Fundamentos da informática e comunicação de dados Cursos de Tecnologias Aula 4 Modulação Prof. Oswaldo Flório Filho Profª. Alice Flora Madeira Ribeiro Conteúdo 1. Modulação... 3 2. Modulação AM... 4 3. Modulação em freqüência... 5 4. Modulação por fase... 5 5. Modulação de sinais digitais... 7 ASK (Amplitude Shift Keying)... 7 FSK (Frequency Shift Keying)... 8 PSK (Phase Shift Keying)... 8 6. Bibliografia... 9 Copyright fevereiro 2007 Todos os direitos reservados para Oswaldo Flório Filho Página 2
1. Modulação Em um sistema de transmissão de dados qualquer, é necessário adaptar o sinal de dados ao meio no qual será transmitido. Em geral isto é efetuado utilizando se um sinal com freqüência mais alta (portadora) o qual tem suas características (amplitude, freqüência e fase) modificadas pelo sinal a ser transmitido (modulante). O sinal resultante destas modificações é chamado de sinal modulado. Os sistemas analógicos tais como a modulação AM ou FM, têm sido substituídos por sistema digitais cuja grande vantagem é ter maior capacidade de transmissão, maior confiabilidade e menor custo. 2. Modulação AM Na modulação AM a amplitude do sinal da portadora é modificada de acordo com a amplitude do sinal de dados. A função que representa este tipo de modulação é dada abaixo. A este processo dá se o nome de modulação. Assim pode se definir modulação como: Modulação é a adaptação do sinal a ser transmitido com o meio em que será transmitido Os objetivos da adaptação do sinal podem ser: Modulação para facilidade de irradiação Para se obter uma irradiação eletromagnética eficiente as antenas deve ter no mínimo 1/10 do comprimento de onda. Modulando um sinal de baixa freqüência em uma portadora de freqüência mais alta o tamanho das antenas é reduzido. Modulação para redução de ruído e interferência Há determinados tipos de modulação que permitem reduzir o ruído bem como a interferência eletromagnética gerada pelo sistema de comunicação. Onde: A c cos2πf c t o sinal da onda portadora A c Amplitude da portadora (volt) f c freqüência da portadora (hertz) m(t) Sinal modulante k a sensibilidade do modulador A função s(t) apresenta a variação da amplitude da portadora é alterada em torno de A c de forma linear com o sinal modulante m(t). A figura abaixo apresenta o um sinal modulado em amplitude. t m(t) Modulação para designação de freqüência Utilizada para os casos onde várias estações têm que transmitir simultaneamente pelo mesmo meio. Cada estação é modulada em uma freqüência e os receptores são sintonizados para na mesma freqüência da estação transmissora. Exemplo: sistema de rádio. Modulação para multiplexação Quando há limitação de canais de transmissão de dados utiliza se o processo de modulação para multiplexar os sinais tornando os um único sinal a ser transmitido. Na chegada ao destino os sinais podem ser recuperados utilizando se a técnica da desmultiplexação t A c cos2πf c t s(t) Há basicamente dois tipos de modulação em função da onda portadora: a modulação analógica e a digital. Para fins didáticos a representação de s(t) mostra a envoltória (em azul) do sinal. O sinal transmitido é somente a representação em vermelho. Copyright fevereiro 2007 Todos os direitos reservados para Oswaldo Flório Filho Página 3 Copyright fevereiro 2007 Todos os direitos reservados para Oswaldo Flório Filho Página 4
