio de linhas analoacutegicas
Comunicacao de Dados
Modos de TransmissaoTransmissao simcronaTransmissao Assincrona
Comunicacao de Dados
Transmissao sincrona
Estabale-se um canal entre emissor e receptorOrdem garantidaGrandes blocos de caracteres satildeo transmitidosOs clocks internos dos dispositivos satildeo sincronizadosBits de verificaccedilatildeo de erros conferem se todos os
caracteres foram recebidosMuito mais raacutepida poreacutem o equipamento eacute mais caro
Comunicacao de Dados
Transmissao sincrona
A transmissatildeo SIacuteNCRONA eacute caracterizada pela possibilidade de transmitir um bloco inteiro
com a diccedilatildeo de controles apenas no comeccedilo e fim do bloco Por exemplo os caracteres de controle
do protocolo BSC (STX ndash ldquoStart of TeXtrdquo ETX ndash ldquoEnd of TeXtrdquo) O bloco teraacute aproximadamente a
seguinte configuraccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo AssiacutencronaTambeacutem chamada de transmissatildeo startstop
Um bit de partida (start) eacute transmitido no iniacutecio de cada grupo de bits
Um bit de parada (stop) eacute enviado no final de cada grupoCada grupo tipicamente consiste em um caractere
O dispositivo receptor recebe o sinal de partida e cria um mecanismo para aceitar o grupo
Usada para comunicaccedilotildees de baixa velocidade
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Assiacutencrona
Comunicacao de Dados
SERIAL ndash Transmissatildeo de um bit por vez na unidade de tempo Haacute necessidade de apenas 1 via
Transmissatildeo SerialTransmissatildeo Serial 1 Os bits do caracter satildeo
transmitidos um de cada vez2 Vantagem Baixo custo3 Desvantagem Necessidade de
saber qual bit eacute o primeiro do caracter para decodificar a informaccedilatildeo
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
PARALELA ndash envio simultacircneo de um conjunto de bits Haacute necessidade de tantas vias quantos forem os bits utilizados
11 Transmissatildeo ParalelaTransmissatildeo Paralela 1O sistema deve transmitir os bits do caracter de uma vez soacute2Ex 6 trajetoacuterias separadas para cada bit mais um bit de controle3Vantagem Terminal mais barato (natildeo tem necessidade de decidir quais os bits que aparecem primeiro em cada caracter)4Desvantagem Custo alto impossibilitando cobrir grandes distacircncias
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de DadosTransmissatildeo Serial AssiacutencronaTransmissatildeo Serial Assiacutencrona
A sincronizaccedilatildeo eacute conseguida por um elemento de start que precede cada caracter e um elemento stop no seu final
Vantagem Os caracteres podem ser transmitidos e regularmente espaccedilados no tempo
Desvantagem boa parte transmitida natildeo transporta informaccedilatildeo uacutetil
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao Ha tres modos de comunicacao
Transmissatildeo Siacutemplex Semiduacuteplex Duplex Completo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo SiacutemplexA transmissatildeo siacutemplex envia dados em uma uacutenica direccedilatildeo
apenasExemplo transmissatildeo de televisatildeo
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Semiduacuteplex A transmissatildeo semiduacuteplex envia dados em ambas as direccedilotildees mas
somente em um sentido por vezExemplo o caixa eletrocircnico do banco envia dados sobre um
depoacutesito depois que os dados satildeo recebidos uma confirmaccedilatildeo eacute retornada Ex raacutedio poliacutecia
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
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Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
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Limitaccedilatildeo da largura de banda
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
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Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
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Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
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ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
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Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
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Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
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Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
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Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
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Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
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Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
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Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
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Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
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Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
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Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
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Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
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Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
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Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
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Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
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Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
QuantizaccedilatildeoOs valores contiacutenuos da amplitude tambeacutem tecircm de ser
convertidos em valores trataacuteveis pelo computadorOs computadores guardam os nuacutemeros usando 0s e 1s
os chamados bits3 bits daacute para representar 8 nuacutemeros diferentes
000 001 010 011 100 101 110 111Este processo designa-se por quantizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Quantos Hz Quantos bits Para sinal de voz Para muacutesica (CD)
Quais os valores utilizados pelos leitores de CD E pelos DATs
Para sinal medindo a abertura e fecho das cordas vocais Para sinal gravado via telefone
Comunicacao de Dados
Representaccedilatildeo de sinais digitaisDepois da amostragem e quantizaccedilatildeo ficamos com uma lista de
nuacutemeros que facilmente se podem tratar em programas como o SFS e o MatlabAs sinusoacuteides que temos vindo a ver satildeo de facto listas d
nuacutemeros como a seguinte
0 00251 00502 00753 01004 01253 01502 01750 01997 02243
Comunicacao de Dados
Convertendo Digital Analoacutegico
A onda portadora pode ser alteradaAmplitude (altura) da onda e faseFrequumlecircncia (nuacutemero de vezes em que uma onda se
repete durante um ciclo) da ondaA conversatildeo de sinais digitais em analoacutegicos denomina-se
modulaccedilatildeoA conversatildeo de sinais analoacutegicos em digitais denomina-se
demodulaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Conversatildeo DA e vice-versa
Modem -Abreviaccedilatildeo de moduladordemodulador
Converte sinal digital em analoacutegico e vice-versa
Comunicacao de Dados
Conversatildeo DAReconstruccedilatildeo com impulsos quadrados ndash ldquohold
Comunicacao de Dados
Formas de Transmissatildeo
Transmissatildeo DigitalTransmissatildeo Analoacutegica
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo DigitalEnvia dados como pulsos distintos ou ligado (on) ou
desligado (off)Similar agrave maneira pela qual os dados viajam atraveacutes do
computadorUso de compressatildeo de coacutedigos de detecccedilatildeocorreccedilatildeo de erros
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Analoacutegica
Sinal eleacutetrico contiacutenuo na forma de uma ondaDenomina-se onda portadora
Jaacute existem muitas miacutedias de comunicaccedilatildeo para transmissatildeo analoacutegica (voz)Linhas telefocircnicas satildeo as mais comuns
O sinal digital do computador deve ser convertido para a forma analoacutegica para ser transmitido por meio de linhas analoacutegicas
Comunicacao de Dados
Modos de TransmissaoTransmissao simcronaTransmissao Assincrona
Comunicacao de Dados
Transmissao sincrona
Estabale-se um canal entre emissor e receptorOrdem garantidaGrandes blocos de caracteres satildeo transmitidosOs clocks internos dos dispositivos satildeo sincronizadosBits de verificaccedilatildeo de erros conferem se todos os
caracteres foram recebidosMuito mais raacutepida poreacutem o equipamento eacute mais caro
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Transmissao sincrona
A transmissatildeo SIacuteNCRONA eacute caracterizada pela possibilidade de transmitir um bloco inteiro
com a diccedilatildeo de controles apenas no comeccedilo e fim do bloco Por exemplo os caracteres de controle
do protocolo BSC (STX ndash ldquoStart of TeXtrdquo ETX ndash ldquoEnd of TeXtrdquo) O bloco teraacute aproximadamente a
seguinte configuraccedilatildeo
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Transmissatildeo AssiacutencronaTambeacutem chamada de transmissatildeo startstop
Um bit de partida (start) eacute transmitido no iniacutecio de cada grupo de bits
Um bit de parada (stop) eacute enviado no final de cada grupoCada grupo tipicamente consiste em um caractere
O dispositivo receptor recebe o sinal de partida e cria um mecanismo para aceitar o grupo
Usada para comunicaccedilotildees de baixa velocidade
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Transmissatildeo Assiacutencrona
Comunicacao de Dados
SERIAL ndash Transmissatildeo de um bit por vez na unidade de tempo Haacute necessidade de apenas 1 via
Transmissatildeo SerialTransmissatildeo Serial 1 Os bits do caracter satildeo
transmitidos um de cada vez2 Vantagem Baixo custo3 Desvantagem Necessidade de
saber qual bit eacute o primeiro do caracter para decodificar a informaccedilatildeo
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
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Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
PARALELA ndash envio simultacircneo de um conjunto de bits Haacute necessidade de tantas vias quantos forem os bits utilizados
11 Transmissatildeo ParalelaTransmissatildeo Paralela 1O sistema deve transmitir os bits do caracter de uma vez soacute2Ex 6 trajetoacuterias separadas para cada bit mais um bit de controle3Vantagem Terminal mais barato (natildeo tem necessidade de decidir quais os bits que aparecem primeiro em cada caracter)4Desvantagem Custo alto impossibilitando cobrir grandes distacircncias
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Transmissatildeo de DadosTransmissatildeo Serial AssiacutencronaTransmissatildeo Serial Assiacutencrona
A sincronizaccedilatildeo eacute conseguida por um elemento de start que precede cada caracter e um elemento stop no seu final
Vantagem Os caracteres podem ser transmitidos e regularmente espaccedilados no tempo
Desvantagem boa parte transmitida natildeo transporta informaccedilatildeo uacutetil
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Modos de comunicaccedilao Ha tres modos de comunicacao
Transmissatildeo Siacutemplex Semiduacuteplex Duplex Completo
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Transmissatildeo SiacutemplexA transmissatildeo siacutemplex envia dados em uma uacutenica direccedilatildeo
apenasExemplo transmissatildeo de televisatildeo
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Semiduacuteplex A transmissatildeo semiduacuteplex envia dados em ambas as direccedilotildees mas
somente em um sentido por vezExemplo o caixa eletrocircnico do banco envia dados sobre um
depoacutesito depois que os dados satildeo recebidos uma confirmaccedilatildeo eacute retornada Ex raacutedio poliacutecia
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
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Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
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Limitaccedilatildeo da largura de banda
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
Comunicacao de Dados
Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
Comunicacao de Dados
Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
Comunicacao de Dados
Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
Comunicacao de Dados
Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
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Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
Comunicacao de Dados
Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
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Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
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Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
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Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
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Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
Comunicacao de Dados
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Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
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Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Quantos Hz Quantos bits Para sinal de voz Para muacutesica (CD)
Quais os valores utilizados pelos leitores de CD E pelos DATs
Para sinal medindo a abertura e fecho das cordas vocais Para sinal gravado via telefone
Comunicacao de Dados
Representaccedilatildeo de sinais digitaisDepois da amostragem e quantizaccedilatildeo ficamos com uma lista de
nuacutemeros que facilmente se podem tratar em programas como o SFS e o MatlabAs sinusoacuteides que temos vindo a ver satildeo de facto listas d
nuacutemeros como a seguinte
0 00251 00502 00753 01004 01253 01502 01750 01997 02243
Comunicacao de Dados
Convertendo Digital Analoacutegico
A onda portadora pode ser alteradaAmplitude (altura) da onda e faseFrequumlecircncia (nuacutemero de vezes em que uma onda se
repete durante um ciclo) da ondaA conversatildeo de sinais digitais em analoacutegicos denomina-se
modulaccedilatildeoA conversatildeo de sinais analoacutegicos em digitais denomina-se
demodulaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Conversatildeo DA e vice-versa
Modem -Abreviaccedilatildeo de moduladordemodulador
Converte sinal digital em analoacutegico e vice-versa
Comunicacao de Dados
Conversatildeo DAReconstruccedilatildeo com impulsos quadrados ndash ldquohold
Comunicacao de Dados
Formas de Transmissatildeo
Transmissatildeo DigitalTransmissatildeo Analoacutegica
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo DigitalEnvia dados como pulsos distintos ou ligado (on) ou
desligado (off)Similar agrave maneira pela qual os dados viajam atraveacutes do
computadorUso de compressatildeo de coacutedigos de detecccedilatildeocorreccedilatildeo de erros
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Analoacutegica
Sinal eleacutetrico contiacutenuo na forma de uma ondaDenomina-se onda portadora
Jaacute existem muitas miacutedias de comunicaccedilatildeo para transmissatildeo analoacutegica (voz)Linhas telefocircnicas satildeo as mais comuns
O sinal digital do computador deve ser convertido para a forma analoacutegica para ser transmitido por meio de linhas analoacutegicas
Comunicacao de Dados
Modos de TransmissaoTransmissao simcronaTransmissao Assincrona
Comunicacao de Dados
Transmissao sincrona
Estabale-se um canal entre emissor e receptorOrdem garantidaGrandes blocos de caracteres satildeo transmitidosOs clocks internos dos dispositivos satildeo sincronizadosBits de verificaccedilatildeo de erros conferem se todos os
caracteres foram recebidosMuito mais raacutepida poreacutem o equipamento eacute mais caro
Comunicacao de Dados
Transmissao sincrona
A transmissatildeo SIacuteNCRONA eacute caracterizada pela possibilidade de transmitir um bloco inteiro
com a diccedilatildeo de controles apenas no comeccedilo e fim do bloco Por exemplo os caracteres de controle
do protocolo BSC (STX ndash ldquoStart of TeXtrdquo ETX ndash ldquoEnd of TeXtrdquo) O bloco teraacute aproximadamente a
seguinte configuraccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo AssiacutencronaTambeacutem chamada de transmissatildeo startstop
Um bit de partida (start) eacute transmitido no iniacutecio de cada grupo de bits
Um bit de parada (stop) eacute enviado no final de cada grupoCada grupo tipicamente consiste em um caractere
O dispositivo receptor recebe o sinal de partida e cria um mecanismo para aceitar o grupo
Usada para comunicaccedilotildees de baixa velocidade
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Assiacutencrona
Comunicacao de Dados
SERIAL ndash Transmissatildeo de um bit por vez na unidade de tempo Haacute necessidade de apenas 1 via
Transmissatildeo SerialTransmissatildeo Serial 1 Os bits do caracter satildeo
transmitidos um de cada vez2 Vantagem Baixo custo3 Desvantagem Necessidade de
saber qual bit eacute o primeiro do caracter para decodificar a informaccedilatildeo
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
PARALELA ndash envio simultacircneo de um conjunto de bits Haacute necessidade de tantas vias quantos forem os bits utilizados
11 Transmissatildeo ParalelaTransmissatildeo Paralela 1O sistema deve transmitir os bits do caracter de uma vez soacute2Ex 6 trajetoacuterias separadas para cada bit mais um bit de controle3Vantagem Terminal mais barato (natildeo tem necessidade de decidir quais os bits que aparecem primeiro em cada caracter)4Desvantagem Custo alto impossibilitando cobrir grandes distacircncias
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de DadosTransmissatildeo Serial AssiacutencronaTransmissatildeo Serial Assiacutencrona
A sincronizaccedilatildeo eacute conseguida por um elemento de start que precede cada caracter e um elemento stop no seu final
Vantagem Os caracteres podem ser transmitidos e regularmente espaccedilados no tempo
Desvantagem boa parte transmitida natildeo transporta informaccedilatildeo uacutetil
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao Ha tres modos de comunicacao
Transmissatildeo Siacutemplex Semiduacuteplex Duplex Completo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo SiacutemplexA transmissatildeo siacutemplex envia dados em uma uacutenica direccedilatildeo
apenasExemplo transmissatildeo de televisatildeo
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Semiduacuteplex A transmissatildeo semiduacuteplex envia dados em ambas as direccedilotildees mas
somente em um sentido por vezExemplo o caixa eletrocircnico do banco envia dados sobre um
depoacutesito depois que os dados satildeo recebidos uma confirmaccedilatildeo eacute retornada Ex raacutedio poliacutecia
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
Comunicacao de Dados
Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
Comunicacao de Dados
Limitaccedilatildeo da largura de banda
