Temporada IV - Episódio - Modulação baseada em múltiplas portadoras

Prévia do material em texto

Modulação baseada em múltiplas 
portadoras
APRESENTAÇÃO
Próximo à década de 1990, a computação móvel era caracterizada por capacidade de memória, 
processamento e conectividade limitados. Atualmente, ainda existem desafios a serem 
superados, como a qualidade desse tipo de comunicação ser inferior à comunicação com fio e a 
conexão sem fio ser perdida por conta da mobilidade, além dos riscos existentes no que diz 
respeito a segurança.
Hoje em dia, a maior parte do acesso à internet se dá por meio de dispositivos móveis que 
acessam redes sem fio, que, devido a sua mobilidade, contribuíram de forma decisiva para o 
modelo de informação que está presente em diversos lugares ao mesmo tempo e que são 
utilizadas a qualquer hora e em qualquer lugar.
Com isso, surgiram tecnologias cada vez mais sofisticadas e eficientes, de forma que existe alto 
compartilhamento dos recursos e acesso por múltiplos usuários, que buscam gerar soluções para 
os desafios até então existentes, como robustez em relação a mobilidade, como o CDMA, sigla 
em inglês para Acesso Múltiplo por Divisão de Código, que foi criado como alternativa ao 
TDMA, sigla em inglês para Acesso Múltiplo por Divisão de Tempo.
Nesta Unidade de Aprendizagem, você irá aprender sobre a modulação baseada em múltiplas 
portadoras, examinar a tecnologia CDMA e conhecer a diferença entre as tecnologias OFDM e 
OFDMA.
Bons estudos.
Ao final desta Unidade de Aprendizagem, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
Introduzir as técnicas de acesso por múltiplas portadoras. •
Explicar o CDMA. •
Distinguir OFDM e OFDMA. •
DESAFIO
Por mais que a comunicação tradicional por fios evolua, os usuários dos dispositivos móveis não 
serão atendidos por tal evolução por conta de sua necessidade de mobilidade, sendo que muitos 
acessam a internet enquanto estão em trânsito, como em aviões e ônibus, ou em parques ou 
outros locais que exigem uma conexão que permita a movimentação do usuário por longas 
distâncias.
 
Imagine que você trabalha em uma empresa de telecomunicações que está analisando as 
tecnologias de quinta geração para começar a vender soluções com elas no momento em que 
forem disponibilizadas no mercado, para assim estar à frente dos concorrentes mais 
conservadores, que preferem esperar um certo tempo para utilizar as tecnologias mais recentes.
Com isso, seu desafio é descrever qual tecnologia é associada a essas novas redes 5G, 
respondendo às seguintes questões:
a) Qual o tipo de modulação utilizada e suas características?
b) Quais as características associadas a seus blocos de recurso?
c) Como funciona a transmissão de dados?
INFOGRÁFICO
A cada nova geração de comunicação móvel, os sistemas estão oferecendo serviços com mais 
qualidade e apresentando taxas de transferência cada vez maiores, com alta eficiência espectral e 
mais compartilhamento de recursos por múltiplos usuários.
No Infográfico, veja as tecnologias de múltiplo acesso por múltiplas portadoras preferidas pelos 
engenheiros e usuários, bem como sua evolução histórica, a técnica CDMA e suas variações e as 
técnicas OFDM e OFDMA.
CONTEÚDO DO LIVRO
No campo das telecomunicações, novas aplicações têm surgido, como o desenvolvimento e 
transmissão de televisão terrestre com capacidade de modulação digital, que exige um grande 
compromisso entre a taxa de bits de transmissão e a largura de banda. Para os sistemas de 
multimídia atuais, a taxa de bits variam bastante sendo menores em aplicações que exigem 
menos recursos como as aplicações de voz e maiores em aplicações mais pesadas como as 
aplicações de streaming.
Para que seja possível transmitir um grande número de bits por segundo e ao mesmo tempo 
garantir a qualidade do serviço, diversos métodos de modulação podem ser utilizados para 
atender melhor às promessas contraditórias (taxa de bits e largura de banda).
Nesse capítulo, iremos analisar características sobre a modulação baseada em múltiplas 
portadoras e identificar difentes técnicas como CDMA, OFDM e OFDMA.
Boa leitura. 
COMUNICAÇÃO 
DE DADOS
OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM
 > Introduzir as técnicas de acesso por múltiplas portadoras. 
 > Explicar o CDMA.
 > Distinguir OFDM e OFDMA.
Introdução
O surgimento dos sistemas celulares e sua utilização no acesso à internet causou 
uma revolução no campo das comunicações. Igualmente importante é o apare-
cimento simultâneo das redes sem fio denominadas WLAN (Wireless Local Area 
Network). WLANS facilitam o acesso à internet por meio de dispositivos (grupos 
definidos por dispositivos móveis) chamados PDAs (personal digital assistants); 
por isso, atualmente, o acesso realizado aos recursos oferecidos na rede mundial 
é em grande parte realizado a partir de dispositivos móveis.
