1. Introdução

Sabe-se que um dos aspectos fundamentais nas sociedades actuais é a comunicação, dai

justificar-se a existência de diversos tipos de sistemas de comunicação, principalmente os

sistemas de comunicação via-radio. O sistema de comunicação via radio possibilita a

transmissão de informação de um lugar para o outro por meio de ondas de radio, e os sinais

transmitidos, transportados e recebidos podem apresentar-se de forma analógica ou digital. O

presente trabalho de investigação visa dar a conhecer o funcionamento e a estrutura destes

sistemas de radio analógicos e digitais, fazendo também uma pequena analise acerca do uso

destes sistemas actualmente, as formas de modulação do sinal analógicos e mais para frente o

estudo dos padrões de radio digital, dando-nos assim uma ideia do funcionamento desses

sistemas.

2. Objectivos

2.1 Objectivo Geral

• Conhecer os sistemas de radio analógico e digital

2.2 Objectivos específicos

• Analisar a evolução e os principais acontecimentos do rádio ao longo das décadas;

• Demonstrar a necessidade da modulação nos sistemas de radio;

• Estudar os sistemas de radio analógico (AM e FM);

• Estudar os sistemas de radio digital;

• Fazer uma abordagem sobre os padrões de rádio e digital;

• Comparar os sistemas de radio digital e analógico.

3. Metodologia

O trabalho consiste numa pesquisa bibliográfica profunda de livros e artigos que abordam sobre

os sistemas de radio analógico e digital que possibilitou a percepção com clareza do assunto, a

síntese das obras encontradas e por fim a sua compilação. Tambem recorreu-se bastante a

abordagem de temas vistos nas cadeiras anteriores de modo a possibilitar a realização do

trabalho.

1

4. Conceitos Gerais

Rádio

O rádio é um sistema de comunicações através de ondas eletromagnéticas propagadas no espaço, que por serem de comprimento diferente são classificadas em ondas curtas de alta frequência ou ondas longas de baixa frequência, assim, utilizadas para fins diversos como televisão, rádio, avião, etc.

Estrutura de um sistema de rádio

Os sistemas de rádio normais são formados basicamente por dois componentes: um transmissor

e um receptor.

Transmissor

O transmissor converte sinais sonoros, analógicos ou digitais em ondas eletromagnéticas,

enviando-os para o espaço através de uma antena transmissora, para serem recebidos por um

radiorreceptor, por exemplo, emissoras de AM, FM.

O transmissor é composto por:

• Um gerador de oscilações, que converte a corrente elétrica em oscilações de uma

determinada frequência de rádio;

• Um transdutor que converte a informação a ser transmitida em impulsos elétricos

equivalentes a cada valor;

• Um modulador, que controla as variações na intensidade de oscilação ou na frequência

da onda portadora e;

• Uma antena, que irradia a forma de onda modulada.

Receptor

A função do receptor de rádio é a decodificação dos sinais eletromagnéticos recebidos

do espaço, captados pela antena, transformando-os em ondas sonoras, sinais digitais e/ou

analógicos.

O receptor tem como componentes principais:

2

• A antena para captar as ondas eletromagnéticas e convertê-las em oscilações elétricas;

• Amplificadores que aumentam a intensidade dessas oscilações;

• Equipamentos para demodulação para recuperar a informação desejada e;

• Um alto-falante para converter os impulsos em ondas sonoras

Segundo haykin (2001), os detalhes das operações executadas dependem do tipo de sistema de

comunicação que é considerado. O sistema de comunicação pode ser do tipo analógico ou

digital. Em termos de processamento de sinal, o desenho de um sistema de comunicação

analógico é relativamente mais simples.

Sistemas analógicos: O transmissor consiste em um modulador e o receptor consiste em um

demodulador. Comumente, o sinal transmitido é representado como uma variação de

amplitude, fase ou frequência de uma onda portadora. Correspondentemente, através do uso da

desmodulação de amplitude, desmodulação de fase ou desmodulação de frequência, uma

estimativa do sinal da mensagem original é produzida na saída do receptor.