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
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Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
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ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
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Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
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Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
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Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
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Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
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Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
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Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
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Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
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Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
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Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
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Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
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Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
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Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
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Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
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Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
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Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
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Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
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Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
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Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
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Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
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Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
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Representaccedilatildeo de sinais digitaisDepois da amostragem e quantizaccedilatildeo ficamos com uma lista de
nuacutemeros que facilmente se podem tratar em programas como o SFS e o MatlabAs sinusoacuteides que temos vindo a ver satildeo de facto listas d
nuacutemeros como a seguinte
0 00251 00502 00753 01004 01253 01502 01750 01997 02243
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Convertendo Digital Analoacutegico
A onda portadora pode ser alteradaAmplitude (altura) da onda e faseFrequumlecircncia (nuacutemero de vezes em que uma onda se
repete durante um ciclo) da ondaA conversatildeo de sinais digitais em analoacutegicos denomina-se
modulaccedilatildeoA conversatildeo de sinais analoacutegicos em digitais denomina-se
demodulaccedilatildeo
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Conversatildeo DA e vice-versa
Modem -Abreviaccedilatildeo de moduladordemodulador
Converte sinal digital em analoacutegico e vice-versa
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Conversatildeo DAReconstruccedilatildeo com impulsos quadrados ndash ldquohold
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Formas de Transmissatildeo
Transmissatildeo DigitalTransmissatildeo Analoacutegica
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Transmissatildeo DigitalEnvia dados como pulsos distintos ou ligado (on) ou
desligado (off)Similar agrave maneira pela qual os dados viajam atraveacutes do
computadorUso de compressatildeo de coacutedigos de detecccedilatildeocorreccedilatildeo de erros
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Transmissatildeo Analoacutegica
Sinal eleacutetrico contiacutenuo na forma de uma ondaDenomina-se onda portadora
Jaacute existem muitas miacutedias de comunicaccedilatildeo para transmissatildeo analoacutegica (voz)Linhas telefocircnicas satildeo as mais comuns
O sinal digital do computador deve ser convertido para a forma analoacutegica para ser transmitido por meio de linhas analoacutegicas
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Modos de TransmissaoTransmissao simcronaTransmissao Assincrona
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Transmissao sincrona
Estabale-se um canal entre emissor e receptorOrdem garantidaGrandes blocos de caracteres satildeo transmitidosOs clocks internos dos dispositivos satildeo sincronizadosBits de verificaccedilatildeo de erros conferem se todos os
caracteres foram recebidosMuito mais raacutepida poreacutem o equipamento eacute mais caro
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Transmissao sincrona
A transmissatildeo SIacuteNCRONA eacute caracterizada pela possibilidade de transmitir um bloco inteiro
com a diccedilatildeo de controles apenas no comeccedilo e fim do bloco Por exemplo os caracteres de controle
do protocolo BSC (STX ndash ldquoStart of TeXtrdquo ETX ndash ldquoEnd of TeXtrdquo) O bloco teraacute aproximadamente a
seguinte configuraccedilatildeo
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Transmissatildeo AssiacutencronaTambeacutem chamada de transmissatildeo startstop
Um bit de partida (start) eacute transmitido no iniacutecio de cada grupo de bits
Um bit de parada (stop) eacute enviado no final de cada grupoCada grupo tipicamente consiste em um caractere
O dispositivo receptor recebe o sinal de partida e cria um mecanismo para aceitar o grupo
Usada para comunicaccedilotildees de baixa velocidade
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Transmissatildeo Assiacutencrona
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SERIAL ndash Transmissatildeo de um bit por vez na unidade de tempo Haacute necessidade de apenas 1 via
Transmissatildeo SerialTransmissatildeo Serial 1 Os bits do caracter satildeo
transmitidos um de cada vez2 Vantagem Baixo custo3 Desvantagem Necessidade de
saber qual bit eacute o primeiro do caracter para decodificar a informaccedilatildeo
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
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Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
PARALELA ndash envio simultacircneo de um conjunto de bits Haacute necessidade de tantas vias quantos forem os bits utilizados
11 Transmissatildeo ParalelaTransmissatildeo Paralela 1O sistema deve transmitir os bits do caracter de uma vez soacute2Ex 6 trajetoacuterias separadas para cada bit mais um bit de controle3Vantagem Terminal mais barato (natildeo tem necessidade de decidir quais os bits que aparecem primeiro em cada caracter)4Desvantagem Custo alto impossibilitando cobrir grandes distacircncias
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Transmissatildeo de DadosTransmissatildeo Serial AssiacutencronaTransmissatildeo Serial Assiacutencrona
A sincronizaccedilatildeo eacute conseguida por um elemento de start que precede cada caracter e um elemento stop no seu final
Vantagem Os caracteres podem ser transmitidos e regularmente espaccedilados no tempo
Desvantagem boa parte transmitida natildeo transporta informaccedilatildeo uacutetil
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Modos de comunicaccedilao Ha tres modos de comunicacao
Transmissatildeo Siacutemplex Semiduacuteplex Duplex Completo
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Transmissatildeo SiacutemplexA transmissatildeo siacutemplex envia dados em uma uacutenica direccedilatildeo
apenasExemplo transmissatildeo de televisatildeo
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Semiduacuteplex A transmissatildeo semiduacuteplex envia dados em ambas as direccedilotildees mas
somente em um sentido por vezExemplo o caixa eletrocircnico do banco envia dados sobre um
depoacutesito depois que os dados satildeo recebidos uma confirmaccedilatildeo eacute retornada Ex raacutedio poliacutecia
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
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Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
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Limitaccedilatildeo da largura de banda
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
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Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
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Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
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ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
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Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
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Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
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Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
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Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
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Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
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Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
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Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
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Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
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Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
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Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
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Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
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Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
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Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
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Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
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Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
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Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
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Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
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Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
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Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
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Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
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Convertendo Digital Analoacutegico
A onda portadora pode ser alteradaAmplitude (altura) da onda e faseFrequumlecircncia (nuacutemero de vezes em que uma onda se
repete durante um ciclo) da ondaA conversatildeo de sinais digitais em analoacutegicos denomina-se
modulaccedilatildeoA conversatildeo de sinais analoacutegicos em digitais denomina-se
demodulaccedilatildeo
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Conversatildeo DA e vice-versa
Modem -Abreviaccedilatildeo de moduladordemodulador
Converte sinal digital em analoacutegico e vice-versa
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Conversatildeo DAReconstruccedilatildeo com impulsos quadrados ndash ldquohold
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Formas de Transmissatildeo
Transmissatildeo DigitalTransmissatildeo Analoacutegica
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Transmissatildeo DigitalEnvia dados como pulsos distintos ou ligado (on) ou
desligado (off)Similar agrave maneira pela qual os dados viajam atraveacutes do
computadorUso de compressatildeo de coacutedigos de detecccedilatildeocorreccedilatildeo de erros
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Transmissatildeo Analoacutegica
Sinal eleacutetrico contiacutenuo na forma de uma ondaDenomina-se onda portadora
Jaacute existem muitas miacutedias de comunicaccedilatildeo para transmissatildeo analoacutegica (voz)Linhas telefocircnicas satildeo as mais comuns
O sinal digital do computador deve ser convertido para a forma analoacutegica para ser transmitido por meio de linhas analoacutegicas
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Modos de TransmissaoTransmissao simcronaTransmissao Assincrona
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Transmissao sincrona
Estabale-se um canal entre emissor e receptorOrdem garantidaGrandes blocos de caracteres satildeo transmitidosOs clocks internos dos dispositivos satildeo sincronizadosBits de verificaccedilatildeo de erros conferem se todos os
caracteres foram recebidosMuito mais raacutepida poreacutem o equipamento eacute mais caro
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Transmissao sincrona
A transmissatildeo SIacuteNCRONA eacute caracterizada pela possibilidade de transmitir um bloco inteiro
com a diccedilatildeo de controles apenas no comeccedilo e fim do bloco Por exemplo os caracteres de controle
do protocolo BSC (STX ndash ldquoStart of TeXtrdquo ETX ndash ldquoEnd of TeXtrdquo) O bloco teraacute aproximadamente a
seguinte configuraccedilatildeo
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Transmissatildeo AssiacutencronaTambeacutem chamada de transmissatildeo startstop
Um bit de partida (start) eacute transmitido no iniacutecio de cada grupo de bits
Um bit de parada (stop) eacute enviado no final de cada grupoCada grupo tipicamente consiste em um caractere
O dispositivo receptor recebe o sinal de partida e cria um mecanismo para aceitar o grupo
Usada para comunicaccedilotildees de baixa velocidade
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Transmissatildeo Assiacutencrona
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SERIAL ndash Transmissatildeo de um bit por vez na unidade de tempo Haacute necessidade de apenas 1 via
Transmissatildeo SerialTransmissatildeo Serial 1 Os bits do caracter satildeo
transmitidos um de cada vez2 Vantagem Baixo custo3 Desvantagem Necessidade de
saber qual bit eacute o primeiro do caracter para decodificar a informaccedilatildeo
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
PARALELA ndash envio simultacircneo de um conjunto de bits Haacute necessidade de tantas vias quantos forem os bits utilizados
11 Transmissatildeo ParalelaTransmissatildeo Paralela 1O sistema deve transmitir os bits do caracter de uma vez soacute2Ex 6 trajetoacuterias separadas para cada bit mais um bit de controle3Vantagem Terminal mais barato (natildeo tem necessidade de decidir quais os bits que aparecem primeiro em cada caracter)4Desvantagem Custo alto impossibilitando cobrir grandes distacircncias
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Transmissatildeo de DadosTransmissatildeo Serial AssiacutencronaTransmissatildeo Serial Assiacutencrona
A sincronizaccedilatildeo eacute conseguida por um elemento de start que precede cada caracter e um elemento stop no seu final
Vantagem Os caracteres podem ser transmitidos e regularmente espaccedilados no tempo
Desvantagem boa parte transmitida natildeo transporta informaccedilatildeo uacutetil
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Modos de comunicaccedilao Ha tres modos de comunicacao
Transmissatildeo Siacutemplex Semiduacuteplex Duplex Completo
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Transmissatildeo SiacutemplexA transmissatildeo siacutemplex envia dados em uma uacutenica direccedilatildeo
apenasExemplo transmissatildeo de televisatildeo
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Semiduacuteplex A transmissatildeo semiduacuteplex envia dados em ambas as direccedilotildees mas
somente em um sentido por vezExemplo o caixa eletrocircnico do banco envia dados sobre um
depoacutesito depois que os dados satildeo recebidos uma confirmaccedilatildeo eacute retornada Ex raacutedio poliacutecia
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
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Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
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Limitaccedilatildeo da largura de banda
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
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Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
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Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
Comunicacao de Dados
Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
Comunicacao de Dados
Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
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Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
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Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
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Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
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Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
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Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
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Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
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Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
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Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
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Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
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Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
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Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
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Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
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Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
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Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
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Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
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Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
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Conversatildeo DA e vice-versa
Modem -Abreviaccedilatildeo de moduladordemodulador
Converte sinal digital em analoacutegico e vice-versa
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Conversatildeo DAReconstruccedilatildeo com impulsos quadrados ndash ldquohold
