comunicacao de dados

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


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


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


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


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


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


Transmissao de sinais


tipos de sinal Ha varios tipos de sinal 1 Sinais Determiniacutesticos - Podem ser completamente caracterizados por uma

funccedilatildeo no tempo


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)


Tipos de sinal (cont)Sinal Contiacutenuo - Varia de forma suave com o tempo amplitude


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


Tipos de sinal (cont)Sinal Amostrado -Sinal discreto obtido da amostragem de um sinal

contiacutenuo


Tipos de sinal (cont)Sinais PerioacutedicosPossuem um padratildeo repetitivo com o tempo


Tipos de sinal (cont)Sinais Aperioacutedicos Natildeo possuem um padratildeo repetitivo


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


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



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


Caracteriacutesticas do Sinal (cont)Atrasos de propagaccedilatildeo tiacutepicos ( )


Caracteriacutesticas do Sinal (cont) Sinal nas Frequecircncias Sinal perioacutedico 1048774 expansiacutevel em Seacuterie de

Fourier ndash Frequecircncia fundamental + harmoacutenicos




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


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)


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


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


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


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


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


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


Conversatildeo DA e vice-versa

Modem -Abreviaccedilatildeo de moduladordemodulador

Converte sinal digital em analoacutegico e vice-versa


Conversatildeo DAReconstruccedilatildeo com impulsos quadrados ndash ldquohold


Formas de Transmissatildeo

Transmissatildeo DigitalTransmissatildeo Analoacutegica


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


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


Modos de TransmissaoTransmissao simcronaTransmissao Assincrona


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



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


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


Transmissatildeo Assiacutencrona


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



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


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


Modos de comunicaccedilao Ha tres modos de comunicacao

Transmissatildeo Siacutemplex Semiduacuteplex Duplex Completo


Transmissatildeo SiacutemplexA transmissatildeo siacutemplex envia dados em uma uacutenica direccedilatildeo

apenasExemplo transmissatildeo de televisatildeo


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



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



Erros de transmissatildeoCausas -


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


Limitaccedilatildeo da largura de banda


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


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



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)


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)


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


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


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


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)


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



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


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


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


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


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


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



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


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 )


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


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


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


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


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)


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


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)


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


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


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



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


Quando a frequecircncia da onda senoidal varia no tempo esta eacute calculada para cada instante de tempo atraveacutes do limite quando



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)




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


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


Modulaccedilatildeo por Pulsos (cont)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)Modulaccedilatildeo em Portadora Senusoidal (Digital)

Exemplo


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



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


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



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


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


Portadora senoidal

Portadora trem-de-pulsos

ModuladoraDigital

ModuladoraAnaloacutegica

AMFMPM

ASKFSKPSK

ModuladoraDigital


PAMPNMPPMPFM

PCMDPCMDM

Tipos de ModulaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeoEsquematizaccedilatildeo


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


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


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)


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






































contiacutenuo





























Amostragem











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


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















0 00251 00502 00753 01004 01253 01502 01750 01997 02243











































































Ex telefone






























Velocidade de Dados


bps



























passam


































Relembrando decibel




















EQUIPAMENTO





















































Exemplo





























Portadora senoidal


ModuladoraDigital


AMFMPM

ASKFSKPSK

ModuladoraDigital


PAMPNMPPMPFM

PCMDPCMDM


























































contiacutenuo





























Amostragem











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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6

8

10


Amostragem

0 20 40 60 80 100 120 140-2

0

2

4

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8

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000

195

740

908

816

602

280

014

-06

252

646

808

652















0 00251 00502 00753 01004 01253 01502 01750 01997 02243











































































Ex telefone






























Velocidade de Dados


bps



























passam


































Relembrando decibel




















EQUIPAMENTO





















































Exemplo





























Portadora senoidal


ModuladoraDigital


AMFMPM

ASKFSKPSK

ModuladoraDigital


PAMPNMPPMPFM

PCMDPCMDM

















































Amostragem











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


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















0 00251 00502 00753 01004 01253 01502 01750 01997 02243











































































Ex telefone






























Velocidade de Dados


bps



























passam


































Relembrando decibel




















EQUIPAMENTO





















































Exemplo





























Portadora senoidal


ModuladoraDigital


AMFMPM

ASKFSKPSK

ModuladoraDigital


PAMPNMPPMPFM

PCMDPCMDM




























Amostragem

0 20 40 60 80 100 120 140-2

0

2

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10

0 20 40 60 80 100 120 140-2

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Amostragem

0 20 40 60 80 100 120 140-2

0

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000

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0 00251 00502 00753 01004 01253 01502 01750 01997 02243











































































Ex telefone






























Velocidade de Dados


bps



























passam


































Relembrando decibel




















EQUIPAMENTO





















































Exemplo





























Portadora senoidal


ModuladoraDigital


AMFMPM

ASKFSKPSK

ModuladoraDigital


PAMPNMPPMPFM

PCMDPCMDM






















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















0 00251 00502 00753 01004 01253 01502 01750 01997 02243











































































Ex telefone






























Velocidade de Dados


bps



























passam


































Relembrando decibel




















EQUIPAMENTO





















































Exemplo





























Portadora senoidal


ModuladoraDigital


AMFMPM

ASKFSKPSK

ModuladoraDigital


PAMPNMPPMPFM

PCMDPCMDM


































0 00251 00502 00753 01004 01253 01502 01750 01997 02243











































































Ex telefone






























Velocidade de Dados


bps



























passam


































Relembrando decibel




















EQUIPAMENTO





















































Exemplo





























Portadora senoidal


ModuladoraDigital


AMFMPM

ASKFSKPSK

ModuladoraDigital


PAMPNMPPMPFM

PCMDPCMDM































































































Ex telefone






























Velocidade de Dados


bps



























passam


































Relembrando decibel




















EQUIPAMENTO





















































Exemplo





























Portadora senoidal


ModuladoraDigital


AMFMPM

ASKFSKPSK

ModuladoraDigital


PAMPNMPPMPFM

PCMDPCMDM

















































Velocidade de Dados


bps



























passam


































Relembrando decibel




















EQUIPAMENTO





















































Exemplo





























Portadora senoidal


ModuladoraDigital


AMFMPM

ASKFSKPSK

ModuladoraDigital


PAMPNMPPMPFM

PCMDPCMDM














































passam


































Relembrando decibel




















EQUIPAMENTO





















































Exemplo





























Portadora senoidal


ModuladoraDigital


AMFMPM

ASKFSKPSK

ModuladoraDigital


PAMPNMPPMPFM

PCMDPCMDM






















































Relembrando decibel




















EQUIPAMENTO





















































Exemplo





























Portadora senoidal


ModuladoraDigital


AMFMPM

ASKFSKPSK

ModuladoraDigital


PAMPNMPPMPFM

PCMDPCMDM







































EQUIPAMENTO





















































Exemplo





























Portadora senoidal


ModuladoraDigital


AMFMPM

ASKFSKPSK

ModuladoraDigital


PAMPNMPPMPFM

PCMDPCMDM









































































Exemplo





























Portadora senoidal


ModuladoraDigital


AMFMPM

ASKFSKPSK

ModuladoraDigital


PAMPNMPPMPFM

PCMDPCMDM

















































Portadora senoidal


ModuladoraDigital


AMFMPM

ASKFSKPSK

ModuladoraDigital


PAMPNMPPMPFM

PCMDPCMDM






















comunicacao de dados

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