Ambas as tecnologias, pela mobilidade que proporcionam, desempenham um 
papel decisivo no modelo de informação ubíqua que a internet procura (ou seja, 
qualquer informação disponível a qualquer hora e em qualquer lugar).
Para garantir que os sistemas de comunicação sejam capazes de permitir 
o uso em simultâneo de um dado meio de comunicação comum por parte de 
vários utilizadores, usam-se várias técnicas de acesso múltiplo. Por isso, neste 
capítulo, você vai analisar técnicas utilizadas e analisar as diferenças entre elas, 
Modulação baseada 
em múltiplas 
portadoras
Fernanda Rosa da Silva
vendo como o que caracteriza o CDMA (Code Division Multiple Access), o OFDM 
(Ortogonal Frequency Division Multiplex) e o OFDMA (Ortogonal Frequency Division 
Multiple Access).
Técnicas de acesso por múltiplas portadoras
Para o uso de sistemas móveis e redes sem fios, o uso de dados é extrema-
mente valioso, porém, em alguns momentos, é de certa forma escasso. Por 
esse motivo, existe uma enorme necessidade de se racionalizar o uso dos 
recursos, de modo a maximizar a capacidade do sistema em termos do número 
de utilizadores permitidos para cada meio de comunicação e transmissão de 
dados. Para isso, as técnicas de acesso por múltiplas portadoras são utilizadas.
De acordo com Rochol (2012), existem duas tecnologias de acesso com 
múltiplas portadoras que passaram a ser mais utilizadas: o CDMA (Code 
Division Multiple Access) e o OFDMA (Ortogonal Frequency Division Multiple 
Access). Elas compartilham diversas semelhanças entre si, utilizando como 
base para sua funcionalidade os conceitos que definem multiportadoras. 
No entanto, o autor também aponta que existem diferenças visíveis entre 
as duas técnicas, como (ROCHOL, 2012):
 � o CDMA usa um conjunto de portadoras digitais ortogonais (códigos 
pseudoaleatórios) no domínio do tempo;
 � o OFDMA usa um conjunto de portadoras ortogonais no domínio da 
frequência;
 � ambas as técnicas possuem esquemas de acesso múltiplo, o que as 
torna adequadas para aplicações em sistemas sem fio com acesso 
múltiplo.
É importante considerar que as duas tecnologias apresentam variantes e 
podem ser aplicadas em sistemas modernos de transmissão como as redes 
sem fio. A Figura 1, a seguir, ilustra as duas técnicas:
Modulação baseada em múltiplas portadoras2
Figura 1. Técnicas de múltiplas portadoras. (a) Técnica CDMA — Múltiplas portadoras digitais. 
(b) Técnica OFDMA — Múltiplas portadoras analógicas.
Fonte: Adaptada de Rochol (2012).
No CDMA — múltiplas portadoras digitais —, os códigos representam um 
conjunto de portadoras digitais ortogonais representados em um mesmo 
domínio de tempo. Dessa forma, cada código de portadora múltipla é um sinal 
gerado por modulação linear por meio de uma sequência pseudoaleatória 
de banda larga.
Como resultado, os sinais usados pelo CDMA são muito mais longos do 
que aqueles usados por outras tecnologias, reduzindo, assim, a interferência 
e permitindo a reutilização da frequência em cada célula. Não há divisão de 
tempo: todos os usuários sempre usam toda a largura de banda da opera-
dora. Na próxima seção, vamos analisar com detalhes as características que 
definem a funcionalidade da técnica de modulaçãoCDMA. 
Técnica CDMA
O CDMA, ou técnica de espalhamento espectral por códigos, surgiu em 1992 e 
é a técnica de modulação mais antiga. Teve início em redes móveis e sistemas 
celulares, sendo criada pela Qualcom, dos Estados Unidos, e tendo como 
principal característica a alta eficiência ligada ao seu espectro, que superou 
os sistemas criados anteriormente.
Sobre o CDMA, é importante afirmar que a tecnologia surgiu para substituir 
sua antecessora, o TDMA (Time Division Multiple Access), em redes celulares, 
oferecendo maior mobilidade e superando os sistemas tradicionais oferecido 
no mercado de tecnologias celulares anteriormente.
Modulação baseada em múltiplas portadoras 3
Atualmente, a tecnologia CDMA é muito utilizada em tecnologias da ter-
ceira geração, sendo também conhecida como CDMA-2000. Nessa técnica, 
a expansão ou espalhamento do espectro é uma etapa realizada antes da 
transmissão.
Espalhamento espectral é uma técnica de modulação na qual a 
largura de banda é muito maior do que a largura de banda mínima 
necessária para transmitir as informações necessárias. Dessa forma, a energia 
do sinal transmitido passa a ocupar uma banda de frequência muito maior do 
que a informação (ABRANTES, 2003).
O espalhamento do espectro pode ser feito de várias maneiras. Um método 
simples é modular uma portadora digital cuja taxa de bits é muito maior do 
que a taxa de informação. Esses bits da portadora digital, que não devem ser 
confundidos com os bits de informação, são chamados de chips. Portanto, 
dizemos que, para espalhamento do espectro, a taxa de chips deve ser muito 
maior do que a taxa de bits de informação. 
