Temporada II - Modulação em canais de radiofrequência

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Modulação em canais de radiofrequência
APRESENTAÇÃO
Atualmente, estima-se que há um grande aumento no número de dispositivos equipados com int
erfaces de comunicação sem fio, reforçando a importância das redes sem fio para a sociedade. S
egundo o relatório anual da empresa Cisco, esse aumento pode ser notado a partir de 2018, e a m
esma empresa prevê um aumento ainda mais significativo para os próximos anos. Em 2018, exis
tiam 8,8 bilhões de dispositivos móveis no mundo e, em 2020, esse número aumentou para cerca 
de 10 bilhões. Tal aumento indica uma tendência da sociedade em cada vez mais usar as redes d
e comunicação sem fio em diversas atividades do dia a dia.
No entanto, os profissionais que atuam no importante seguimento de implantar tais redes necessi
tam de conhecimentos teóricos para compreender aspectos técnicos do funcionamento das redes 
sem fio. Em geral, essas redes são compostas por diferentes equipamentos com configurações es
pecíficas. Por exemplo, uma antena para criação de um enlace de comunicação sem fio com rádi
o capaz de operar diferentes técnicas de transmissão e modular sinais de forma distinta.
Nesta Unidade de Aprendizagem, você vai aprender sobre a modulação em canais de radiofrequ
ência. Dentre os assuntos estudados, você vai ver as diferenças entre dados e sinais, a modulaçã
o por deslocamento de fase, amplitude, frequência e quadratura. Além disso, vai aprofundar seus 
conhecimentos sobre o espectro eletromagnético e como nele ocorre o espalhamento dos sinais 
por sequências diretas, saltos aleatórios de frequência e saltos aleatórios no tempo. Por fim, vai e
studar a função de embaralhamento e entrelaçamento que ocorre no codificador de canal.
Bons estudos.
Ao final desta Unidade de Aprendizagem, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
Discutir as técnicas de modulação utilizadas em canais de radiofrequência.•
Descrever as técnicas de transmissão. •
Explicar o codificador de canal. •
DESAFIO
Nos últimos anos, há um cenário de proliferação de dispositivos equipados com interfaces de co
municação sem fio e uma massiva popularização das tecnologias de comunicação sem fio, capaz
es de afetar diversas atividades do cotidiano, como, por exemplo, a forma como vídeos são assis
tidos. Em um passado não tão distante, a maioria das pessoas assistia a vídeos praticamente apen
as em suas televisões, ao sintonizarem em uma emissora de TV aberta. Com a popularização das 
redes de computadores sem fio, as pessoas podem ter acesso a diferentes tipos de serviços de str
eaming em qualquer lugar e a qualquer hora, e corriqueiramente sabe-se de empresas que surge
m como startups pequenas e que passam muito rapidamente a ganhar grandes fatias do mercado 
ao empreender nesses setores.
Considerando as técnicas de modulação ASK (Amplitude-Shift Keying), FSK (Frequency-Shift 
Keying), PSK (Phase-Shift Keying) e QAM (Quadrature Amplitude Modulation), compare-as, i
ndicando suas vantagens em cenários reais, e indique qual seria a mais apropriada para o cenário 
de transmissão de streaming, justificando sua resposta.
INFOGRÁFICO
Os esquemas de codificação determinam como os dados devem ser convertidos para a forma físi
ca e, depois, transmitidos por ondas de radiofrequência. Uma forma simples de fazer essa codifi
cação consiste em transmitir uma tensão elétrica positiva para transmitir o bit 1 e usar uma tensã
o nula para transmitir o bit 0. No entanto, colocar em prática essa abordagem acarreta em difere
ntes desafios, pois, quando existe uma longa sequência de zeros consecutivos, fica difícil control
ar o número exato de zeros. Uma alternativa para essa dificuldade consiste no esquema 4B/5B, q
ue realiza um mapeamento de como as sequências de 4 bits devem ser refletidas em configuraçõ
es de 5 bits para evitar sequências indesejadas.
No Infográfico a seguir, veja uma sequência de passos que ilustra a interação do esquema 4B/5B 
com o esquema NRZI (Nonreturn to Zero Inverted). Será ilustrado como ocorre esse mapeament
o de sequências de 4 bits para sua correspondente combinação em 5 bits. Assim, você verá um e
xemplo de como a sequência de 4 bits zero consecutivos pode ser transmitida em uma sequência 
de 5 bits diferenciada usando o esquema NZRI.