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Formas de Transmissatildeo
Transmissatildeo DigitalTransmissatildeo Analoacutegica
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Transmissatildeo DigitalEnvia dados como pulsos distintos ou ligado (on) ou
desligado (off)Similar agrave maneira pela qual os dados viajam atraveacutes do
computadorUso de compressatildeo de coacutedigos de detecccedilatildeocorreccedilatildeo de erros
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Transmissatildeo Analoacutegica
Sinal eleacutetrico contiacutenuo na forma de uma ondaDenomina-se onda portadora
Jaacute existem muitas miacutedias de comunicaccedilatildeo para transmissatildeo analoacutegica (voz)Linhas telefocircnicas satildeo as mais comuns
O sinal digital do computador deve ser convertido para a forma analoacutegica para ser transmitido por meio de linhas analoacutegicas
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Modos de TransmissaoTransmissao simcronaTransmissao Assincrona
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Transmissao sincrona
Estabale-se um canal entre emissor e receptorOrdem garantidaGrandes blocos de caracteres satildeo transmitidosOs clocks internos dos dispositivos satildeo sincronizadosBits de verificaccedilatildeo de erros conferem se todos os
caracteres foram recebidosMuito mais raacutepida poreacutem o equipamento eacute mais caro
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Transmissao sincrona
A transmissatildeo SIacuteNCRONA eacute caracterizada pela possibilidade de transmitir um bloco inteiro
com a diccedilatildeo de controles apenas no comeccedilo e fim do bloco Por exemplo os caracteres de controle
do protocolo BSC (STX ndash ldquoStart of TeXtrdquo ETX ndash ldquoEnd of TeXtrdquo) O bloco teraacute aproximadamente a
seguinte configuraccedilatildeo
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Transmissatildeo AssiacutencronaTambeacutem chamada de transmissatildeo startstop
Um bit de partida (start) eacute transmitido no iniacutecio de cada grupo de bits
Um bit de parada (stop) eacute enviado no final de cada grupoCada grupo tipicamente consiste em um caractere
O dispositivo receptor recebe o sinal de partida e cria um mecanismo para aceitar o grupo
Usada para comunicaccedilotildees de baixa velocidade
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Transmissatildeo Assiacutencrona
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SERIAL ndash Transmissatildeo de um bit por vez na unidade de tempo Haacute necessidade de apenas 1 via
Transmissatildeo SerialTransmissatildeo Serial 1 Os bits do caracter satildeo
transmitidos um de cada vez2 Vantagem Baixo custo3 Desvantagem Necessidade de
saber qual bit eacute o primeiro do caracter para decodificar a informaccedilatildeo
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
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Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
PARALELA ndash envio simultacircneo de um conjunto de bits Haacute necessidade de tantas vias quantos forem os bits utilizados
11 Transmissatildeo ParalelaTransmissatildeo Paralela 1O sistema deve transmitir os bits do caracter de uma vez soacute2Ex 6 trajetoacuterias separadas para cada bit mais um bit de controle3Vantagem Terminal mais barato (natildeo tem necessidade de decidir quais os bits que aparecem primeiro em cada caracter)4Desvantagem Custo alto impossibilitando cobrir grandes distacircncias
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Transmissatildeo de DadosTransmissatildeo Serial AssiacutencronaTransmissatildeo Serial Assiacutencrona
A sincronizaccedilatildeo eacute conseguida por um elemento de start que precede cada caracter e um elemento stop no seu final
Vantagem Os caracteres podem ser transmitidos e regularmente espaccedilados no tempo
Desvantagem boa parte transmitida natildeo transporta informaccedilatildeo uacutetil
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Modos de comunicaccedilao Ha tres modos de comunicacao
Transmissatildeo Siacutemplex Semiduacuteplex Duplex Completo
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Transmissatildeo SiacutemplexA transmissatildeo siacutemplex envia dados em uma uacutenica direccedilatildeo
apenasExemplo transmissatildeo de televisatildeo
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Semiduacuteplex A transmissatildeo semiduacuteplex envia dados em ambas as direccedilotildees mas
somente em um sentido por vezExemplo o caixa eletrocircnico do banco envia dados sobre um
depoacutesito depois que os dados satildeo recebidos uma confirmaccedilatildeo eacute retornada Ex raacutedio poliacutecia
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
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Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
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Limitaccedilatildeo da largura de banda
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
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Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
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Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
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ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
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Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
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Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
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Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
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Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
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Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
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Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
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Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
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Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
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Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
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Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
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Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
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Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
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Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
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Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
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Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Conversatildeo DAReconstruccedilatildeo com impulsos quadrados ndash ldquohold
Comunicacao de Dados
Formas de Transmissatildeo
Transmissatildeo DigitalTransmissatildeo Analoacutegica
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo DigitalEnvia dados como pulsos distintos ou ligado (on) ou
desligado (off)Similar agrave maneira pela qual os dados viajam atraveacutes do
computadorUso de compressatildeo de coacutedigos de detecccedilatildeocorreccedilatildeo de erros
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Analoacutegica
Sinal eleacutetrico contiacutenuo na forma de uma ondaDenomina-se onda portadora
Jaacute existem muitas miacutedias de comunicaccedilatildeo para transmissatildeo analoacutegica (voz)Linhas telefocircnicas satildeo as mais comuns
O sinal digital do computador deve ser convertido para a forma analoacutegica para ser transmitido por meio de linhas analoacutegicas
Comunicacao de Dados
Modos de TransmissaoTransmissao simcronaTransmissao Assincrona
Comunicacao de Dados
Transmissao sincrona
Estabale-se um canal entre emissor e receptorOrdem garantidaGrandes blocos de caracteres satildeo transmitidosOs clocks internos dos dispositivos satildeo sincronizadosBits de verificaccedilatildeo de erros conferem se todos os
caracteres foram recebidosMuito mais raacutepida poreacutem o equipamento eacute mais caro
Comunicacao de Dados
Transmissao sincrona
A transmissatildeo SIacuteNCRONA eacute caracterizada pela possibilidade de transmitir um bloco inteiro
com a diccedilatildeo de controles apenas no comeccedilo e fim do bloco Por exemplo os caracteres de controle
do protocolo BSC (STX ndash ldquoStart of TeXtrdquo ETX ndash ldquoEnd of TeXtrdquo) O bloco teraacute aproximadamente a
seguinte configuraccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo AssiacutencronaTambeacutem chamada de transmissatildeo startstop
Um bit de partida (start) eacute transmitido no iniacutecio de cada grupo de bits
Um bit de parada (stop) eacute enviado no final de cada grupoCada grupo tipicamente consiste em um caractere
O dispositivo receptor recebe o sinal de partida e cria um mecanismo para aceitar o grupo
Usada para comunicaccedilotildees de baixa velocidade
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Assiacutencrona
Comunicacao de Dados
SERIAL ndash Transmissatildeo de um bit por vez na unidade de tempo Haacute necessidade de apenas 1 via
Transmissatildeo SerialTransmissatildeo Serial 1 Os bits do caracter satildeo
transmitidos um de cada vez2 Vantagem Baixo custo3 Desvantagem Necessidade de
saber qual bit eacute o primeiro do caracter para decodificar a informaccedilatildeo
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
PARALELA ndash envio simultacircneo de um conjunto de bits Haacute necessidade de tantas vias quantos forem os bits utilizados
11 Transmissatildeo ParalelaTransmissatildeo Paralela 1O sistema deve transmitir os bits do caracter de uma vez soacute2Ex 6 trajetoacuterias separadas para cada bit mais um bit de controle3Vantagem Terminal mais barato (natildeo tem necessidade de decidir quais os bits que aparecem primeiro em cada caracter)4Desvantagem Custo alto impossibilitando cobrir grandes distacircncias
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de DadosTransmissatildeo Serial AssiacutencronaTransmissatildeo Serial Assiacutencrona
A sincronizaccedilatildeo eacute conseguida por um elemento de start que precede cada caracter e um elemento stop no seu final
Vantagem Os caracteres podem ser transmitidos e regularmente espaccedilados no tempo
Desvantagem boa parte transmitida natildeo transporta informaccedilatildeo uacutetil
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao Ha tres modos de comunicacao
Transmissatildeo Siacutemplex Semiduacuteplex Duplex Completo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo SiacutemplexA transmissatildeo siacutemplex envia dados em uma uacutenica direccedilatildeo
apenasExemplo transmissatildeo de televisatildeo
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Semiduacuteplex A transmissatildeo semiduacuteplex envia dados em ambas as direccedilotildees mas
somente em um sentido por vezExemplo o caixa eletrocircnico do banco envia dados sobre um
depoacutesito depois que os dados satildeo recebidos uma confirmaccedilatildeo eacute retornada Ex raacutedio poliacutecia
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
Comunicacao de Dados
Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
Comunicacao de Dados
Limitaccedilatildeo da largura de banda
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
Comunicacao de Dados
Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
Comunicacao de Dados
Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
Comunicacao de Dados
Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
Comunicacao de Dados
Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
Comunicacao de Dados
Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Formas de Transmissatildeo
Transmissatildeo DigitalTransmissatildeo Analoacutegica
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo DigitalEnvia dados como pulsos distintos ou ligado (on) ou
desligado (off)Similar agrave maneira pela qual os dados viajam atraveacutes do
computadorUso de compressatildeo de coacutedigos de detecccedilatildeocorreccedilatildeo de erros
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Analoacutegica
Sinal eleacutetrico contiacutenuo na forma de uma ondaDenomina-se onda portadora
Jaacute existem muitas miacutedias de comunicaccedilatildeo para transmissatildeo analoacutegica (voz)Linhas telefocircnicas satildeo as mais comuns
O sinal digital do computador deve ser convertido para a forma analoacutegica para ser transmitido por meio de linhas analoacutegicas
Comunicacao de Dados
Modos de TransmissaoTransmissao simcronaTransmissao Assincrona
Comunicacao de Dados
Transmissao sincrona
Estabale-se um canal entre emissor e receptorOrdem garantidaGrandes blocos de caracteres satildeo transmitidosOs clocks internos dos dispositivos satildeo sincronizadosBits de verificaccedilatildeo de erros conferem se todos os
caracteres foram recebidosMuito mais raacutepida poreacutem o equipamento eacute mais caro
Comunicacao de Dados
Transmissao sincrona
A transmissatildeo SIacuteNCRONA eacute caracterizada pela possibilidade de transmitir um bloco inteiro
com a diccedilatildeo de controles apenas no comeccedilo e fim do bloco Por exemplo os caracteres de controle
do protocolo BSC (STX ndash ldquoStart of TeXtrdquo ETX ndash ldquoEnd of TeXtrdquo) O bloco teraacute aproximadamente a
seguinte configuraccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo AssiacutencronaTambeacutem chamada de transmissatildeo startstop
Um bit de partida (start) eacute transmitido no iniacutecio de cada grupo de bits
Um bit de parada (stop) eacute enviado no final de cada grupoCada grupo tipicamente consiste em um caractere
O dispositivo receptor recebe o sinal de partida e cria um mecanismo para aceitar o grupo
Usada para comunicaccedilotildees de baixa velocidade
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Assiacutencrona
Comunicacao de Dados
SERIAL ndash Transmissatildeo de um bit por vez na unidade de tempo Haacute necessidade de apenas 1 via
Transmissatildeo SerialTransmissatildeo Serial 1 Os bits do caracter satildeo
transmitidos um de cada vez2 Vantagem Baixo custo3 Desvantagem Necessidade de
saber qual bit eacute o primeiro do caracter para decodificar a informaccedilatildeo
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
PARALELA ndash envio simultacircneo de um conjunto de bits Haacute necessidade de tantas vias quantos forem os bits utilizados
11 Transmissatildeo ParalelaTransmissatildeo Paralela 1O sistema deve transmitir os bits do caracter de uma vez soacute2Ex 6 trajetoacuterias separadas para cada bit mais um bit de controle3Vantagem Terminal mais barato (natildeo tem necessidade de decidir quais os bits que aparecem primeiro em cada caracter)4Desvantagem Custo alto impossibilitando cobrir grandes distacircncias
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de DadosTransmissatildeo Serial AssiacutencronaTransmissatildeo Serial Assiacutencrona
A sincronizaccedilatildeo eacute conseguida por um elemento de start que precede cada caracter e um elemento stop no seu final
Vantagem Os caracteres podem ser transmitidos e regularmente espaccedilados no tempo
Desvantagem boa parte transmitida natildeo transporta informaccedilatildeo uacutetil
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao Ha tres modos de comunicacao
Transmissatildeo Siacutemplex Semiduacuteplex Duplex Completo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo SiacutemplexA transmissatildeo siacutemplex envia dados em uma uacutenica direccedilatildeo
apenasExemplo transmissatildeo de televisatildeo
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Semiduacuteplex A transmissatildeo semiduacuteplex envia dados em ambas as direccedilotildees mas
somente em um sentido por vezExemplo o caixa eletrocircnico do banco envia dados sobre um
depoacutesito depois que os dados satildeo recebidos uma confirmaccedilatildeo eacute retornada Ex raacutedio poliacutecia
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
Comunicacao de Dados
Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
Comunicacao de Dados
Limitaccedilatildeo da largura de banda
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
Comunicacao de Dados
Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
Comunicacao de Dados
Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
Comunicacao de Dados
Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
Comunicacao de Dados
Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
Comunicacao de Dados
Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
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Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
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Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
Comunicacao de Dados
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Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
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Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Comunicacao de Dados
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo DigitalEnvia dados como pulsos distintos ou ligado (on) ou
desligado (off)Similar agrave maneira pela qual os dados viajam atraveacutes do
computadorUso de compressatildeo de coacutedigos de detecccedilatildeocorreccedilatildeo de erros
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Analoacutegica
Sinal eleacutetrico contiacutenuo na forma de uma ondaDenomina-se onda portadora
Jaacute existem muitas miacutedias de comunicaccedilatildeo para transmissatildeo analoacutegica (voz)Linhas telefocircnicas satildeo as mais comuns
O sinal digital do computador deve ser convertido para a forma analoacutegica para ser transmitido por meio de linhas analoacutegicas
Comunicacao de Dados
Modos de TransmissaoTransmissao simcronaTransmissao Assincrona
Comunicacao de Dados
Transmissao sincrona
Estabale-se um canal entre emissor e receptorOrdem garantidaGrandes blocos de caracteres satildeo transmitidosOs clocks internos dos dispositivos satildeo sincronizadosBits de verificaccedilatildeo de erros conferem se todos os
caracteres foram recebidosMuito mais raacutepida poreacutem o equipamento eacute mais caro
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Transmissao sincrona
A transmissatildeo SIacuteNCRONA eacute caracterizada pela possibilidade de transmitir um bloco inteiro
com a diccedilatildeo de controles apenas no comeccedilo e fim do bloco Por exemplo os caracteres de controle
do protocolo BSC (STX ndash ldquoStart of TeXtrdquo ETX ndash ldquoEnd of TeXtrdquo) O bloco teraacute aproximadamente a
seguinte configuraccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo AssiacutencronaTambeacutem chamada de transmissatildeo startstop
Um bit de partida (start) eacute transmitido no iniacutecio de cada grupo de bits