Apesar de a tecnologia CDMA ainda ser uma tecnologia utilizada, pos-
teriormente ao seu surgimento, a tecnologia OFDM (Ortogonal Frequency 
Division Multiplex) também passou a ser utilizada em redes sem fio (WLANS). 
Na mesma época, essas redes foram aprimoradas e o padrão IEEE 802.11ª 
foi criado, sendo fortemente influenciado pela transmissão e modulação 
conhecida como OFDM.
Quando se considera a modulação aplicada à essa técnica, Rochol (2012) 
aponta o uso de dois sinais digitais, que tornam esse processo totalmente 
digital, e que pode ser realizado, em princípio, por qualquer porta lógica com 
duas entradas — por exemplo, utilizando portas lógicas exclusivas. 
Já Kopp (c2005 apud ROCHOL, 2012) descreve o CDMA como uma técnica 
de espalhamento do espectro da informação através de um código pseu-
doaleatório de taxa bem mais elevada do que a informação necessita para 
ser transmitida. Dessa forma, os códigos pseudoaleatórios funcionam como 
portadoras digitais no domínio tempo, com taxa de bits bem mais elevada 
que o fluxo de informação que modulará essa portadora. 
Então, na tecnologia CDMA, o sinal digital resultante é transmitido por uma 
única portadora analógica no domínio do tempo. Para distinguir o espectro 
de frequência de cada usuário no recebimento, o receptor associa o código 
pseudoaleatório do usuário ao sinal recebido, recuperando, assim, o espectro 
do sinal enviado pelo usuário. 
Modulação baseada em múltiplas portadoras4
O CDMA, portanto, pode ser considerado um sistema de múltiplas por-
tadoras digitais ortogonais e algumas técnicas baseadas em espelhamento 
espectral. Existem três classes básicas de técnicas de espalhamento espectral 
que utilizam códigos pseudoaleatórios ou códigos PN (Pseudo Noise): DS-SS 
(Direct Sequence-Spread Spectrum), FH-SS (Frequency Hopping-Spread Spec-
trum) e TH-SS (Time Hopping-Spread Spectrum), conforme ilustrado na Figura 2.
Figura 2. Técnicas de espelhamento espectral.
Fonte: Rochol (2012, p. 217).
A seguir, essas técnicas são descritas.
DS-SS (Direct Sequence)
A transmissão de espectro de difusão de sequência direta (DS-SS) usa código 
de chip para “espalhar” a transmissão em uma banda de frequência mais 
ampla do que o normal e representa uma forma de CDMA. De acordo com 
Dubrawsky (2010), em vez da sequência binária pseudo-aleatória (PRBS), 
um código de Barker de 11 bits é usado como sequência de propagação. No 
entanto, os mesmos princípios se aplicam:
 � o padrão de bits redundante na sequência de espalhamento aumenta 
a resistência dos sinais à interferência e também distribui a potência 
por um canal de 22 MHz, que se parece essencialmente com ruído de 
banda larga de baixa potência;
 � uma característica importante da modulação DSSS é que ela é rejeitada 
por receptores convencionais de banda estreita que podem estar 
compartilhando a mesma banda ISM (Industrial Sientific and Medical);
 � a banda de frequência ISM de 2,4 GHz é dividida em três bandas de 
frequência não sobrepostas ou seis sobrepostas, ocupando a banda 
Modulação baseada em múltiplas portadoras 5
de frequência de 22 MHz. Somente canais não sobrepostos podem 
garantir que não haja interferência entre si.
Por exemplo, duas estações sem fio operando nos canais 1 e 3 não se as-
sociariam, mas o sensor de portadora pode impedi-las de transmitir pacotes 
simultaneamente.
A Figura 3 ilustra melhor como essa técnica funciona.
Figura 3. Técnica DS-SS.
Fonte: Rochol (2012, p. 218).
Na Figura 3, observa-se que a expansão do espectro pode ser realizada 
de várias maneiras. Nesse caso, o espectro do sinal de informação NRZ (não 
retorna a zero) consiste em manter o nível do sinal alto (1) ou baixo (0) dentro 
de um determinado período de tempo, ou seja, representa o fluxo de bits. Na 
técnica de transmissão DS-SS, cada tempo de bit é dividido em uma série de 
subintervalos denominados chips e executados em um tempo determinado 
(tempo de um chip).
Um método simples é modular uma portadora digital cuja taxa de bits é 
muito maior do que a taxa de informação, isso porque a modulação de dois 
sinais digitais é um processo totalmente digital e, em princípio, pode ser 
realizada por qualquer porta lógica com duas entradas.
Esses bits da portadora digital que não podem ser confundidos com os 
bits de informação são chamados de chips. Portanto, dizemos que, para 
espalhamento do espectro, a taxa de chips deve ser muito maior do que a 
taxa de bits da informação.