Sistemas Digitais: Um sistema de comunicação digital é consideravelmente mais complexo

pelo seguinte facto. Se o sinal da mensagem tiver a forma analógica, como os sinais de fala, o

transmissor executara as seguintes operações para convertê-lo para a forma digital:

amostragem, quantização, codificação. Se, entretanto, para começar, a fonte de informação for

discreta, como é o caso de um computador digital, nenhuma das operações acima será

necessária. O transmissor pode envolver também operações adicionais como compactação de

dados e codificação de canal.

Modos de radiocomunicação

Há dois modos modos básicos de radiocomunicação:

Radiodifusão: a qual envolve o uso de um único transmissor potente e numerosos receptores

que são relativamente baratos para construir. Aqui, os sinais que portam a informação fluem

numa única direção. O modo de radiodifusão de comunicação é exemplificado pelo rádio e

televisão, que são partes integrantes da nossa vida diária.

3

Comunicação ponto a ponto: na qual o processo de comunicação se desenvolve através de

um enlace entre um único transmissor e um único receptor. Neste caso, normalmente há um

fluxo bidirecional de sinais que portam informações. Há um transmissor e um receptor em cada

extremidade do enlace. Um exemplo da comunicação ponto a ponto é o enlace de

comunicações do espaço profundo entre uma estacão terrestre e um robô que explora a

superfície de um planeta distante.

5. Surgimento da radio

Os primeiros passos para a descoberta da rádio começaram a ser dados em 1863 quando em

Cambridge – Inglaterra, James Clerck Maxwell demonstrou teoricamente a provável existência

das ondas electromagnéticas unificando toda a teoria de Faraday, Lorentz, Gauss e Ampere.

A partir desta descoberta outros cientistas se interessaram pelo assunto. Entre estes

pesquisadores destacou-se Henrich Rudolph Hertz, um jovem estudante alemão que

impressionado com a teoria de Maxwell, construiu um aparelho em 1887 onde se verificava a

deslocação de faíscas através do ar. Assim Hertz conseguiu passar energia eléctrica entre dois

pontos sem utilizar fios. Este aparelho produzia correntes alternadas de período extremamente

curto, que variavam rapidamente. Com esta experiência Hertz provou experimentalmente a

teoria de Maxwell que a electricidade viaja através da atmosfera em forma de onda mas não se

apercebeu das vantagens desta experiência.

No entanto, o primeiro sistema de rádio surge por intermédio de Nikola Tesla, um cientista

nascido na Sérvia, que mais contribuiu do ponto de vista prático e experimental para a

descoberta do rádio. Em 1895, o italiano Guglielmo Marconi teve conhecimento das espantosas

descobertas de Hertz e do sistema de rádio inventado por Nikola Tesla.

Em 1896, Marconi demonstra o funcionamento dos seus aparelhos de emissão e recepção de

sinais na própria Inglaterra e foi nesta altura que percebeu a importância comercial da telegrafia

sem fios. Embora Tesla e Marconi tenham feito grandes progressos, a transmissão de sons só

foi possível com o aparecimento da válvula. O desenvolvimento comercial da rádio foi, após

esta fase inicial, muito rápido tornando-se mais pequenos em 1947 com a invenção do

transístor.

4

6. Modulação

A modulação é a alteração sistemática de uma propriedade de um sinal de alta frequência

Portadora) de acordo com a amplitude do sinal modulador (sinal de banda base a ser

transmitido). Ou seja, o sinal a ser transmitido é adicionado a uma portadora para que esta

possa transporta-lo ao destino.

6.1 Necessidade da modulação nos sistemas de rádio

• Modulação para facilidade de irradiação

Uma irradiação eletromagnética eficiente necessita de antenas com dimensões físicas na ordem

de meio comprimento de onda (λ /2). Se fosse desejado transmitir ondas com frequências

equivalentes às frequências de voz (20 Hz à 20 Khz) seriam necessárias antenas de proporções

gigantescas (alguns quilômetros de comprimento). Utilizando a propriedade da translação em

frequência da modulação, estes sinais podem ser sobrepostos numa portadora de alta

frequência, com a consequente redução no tamanho da antena (que é o que se pretende).

• Modulação para redução de ruído e interferência

Certos tipos de modulação possuem a propriedade de reduzir efeitos causados tanto pelo ruído

como pela interferência. Esta redução, entretanto, é obtida à custa de uma maior largura de

banda para a transmissão do sinal, que a necessária para o sinal original.