Um bit de parada (stop) eacute enviado no final de cada grupoCada grupo tipicamente consiste em um caractere
O dispositivo receptor recebe o sinal de partida e cria um mecanismo para aceitar o grupo
Usada para comunicaccedilotildees de baixa velocidade
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Assiacutencrona
Comunicacao de Dados
SERIAL ndash Transmissatildeo de um bit por vez na unidade de tempo Haacute necessidade de apenas 1 via
Transmissatildeo SerialTransmissatildeo Serial 1 Os bits do caracter satildeo
transmitidos um de cada vez2 Vantagem Baixo custo3 Desvantagem Necessidade de
saber qual bit eacute o primeiro do caracter para decodificar a informaccedilatildeo
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
PARALELA ndash envio simultacircneo de um conjunto de bits Haacute necessidade de tantas vias quantos forem os bits utilizados
11 Transmissatildeo ParalelaTransmissatildeo Paralela 1O sistema deve transmitir os bits do caracter de uma vez soacute2Ex 6 trajetoacuterias separadas para cada bit mais um bit de controle3Vantagem Terminal mais barato (natildeo tem necessidade de decidir quais os bits que aparecem primeiro em cada caracter)4Desvantagem Custo alto impossibilitando cobrir grandes distacircncias
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de DadosTransmissatildeo Serial AssiacutencronaTransmissatildeo Serial Assiacutencrona
A sincronizaccedilatildeo eacute conseguida por um elemento de start que precede cada caracter e um elemento stop no seu final
Vantagem Os caracteres podem ser transmitidos e regularmente espaccedilados no tempo
Desvantagem boa parte transmitida natildeo transporta informaccedilatildeo uacutetil
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao Ha tres modos de comunicacao
Transmissatildeo Siacutemplex Semiduacuteplex Duplex Completo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo SiacutemplexA transmissatildeo siacutemplex envia dados em uma uacutenica direccedilatildeo
apenasExemplo transmissatildeo de televisatildeo
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Semiduacuteplex A transmissatildeo semiduacuteplex envia dados em ambas as direccedilotildees mas
somente em um sentido por vezExemplo o caixa eletrocircnico do banco envia dados sobre um
depoacutesito depois que os dados satildeo recebidos uma confirmaccedilatildeo eacute retornada Ex raacutedio poliacutecia
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
Comunicacao de Dados
Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
Comunicacao de Dados
Limitaccedilatildeo da largura de banda
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
Comunicacao de Dados
Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
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Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
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ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
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Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
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Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
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Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
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Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
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Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
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Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
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Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
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Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
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Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
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Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
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Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
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Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
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Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
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Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
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Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
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Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Analoacutegica
Sinal eleacutetrico contiacutenuo na forma de uma ondaDenomina-se onda portadora
Jaacute existem muitas miacutedias de comunicaccedilatildeo para transmissatildeo analoacutegica (voz)Linhas telefocircnicas satildeo as mais comuns
O sinal digital do computador deve ser convertido para a forma analoacutegica para ser transmitido por meio de linhas analoacutegicas
Comunicacao de Dados
Modos de TransmissaoTransmissao simcronaTransmissao Assincrona
Comunicacao de Dados
Transmissao sincrona
Estabale-se um canal entre emissor e receptorOrdem garantidaGrandes blocos de caracteres satildeo transmitidosOs clocks internos dos dispositivos satildeo sincronizadosBits de verificaccedilatildeo de erros conferem se todos os
caracteres foram recebidosMuito mais raacutepida poreacutem o equipamento eacute mais caro
Comunicacao de Dados
Transmissao sincrona
A transmissatildeo SIacuteNCRONA eacute caracterizada pela possibilidade de transmitir um bloco inteiro
com a diccedilatildeo de controles apenas no comeccedilo e fim do bloco Por exemplo os caracteres de controle
do protocolo BSC (STX ndash ldquoStart of TeXtrdquo ETX ndash ldquoEnd of TeXtrdquo) O bloco teraacute aproximadamente a
seguinte configuraccedilatildeo
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Transmissatildeo AssiacutencronaTambeacutem chamada de transmissatildeo startstop
Um bit de partida (start) eacute transmitido no iniacutecio de cada grupo de bits
Um bit de parada (stop) eacute enviado no final de cada grupoCada grupo tipicamente consiste em um caractere
O dispositivo receptor recebe o sinal de partida e cria um mecanismo para aceitar o grupo
Usada para comunicaccedilotildees de baixa velocidade
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Transmissatildeo Assiacutencrona
Comunicacao de Dados
SERIAL ndash Transmissatildeo de um bit por vez na unidade de tempo Haacute necessidade de apenas 1 via
Transmissatildeo SerialTransmissatildeo Serial 1 Os bits do caracter satildeo
transmitidos um de cada vez2 Vantagem Baixo custo3 Desvantagem Necessidade de
saber qual bit eacute o primeiro do caracter para decodificar a informaccedilatildeo
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
PARALELA ndash envio simultacircneo de um conjunto de bits Haacute necessidade de tantas vias quantos forem os bits utilizados
11 Transmissatildeo ParalelaTransmissatildeo Paralela 1O sistema deve transmitir os bits do caracter de uma vez soacute2Ex 6 trajetoacuterias separadas para cada bit mais um bit de controle3Vantagem Terminal mais barato (natildeo tem necessidade de decidir quais os bits que aparecem primeiro em cada caracter)4Desvantagem Custo alto impossibilitando cobrir grandes distacircncias
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de DadosTransmissatildeo Serial AssiacutencronaTransmissatildeo Serial Assiacutencrona
A sincronizaccedilatildeo eacute conseguida por um elemento de start que precede cada caracter e um elemento stop no seu final
Vantagem Os caracteres podem ser transmitidos e regularmente espaccedilados no tempo
Desvantagem boa parte transmitida natildeo transporta informaccedilatildeo uacutetil
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao Ha tres modos de comunicacao
Transmissatildeo Siacutemplex Semiduacuteplex Duplex Completo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo SiacutemplexA transmissatildeo siacutemplex envia dados em uma uacutenica direccedilatildeo
apenasExemplo transmissatildeo de televisatildeo
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Semiduacuteplex A transmissatildeo semiduacuteplex envia dados em ambas as direccedilotildees mas
somente em um sentido por vezExemplo o caixa eletrocircnico do banco envia dados sobre um
depoacutesito depois que os dados satildeo recebidos uma confirmaccedilatildeo eacute retornada Ex raacutedio poliacutecia
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
Comunicacao de Dados
Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
Comunicacao de Dados
Limitaccedilatildeo da largura de banda
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
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Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
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Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
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Comunicacao de Dados
ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
Comunicacao de Dados
Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
Comunicacao de Dados
Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
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Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
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Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
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Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
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Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
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Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
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Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
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Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
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Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
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Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
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Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
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Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
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Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
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Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
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Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
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Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
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Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
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Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
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Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
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Modos de TransmissaoTransmissao simcronaTransmissao Assincrona
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Transmissao sincrona
Estabale-se um canal entre emissor e receptorOrdem garantidaGrandes blocos de caracteres satildeo transmitidosOs clocks internos dos dispositivos satildeo sincronizadosBits de verificaccedilatildeo de erros conferem se todos os
caracteres foram recebidosMuito mais raacutepida poreacutem o equipamento eacute mais caro
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Transmissao sincrona
A transmissatildeo SIacuteNCRONA eacute caracterizada pela possibilidade de transmitir um bloco inteiro
com a diccedilatildeo de controles apenas no comeccedilo e fim do bloco Por exemplo os caracteres de controle
do protocolo BSC (STX ndash ldquoStart of TeXtrdquo ETX ndash ldquoEnd of TeXtrdquo) O bloco teraacute aproximadamente a
seguinte configuraccedilatildeo
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Transmissatildeo AssiacutencronaTambeacutem chamada de transmissatildeo startstop
Um bit de partida (start) eacute transmitido no iniacutecio de cada grupo de bits
Um bit de parada (stop) eacute enviado no final de cada grupoCada grupo tipicamente consiste em um caractere
O dispositivo receptor recebe o sinal de partida e cria um mecanismo para aceitar o grupo
Usada para comunicaccedilotildees de baixa velocidade
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Transmissatildeo Assiacutencrona
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SERIAL ndash Transmissatildeo de um bit por vez na unidade de tempo Haacute necessidade de apenas 1 via
Transmissatildeo SerialTransmissatildeo Serial 1 Os bits do caracter satildeo
transmitidos um de cada vez2 Vantagem Baixo custo3 Desvantagem Necessidade de
saber qual bit eacute o primeiro do caracter para decodificar a informaccedilatildeo
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
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Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
PARALELA ndash envio simultacircneo de um conjunto de bits Haacute necessidade de tantas vias quantos forem os bits utilizados
11 Transmissatildeo ParalelaTransmissatildeo Paralela 1O sistema deve transmitir os bits do caracter de uma vez soacute2Ex 6 trajetoacuterias separadas para cada bit mais um bit de controle3Vantagem Terminal mais barato (natildeo tem necessidade de decidir quais os bits que aparecem primeiro em cada caracter)4Desvantagem Custo alto impossibilitando cobrir grandes distacircncias
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Transmissatildeo de DadosTransmissatildeo Serial AssiacutencronaTransmissatildeo Serial Assiacutencrona
A sincronizaccedilatildeo eacute conseguida por um elemento de start que precede cada caracter e um elemento stop no seu final
Vantagem Os caracteres podem ser transmitidos e regularmente espaccedilados no tempo
Desvantagem boa parte transmitida natildeo transporta informaccedilatildeo uacutetil
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Modos de comunicaccedilao Ha tres modos de comunicacao
Transmissatildeo Siacutemplex Semiduacuteplex Duplex Completo
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Transmissatildeo SiacutemplexA transmissatildeo siacutemplex envia dados em uma uacutenica direccedilatildeo
apenasExemplo transmissatildeo de televisatildeo
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Semiduacuteplex A transmissatildeo semiduacuteplex envia dados em ambas as direccedilotildees mas
somente em um sentido por vezExemplo o caixa eletrocircnico do banco envia dados sobre um
depoacutesito depois que os dados satildeo recebidos uma confirmaccedilatildeo eacute retornada Ex raacutedio poliacutecia
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
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Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
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Limitaccedilatildeo da largura de banda
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
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Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
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Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
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ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
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Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
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Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
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Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
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Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
Comunicacao de Dados
Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
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Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
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Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
Comunicacao de Dados
Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
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Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
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Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
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Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
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Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
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Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
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Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
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Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
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Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
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Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
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Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
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Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
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Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
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Transmissao sincrona
Estabale-se um canal entre emissor e receptorOrdem garantidaGrandes blocos de caracteres satildeo transmitidosOs clocks internos dos dispositivos satildeo sincronizadosBits de verificaccedilatildeo de erros conferem se todos os
caracteres foram recebidosMuito mais raacutepida poreacutem o equipamento eacute mais caro
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Transmissao sincrona
A transmissatildeo SIacuteNCRONA eacute caracterizada pela possibilidade de transmitir um bloco inteiro
com a diccedilatildeo de controles apenas no comeccedilo e fim do bloco Por exemplo os caracteres de controle
do protocolo BSC (STX ndash ldquoStart of TeXtrdquo ETX ndash ldquoEnd of TeXtrdquo) O bloco teraacute aproximadamente a
seguinte configuraccedilatildeo
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Transmissatildeo AssiacutencronaTambeacutem chamada de transmissatildeo startstop
Um bit de partida (start) eacute transmitido no iniacutecio de cada grupo de bits
Um bit de parada (stop) eacute enviado no final de cada grupoCada grupo tipicamente consiste em um caractere
O dispositivo receptor recebe o sinal de partida e cria um mecanismo para aceitar o grupo
Usada para comunicaccedilotildees de baixa velocidade