Para definir melhor como a técnica funciona, Rochol (2012) cita as principais 
características para justificar os fins de sua utilização: 
Modulação baseada em múltiplas portadoras6
 � a banda de frequência estendida (espelhamento) pode ser ocupada por 
vários usuários ao mesmo tempo, com interferência mínima entre eles;
 � a intensidade do sinal de cada usuário pode ser muito menor do que 
a potência do ruído ou a interferência mútua observada na banda de 
frequência do canal;
 � os sinais de espectro de propagação são muito robustos contra inter-
ferências de banda estreita. O processo de recuperação do sinal de 
informação pode filtrar sinais de interferência que são confundidos 
com ruído de fundo.
FH-SS (Frequency Hopping SS)
FH-SS pode ser definido como uma técnica ou método de transmissão de 
sinais de rádio que envolve a mudança contínua da portadora por meio de 
vários canais, usando uma sequência pseudoaleatória conhecida tanto pelo 
lado do transmissor como pelo do receptor.
Rochol (2012) relatou que o FS-SS inclui basicamente a comutação rá-
pida e pseudoaleatória da frequência portadora, utilizando um conjunto de 
frequências definidas previamente na banda de frequência de espelhamento. 
Assim, a cada salto em relação à frequência, a portadora modulada ocupa 
uma banda de frequência diferente em um canal que depende da taxa de 
informação. 
Esse método de transmissão possui alta capacidade de evitar interferência 
nos canais de transmissão, apesar da dificuldade de interceptar os sinais. 
Além disso, compartilha a largura de banda entre múltiplos transmissores.
TH-SS (Time Hopping SS)
Abrantes (2003, p. 4) apontou que, com esta técnica, os “[...] blocos de bits são 
transmitidos intermitentemente” em um quadro com um ou mais intervalos 
de tempo (“intervalos de tempo”) em um grande número de intervalos. A 
escolha do intervalo de tempo usado em cadaquadro é pseudoaleatória.
Essas três categorias compartilham as mesmas características de acesso 
múltiplos e usam um certo tipo de código pseudoaleatório para alcançar a 
expansão do espectro e a personalização dos direitos de acesso. 
Como as três categorias usam algum tipo de código pseudoaleatório, elas 
podem ser consideradas tecnologias do tipo CDMA. Além dessas três classes 
básicas, cada classe possui diversas variantes, não muito utilizadas. 
Modulação baseada em múltiplas portadoras 7
Por fim, podemos destacar que, pelo fato de o sinal espalhado no espectro 
ser muito robusto contra interferências, o processo de restauração do sinal 
de informação é executado por um correlacionador que rejeita o sinal caso 
interferências ocorram. Assim, para transmitir informações por meio dos 
canais estabelecidos por essa técnica, é necessário entender que os sinais 
emitidos são mais fracos que o próprio ruído reproduzido no canal. 
Suponha que o modulador no transmissor é formado por uma porta 
lógica do tipo XOR (duas portas de entrada emitem nível lógico 1 
quando suas entradas têm valores diferentes e nível lógico de saída zero quando 
as entradas são iguais). Nas palavras de Rochol (2012), o fluxo de informações 
NRZ é aplicado a uma das entradas, enquanto a portadora digital ou sequência 
PN (pseudo-ruído) é aplicada à outra. A saída da porta corresponde ao sinal de 
informação espalhado. O sinal é enviado e recebido no receptor. O sinal recebido 
é aplicado à porta XOR (se todas as entradas são iguais, a saída é 0; se todas 
as entradas não são iguais e pelo menos uma delas é diferente, a saída é 1) e a 
sequência PN que constitui o correlacionador. Na saída da porta, recuperamos 
as informações transmitidas.
Tanto para o processo de espalhamento que ocorre no transmissor como 
para o processo em que o receptor recupera as informações recebidas, di-
versas etapas são estabelecidas para o sucesso da operação. 
Para que haja espalhamento dentro de uma região espectral, é necessário 
que a taxa Rb [bit/s] de informação seja associada a uma alta taxa de chips 
Rs [ch/s] da portadora digital. O ganho do processamento, de acordo com 
Rochol (2012), pode ser definido da seguinte forma:
G – Rs / Rb [ch/bit]
Nesse caso, G tem o valor superior a 1 e o processamento pode atingir 
uma taxa entre 100 e 1000 vezes da taxa de informação. 
Para obter códigos ortogonais entre si, é possível usar a matriz de 
Hadamard/Walsh.
Os sinais binários 0 e 1 (NRZ) podem ser substituídos pelos sinais bipolares +1 
e -1, respectivamente. Portanto, o tempo de operação é igual à soma do módulo 2.
A matriz Hadamard pode ser definida como uma matriz L x L, onde L = 2n (n 
= 1,2,3, ...), ou seja, L é uma potência inteira de 2. Os elementos da matriz são 
binários — podem ser números binários 0 e 1 ou símbolos polares NRZ +1 e -1.