• Modulação para designação de frequência/multiplexagem

A seleção (e separação) de uma estação, num aparelho de rádio ou de televisão, é possível

porque cada uma tem uma diferente frequência de portadora de designação (atribuída). Duas

ou mais estações a transmitir diretamente no mesmo meio, sem modulação, produziriam uma

superposição de sinais interferentes.

As técnicas de multiplexação, inerentes às formas de modulação, permitem a transmissão de

múltiplos sinais através de um mesmo canal, de modo a que cada sinal possa ser separado no

extremo de recepção.

• Modulação para suprimir limitações de projetos

A modulação pode ser utilizada para transladar um sinal até à porção do espectro de frequência

onde as necessidades de projeto são mais facilmente satisfeitas.

5

6.2 Modulação Analógica

A modulação analógica tem três variantes. Estas assentam num princípio comum: o uso de uma

frequência pura, com um certo valor, que se designa por onda portadora. A onda portadora é

uma sinusoide e, como tal, não tem informação muito relevante. É necessário, então, alterar a

monotonia da sinusoide portadora com a informação do sinal a transmitir (sinal

modulador). Pode-se fazer isso de três maneiras:

• Alterando a amplitude da portadora – modulação em amplitude (AM);

• Alterando a frequência da portadora – modulação em frequência (FM);

• Alterando a fase da portadora – modulação em fase (PM).

Modulação em Amplitude (AM)

Modulação em Amplitude ou simplesmente AM é a forma de modulação em que a amplitude

de um sinal senoidal, chamado portadora, varia em função do sinal de interesse (sinal

modulador). A frequência e a fase da portadora são mantidas constantes. Matematicamente, é

uma aplicação direta da propriedade de deslocamentos em frequências da transformada de

Fourier, assim como da propriedade da convolução.

Figura 1: Modulação de Amplitude (AM)

6

Modulação em frequência (FM)

A modulação em frequência (FM) transmite informações através de uma portadora variando a

sua frequência instantânea. Em oposição com a modulação em amplitude (amplitude variável

e frequência constante) a modulação em frequência varia a frequência mantendo constante a

amplitude.

Figura 2: Modulação FM

Modulação em fase (PM)

Modulação em Fase (ou PM - Phase Modulation) é um tipo de modulação analógica que se

baseia na alteração da fase da portadora de acordo com o sinal modulador (mensagem). Ao

contrário da Modulação em Frequência (FM), a Modulação por fase é pouco usada, pois precisa

de equipamento mais complexo para a sua recepção. Portanto esta forma de modulação não

será aprofundada visto que actualmente tem sido pouco utilizada.

7

6.3 Modulação digital

A modulação digital é o processo que possibilita alteração de característica(s) de um sinal

analógico de acordo com a informação digital a ser transmitida.

Há três técnicas básicas de modulação para transformar dados digitais em sinais analógicos:

• Modulação por mudança em amplitude (Amplitude Shift Keying _ ASK);

• Modulação por mudança em freqüência (Frequency Shift Keying _FSK):

• Modulação por mudança em fase (Phase Shift Keying _ PSK).

Modulação por mudança em amplitude (ASK)

Uso da alteração na amplitude do sinal para a transmissão de dados. Basicamente, a transmissão

do bit 1 se dá pela transmissão da portadora e a transmissão do bit 0 se dá pela redução da

amplitude da portadora.

Figura 3: Modulação ASK

Modulação por mudança em frequência (FSK)

Uso da alteração na frequência do sinal para a transmissão de dados. Basicamente, na

transmissão de um bit 1 se transmite uma portadora numa determinada frequência e a

transmissão do bit 0 se transmite uma portadora em outra frequência.

8

Figura 4: Modulação FSK

Modulação por mudança em fase (PSK)

Uso da alteração na fase do sinal para a transmissão de dados. Basicamente, na transmissão de

um bit 1 se transmite uma portadora numa determinada fase e a transmissão do bit 0 se

transmite uma portadora em outra fase.

Figura 5: Modulação PSK

9

Modulação por códigos de pulso

Os sinais de voz encontra-se naturalmente na forma analógica. Portanto, para que os métodos

de modulação descritos acima possam ser usados é necessário transformar o sinal, para a forma

digital. Mas como transformar um sinal analógico em um sinal digital?