3. Modulação em freqüência Na modulação em freqüência a freqüência do sinal modulante, ou sinal de informação, altera a freqüência do sinal da portadora mantendo sua amplitude. A equação que define o sinal modulado em freqüência é dada abaixo: A figura abaixo apresenta a forma de onda dos sinais modulante (sinal), portadora e modulada (sinal de envio) A figura abaixo apresenta a forma de onda dos sinais modulante (sinal), portadora e modulada (sinal de envio) Nesta situação tem se que quando o valor instantâneo do sinal modulante for mínimo obtém se a maior diferença de fase e quando o valor da modulante for máximo ocorre a menor diferença de fase. A tabela abaixo apresenta um resumo dos tipos de modulação em função do sinal da portadora (analógico ou digital) e do sinal da informação (analógico ou digital). Sinal de Informação Analisando a figura acima é possível notar que quando o valor instantâneo do Analógico Digital sinal modulante é máximo positivo, a freqüência da onda portadora também é máxima. Quando o valor instantâneo do sinal modulante é máximo negativo, a freqüência da onda portadora é mínima. 4. Modulação por fase Portadora Analógico Amplitude AM ASK Freqüência FM FSK Fase PM PSK Amplitude PAM Não é utilizado Na modulação por fase a portadora tem sua fase alterada de acordo com a fase do sinal da informação. Sua equação é dada por: Digital Posição Duração PPM PWM Copyright fevereiro 2007 Todos os direitos reservados para Oswaldo Flório Filho Página 5 Copyright fevereiro 2007 Todos os direitos reservados para Oswaldo Flório Filho Página 6
5. Modulação de sinais digitais Os sinais digitais possuem uma forma de onda quadrada e, em geral, são modulados em uma portadora do tipo analógica cuja forma de onda é senoidal. O processo de modulação é efetuado por meio de um equipamento chamado modem. O modem tem como função modular o sinal a ser enviado e demodular (retirar a onda portadora) o sinal recebido. O uso de portadoras do tipo analógico deve se aos meios de transmissão utilizados que, em geral, são as redes telefônicas e a transmissão via rádio. Para cada um dos casos as freqüências de transmissão devem ser adequadas ao meio. Os tipos de modulação digital básicos são ASK (Amplitude Shift Keying), FSK (Frequency Shift Keying) e PSK (Phase Shift Keying). FSK (Frequency Shift Keying) Na modulação FSK os símbolos zeros e uns são associados a diferentes valores de freqüência. Neste caso para transmitir o símbolo um, a portadora assume uma freqüência f 1 e para transmitir um zero ela assume uma freqüência f 2. A amplitude da portadora não sofre alteração. A figura abaixo apresenta um sinal modulado neste sistema. ASK (Amplitude Shift Keying) Esta é a forma mais simples de modulação digital. Seu principio de modulação baseiase em representar os zeros do sinal digital por meio da redução da amplitude da portadora. Neste caso a freqüência e fase da portadora não são alteradas. A figura abaixo apresenta um sinal modulado neste sistema. PSK (Phase Shift Keying) Neste método a fase da portadora é trocada entre diferentes fases de acordo com o estado lógico do sinal a ser transmitido. Existem diferentes tipos de moduladores PSK. De acordo com o número de fases tem se: 2PSK, 4PSK, 8PSK, 16PSK e 16QAM. Copyright fevereiro 2007 Todos os direitos reservados para Oswaldo Flório Filho Página 7 Copyright fevereiro 2007 Todos os direitos reservados para Oswaldo Flório Filho Página 8
O 16QAM, geralmente referenciado como quadrature phase shift key (QPSK), é uma composição da modulação em amplitude e de fase. SOUZA, L. B. (1999). Redes de computdores dasos, voz e imagem. São Paulo: Erica ISBN 85 7194 590 X. A figura abaixo apresenta um sinal modulado do tipo 2PSK. 6. Bibliografia CLINT Smith, P.E.,GERVELIS C. (2003). Wireless Network Performance Handbook. McGraw Hill Professional ISBN 0071406557 / 9780071406550. DIAMANTINO, N. A. (2007). Apostila. Telemática Aplicada. São Paulo, SP. SMILLIE, G. (2003). Analogue and Digital Communication Techniques. Butterworth Heinemann ISBN 0340731257/978 0340731253. Copyright fevereiro 2007 Todos os direitos reservados para Oswaldo Flório Filho Página 9 Copyright fevereiro 2007 Todos os direitos reservados para Oswaldo Flório Filho Página 10