MODULAÇÃO
Conceito de Modulação
É um processo pelo qual são modificadas uma ou mais características de uma onda denominada
PORTADORA, segundo um sinal MODULANTE (informação que se deseja transportar pelo meio; no
caso de comunicação de dados, é o sinal digital binário).
A modulação pode ser feita variando amplitude, freqüência ou fase da onda portadora, isoladamente
ou conjuntamente.
A informação impõe o modo como vai ser modificada a portadora. Ao se analisar, na recepção, as
modificações sofridas pela portadora, pode-se recuperar a informação digital. É por isso que se diz
que a portadora transporta a informação.
Os principais tipos de modulação utilizados em comunicação de dados são: AFS, FSK e PSK.
No caso específico do sinal modulador ser um sinal digital, essas técnicas de modulação apresentam
as seguintes denominações:
-Modulação por Chaveamento de Amplitude (Amplitude Shift Keying - ASK)
-Modulação por Chaveamento de Freqüência (Frequency Shift Keying - FSK)
-Modulação por Chaveamento de Fase (Phase Shift Keying - PSK)
O equipamento responsável pelo processo de modulação
é chamado MODEM
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MODULAÇÃO
O MODEM
A figura abaixo mostra a comunicação de dois computadores (utilizando-se modems) através da
linha telefônica:
O MODEM tem por função adequar um sinal binário oriundo de um computador às
características da linha de transmissão (geralmente analógica)
O nome MODEM é formado pela contração das palavras MOdulador e DEModulador, é um
equipamento bidirecional que é instalado nas duas extremidades de um canal de comunicação
de dados (computadores).
Este dispositivo executa uma transformação, por modulação (modem analógico) ou
codificação (modem digital), dos sinais digitais emitidos pelo computador, gerando sinais analógicos
adequados à transmissão sobre uma linha telefônica.
No destino, um dispositivo igual a este demodula a informação, entregando o sinal digital
restaurado ao equipamento terminal, que no caso é outro computador pessoal.
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MODULAÇÃO POR CHAVEAMENTO DE AMPLITUDE ASK
Básicamente, a ASK - Modulação por Chaveamento ou Desvio de Amplitude, como o próprio
nome já diz, consiste em se alterar a amplitude da portadora de acordo com a informação
a ser transmitida (a freqüência é mantida).
Na comunicação de dados quando se deseja enviar o bit “1”, transmite-se a amplitude da
própria portadora e para o bit “0”, altera-se a amplitude (na figura, a amplitude é igual a
zero).
O modem recebe do computador os sinais digitais e os
codifica utilizando uma onda analógica denominada
portadora para ser transmitida no meio de comunicação.
O processo inverso acontece na recepção desta
transmissão do sinal codificado.
Neste exemplo, é utilizada
a Amplitude mínima “0” da
onda portadora para
representar o bit “0”
1
0
1
1
0
1
Utiliza a Amplitude máxima da onda
portadora para representar o bit “1”
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MODULAÇÃO POR CHAVEAMENTO DE FREQÜÊNCIA FSK
Modulação FSK - A modulação FSK (Modulação por Chaveamento ou Desvio de Freqüência)
consiste em se alterar a freqüência da portadora de acordo com a informação a ser transmitida.
No caso de comunicação de dados, quando se deseja enviar o bit "1", transmite-se a própria
portadora sem alterar sua freqüência. Para o bit "0", a freqüência da portadora é alterada para
uma freqüência mais alta.
Figura 01 - Modulação FSK
Continua..
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MODULAÇÃO POR CHAVEAMENTO DE FREQÜÊNCIA
...continuação
O modem recebe do computador os sinais digitais e os
codifica utilizando uma onda analógica denominada
portadora para ser transmitida no meio de comunicação.
O processo inverso acontece na recepção desta
transmissão do sinal codificado.
Neste exemplo, é utilizada uma freqüência
maior que a da original da portadora para
representar o bit “0”
1
0
1
1
0
1
Utiliza a freqüência original da onda
portadora para representar o bit “1”
A principal vantagem da modulação em freqüência é a pouca sofisticação dos modens e a principal
desvantagem é a necessidade de uma linha com pouco ruído.
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MODULAÇÃO POR CHAVEAMENTO DE FASE
Modulação PSK - A modulação PSK (Modulação por Chaveamento ou Desvio de Fase) consiste
em variar a fase da portadora de acordo com os dados a serem transmitidos. Por exemplo, ao bit
"0" corresponde a fase 0º (zero graus) e ao bit "1" corresponde a fase 180º (cento e oitenta
graus) da portadora, conforme figura abaixo:
Figura 02 - Modulação PSK
Muda o bit, muda
a fase em 180º
Muda o bit, muda
fase em 180º
Muda o bit, muda
a fase em 180º
Muda o bit, muda
a fase em 180º
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MODULAÇÃO POR CHAVEAMENTO DE FASE
...continuação
O modem recebe do computador os sinais digitais e os
codifica utilizando uma onda analógica denominada
portadora para ser transmitida no meio de comunicação.
O processo inverso acontece na recepção desta
transmissão do sinal codificado.
Neste exemplo, caso o bit for “0” nenhuma
modificação de fase irá ocorrer.