Modulação baseada em múltiplas portadoras8
Nos limitamos aos elementos +1 e -1 (mais conveniente) para demonstrar 
as propriedades de uma matriz. De acordo com Rochol (2012), esse tipo de 
matriz de Hadamard possui as seguintes propriedades:
 � uma coluna (exceto a primeira coluna) sempre tem o mesmo número 
de zeros (+1) e um (-1);
 � a primeira coluna tem apenas zero (+1);
 � o produto de quaisquer duas colunas da matriz HL gerará um novo 
código com os mesmos atributos anteriores;
 � a soma algébrica dos produtos da coluna de qualquer outra coluna 
está sempre vazia — portanto, as matrizes são ortogonais.
A Figura 4 mostra como gerar a matriz Hadamard de ordem L.
Figura 4. Matriz Hadamard.
Fonte: Rochol (2012, p. 221).
Hoje, a principal aplicação do TH-SS é no sistema tipo PAN (rede de área 
pessoal) e rede de sensores do padrão IEEE 802.15.3. Uma implementação 
bem conhecida da rede PAN é o Bluetooth, que fornece interconexão sem fio 
entre dispositivos periféricos de computador.
Existem outras técnicas de modulação bastante utilizadas, como OFDM 
e OFDMA, sua sucessora, que recebeu algumas melhorias com o passar do 
tempo. Vamos analisar cada uma delas na próxima seção. 
Diferenças entre OFDM e OFDMA 
As técnicas de modulação foram surgindo à medida que outras tecnologias 
exigiam novas taxas de transmissão e outros recursos que deveriam funcionar 
de acordo com a capacidade dos canais que transmitem os dados. Quando as 
Modulação baseada em múltiplas portadoras 9
redes sem fio, também denominadas WLANS (padrão IEEE 802.11ª), surgiram, 
em 1999, foi idealizada uma nova técnica de transmissão e modulação, o 
OFDM (ROCHOL, 2012). Essa nova tecnologia causou um grande impacto no 
desenvolvimento de redes sem fio móveis e na forma como elas operam e, 
depois, deu origem ao OFDMA. A seguir, analisaremos as características para 
cada uma das técnicas.
Características da técnica OFDM 
A multiplexação por divisão de frequência ortogonal ou OFDM é uma tecnologia 
de modulação de dados que é adequada para a tecnologia de rádio cognitiva 
devido às suas múltiplas características. 
Assim, o OFDM é uma tecnologia de transmissão de dados que usa bandas 
de frequência divididas em várias portadoras ortogonais, também deno-
minadas subportadoras — esse nome se deve ao fato de não existir uma 
sobreposição de frequência e, portanto, as bandas não interferem entre si. 
O princípio básico do OFDM é converter um fluxo de dados seriais com uma 
alta taxa de transmissão em vários substreams paralelos com uma taxa de 
transmissão menor do que a original. Por exemplo, um conjunto de símbolos 
seriais é convertido em símbolos OFDM para representar dados em paralelo. 
Após a conversão serial para paralelo, cada fluxo de dados é modulado em 
subportadoras (ROCHOL, 2012).
A sigla OFDM é atribuída para a técnica pelo fato de que um sistema FDM 
(Frequency Division Multiplex) é utilizado como base, e múltiplas portadoras 
mantêm entre si uma propriedade ortogonal.
Nessa técnica, Rochol (2012) aponta que duas funções senoidais são de-
finidas como:
 � f1(t) = sen(ωnt);
 � f2(t) = sen(ωnt).
 São consideradas ortogonais se atenderem as seguintes condições:
para qualquer m n inteiro,
Modulação baseada em múltiplas portadoras10
Além de:
Dessa forma, a multiplexação FDM de portadora múltipla é realizada no 
domínio da frequência de alta eficiência.
Suponha que temos um conjunto de n subportadoras ortogonais e que cada 
subportadora é modulada por um fluxo de informação com um espectro de 
frequência específico. Neste caso, o sistema OFDM no domínio da frequência 
pode ser analisado na Figura 5.
Figura 5. A operação equivalente da soma do módulo 2 e do número binário e a multiplica-
ção do símbolo polar NRZ. (a) Espectro de uma subportadora modulada. (b) Conjunto de n 
subportadoras OFDM moduladas.
Fonte: Adaptada de Rochol (2012).
No espectro de frequência das subportadoras, elas se cancelam, maximi-
zando, assim, a transmissão em cada subportadora. A partir do sistema de 
multiplexação OFDM mostrado na Figura 5, o sistema de transmissão de dados 
pode ser construído conforme sugerido no exemplo a seguir — na verdade, 
o sistema de transmissão OFDM converte um fluxo de bits serial em quatro 
fluxos de bits paralelos.
Assumindo que a taxa de bits da entrada é R e a taxa de bits de cada 
subportadora é Rb, a razão Rb = R/4 deve ser observada.
Também assumimos que a taxa de bits de entrada é de 1 kbit/s e a modulação 
BPSK é usada em cada subportadora, ou seja, um bit por símbolo.