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Transmissatildeo Assiacutencrona
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SERIAL ndash Transmissatildeo de um bit por vez na unidade de tempo Haacute necessidade de apenas 1 via
Transmissatildeo SerialTransmissatildeo Serial 1 Os bits do caracter satildeo
transmitidos um de cada vez2 Vantagem Baixo custo3 Desvantagem Necessidade de
saber qual bit eacute o primeiro do caracter para decodificar a informaccedilatildeo
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
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Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
PARALELA ndash envio simultacircneo de um conjunto de bits Haacute necessidade de tantas vias quantos forem os bits utilizados
11 Transmissatildeo ParalelaTransmissatildeo Paralela 1O sistema deve transmitir os bits do caracter de uma vez soacute2Ex 6 trajetoacuterias separadas para cada bit mais um bit de controle3Vantagem Terminal mais barato (natildeo tem necessidade de decidir quais os bits que aparecem primeiro em cada caracter)4Desvantagem Custo alto impossibilitando cobrir grandes distacircncias
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Transmissatildeo de DadosTransmissatildeo Serial AssiacutencronaTransmissatildeo Serial Assiacutencrona
A sincronizaccedilatildeo eacute conseguida por um elemento de start que precede cada caracter e um elemento stop no seu final
Vantagem Os caracteres podem ser transmitidos e regularmente espaccedilados no tempo
Desvantagem boa parte transmitida natildeo transporta informaccedilatildeo uacutetil
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Modos de comunicaccedilao Ha tres modos de comunicacao
Transmissatildeo Siacutemplex Semiduacuteplex Duplex Completo
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Transmissatildeo SiacutemplexA transmissatildeo siacutemplex envia dados em uma uacutenica direccedilatildeo
apenasExemplo transmissatildeo de televisatildeo
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Semiduacuteplex A transmissatildeo semiduacuteplex envia dados em ambas as direccedilotildees mas
somente em um sentido por vezExemplo o caixa eletrocircnico do banco envia dados sobre um
depoacutesito depois que os dados satildeo recebidos uma confirmaccedilatildeo eacute retornada Ex raacutedio poliacutecia
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
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Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
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Limitaccedilatildeo da largura de banda
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
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Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
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Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
Comunicacao de Dados
Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
Comunicacao de Dados
Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
Comunicacao de Dados
Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
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Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
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Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
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Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
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Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
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Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
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Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
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Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
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Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Transmissao sincrona
A transmissatildeo SIacuteNCRONA eacute caracterizada pela possibilidade de transmitir um bloco inteiro
com a diccedilatildeo de controles apenas no comeccedilo e fim do bloco Por exemplo os caracteres de controle
do protocolo BSC (STX ndash ldquoStart of TeXtrdquo ETX ndash ldquoEnd of TeXtrdquo) O bloco teraacute aproximadamente a
seguinte configuraccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo AssiacutencronaTambeacutem chamada de transmissatildeo startstop
Um bit de partida (start) eacute transmitido no iniacutecio de cada grupo de bits
Um bit de parada (stop) eacute enviado no final de cada grupoCada grupo tipicamente consiste em um caractere
O dispositivo receptor recebe o sinal de partida e cria um mecanismo para aceitar o grupo
Usada para comunicaccedilotildees de baixa velocidade
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Assiacutencrona
Comunicacao de Dados
SERIAL ndash Transmissatildeo de um bit por vez na unidade de tempo Haacute necessidade de apenas 1 via
Transmissatildeo SerialTransmissatildeo Serial 1 Os bits do caracter satildeo
transmitidos um de cada vez2 Vantagem Baixo custo3 Desvantagem Necessidade de
saber qual bit eacute o primeiro do caracter para decodificar a informaccedilatildeo
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
PARALELA ndash envio simultacircneo de um conjunto de bits Haacute necessidade de tantas vias quantos forem os bits utilizados
11 Transmissatildeo ParalelaTransmissatildeo Paralela 1O sistema deve transmitir os bits do caracter de uma vez soacute2Ex 6 trajetoacuterias separadas para cada bit mais um bit de controle3Vantagem Terminal mais barato (natildeo tem necessidade de decidir quais os bits que aparecem primeiro em cada caracter)4Desvantagem Custo alto impossibilitando cobrir grandes distacircncias
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de DadosTransmissatildeo Serial AssiacutencronaTransmissatildeo Serial Assiacutencrona
A sincronizaccedilatildeo eacute conseguida por um elemento de start que precede cada caracter e um elemento stop no seu final
Vantagem Os caracteres podem ser transmitidos e regularmente espaccedilados no tempo
Desvantagem boa parte transmitida natildeo transporta informaccedilatildeo uacutetil
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao Ha tres modos de comunicacao
Transmissatildeo Siacutemplex Semiduacuteplex Duplex Completo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo SiacutemplexA transmissatildeo siacutemplex envia dados em uma uacutenica direccedilatildeo
apenasExemplo transmissatildeo de televisatildeo
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Semiduacuteplex A transmissatildeo semiduacuteplex envia dados em ambas as direccedilotildees mas
somente em um sentido por vezExemplo o caixa eletrocircnico do banco envia dados sobre um
depoacutesito depois que os dados satildeo recebidos uma confirmaccedilatildeo eacute retornada Ex raacutedio poliacutecia
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
Comunicacao de Dados
Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
Comunicacao de Dados
Limitaccedilatildeo da largura de banda
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
Comunicacao de Dados
Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
Comunicacao de Dados
Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
Comunicacao de Dados
Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
Comunicacao de Dados
Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
Comunicacao de Dados
Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo AssiacutencronaTambeacutem chamada de transmissatildeo startstop
Um bit de partida (start) eacute transmitido no iniacutecio de cada grupo de bits
Um bit de parada (stop) eacute enviado no final de cada grupoCada grupo tipicamente consiste em um caractere
O dispositivo receptor recebe o sinal de partida e cria um mecanismo para aceitar o grupo
Usada para comunicaccedilotildees de baixa velocidade
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Assiacutencrona
Comunicacao de Dados
SERIAL ndash Transmissatildeo de um bit por vez na unidade de tempo Haacute necessidade de apenas 1 via
Transmissatildeo SerialTransmissatildeo Serial 1 Os bits do caracter satildeo
transmitidos um de cada vez2 Vantagem Baixo custo3 Desvantagem Necessidade de
saber qual bit eacute o primeiro do caracter para decodificar a informaccedilatildeo
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
PARALELA ndash envio simultacircneo de um conjunto de bits Haacute necessidade de tantas vias quantos forem os bits utilizados
11 Transmissatildeo ParalelaTransmissatildeo Paralela 1O sistema deve transmitir os bits do caracter de uma vez soacute2Ex 6 trajetoacuterias separadas para cada bit mais um bit de controle3Vantagem Terminal mais barato (natildeo tem necessidade de decidir quais os bits que aparecem primeiro em cada caracter)4Desvantagem Custo alto impossibilitando cobrir grandes distacircncias
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de DadosTransmissatildeo Serial AssiacutencronaTransmissatildeo Serial Assiacutencrona
A sincronizaccedilatildeo eacute conseguida por um elemento de start que precede cada caracter e um elemento stop no seu final
Vantagem Os caracteres podem ser transmitidos e regularmente espaccedilados no tempo
Desvantagem boa parte transmitida natildeo transporta informaccedilatildeo uacutetil
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao Ha tres modos de comunicacao
Transmissatildeo Siacutemplex Semiduacuteplex Duplex Completo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo SiacutemplexA transmissatildeo siacutemplex envia dados em uma uacutenica direccedilatildeo
apenasExemplo transmissatildeo de televisatildeo
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Semiduacuteplex A transmissatildeo semiduacuteplex envia dados em ambas as direccedilotildees mas
somente em um sentido por vezExemplo o caixa eletrocircnico do banco envia dados sobre um
depoacutesito depois que os dados satildeo recebidos uma confirmaccedilatildeo eacute retornada Ex raacutedio poliacutecia
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
Comunicacao de Dados
Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
Comunicacao de Dados
Limitaccedilatildeo da largura de banda
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
Comunicacao de Dados
Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
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Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
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ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
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Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
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Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
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Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
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Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
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Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
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Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
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Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
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Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
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Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
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Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
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Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
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Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
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Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
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Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Assiacutencrona
Comunicacao de Dados
SERIAL ndash Transmissatildeo de um bit por vez na unidade de tempo Haacute necessidade de apenas 1 via
Transmissatildeo SerialTransmissatildeo Serial 1 Os bits do caracter satildeo
transmitidos um de cada vez2 Vantagem Baixo custo3 Desvantagem Necessidade de
saber qual bit eacute o primeiro do caracter para decodificar a informaccedilatildeo
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
PARALELA ndash envio simultacircneo de um conjunto de bits Haacute necessidade de tantas vias quantos forem os bits utilizados
11 Transmissatildeo ParalelaTransmissatildeo Paralela 1O sistema deve transmitir os bits do caracter de uma vez soacute2Ex 6 trajetoacuterias separadas para cada bit mais um bit de controle3Vantagem Terminal mais barato (natildeo tem necessidade de decidir quais os bits que aparecem primeiro em cada caracter)4Desvantagem Custo alto impossibilitando cobrir grandes distacircncias
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de DadosTransmissatildeo Serial AssiacutencronaTransmissatildeo Serial Assiacutencrona
A sincronizaccedilatildeo eacute conseguida por um elemento de start que precede cada caracter e um elemento stop no seu final
Vantagem Os caracteres podem ser transmitidos e regularmente espaccedilados no tempo
Desvantagem boa parte transmitida natildeo transporta informaccedilatildeo uacutetil
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao Ha tres modos de comunicacao
Transmissatildeo Siacutemplex Semiduacuteplex Duplex Completo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo SiacutemplexA transmissatildeo siacutemplex envia dados em uma uacutenica direccedilatildeo
apenasExemplo transmissatildeo de televisatildeo
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Semiduacuteplex A transmissatildeo semiduacuteplex envia dados em ambas as direccedilotildees mas
somente em um sentido por vezExemplo o caixa eletrocircnico do banco envia dados sobre um
depoacutesito depois que os dados satildeo recebidos uma confirmaccedilatildeo eacute retornada Ex raacutedio poliacutecia
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
Comunicacao de Dados
Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
Comunicacao de Dados
Limitaccedilatildeo da largura de banda
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
Comunicacao de Dados
Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
Comunicacao de Dados
Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
Comunicacao de Dados
Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
Comunicacao de Dados
Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
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Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
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Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
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Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
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Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
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Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
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Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
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Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
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Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
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Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
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Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
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Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
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Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
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Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
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SERIAL ndash Transmissatildeo de um bit por vez na unidade de tempo Haacute necessidade de apenas 1 via
Transmissatildeo SerialTransmissatildeo Serial 1 Os bits do caracter satildeo
transmitidos um de cada vez2 Vantagem Baixo custo3 Desvantagem Necessidade de
saber qual bit eacute o primeiro do caracter para decodificar a informaccedilatildeo
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
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Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
PARALELA ndash envio simultacircneo de um conjunto de bits Haacute necessidade de tantas vias quantos forem os bits utilizados
11 Transmissatildeo ParalelaTransmissatildeo Paralela 1O sistema deve transmitir os bits do caracter de uma vez soacute2Ex 6 trajetoacuterias separadas para cada bit mais um bit de controle3Vantagem Terminal mais barato (natildeo tem necessidade de decidir quais os bits que aparecem primeiro em cada caracter)4Desvantagem Custo alto impossibilitando cobrir grandes distacircncias
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Transmissatildeo de DadosTransmissatildeo Serial AssiacutencronaTransmissatildeo Serial Assiacutencrona
A sincronizaccedilatildeo eacute conseguida por um elemento de start que precede cada caracter e um elemento stop no seu final
Vantagem Os caracteres podem ser transmitidos e regularmente espaccedilados no tempo
Desvantagem boa parte transmitida natildeo transporta informaccedilatildeo uacutetil
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Modos de comunicaccedilao Ha tres modos de comunicacao
Transmissatildeo Siacutemplex Semiduacuteplex Duplex Completo
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Transmissatildeo SiacutemplexA transmissatildeo siacutemplex envia dados em uma uacutenica direccedilatildeo
apenasExemplo transmissatildeo de televisatildeo
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Semiduacuteplex A transmissatildeo semiduacuteplex envia dados em ambas as direccedilotildees mas
somente em um sentido por vezExemplo o caixa eletrocircnico do banco envia dados sobre um
depoacutesito depois que os dados satildeo recebidos uma confirmaccedilatildeo eacute retornada Ex raacutedio poliacutecia
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
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Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
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Limitaccedilatildeo da largura de banda
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
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Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
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Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
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ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
