Transmissão de Sinais

Modulação e Demodulação de Sinais Analógicos

Universidade Federal do ParáFaculdade de Computação

Bacharelado em Ciência da ComputaçãoFundamentos de Comunicação Digital

Introdução

• Sinais em alta frequência são mais fáceis de serem transmitidos que sinais de baixa frequência.

• O tamanho da antena para receber o sinal é diretamente proporcional ao comprimento da onda transmitida.

c – velocidade da luzf – frequência do sinalf

c

Descrição Frequência Comprimento Onda

ELF extremely low frequency 3Hz to 30Hz 100.000 km – 10.000 km

SLF superlow frequency 30Hz to 300Hz 10.000 km – 1.000 km

ULF ultralow frequency 300Hz to 3000Hz 1.000 km - 100 km

VLF very low frequency 3kHz to 30kHz 100 km - 10 km

LF low frequency 30kHz to 300kHz 10 km - 1 km

MF medium frequency 300kHz to 3000kHz 1 km - 100 m

HF high frequency 3MHz to 30MHz 10 0m - 10 m

VHF very high frequency 30MHz to 300MHz 10 m - 1 m

UHF ultrahigh frequency 300MHz to 3000MHz 1 m - 10 cm

SHF superhigh frequency 3GHz to 30GHz 10 cm - 1 cm

EHF extremely high frequency 30GHz to 300GHz 1 cm - 1 mm

Introdução

• Se fosse desejado transmitir ondas com freqüências equivalentes às freqüências de voz (20 Hz a 20 kHz), seriam necessárias antenas de proporções gigantescas (alguns quilômetros de comprimento).

• Foi necessário encontrar alguma forma de transmitir as informações usando ondas de alta freqüência.

Introdução

• A maioria dos sinais, da forma como são fornecidos pelo transdutor, não podem ser enviados diretamente através dos canais de transmissão.

• Conseqüentemente, uma onda portadora cujas propriedades são mais convenientes aos meios de transmissão, é modificada para representar a mensagem a ser enviada.

Características de um sinal

• sinal = A . sin( 2.π.f.t + φ)– A = amplitude do sinal– f = freqüência do sinal– φ = fase do sinal

Sinal no Matlabt=0:0.001:1;f=10;A=1;fi = 0;sinal = A*sin(2*pi*f*t+fi);plot(t,sinal)fi = 0.5;sinal1 = A*sin(2*pi*f*t+fi);plot(t,sinal,t,sinal1)

• Altere gradativamente a amplitude A, a freqüência f e a fase do sinal e verifique os resultados.

Modulação

• A modulação é a alteração sistemática de uma onda portadora de acordo com a mensagem (sinal modulante), e pode incluir também uma codificação.

Modulação• Para se transmitir informação através de um meio

físico, utiliza-se uma onda com freqüência e potência adequadas para se propagar através do meio, denominada onda portadora.

• A informação vai codificada nesta onda através de técnicas de modulação.

• Existem três técnicas básicas de modulação:– Modulação por Amplitude (AM)– Modulação por Freqüência (FM)– Modulação por Fase (PM)

Modulação por amplitude

• Modulação em Amplitude ou simplesmente AM (Amplitude Modulation), é a forma de modulação em que a amplitude de um sinal senoidal, chamado portadora, varia em função do sinal de interesse, que é o sinal modulador.

• A freqüência e a fase da portadora são mantidas constantes.

Modulação por amplitude

Modulação por amplitude

• Desvantagens– Muito sensível a ruídos elétricos– Largura de banda estreita– Ineficiência• Aproximadamente dois terços da potência de um sinal

AM é concentrada na portadora, a qual não contém "inteligência".• Um terço da potência está dentro das bandas laterais,

as quais contém a inteligência do sinal. • Somente 1/6 da potência de um transmissor é

utilizada.

Modulação por amplitude

Matlab• t=0:0.001:1;• vd=8*cos(2*pi*5*t);• vc=0.1*cos(2*pi*15*t);• ft=vc.*vd;• am=ft+vc;• figure(1) • plot(t,vd); • figure(2) • plot(t,vc);• figure(3) • plot(t,am);

• Altere gradativamente a freqüência do sinal vd.

• Altere gradativamente a amplitude do sinal vc

Modulação em freqüência

• FM– Modulação em freqüência ou freqüência

modulada (frequency modulation).• Modalidade de radiodifusão que usa a faixa

87,5 Mhz a 108 Mhz.• O FM dispõe de um sistema de envio de

informação digital, o RDS (Radio Data System) que permite apresentar informações sobre a emissora sintonizada.

Modulação em freqüência - RDS• AF (Alternate frequencies)

– Permite sintonizar um receptor de rádio de forma automática e é especialmente usado nos rádios dos automóveis.

• PS (Programme service)– Permite visualizar no display do receptor um texto de até 8

caracteres. Normalmente as rádios utilizam o PS para mostrar o nome da estação e informações sobre a música ou o programa que está sendo transmitido.

• RT (Radio Text)– Permite visualizar no display do receptor um texto de até 64

caracteres. Normalmente as rádios utilizam o RT para mostrar informações sobre o trânsito e notícias em geral.

• CT (Clock Time)– Pode sincronizar um relógio digital de um receptor de rádio.

Modulação em freqüência - RDS• EON (Enhanced Other Networks)

– Permite ao receptor detectar informações de trânsito.• PI (Programme Identification)

– Código único que identifica a emissora.• PTY (Programme Type)

– Este código define até 31 tipos de programa (PTY=1 - Notícias, PTY=6 – Drama), permitindo aos usuário a procura da emissora através do gênero desejado.

• REG (Regional)• Esta funcionalidade é utilizada sobretudo em países onde as rádios nacionais

apresentam programas regionais em alguns emissores. Ao ligar esta opção, o receptor de rádio sintoniza os emissores com programação regional sempre que se encontre dentro do raio de cobertura dos mesmos, em detrimento dos emissores que apresentam a emissão nacional.

• RT (Radio Text)• Esta função permite às estações de rádio transmitir um texto de até 64

caracteres, que poderá ser estático (por exemplo, "slogans" da estação), ou dinâmico (exemplo: o artista e a música que está a ser transmitida na rádio).

Modulação em freqüência

• Desvantagem– Efeito de captura• Se existirem dois ou mais sinais de FM emitidos na

mesma freqüência, o receptor de FM irá responder ao sinal de maior potência e ignorar os menores.

– Quantidade de espaço de freqüência que um sinal requer

Modulação por freqüência

Modulação por fase

• Utiliza-se um sinal para alterar a fase do sinal φ.

• Bastante complexa para ser detectada.

Modulação de fase com Matlabt = 0:0.001:1;vd = cos(2*pi*5*t);fm = cos(2*pi*15*t + vd);figure(1);plot(t,vd,);figure(2);plot(t,fm);figure(3);plot(t,vd,t,fm);

• Altere gradativamente a amplitude do sinal vd.

Demodulação

• Processo inverso da modulação, onde o sinal da onda portadora é retirado para utilização somente do sinal modulante.

Modulação de um sinal digital

• No caso dos sinais digitais, as modulações mais comuns são:– Modulação por chaveamento de amplitude

(Amplitude Shift Keying – ASK)– Modulação por chaveamento de freqüência

(Frequency Shift Keying – FSK)– Modulação por chaveamento de fase (PhaseShift

Keying – PSK)