O exemplo citado pode ser visualizado na Figura 6, em que o domínio tempo 
resulta da soma das quatro subportadoras cujas amplitudes são iguais. O 
sinal OFDM no domínio tempo é dado pela soma das quatro subportadoras, 
cujas amplitudes são iguais.
Modulação baseada em múltiplas portadoras 11
Figura 6. Processo de conversão serial para paralelo.
Fonte: Rochol (2012, p. 227).
Esse processo, basicamente, exerce a função de converter um único fluxo 
de bits serial em quatro fluxos de bits paralelos que funcionam de forma 
independente. Para entender melhor, é preciso considerar que a entrada 
considerauma taxa de bits única denominada Rb ou R/4, onde 4 representa 
o número de portadoras. 
Já na Figura 7 podemos analisar as quatro subportadoras moduladas 
dentro do espaço amplitude, tempo e frequência. 
Figura 7. Subportadoras moduladas no sistema OFDM.
Fonte: Rochol (2012, p. 228).
Modulação baseada em múltiplas portadoras12
O resultado da soma das quatro subportadoras moduladas (c1, c2, c3, c4) 
denotado por c(t) corresponde ao sinal OFDM, conforme mostrado na Figura 
7, e os seguintes parâmetros devem ser considerados:
 � o parâmetro N é o número total de subportadoras e n é um número 
específico de subportadoras;
 � o coeficiente de amplitude de modulação mn(t) corresponde a cada 
subportadora;
 � o peso de cada curva seno é dado pelo coeficiente mn(t);
 � basicamente, esse processo tem uma operação linear correspondente 
a IFFT — Inverse Fast Fourier Transform, também chamada de trans-
formada inversa de Fourier, utilizada para converter sinais de espaço 
ou tempo em sinais de domínio de frequência. 
A soma resultando do sinal em um sistema OFDM, considerando as carac-
terísticas descritas anteriormente, pode ser analisada na Figura 8.
Figura 8. Soma das subportadoras em um sinal OFDM.
Fonte: Rochol (2012, p. 229).
Características da técnica OFDMA
Como sucessor do OFDM, surgiu o OFDMA, que, de forma simples, é descrito 
como uma versão multiusuário do esquema de modulação digital de multiple-
xação por divisão de frequência ortogonal (OFDM). Por meio do acesso múltiplo 
obtido pela técnica OFDMA, é possível atribuir subconjuntos de subportado-
ras a usuários individuais, tendo como resultado a transmissão simultânea 
Modulação baseada em múltiplas portadoras 13
de baixa taxa de dados para vários usuários simultaneamente, sendo essa 
a principal diferença entre as duas técnicas. A Figura 9 demonstra a forma 
como o acesso simultâneo funciona na técnica mais recente em contraste 
com o acesso monousuário realizado pelo seu antecessor OFDM.
No entanto, o OFDMA é uma variante multiusuário do esquema OFDM, no 
qual o acesso múltiplo é obtido alocando um subconjunto de recursos de 
tempo-frequência para diferentes usuários, permitindo, assim, que os dados 
sejam transmitidos de vários usuários ao mesmo tempo.
De acordo com Ahmadi (2019, documento on-line, tradução nossa):
Em OFDMA, os recursos de rádio são regiões 2D (números inteiros de símbolos 
OFDM) e regiões 2D de frequência (o número de subportadoras contínuas ou 
descontínuas) que mudam ao longo do tempo. Portanto, semelhante ao OFDM, 
OFDMA usa vários Subportadoras com intervalos muito próximos são divididas em 
grupos de subportadoras, e cada grupo é chamado de bloco de recursos e esse 
agrupamento é denominado subcanalização.
Comparação OFDM e OFDMA
Quando se compara as duas técnicas, é importante saber que a subcanalização 
define subcanais que podem ser alocados a estações móveis com base nas 
condições do canal e nos requisitos de serviço. Usando subcanais no mesmo 
intervalo de tempo (ou seja, um número inteiro de símbolos OFDM), o sistema 
OFDMA pode alocar mais potência de transmissão para o equipamento do 
usuário quando comparado com o OFDM.
As subportadoras que formam o bloco de recursos não precisam ser fisica-
mente adjacentes. No downlink, os blocos de recursos podem ser alocados para 
diferentes usuários. No uplink, um usuário pode ser alocado para um ou mais 
blocos de recursos. A alocação dos canais para ambos pode ser vista na Figura 9.
Figura 9. Diferença entre OFDM e OFDMA.
Fonte: Adaptada de Almeida (2013).
Modulação baseada em múltiplas portadoras14
Além disso, podemos comparar algumas vantagens atribuídas para cada 
uma das técnicas, que podem ser analisadas no Quadro 1, a seguir.