O processo de conversão denominado PCM (modulação por código de pulso), que consiste em

amostrar o sinal analógico e medi-lo (quantificá-lo). O processo de forma detalhada utiliza o

PAM (modulação por amplitude de pulso) de forma a coletar amostras em intervalos de tempo

iguais e depois quantifica-los, atribuindo valores inteiros a cada amostra obtida. Nota-se que

esta quantificação gera números inteiros (ou reais) que devem ser transformados em números

binários de forma a ser utilizada na transmissão digital. Todo este processo pode ser visto na

figura abaixo.

Figura 6: Modulação por códigos de pulso

10

7. Sistema de radio analógico

Os primeiros sistemas de radio usados pelo Homem foram os sistemas de radio analógicos,

mas concretamente os sistemas de radio AM. Os principais sistemas de radio usados

actualmente são os sistemas de radio AM e FM. O que diferencia os sistemas de radio analógico

são os diferentes tipos de modulação (vide 6.2).

7.1 Radio AM

Rádio AM é o processo de transmissão através de ondas de rádio usando Modulação em

Amplitude. Foi por oitenta anos o principal método de transmissão via rádio. A figura 7 mostra

o diagrama de blocos de um sistema de radio AM.

Figura 7: Sistema de radio AM

Faixa de Frequências

É transmitido em várias bandas de frequência mais concretamente entre os 530 KHz até

algumas dezenas de MHz:

• Padrão Europeu: 530 – 1610 kHz

• Padrão Americano: 530 – 1710 kHz

11

7.2 Radio FM

Rádio FM é o processo que transmite informações utilizando modulação em frequência. Os

sistemas de radio FM vieram “substituir” os tradicionais sistemas de radio AM que com a

urbanização das cidades enfrentavam graves problemas de interferências, resultando num sinal

com muita distorção. A figura 8 mostra o diagrama de blocos de um sistema de radio AM.

Figura 8: Sistema de radio FM

Faixa de Frequências

Os sistemas de radio FM transmitem o seu sinal na faixa de frequências de 88 MHZ a 108

MHZ. Esta faixa é dividida em 99 canais, cada um ocupando 200 KHz

Actualmente os sistemas de radio FM permitem o envio de várias informações sobre a estação

de rádio sintonizada, como o nome da rádio, tipo de programação, etc. Isto é possível gracas a

tecnologia RDS (Radio Data System). O Radio Data System é um sistema de transmissão de

dados digitais usando emissores de radiodifusão em FM através de uma subportadora de

57kHz para transmitir dados à velocidade de 1187,5 bps.

12

8. Sistema de radio digital

Rádio digital é a transmissão de informação através do método de modulação digital (ASK,

FSK, PSK). As principais vantagens do rádio digital estão na melhoria da qualidade do som e

em mais opções para o ouvinte, como letreiros digitais com informações adicionais como

notícias e previsão do tempo. A digitalização do rádio e a parceria com novas mídias oferecem

também uso mais eficiente do espectro, interatividade, menor consumo de energia elétrica,

possibilidades de novos modelos de negócios e maior participação no mercado publicitário.

Padrões de radio digital

Em vários países, os padrões estão sendo estudados, testados e comparados, não havendo um

padrão único, como ocorre no caso do rádio analógico. Os critérios para escolha do padrão

digital incluem as características do mercado de cada país (consumidores, emissoras e

fabricantes), qualidade técnica das transmissões (robustez, interferências e qualidade do áudio),

condições de propagação em solo brasileiro (extensão da área de cobertura), ocupação do

espectro e compatibilidade dos sinais digitais e analógicos. Muitos padroes digitais actuais são

proprietários (pertencem a uma instituição) para além de serem complexos. Portanto, explica-

los exigiria muitas páginas e fugiria do escopro do trabalho. Contudo estes padrões são

descritos a seguir:

• Padrão estadunidense

IBOC (In-Band On-Channel). O IBOC (também conhecido comercialmente como "HD

Radio") é um padrão proprietário da empresa iBiquity. O padrão IBOC híbrido transmite o

sinal digital de áudio juntamente com o sinal analógico existente das rádios AM e FM.

• Padrões europeus

DAB (Digital Audio Broadcasting, também conhecido como Eureka 147), DAB+ e DRM

(Digital Radio Mondiale).