Caso o bit seja “1” haverá uma mudança de
fase em 180º em relação ao intervalo anterior.
O sinal PSK ilustrado na figura acima, corresponde a uma codificação que utiliza uma
mudança de fase de 180o em relação ao intervalo anterior caso o bit transmitido seja “1”, e
nenhuma modificação de fase se o bit for “0”.
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PCM - MODULAÇÃO POR CÓDIGO DE PULSO
PCM - Pulse Code Modulation
Através da modulação verificamos como é feita a codificação do sinal digital para um sinal
analógico. Essa característica é necessária quando desejamos empregar multiplexação na freqüência
em redes em banda larga ou quando necessitamos ajustar a faixa de freqüência do sinal para a
transmissão em um canal específico.
A transmissão digital é, em geral, mais vantajosa do que a analógica devido, principalmente, à
possibilidade de restaurar-se o sinal mesmo na presença de falhas ou ruídos no sistema.
A informação de voz é originalmente analógica. Para utilizarmos as vantagens da transmissão
digital, devemos codificá-la em um sinal digital antes da transmissão.
Os dispositivos capazes de codificar informações analógicas em sinais digitais são
denominados CODECs (Coder/DECoder).
A principal técnica utilizada para CODECs denomina-se Modulação por Código de Pulso PCM (Pulse Code Modulation).
A técnica PCM é baseada no teorema de Nyquist (ou teorema da amostragem), o qual
assegura que uma taxa de amostragem de 2W vezes por segundo é o suficiente para recuperar um sinal
com banda passante de W Hz.
O sinal deve ser amostrado utilizando-se a taxa de amostragem maior ou igual a 2W, e a
cada amostra deve-se associar um valor proporcional a amplitude do sinal.
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PCM - MODULAÇÃO POR CÓDIGO DE PULSO
Se considerarmos o sinal de voz, o qual apresenta uma largura de banda de 4KHz, a taxa de
amostragem de Nyquist será igual a 8.000 amostras por segundo.
Se cada amostra for codificada com 8 bits, ou seja, com 256 níveis (28), a taxa de
transmissão máxima gerada será de:
Pulso C = 2W log2 L (bps) onde:
W = valor da largura de banda ( 4KHz = 4 x 1000Hz => 4.000Hz);
2W = 2 x 4.000Hz => 8.000Hz;
L = 28 onde 2 representa a base binária (0 e 1 ) e 8 é o resultado da quantidade de bits (n) que
será representada a amostra que no caso n será 3: (000, 011, etc). Por exemplo:
000 = 0
001 = 1
010 = 2
011 = 3
=> 23 = 8
100 = 4
101 = 5
110 = 6
111 = 7
Assim, L = 256
=> (256 é o resultado de 28)
Pulso C = 8.000 log2 256
=> (8 é o resultado de log2 256 )
Pulso C = 8000 x 8 = 64Kbps
Isso quer dizer que para digitalizar um sinal de voz de 4.000 ciclos por segundo (4KHz) será
necessário 64.000 bits por segundo ( 64Kbps) sem haver perda de sinal significativo.
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PCM
Na figura abaixo foi escolhido n = 3, dando origem a oito níveis (23)
A partir dos pulsos PAM, podemos
produzir os pulsos PCM através
de um processo conhecido como
“quantização”, onde cada
amostra PAM é aproximada a
um valor inteiro de “n” bits.
A saída PCM corresponde ao resultado
dessa quantização
Veja exemplo a seguir...
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PCM - Exemplo
O PCM é a técnica de digitalização mais utilizada. O processo de digitalização usado pelo PCM segue três etapas:
o
Amostragem do Sinal;
o
Quantização dos valores;
o
Codificação dos valores em binário
1º Etapa: Ocorre a Amostragem do Sinal. Com base nos parâmetros da amplitude máxima e mínima do
sinal, é relacionado valores em determinados pontos (Pulsos PAM) quantificando o valor relativo da amplitude
naquele momento. ( A quantidade de pontos de amostragem é determinada pela taxa de amostragem de Nyquist )
Amplitude
Valor da relativo da amplitude
no ponto de amostragem
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PCM - Exemplo
2º Etapa: Ocorre a Quantização dos valores. Com base no valor relativo coletado pelas amostras do sinal é
feita a quantização onde o valor de cada amostra PAM é aproximada a um valor inteiro de “n” bits que no
caso varia de 0 a 7 ( total de 8 níveis).
Neste caso a aproximação aconteceu da seguinte forma:
3.0 = 3
1.6 = 2
6.8 = 7
2.2 = 2
3.7 = 4
6.4 = 6
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PCM - Exemplo
3º Etapa: Ocorre a Codificação dos valores em binário. Com base no valor inteiro apurado após a
quantização dos valores, cada nível de bits é transformado em um valor binário seguindo a tabela abaixo:
0 = 000
1 = 001
2 = 010
3= 011
4 = 100
5 = 101
6 = 110
7 = 111
A saída PCM corresponde ao resultado dessa quantização será: 011010111010100110 que decodificada
gerará o sinal analógico original do início deste exemplo.
Feito por: Prof. Olívio de
Sousa
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