Quadro 1. Diferenças entre OFDM e OFDMA
OFDM OFDMA
Transmissão
Transmite simultaneamente 
dados de múltiplos usuários 
com baixa taxa
Maior flexibilidade de 
implantação em várias 
bandas de frequência sem 
a necessidade de muitas 
modificações em sua 
interface
Atraso/
frequência
Menor atraso que ocorre 
inconstantemente
Diversidade de frequência 
que espalha as portadoras 
por todo o espectro 
utilizado. Desvio de 
frequência e ruídos
Acesso
O acesso múltiplo é baseado 
em contenção para prevenir 
colisão no meio de forma 
simplificada
Permite cobertura 
de frequência única, 
ocasionando alguns 
problemas relacionados a 
cobertura
Interferências
Baixa interferência de banda Média de interferências de 
células vizinhas, calculadas 
usando a alocação com 
permutações cíclicas
Fonte: Adaptado de Orthogonal frequency-division multiple access (2020).
Em comparação com a tecnologia que usa uma única portadora, a prin-
cipal vantagem de usar a modulação baseada em várias portadoras é que, 
devido ao paralelismo das subportadoras de baixa taxa, pode-se atingir a 
mesma taxa de transmissão e há maior resistência a condições adversas, 
como alta frequência, interferência entre símbolos, interferência de múltiplos 
caminhos — devido à reflexão, é comum em redes sem fio. A ideia básica do 
compartilhamento de espectro baseado em técnicas de múltiplas portadoras 
é fazer da largura da sub-banda do sistema um sistema inteiro, sendo dividido 
para que possa ser usado por cada subportadora do sistema não licenciado. 
Para a tecnologia de modulação de múltiplas operadoras de banda larga, 
a aplicação da tecnologia PLC tem recebido atenção especial. Para essas 
tecnologias, a quantidade de dados transmitidos não precisa estar contida 
Modulação baseada em múltiplas portadoras 15
em uma parte contínua do espectro, mas deve estar distribuída em vários 
subcanais, podendo haver intervalos entre eles. A modulação de múltiplas 
portadoras pode ajustar a possível distribuição desigual do espaçamento 
espectral entre os subcanais, tornando-se, assim, adequada para os requisitos 
de diversas tecnologias. 
Referências
ABRANTES, S. A. Introdução ao espalhamento espectral (“Spread Spectrum”). Porto, 
2003. (Apostila de Curso, Faculdade de Engenharia, Universidade do Porto). Disponí-
vel em: https://paginas.fe.up.pt/~sam/CCD/apontamentos_SS/Introdu%E7%E3o.pdf. 
Acesso em: 21 jan. 2021.
AHMADI, S. New radio access physical layer aspects (part 1). In: AHMADI, S. 5G NR: archi-
tecture, technology, implementation, and operation of 3GPP new radio standards. San 
Diego, CA: Elsevier, 2019. E-book. Disponível em: https://www.sciencedirect.com/topics/
engineering/orthogonal-frequency-division-multiple-access. Acesso em: 21 jan. 2021.
ALMEIDA, M. A. F. R. Introdução ao LTE - Long Term Evolution: LTE - conceitos de trans-
missão e recepção. Teleco, 2013. Disponível em: https://www.teleco.com.br/tutoriais/
tutorialintlte/pagina_3.asp. Acesso em: 21 jan. 2021.
DUBRAWSKY, I. Wireless networks. In: DUBRAWSKY, I. Eleventh hour security +: exam 
SY0-201 study guide. San Diego, CA: Elsevier, 2010.
KOPP, C. An introduction to spread spectrum techniques. Air Power Austrália, c2005. 
Disponível em: http://www.ausairpower.net/OSR-0597.html. Acesso em: 21 jan. 2021.
ORTHOGONAL frequency-division multiple access. In: WIKIPEDIA: the free encyclopedia. 
[San Francisco, CA: Wikimedia Foundation, 2020]. Disponível em: https://en.wikipedia.
org/wiki/Orthogonal_frequency-division_multiple_access. Acesso em: 21 jan. 2021.
ROCHOL, J. Comunicação de dados. Porto Alegre: Bookman, 2012. 
Os links para sites da web fornecidos neste capítulo foram todos 
testados, e seu funcionamento foi comprovado no momento da 
publicação do material. No entanto, a rede é extremamente dinâmica; suas 
páginas estão constantemente mudando de local e conteúdo. Assim, os editores 
declaram não ter qualquer responsabilidade sobre qualidade, precisão ou 
integralidade das informações referidas em tais links.
Modulação baseada em múltiplas portadoras16
 
DICA DO PROFESSOR
Para quem teve acesso às redes de comunicação de primeira geração, é notável o avanço que 
aconteceu nesses tipos de sistema, bem como nos equipamentos e dispositivos móveis, que se 
tornamcada vez mais populares e acessíveis, de forma que a maior parte do acesso à internet 
atualmente se dá por meio deles, o que aumenta ainda mais a exigência na evolução dos meios 
de comunicação.
Nesta Dica do Professor, você vai ver mais sobre os fundamentos da comunicação móvel, a 
estrutura das redes de comunicação móvel, as técnicas de acesso de múltiplos usuários, a 
gerência da mobilidade dos usuários, bem como os serviços 3G e suas exigências.
Conteúdo interativo disponível na plataforma de ensino!