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Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
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Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
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Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
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Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
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Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
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Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
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Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
Comunicacao de Dados
Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
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Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
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Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
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Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
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Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
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Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo Serial X Transmissatildeo Paralela
PARALELA ndash envio simultacircneo de um conjunto de bits Haacute necessidade de tantas vias quantos forem os bits utilizados
11 Transmissatildeo ParalelaTransmissatildeo Paralela 1O sistema deve transmitir os bits do caracter de uma vez soacute2Ex 6 trajetoacuterias separadas para cada bit mais um bit de controle3Vantagem Terminal mais barato (natildeo tem necessidade de decidir quais os bits que aparecem primeiro em cada caracter)4Desvantagem Custo alto impossibilitando cobrir grandes distacircncias
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de DadosTransmissatildeo Serial AssiacutencronaTransmissatildeo Serial Assiacutencrona
A sincronizaccedilatildeo eacute conseguida por um elemento de start que precede cada caracter e um elemento stop no seu final
Vantagem Os caracteres podem ser transmitidos e regularmente espaccedilados no tempo
Desvantagem boa parte transmitida natildeo transporta informaccedilatildeo uacutetil
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao Ha tres modos de comunicacao
Transmissatildeo Siacutemplex Semiduacuteplex Duplex Completo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo SiacutemplexA transmissatildeo siacutemplex envia dados em uma uacutenica direccedilatildeo
apenasExemplo transmissatildeo de televisatildeo
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Semiduacuteplex A transmissatildeo semiduacuteplex envia dados em ambas as direccedilotildees mas
somente em um sentido por vezExemplo o caixa eletrocircnico do banco envia dados sobre um
depoacutesito depois que os dados satildeo recebidos uma confirmaccedilatildeo eacute retornada Ex raacutedio poliacutecia
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
Comunicacao de Dados
Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
Comunicacao de Dados
Limitaccedilatildeo da largura de banda
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
Comunicacao de Dados
Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
Comunicacao de Dados
Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
Comunicacao de Dados
Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
Comunicacao de Dados
Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
Comunicacao de Dados
Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de DadosTransmissatildeo Serial AssiacutencronaTransmissatildeo Serial Assiacutencrona
A sincronizaccedilatildeo eacute conseguida por um elemento de start que precede cada caracter e um elemento stop no seu final
Vantagem Os caracteres podem ser transmitidos e regularmente espaccedilados no tempo
Desvantagem boa parte transmitida natildeo transporta informaccedilatildeo uacutetil
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao Ha tres modos de comunicacao
Transmissatildeo Siacutemplex Semiduacuteplex Duplex Completo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo SiacutemplexA transmissatildeo siacutemplex envia dados em uma uacutenica direccedilatildeo
apenasExemplo transmissatildeo de televisatildeo
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Semiduacuteplex A transmissatildeo semiduacuteplex envia dados em ambas as direccedilotildees mas
somente em um sentido por vezExemplo o caixa eletrocircnico do banco envia dados sobre um
depoacutesito depois que os dados satildeo recebidos uma confirmaccedilatildeo eacute retornada Ex raacutedio poliacutecia
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
Comunicacao de Dados
Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
Comunicacao de Dados
Limitaccedilatildeo da largura de banda
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
Comunicacao de Dados
Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
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Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
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Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
Comunicacao de Dados
Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
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Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
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Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
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Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
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Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
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Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
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Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
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Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
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Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
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Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
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Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
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Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
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Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
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Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao Ha tres modos de comunicacao
Transmissatildeo Siacutemplex Semiduacuteplex Duplex Completo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo SiacutemplexA transmissatildeo siacutemplex envia dados em uma uacutenica direccedilatildeo
apenasExemplo transmissatildeo de televisatildeo
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Semiduacuteplex A transmissatildeo semiduacuteplex envia dados em ambas as direccedilotildees mas
somente em um sentido por vezExemplo o caixa eletrocircnico do banco envia dados sobre um
depoacutesito depois que os dados satildeo recebidos uma confirmaccedilatildeo eacute retornada Ex raacutedio poliacutecia
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
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Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
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Limitaccedilatildeo da largura de banda
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
Comunicacao de Dados
Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
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Comunicacao de Dados
ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
Comunicacao de Dados
Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
Comunicacao de Dados
Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
Comunicacao de Dados
Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
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Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
Comunicacao de Dados
Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
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Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
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Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
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Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
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Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
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Comunicacao de Dados
Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
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Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
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Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
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Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
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Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
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Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
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Transmissatildeo SiacutemplexA transmissatildeo siacutemplex envia dados em uma uacutenica direccedilatildeo
apenasExemplo transmissatildeo de televisatildeo
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Semiduacuteplex A transmissatildeo semiduacuteplex envia dados em ambas as direccedilotildees mas
somente em um sentido por vezExemplo o caixa eletrocircnico do banco envia dados sobre um
depoacutesito depois que os dados satildeo recebidos uma confirmaccedilatildeo eacute retornada Ex raacutedio poliacutecia
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
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Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
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Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
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Limitaccedilatildeo da largura de banda
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
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Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
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Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
Comunicacao de Dados
Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
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Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
Comunicacao de Dados
Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
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Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
Comunicacao de Dados
Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
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Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
Comunicacao de Dados
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Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
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Comunicacao de Dados
Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Semiduacuteplex A transmissatildeo semiduacuteplex envia dados em ambas as direccedilotildees mas
somente em um sentido por vezExemplo o caixa eletrocircnico do banco envia dados sobre um
depoacutesito depois que os dados satildeo recebidos uma confirmaccedilatildeo eacute retornada Ex raacutedio poliacutecia
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
Comunicacao de Dados
Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
Comunicacao de Dados
Limitaccedilatildeo da largura de banda
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
Comunicacao de Dados
Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
Comunicacao de Dados
Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
Comunicacao de Dados
Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
Comunicacao de Dados
Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
Comunicacao de Dados
Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Duplex Completo (fullduplex)A transmissatildeo duacuteplex completo permite transmissatildeo em ambas as
direccedilotildees ao mesmo tempoExemplo uma conversa telefocircnicacomunicaccedilatildeo de dados de alta velocidade
Ex telefone
Comunicacao de Dados
Modos de comunicaccedilao (cont)
Erros de transmissatildeoCausas -
Comunicacao de Dados
Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
Comunicacao de Dados
Limitaccedilatildeo da largura de banda
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
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Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
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Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
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ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
Comunicacao de Dados
Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
Comunicacao de Dados
Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
Comunicacao de Dados
Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
Comunicacao de Dados
Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
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Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
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Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
Comunicacao de Dados
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Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
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Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
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Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Erros de transmissatildeoCausas -
Comunicacao de Dados
Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
Comunicacao de Dados
Limitaccedilatildeo da largura de banda
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
Comunicacao de Dados
Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
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Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
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Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
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Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
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Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
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Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
Comunicacao de Dados
Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
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Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
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Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
Comunicacao de Dados
Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
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Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
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Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
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Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
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Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
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Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
Comunicacao de Dados
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Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Atenuaccedilatildeo do sinalbull Diminuiccedilatildeo da amplitude do sinal transmitido bull Atenuaccedilatildeo do sinal
bull Relacionado com o comprimento do meio de transmissatildeo bull Limita-se esse comprimento bull Inserccedilatildeo de amplificadoresrepetidores
bull Atenuaccedilatildeo aumenta com frequecircnciabull Equalizadores satildeo utilizados para amplificar as frequecircncias dos sinais que
sofrem mais atenuaccedilotildees
Comunicacao de Dados
Limitaccedilatildeo da largura de banda
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
Comunicacao de Dados
Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
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Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
Comunicacao de Dados
Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
Comunicacao de Dados
Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
Comunicacao de Dados
Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
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Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
Comunicacao de Dados
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Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
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Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
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Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
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Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
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Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
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Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
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Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Limitaccedilatildeo da largura de banda
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
Comunicacao de Dados
Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
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Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
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Comunicacao de Dados
ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
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Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
Comunicacao de Dados
Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
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Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
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Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
Comunicacao de Dados
Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
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Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
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Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
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Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