• Padrão japonês

ISDB-TSB (Integrated Services Digital Broadcasting, Terrestrial, Segmented Band).

• Outros padrões

Rádio via satélite por assinatura (ex: Sirius, XM e World Space), rádio via Internet.

13

9. Comparação entre sistemas de radio digital e analógico

Em ambos os sistemas, as transmissões de voz e dados são realizadas através de ondas de rádio,

entretanto, os rádios digitais convertem o sinal de voz em uma série de números ou dígitos

(combinação binária), preservando a qualidade das transmissões e tornando o sistema mais

eficiente e dinâmico. Já os rádios analógicos enviam as informações no mesmo formato em

que as palavras foram faladas sendo mais suscetíveis a interferências, ruídos e invasões

clandestinas.

A seguir é mostrado em detalhes as vantagens dos sistemas de radio digitais sobre os sistemas

de radio analógicos.

• Melhor Qualidade

Quando se usa um rádio analógico, qualquer som do ambiente, mesmo no ruído de fundo, é

detectado e transmitido. A tecnologia digital é mais pura. Apenas pega sua voz, a codifica, a

transfere e torna a convertê-la em uma mensagem inteligível na outra ponta. O rádio digital

apenas pega o som da voz e o transmite, filtrando e eliminando o ruído de fundo. O resultado

é uma clareza de voz excepcional. A tecnologia digital conta com correção automática de erros,

permitindo a reconstrução dos sons da voz e a manutenção da clareza, mesmo com o sinal

bastante comprometido. E, como a mensagem é codificada de maneira digital, você se beneficia

com funções mais inteligentes.

• Maior Alcance

Embora os sinais de todos os rádios enfraqueçam na medida em que se afastam da área de

cobertura, a qualidade de voz dos rádios analógicos se distorce com muito mais rapidez. No

ponto mais distante da área de cobertura, embora a intensidade do sinal seja igual, a voz digital

será clara e inteligível enquanto a voz analógica ficará mais distorcida e degradada pela

estática. A tecnologia digital mantem a integridade da voz em todos os pontos da área de

cobertura.

14

• Maior Capacidade

No que se refere à eficiência de espectro, não há nada como a tecnologia digital. A tecnologia

digital é tão eficiente em termos de largura de banda que oferece dois “canais” completamente

independentes em um canal de 12,5 kHz. Como a tecnologia digital se divide utilizando

tecnologia TDMA, o mesmo espector de 12,5 kHz que proporcionava um canal analógico

ontem oferece hoje a você dois canais digitais.

• Maior duração de bateria

A duração da bateria representa um desafio completo para todos os dispositivos móveis. A

tecnologia digital consome muito menos energia para transmitir (quase a metade da tecnologia

analógica). É por isto que reduz a descarga da bateria e melhora o tempo de conversação. Você

pode ficar tranquilo sabendo que, se estiver usando um rádio digital, sua bateria durará

até 40% a mais por carga. Embora tanto os rádios analógicos como os digitais consumam

praticamente a mesma energia no modo standby, assim que começa a transmissão, os rádios

digitais consome muito menos. Este é um fator importante para os usuários de uso frequente e

intensivo que depende do funcionamento interrupto de seus rádios durante o turno completo de

trabalho e não precisam parar para trocar baterias ou recarregar o rádio.

15

Tabela 1: Comparação entre sistemas radio analógico e sistemas de radio digital

16

10. Conclusão

A principal diferença entre os rádios digitais e os rádios analógicos está na maneira como as

informações são processadas pelo sistema.

17

Bibliografia

• HAYKIN, SIMON 2001, Sinais e Sistemas, 1ª edição, Bookman, Porto Alegre.

• http://radiofonia.com.sapo.pt/Historia_Radio.html (20/08/2015)

• https://pt.wikipedia.org/wiki/wiki/Rádio_(telecomunicações) (21/08/2015)

• http://www.trabalhosfeitos.com/ensaios/Modulação-e-Desmodulação/293884.html

(24/08/2015)

• https://pt.wikipedia.org/wiki/Modulação_em_amplitude (24/08/2015)

• https://pt.wikipedia.org/wiki/Modulação_em_frequência (24/08/2015)

• https://pt.wikipedia.org/wiki/Modulação_em_fase (24/08/2015)

18