EXERCÍCIOS
1) Os sistemas móveis estão se tornando cada vez mais sofisticados e eficientes, com alto 
compartilhamento de recursos por múltiplos usuários.
Marque a opção que representa as duas tecnologias de acesso múltiplo, com múltiplas 
portadoras.
A) 
OFDMA e DSP. 
B) 
CDMA e OFDMA. 
C) 
DSP e CDMA. 
D) 
PDA e OFDMA. 
E) 
CDMA e PDA. 
Em 1992, surgiu a tecnologia CDMA na área de sistemas celulares, a partir de uma 
patente da Qualcom dos Estados Unidos.
2) 
Qual das opções a seguir representa a tecnologia para a qual o CDMA foi criado 
como alternativa?
A) 
W-CDMA. 
B) 
CDMA-2000. 
C) 
DS-SS. 
D) 
TDMA. 
E) 
FH-SS. 
3) A técnica de espelhamento espectral utiliza uma largura de banda maior do que o 
necessário para transmitir a informação, o que pode ser justificado pelas seguintes 
características:
I. A banda de espalhamento pode ser ocupada por múltiplos usuários 
simultaneamente, com uma interferência mínima entre eles.
II. A potência do sinal de cada usuário pode ser bem abaixo da potência do ruído ou 
da interferência.
III. Sinais de espalhamento espectral são muito robustos em relação a interferências 
de banda estreita. O processo de recuperação do sinal de informação filtra os sinais 
de interferência que podem ser confundidos com o ruído de fundo.
Quais alternativas são verdadeiras em relação às características apresentadas?
A) 
Alternativas I e II. 
B) 
Alternativas II e III. 
C) 
Alternativas I e III. 
D) 
Nenhuma das alternativas. 
E) 
Todas as alternativas. 
A técnica de espelhamento espectral por saltos de frequência da portadora, ou FH-4) 
SS, possui uma das aplicações mais importantes em redes locais sem fio do padrão 
IEEE 802.11 do EIA do ano de 1999.
Marque a opção que representa a característica correta do sistema.
A) 
Fator de espelhamento de 80/1 ou 80.
B) 
Número de subcanais igual a 85, com Bc = 1 MHz.
C) 
Taxa de informação de 1 ou 2 Mbits/s. 
D) 
Tempo de ocupação de um subcanal, ou delta t, igual a 1000 ms.
E) 
Banda de frequência livre igual a 4,2 a 4,2835 GHz. 
5) Com o desenvolvimento do processamento do sinal digital, houve um salto no avanço 
do desenvolvimento de sistemas de comunicação de dados, especialmente das técnicas 
de acesso por múltiplas portadoras.
Qual o nome da técnica de modulação utilizada no sistema de transmissão OFDM 
para modular o conjunto das subportadoras?
A) 
QAM. 
B) 
FFT. 
C) 
IFFT. 
D) 
QoS. 
E) 
CDMA. 
NA PRÁTICA
A comunicação móvel vem evoluindo drasticamente e a cada nova geração os serviços têm cada 
vez mais qualidade e funcionalidades. Com isso, os usuários, que estão cada vez mais 
dependentes dos dispositivos, não apenas para fazer ligações, como antigamente, já não 
concebem utilizar uma internet móvel de baixa qualidade, quanto mais ficar sem conexão, tendo 
em vista as necessidades de acesso a aplicativos de bancos, lojas virtuais, videoconferências de 
qualidade, agendamento de serviços e redes sociais, entre outros.
Além disso, as novas gerações tendem a se basear em tecnologias das gerações passadas em sua 
evolução e, portanto, é importante entender a evolução histórica das gerações de comunicação 
móvel.
Neste Na Prática, você vai aprender sobre as características da tecnologia CDMA, que é 
utilizada em sistemas de comunicação móveis 3G, ou de terceira geração, bem como suas 
facilidades, possíveis problemas e como solucioná-los.
SAIBA +
Para ampliar o seu conhecimento a respeito desse assunto, veja abaixo as sugestões do 
professor:
A tecnologia CDMA em sistemas 3G
Conheça as características da tecnologia CDMA em sistemas 3G, bem como o diagrama de 
blocos simplificado de um transmissor DSSS/CDMA, a matriz Walsh-Hadamard, o processo de 
demodulação, a capacidade desse tipo de sistema e a probabilidade de erro.
Redes 5G I: a nova geração de rede celular (1)
Veja, neste artigo, os primeiros passos para alcançar a quinta geração de rede celular, o espectro 
de rádio disponível e relevante para o acesso do 5G, as possíveis tecnologias para as antenas que 
podem ser utilizadas, bem como as técnicas de acesso para a interface de radiofrequência.
Conteúdo interativo disponível na plataforma de ensino!
Entenda como o 5G impactará diversos setores do mercado
Veja como a internet 5G está sendo desenvolvida e conheça a nova geração tecnológica, que irá 
oferecer, além de internet mais rápida, conexões mais confiáveis para dispositivos de acesso 
sem fio à rede.
Conteúdo interativo disponível na plataforma de ensino!