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Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
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Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
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Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
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Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
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Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal
Distorccedilao Distorccedilatildeo de Amplitudendash A potecircncia do sinal diminui com a distacircncia (atenuaccedilatildeo)
Em meios guiados a atenuaccedilatildeo varia exponencialmente com a distacircncia (medida em escala logariacutetmica unidade dB km)
A transmissatildeo analoacutegica requer amplificadoresA atenuaccedilatildeo depende das caracteriacutesticas do meio
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
Comunicacao de Dados
Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
Comunicacao de Dados
Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
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Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
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ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
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Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
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Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
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Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
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Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
Comunicacao de Dados
Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
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Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
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Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
Comunicacao de Dados
Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
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Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
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Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
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Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
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Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
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Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
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Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
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Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
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Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
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Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
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Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
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Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
ndash A atenuaccedilatildeo aumenta com a frequecircncia (distorccedilatildeo de amplitude)
ndash A potecircncia do sinal recebido Deve ser suficiente para ser
detectado (sensibilidade do receptor)
Deve ser superior ao ruiacutedo para ser detectado sem erros
ndash O sinal digital eacute regenerado com recurso a repetidores
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
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Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
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Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
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ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
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Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
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Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
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Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
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Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
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Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
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Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
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Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
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Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
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Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
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Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
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Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
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Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
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Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
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Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
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Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
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Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
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Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
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Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
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Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
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Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
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Distorccedilatildeo e Amplificaccedilatildeo do sinal (cont)
Distorccedilatildeo de fase (atraso de fase)
ndash Causa variaccedilatildeo da velocidade de propagaccedilatildeo com a frequecircncia
Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequecircncia o sinal natildeo eacute distorcido mas simplesmente atrasado
ndash Caracteriacutestica de meios guiados (cabos fibras)
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Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
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Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
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ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
Comunicacao de Dados
Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
Comunicacao de Dados
Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
Comunicacao de Dados
Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
Comunicacao de Dados
Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Velocidade de Dados
Medida em bits por segundo (bps)Os primeiros modems transmitiam a 300 bpsOs modems mais raacutepidos atuais transmitem a 56000
bps
A velocidade real depende das condiccedilotildees da linha e de outras variaacuteveis (operadora)
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
Comunicacao de Dados
Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
Comunicacao de Dados
Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
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Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
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Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
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Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
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Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
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Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
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Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
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Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
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Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
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Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
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Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
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Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
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Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
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Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
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Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)Apenas ficar com algumas amostras do sinal natildeo leva a perder
informaccedilatildeo contida no sinal analoacutegicoNyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada
ndash que contecircm apenas uma certa gama de frequecircncias ndash podem ser reconstruiacutedos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUEcircNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequecircncia contida no sinal
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
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Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
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ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
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Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
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Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
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Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
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Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
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Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
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Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
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Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
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Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
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Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
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Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
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Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
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Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
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Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
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Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
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Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
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Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
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Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
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Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
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Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
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Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)ndash A Capacidade de um canal C (bits) representa o limite
superior do deacutebito binaacuterio (de dados) a que o emissor pode transmitir
O deacutebito binaacuterio DR (Data Rate Bit Rate) expressa o nuacutemero de siacutembolos binaacuterios que o emissor transmite por segundo (unidade bits)
Para transmissatildeo no canal a sequecircncia binaacuteria pode ser convertida num sinal digital com L
niacuteveis (L = 2 4 8 hellip) cada niacutevel eacute representado por um sinal digital elementar
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
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Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
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ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
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Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
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Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
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Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
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Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
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Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
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Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
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Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
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Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
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Comunicacao de Dados
Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)
ndash Designa-se por ritmo de modulaccedilatildeo MR (Modulation Rate Baud Rate) a frequecircncia transmissatildeo de sinais elementares ou seja o inverso da sua duraccedilatildeo (unidade baud)
DR = MR log2 Lndash O sinal digital eacute distorcido pelo canal dando origem a
Interferecircncia Intersimboacutelica (ISI)ndash De acordo com o 1ordm Criteacuterio de Nyquist eacute possiacutevel recuperar a
informaccedilatildeo contida no sinalreduzindo a ISI nos instantes em que o sinal eacute amostrado desde
que a Largura de Banda do canal designada por B (unidade Hz) seja superior (ou igual) a
Comunicacao de Dados
Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
Comunicacao de Dados
Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
Comunicacao de Dados
Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
Comunicacao de Dados
Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
Comunicacao de Dados
Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
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Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
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Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
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Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
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Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
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Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
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Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
Comunicacao de Dados
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
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Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
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Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
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Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
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Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
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Capacidade de Canal (Teorema de Nyquist)B0 = MR 2 (valor miacutenimo que corresponde a um filtro passa-
baixo ideal) ndash Filtros de Nyquist obedecem agrave condiccedilatildeo B = B0 (1 + ρ) sendo 0 lt ρ lt 1 o factor de roll-off
ndash O deacutebito binaacuterio DR eacute entatildeo superiormente limitado por
C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0)
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Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
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ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
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Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
Comunicacao de Dados
Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
Comunicacao de Dados
Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
Comunicacao de Dados
Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de um sinal atraveacutes de um meio limitado em frequecircncia e sem ruiacutedo
Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist)Meio soacute passa as frequecircncias entre 0 e H HertzTodas as componentes de frequecircncia superior a H natildeo
passam
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
Comunicacao de Dados
Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
Comunicacao de Dados
Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
Comunicacao de Dados
Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
Comunicacao de Dados
Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
Comunicacao de Dados
Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
Comunicacao de Dados
Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
Comunicacao de Dados
Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
Comunicacao de Dados
Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
ExemploSeja 100 Hz a frequecircncia mais elevada contida num sinal
analoacutegicoQual deve ser a frequecircncia de amostragem a utilizar Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que
conhece da aacuterea da voz
E no caso do sinal de voz
Comunicacao de Dados
Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
Comunicacao de Dados
Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
Comunicacao de Dados
Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
Comunicacao de Dados
Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
Comunicacao de Dados
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Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Canais com ruiacutedo (teorema de Shannon)
Teorema de Shannon-Hartley
Bit rate = H x log2 (1 + SN) bps
Exemplo linha telefoacutenica caracterizada por H=3000 Hz e SN = 30 dB
Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 KbpsTransmissatildeo a 56 Kbps
CompressatildeoLinhas para os ISPs tem SNR superiores
Comunicacao de Dados
Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
Comunicacao de Dados
Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
Comunicacao de Dados
Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband)
Banda de base ndash o meio de transmissatildeo eacute dedicado a um uacutenico fluxo de dados
