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:: Técnicas de Modulação em Redes de Telecomunicações

José Mauricio Santos Pinheiro em 05/02/2005

 

A introdução dos sistemas de transmissão digital utilizando a tecnologia de Modulação no início da década de 1970, revolucionou os sistemas de telecomunicações impulsionando ainda mais o processo de reestruturação geral que elevou o nível de competitividade que passou a caracterizar os mercados de produtos e serviços.

Até a introdução da tecnologia de modulação por pulsos, os sistemas eram conhecidos como AM-DSB (Amplitude Modulation – Double Side Band), AM-DSB/SC (Supried Carrier – Portadora Suprimida) e AM-SSB (Amplitude Modulation – Single Signal Band), bem como sistemas de FM (Frequency Modulation) e outros. Tais sistemas operam continuamente, ou seja, durante todo o tempo do sinal a ser transmitido.

Onda Portadora e Modulação

Para facilitar a transmissão do sinal através dos meios físicos e adequar as freqüências aos sistemas de comunicação se utiliza o que chamamos de onda portadora, sobre a qual é transmitido o sinal com a informação.

A onda portadora é um sinal senoidal caracterizado por três variáveis: amplitude, freqüência e fase. A amplitude é a medida da altura da onda para voltagem positiva ou para voltagem negativa. Também definida como crista da onda, a amplitude do sinal digital é igual à diferença da voltagem para o degrau entre 0 e 1. Iniciando na voltagem zero, a onda cresce atinge a amplitude, decresce, se anula, atinge sua amplitude negativa e volta a crescer até se anular novamente. Essa seqüência compõe um ciclo.

A freqüência é o número de cristas por segundo ou o número de ciclos por segundo. Um ciclo também é denominado por Hertz = 1Hz, medida usual da freqüência, e seus múltiplos: Kilohertz, Megahertz, Gigahertz, Terahertz. Já a fase é o ângulo de Inflexão em um ponto especifico no tempo, medido em graus.

Modulação

Modulação é o processo na qual a informação é adicionada a ondas eletromagnéticas. É assim que qualquer tipo de informação, até a voz humana ou transação de dados numa aplicação interativa é transmitida numa onda eletromagnética. O transmissor adiciona a informação numa onda básica de tal forma que poderá ser recuperada na outra parte através de um processo reverso chamado demodulação.

Um processo de modulação consiste em modificar o formato da informação elétrica com o objetivo de transmiti-la com a menor potência possível, com a menor distorção possível, facilidade de recuperação da informação original e ao menor custo possível.

Nas modernas redes de telecomunicação, a informação é transmitida, transformando em uma das duas características da onda: a amplitude e a freqüência.

Modulação em Amplitude - AM (Amplitude Modulation) - usa o sistema de chaveamento de amplitude ASK (Amplitude Shift Keying). É usada na comunicação de voz, na maioria das transmissões de LAN’s, mas pouco indicada para WLAN porque é muito sensível ao ruído;

Modulação por freqüência - FM (Frequency Modulation) - usa o chaveamento de freqüência FSK (Frequency Shift Keying).

Pela modulação caracterizamos a forma de apresentar a informação que se transforma em tráfego. Podemos ter modulação analógica e digital:

Modulação analógica: Também classificada como modulação de onda continua (CW), na qual a portadora é uma onda consenoidal e o sinal modulante e um sinal analógico ou continuo;

Modulação digital: Também denominada modulação discreta ou codificada. Utilizada em casos que se está interessado em transmitir uma forma de onda ou mensagem que faz parte de um conjunto finito de valores discretos representando um código.

Os sistemas baseados em sinal e a modulação digital oferecem grandes vantagens sobre os sistemas analógicos, por exemplo, alta fidelidade, independência do tempo e da fonte dos sinais que podem ser codificados.

Uma desvantagem está no elevado custo dos equipamentos de transmissão, principalmente para aplicações em tempo real, pois são precisos complexos e caros circuitos para que a comunicação digital possa ser realizada em tempo real.

Teorema da Amostragem

A partir do Teorema da Amostragem, que se apresenta como o ponto de partida para o entendimento dos conceitos de modulação, temos a garantia de que toda a informação contida em um canal de comunicação pode ser transmitida em um sinal e recuperada no ponto de recepção, bastando que seja realizada uma amostragem adequada daquele sinal através de pulsos estreitos ou impulsos.

Nyquist provou, através da teoria da amostragem, que valores de um sinal analógico tomados a intervalos de tempo regulares contém a mesma informação do sinal original desde que o intervalo de tempo entre as amostras não seja superior a 1 e a taxa de amostragem (ou freqüência de amostragem) deve ser maior que o dobro da largura de faixa do sinal analógico (relação denominada de segundo critério de Nyquist).

Teoricamente, um sinal analógico pode ser transmitido através da amostragem:

Ideal - onde as amplitudes de um trem de impulsos correspondem aos valores das amostras;

Natural - onde as amplitudes de um trem de pulsos são moduladas pelo sinal analógico;

Instantânea - onde as amplitudes um trem de pulsos correspondem aos valores das amostras.

Assim, os sistemas de modulação por pulsos podem ser resumidos nos seguintes grupos:

Pulse Amplitude Modulation – PAM – Modulação por Amplitude de Pulso – nesse tipo de modulação basta amostrar o sinal para termos o processo concluído.

Pulse Position Modulation – PPM – Modulação por Posição de Pulso – nessa técnica a informação é transmitida por meio da manutenção constante da duração e da amplitude do pulso, mas deslocando o pulso de sua posição original, segundo a amplitude do sinal modulador;

Pulse Width Modulation – PWM – Modulação por Largura de Pulso – é obtida quando a amplitude e a posição (ou freqüência de repetição) são constantes, variando a largura ou a duração do pulso com a amplitude do sinal modulador. De um modo geral, a largura de pulso aumenta com amplitudes positivas e diminui com amplitudes negativas;

Pulse Code Modulation – PCM – Modulação por Código de Pulso – nessa técnica o sinal analógico é amostrado convenientemente, dando origem, após a quantificação, a um conjunto de pulsos modulados em amplitude.

Modulação por pulsos

A modulação por pulsos pode ser analógica ou digital. No caso analógico, os valores das amostras do sinal são transferidos para as amplitudes, durações ou posições de pulsos de formato fixo conhecido. No caso digital, os valores das amostras são convertidos para números binários que por sua vez são codificados em seqüências de pulsos que representam cada um dos valores binários.

A modulação digital tem preferência sobre a analógica devido a um fator fundamental: a informação transmitida na forma digital pode ser regenerada, replicada e retransmitida, mantendo-se livre de distorções. Esta vantagem, entretanto, possui um certo custo: o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente. Outra vantagem da modulação digital consiste na possibilidade de multiplexação de sinais de informação originalmente analógica juntamente com dados provenientes de computadores os quais já são digitais por natureza.

Conclusão

O fato de poder operar com tempos curtos, permite que redes baseadas em modulação obtenham um aumento na sua capacidade de transmissão (aumento do número de canais), uma vez que existe um melhor aproveitamento do tempo ocioso dos sistemas de comunicação.

José Maurício Santos Pinheiro
Professor Universitário, Projetista e Gestor de Redes, 
membro da BICSI, Aureside e IEC.

Autor dos livros:
 
· Guia Completo de Cabeamento de Redes ·
· Cabeamento Óptico ·
· Infraestrutura Elétrica para Redes de Computadores
·
· Biometria nos Sistemas Computacionais - Você é a Senha ·

E-mail: jm.pinheiro@projetoderedes.com.br

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