Banda de canal ndash o meio de transmissatildeo eacute dividido em zonas (bandas de frequecircncia) e eacute usado FDM para transmitir muacuteltiplos canais em simultacircneo
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
Comunicacao de Dados
Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
Comunicacao de Dados
Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
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Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
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Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
Comunicacao de Dados
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Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canal
A largura de banda eacute o tamanho da banda passante (a maior frequumlecircncia menos a menor frequumlecircncia)
Banda passante - eacute a faixa de frequumlecircncias que permanece praticamente preservada pelo meio
Qualquer sistema de transmissatildeo atraveacutes do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as frequumlecircncias significativas do sinal possam ser transmitidas
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
Comunicacao de Dados
Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
Comunicacao de Dados
Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Largura de banda de um canalBaud rate vs bit rate
Bit rate (bps) ndash nuacutemero de bits transferido por unidade de tempo ndash directamente relacionado com a largura de banda H do meio
Baud rate ndash ritmo a que pode variar o sinal transmitido atraveacutes do meio
Se o sinal transmitido pode tomar 2n bit rate = baudrate x n
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Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
Comunicacao de Dados
Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
Comunicacao de Dados
Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
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Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
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Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
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Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
Comunicacao de Dados
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Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
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Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Comunicacao de Dados
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
A maacutexima capacidade de um canal de transmissatildeo de dados eacute a velocidade maacutexima do sinal de transmissatildeo que pode passar atraveacutes deste canal A unidade desta medida eacute o bps (bit por segundo) e os teoremas baacutesicos para encontrar esta velocidade maacutexima do sinal satildeo o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon
Relembrando logaritmos1 Numerador igual agrave base Logbb=12 Exponenciaccedilatildeo Logbn^x=xlogbn3 Mudanccedila de base Logbn=loganlogab4 Exponenciaccedilatildeo b^(logbn)=n
Comunicacao de Dados
Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
Comunicacao de Dados
Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
Comunicacao de Dados
Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
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Maacutexima Capacidade de um Canal
Relembrando decibel
O dB eacute uma unidade logariacutetmica muito usada em telecomunicaccedilotildees representando relaccedilotildees entre duas grandezas de mesmo tipo como relaccedilotildees de potecircncias tensotildees ou outras relaccedilotildees adimensionais principalmente
Comunicacao de Dados
Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
Comunicacao de Dados
Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
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Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
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Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
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Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
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Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
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Comunicacao de Dados
Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
Comunicacao de Dados
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Relembrando decibelbull O ouvido humano tem resposta logariacutetmica
(sensaccedilatildeo auditiva versus potecircncia acuacutestica)bull Em telecomunicaccedilotildees se usam nuacutemeros
extremamente grandes ou pequenos O uso de logaritmos facilita sua utilizaccedilatildeo
Por definiccedilatildeo uma quantidade Q em dB eacute igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relaccedilatildeo de duas potecircncias ou seja Q(dB) = 10 log ( P1 P2 )
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
Comunicacao de Dados
Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeoprocesso de variaccedilatildeo de altura (amplitude) de intensidade
frequecircncia do comprimento eou da fase de onda numa onda de transporte que deforma uma das caracteriacutesticas de um sinal portador (amplitude fase ou frequecircncia) que varia proporcionalmente ao sinal modulador
Em telecomunicaccedilotildees a modulaccedilatildeo eacute a modificaccedilatildeo de um sinal electromagneacutetico inicialmente gerado antes de ser irradiado de forma que esta transporte informaccedilatildeo sobre uma onda portadora
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
Comunicacao de Dados
Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
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Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
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Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
Comunicacao de Dados
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Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
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Comunicacao de Dados
Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
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Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
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Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo (cont)
Modulaccedilatildeo eacute o processo na qual a informaccedilatildeo eacute adicionada a ondas eletromagneacuteticas Eacute assim que qualquer tipo de informaccedilatildeo ateacute a voz humana ou transaccedilatildeo de dados numa aplicaccedilatildeo interativa eacute transmitida numa onda eletromagneacutetica O transmissor adiciona a informaccedilatildeo numa onda baacutesica de tal forma que poderaacute ser recuperada na outra parte atraveacutes de um processo reverso chamado demodulaccedilatildeo
O dispositivo que realiza a modulaccedilatildeo eacute chamado modulador Basicamente a modulaccedilatildeo consiste em fazer com que um paracircmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variaccedilatildeo do sinal modulante que eacute a informaccedilatildeo que se deseja transmitir
Comunicacao de Dados
Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Porque A Modulaccedilatildeo
Podemos resumir A modulaccedilatildeo eacute necessaacuteria para casar o sinal com o meio de transmissatildeo Este casamento envolve algumas consideraccedilotildees importantes detalhadas nos items seguintes
MODULACcedilAtildeO PARA FACILIDADE DE IRRADIACcedilAtildeO MODULACcedilAtildeO PARA REDUCcedilAtildeO DE RUIacuteDO E
INTERFEREcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA DESIGNACcedilAtildeO DE FREQUEcircNCIA MODULACcedilAtildeO PARA MULTIPLEXACcedilAtildeOmiddotMODULACcedilAtildeO PARA SUPERAR LIMITACcedilOtildeES DE
EQUIPAMENTO
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
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Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
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Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
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Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
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Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
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Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
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Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
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Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
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Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulaccedilatildeo
Em grande parte o ecircxito de um sistema de comunicaccedilatildeo depende da modulaccedilatildeo de modo que a escolha do tipo de modulaccedilatildeo eacute uma decisatildeo fundamental em projetos de sistemas para transmissatildeo de sinais
A princiacutepio eacute possiacutevel identificar dois tipos baacutesicos de modulaccedilatildeo de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante
middot MODULACcedilAtildeO ANALOacuteGICA middot MODULACcedilAtildeO DIGITAL
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
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Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Dependendo do paracircmetro sobre o qual se actue temos as
seguintes tipos de modulaccedilatildeoModulaccedilatildeo em amplitude (AM) Modulaccedilatildeo em fase (PM) Modulaccedilatildeo em frequecircncia (FM) Modulaccedilatildeo em banda lateral dupla (DSB) Modulaccedilatildeo em banda lateral uacutenica (SSB) Modulaccedilatildeo de banda lateral vestigial (VSB ou VSB-AM) Modulaccedilatildeo de amplitude em quadratura (QAM) Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia (OFDM)
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Tipos de Modulacao (cont)Quando a OFDM eacute utilizada em conjunccedilatildeo com
teacutecnicas de codificaccedilatildeo de canal se denomina Modulaccedilatildeo por divisatildeo ortogonal de frequumlecircncia codificada (COFDM)
Tambeacutem se empregam teacutecnicas de modulaccedilatildeo por pulsos entre elas
Modulaccedilatildeo por pulso codificado (PCM) Modulaccedilatildeo por largura de pulso (PWM) Modulaccedilatildeo por amplitude de pulso (PAM) Modulaccedilatildeo por posiccedilatildeo de pulso (PPM
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal
A modulaccedilatildeo de portadora sinusoidal compreende a modulaccedilatildeo de amplitude de fase e de frequecircncia que constituem uma famiacutelia de meacutetodos de modulaccedilatildeo nos quais a amplitude a fase ou a frequecircncia de uma sinusoide de frequecircncia central preacute-determinada eacute alterada em funccedilatildeo do sinal modulador
A modulaccedilatildeo de amplitude (AM) eacute caracterizada por uma relativa simplicidade de representaccedilatildeo e uma fraca necessidade de banda passante Por outro lado a sua eficiecircncia em termos de potecircncia eacute bastante baixa quando comparada com os meacutetodos de modulaccedilatildeo angular (fase e frequecircncia)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo Analoacutegica de Onda Sinusoidal (cont)Os meacutetodos de modulaccedilatildeo AM satildeo ainda hoje frequentemente
empregues em difusatildeo raacutedio e TV comunicaccedilotildees ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia Os meacutetodos de modulaccedilatildeo de fase e frequecircncia satildeo mais difiacuteceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruiacutedo e daiacute uma qualidade de recepccedilatildeo bastante superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMDefiniccedilatildeo de AM
Portadora vp(t) = Vp sen (2 p fp t) Sinal modulante vm(t) = Vm sen (2 p fm t) Taxa ou iacutendice de modulaccedilatildeo M = Vm Vp (M tambeacutem pode ser expresso em )
Onda modulada em AM vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) Portanto vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t)
Ecfectuando o produto de senos temos vam = Vp sen (2 p fp t) + (M 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t ) - (M 2) Vp cos (2 p (fp+fm) t)
portadora banda lateral inferior banda lateral superior
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo AMConclusatildeo uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter aleacutem da
portadora duas bandas laterais de mesmo niacutevel = M Vp 2 e com frequecircncias simeacutetricas em relaccedilatildeo a frequecircncia da portadora fp tendo a raia lateral superior frequecircncia de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm
Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas as bandas laterais que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantacircneo do sinal modulante ou seja modulada em amplitude Portanto natildeo eacute a portadora que estaacute modulada em amplitude mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo FMPor volta de 1920 a fim de contornar os problemas
causados pela degradaccedilatildeo da amplitude do sinal modulado resolveu-se estudar a modulaccedilatildeo da frequecircncia (FM - frequency modulation) de uma onda cossenoidal com variaccedilatildeo proporcional ao sinal modulador mantendo a amplitude da onda constante
Para melhor entendimento da modulaccedilatildeo em frequecircncia deve ser definido o conceito de frequecircncia instantacircnea (frequecircncia variaacutevel no tempo) jaacute que de acordo com a transformada de Fourier um sinal pode ser representado no domiacutenio do tempo ou no domiacutenio da frequecircncia mas nunca em ambos simultaneamente
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Nesta anaacutelise seraacute utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequecircncia F1 Se um circuito VCO for utilizado a frequecircncia instantacircnea seraacute proporcional ao sinal modulador g(t)
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos
iniciou a partir da teoria da amostragem a qual estabelece que a informaccedilatildeo contida em qualquer sinal analoacutegico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo
No caso analoacutegico os valores das amostras do sinal satildeo transferidos para as amplitudes duraccedilotildees ou posiccedilotildees de pulsos de formato fixo conhecido
No caso digital os valores das amostras satildeo convertidos para nuacutemeros binaacuterios que por sua vez satildeo codificados em sequecircncias de pulsos que representam cada um dos valores binaacuterios
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
A modulaccedilatildeo digital tem preferecircncia sobre a analoacutegica devido a um fator fundamental a informaccedilatildeo transmitida na forma digital pode ser regenerada replicada e retransmitida mantendo-se livre de distorccedilotildees Esta vantagem entretanto possui um certo custo o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente Outra vantagem da modulaccedilatildeo digital consiste na possibilidade de multiplexaccedilatildeo de sinais de informaccedilatildeo originalmente analoacutegica juntamente com dados provenientes de computadores os quais jaacute satildeo digitais por natureza
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)
Exemplo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
Trem-de-pulso Sinal discreto Tem como caracteriacutesticas a amplitude a duraccedilatildeo e o periacuteodo
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)
Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica PAM (Pulse Amplitude Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de amplitude PWM (Pulse Widht Modulation) Informaccedilatildeo
impressa na caracteriacutestica de duraccedilatildeo de pulsos
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
1 Modulaccedilatildeo Analoacutegica (cont) PPM (Pulse Position Modulation) Informaccedilatildeo impressa
na caracteriacutestica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relaccedilatildeo a referecircncia de tempo igualmente espaccedilada
PFM (Pulse Frenquency Modulation) Informaccedilatildeo impressa na caracteriacutestica de frequecircncia
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulsoModulaccedilatildeo em Portadora Trem-de-pulso
2 Modulaccedilatildeo Digital PCM (pulse code modulation) modulaccedilatildeo em coacutedigo de
pulsos DPCM (PCM diferencial) Informaccedilatildeo eacute enviadapor
coacutedigo representando a diferenccedila dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem
DM (Delta Modulation) modulaccedilatildeo delta
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Exemplos do uso de PCM Rede telefoacutenica
8000 amostrass8 bits por amostra
natildeo linear64 Kbps
bullCDsbullFrequecircncia de amostragem 441 KHz
bull16 bits por amostra linear
bullBit rate ndash 441x16x2 bitss gt 1 Mbps
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Portadora senoidal
Portadora trem-de-pulsos
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
AMFMPM
ASKFSKPSK
ModuladoraDigital
ModuladoraAnaloacutegica
PAMPNMPPMPFM
PCMDPCMDM
Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dadostransmissatildeo de dados seratildeo usados vaacuterios formatos de
modulaccedilatildeo para transmitir sequecircncias de bits (BS - bit stream) sem distinccedilatildeo se estes satildeo provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se satildeo multiplexados ou natildeo Em se tratando da transmissatildeo de sequecircncias de bits os processos de modulaccedilatildeo satildeo otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequecircncias ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorccedilotildees ou deixar o informaccedilatildeo susceptiacutevel ao ruiacutedo
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)Existem duas categorias baacutesicas para transmitir dados natildeo modulados (sem onda portadora de alta frequecircncia)
OOK (on-off keying) BK (bipolar keying)
modulados (com onda portadora de alta frequecircncia)
ASK (amplitude shift keying) BPSK (bipolar phase shift keying) DPSK (diferencial phase shift keying) QAM (quadrature amplitude modulation) MSK (minimum shift keying)
FSK (frequency shift keyin
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados
Transmissatildeo de Dados (cont)A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulaccedilatildeo relacionados
com os sistemas de transmissatildeo de dados em que satildeo aplicados
Modulaccedilatildeo Aplicaccedilatildeo
BK LAN (local area network)
BPSK telemetria espacial modems a cabo
DPSKsateacutelite DAMPS (digital advanced mobile phone system - TDMA)
QAMsateacutelite modems sistemas CDMA (code division multiple access) raacutedio digital de alta capacidade tele-difusatildeo digital
MSK GSM (global system for mobile communication - europeu)
FSKtelefone sem fio pager AMPS (advanced mobile phone system - FDMA)
Comunicacao de Dados