CONTEÚDO DO LIVRO
A mobilidade dos usuários consiste em um dos benefícios mais significativos das redes sem fio, 
impulsionando o surgimento de novos paradigmas. Nessas redes, os usuários podem se movime
ntar de maneira aleatória e com diferentes velocidades. Diversos paradigmas de redes surgiram e
xplorando esse benefício, como, por exemplo, as redes veiculares e a Internet das Coisas. Nas re
des veiculares, pode ser empregado o modelo de comunicação veículo a veículo, dispensando u
ma infraestrutura centralizada para realizar a transmissão entre os nós dessa rede. Já na Internet 
das Coisas, ou IoT (Internet of Things), os objetos do cotidiano serão equipados com interfaces 
de comunicação sem fio e prestarão serviços inovadores para as pessoas, abrangendo desde a áre
a da saúde até a segurança doméstica.
No capítulo Modulação em canais de radiofrequência, base teórica desta Unidade de Aprendizag
em, você vai estudar os conceitos básicos sobre modulação, como os sinais e dados analógicos e 
digitais, e saber como classificar as principais técnicas de espalhamento espectral, além de conh
ecer as funcionalidades típicas de um codificador de canal.
Boa leitura.
REDES SEM FIO
OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM
 > Discutir as técnicas de modulação utilizadas em canais de RF.
 > Descrever as técnicas de transmissão.
 > Explicar o codificador de canal.
Introdução
As redes sem fio vêm ganhando cada vez mais notoriedade em virtude dos di-
versos benefícios que proporcionam. Determinadas regiões têm características 
que dificultam o emprego de infraestruturas de rede cabeadas, quando a melhor 
alternativa consiste em empregar enlaces de comunicação sem fio. Um exemplo 
dessas regiões são as áreas rurais, normalmente distantes dos centros urbanos, 
mas que ainda necessitam de serviços de comunicação para atender às pessoas 
que habitam e trabalham nesses lugares. Outra situação em que as redes sem fio 
ganham destaque em relação às redes cabeadas consiste nos prédios tombados 
como patrimônio histórico, já que precisam ser preservados e o processo de 
instalação de cabos pode danificar parcialmente essas estruturas (TANENBAUM; 
WETHERALL, 2011).
Entretanto, implantar tais redes demanda um conhecimento técnico especiali-
zado e o domínio dos conceitos que fundamentam as tecnologias de comunicação 
Modulação 
em canais de 
radiofrequência
Ricardo Tombesi Macedo
sem fio, como a definição de modulação e multiplexação. Apesar de soar compli-
cado, você verá que a essência desses conceitos é muito simples. Para facilitar, 
você pode pensar na modulação como a maneira utilizada pelos equipamentos 
de rádio para representar a informação em um sinal (ROCHOL, 2018), enquanto 
a multiplexação, ou o espalhamento espectral, consiste na maneira como este 
mesmo sinal é alocado nas ondas do espectro eletromagnético (TANENBAUM; 
WETHERALL, 2011).
Neste capítulo, você vai aprofundar seus conhecimentos sobre diversos as-
pectos técnicos da transmissão em radiofrequência, enfatizando o processo de 
modulação. Inicialmente, apresentaremos os principais conceitos usados neste 
capítulo e descreveremos as principais técnicas de modulação. Depois, descre-
veremos as particularidades das principais técnicas de transmissão, e, por fim, 
detalharemos a codificação.
Técnicas de modulação em canais de 
radiofrequência 
Nesta seção, apresentaremos as técnicas de modulação em canais de ra-
diofrequência (RF), primeiro descrevendo as definições básicas dos sinais 
e suas características, e, em seguida, abordando o processo de modulação, 
detalhando seus diferentes tipos.
Sinais e suas características
A partir de agora, abordaremos os conceitos introdutórios necessários para o 
entendimento dos demaistemas trabalhados neste capítulo. Esses conceitos 
consistem na compreensão dos conceitos de sinal, dados e do processo de 
transmissão. Os sinais são impulsos elétricos ou eletromagnéticos empregados 
na codificação dos dados, enquanto os dados consistem nas entidades que 
têm significado dentro de um sistema computacional (MAIA, 2013).
Os sinais e os dados apresentam semelhanças e diferenças. Assemelham-se 
pelo fato de ambos poderem estar na forma analógica ou digital. Um sinal 
ou dado analógico tem como principal característica a sua representação 
matemática de forma contínua. Em contrapartida, o sinal ou dado digital 
apresenta níveis fixos, em que cada mudança compreende um movimento 
instantâneo entre tais níveis, ou seja, eles têm uma representação discreta 
(COMER, 2016).
Modulação em canais de radiofrequência2
Antes de nos aprofundarmos nesses conceitos, vamos deixar clara a dife-
rença entre valores contínuos e discretos considerando exemplos do nosso 
dia a dia. Quando servimos água para tomar, temos uma quantidade contínua, 
pois, se quisermos saber a quantidade exata de água no copo, podemos usar 
diferentes tipos de equipamentos de medição, que nos darão cada vez mais 
uma medição mais precisa, normalmente acumulando muitas casas decimais 
após a vírgula. Isso ocorre porque a água consiste em uma grandeza física 
do mundo real e nosso esforço em quantificá-la de maneira exata sempre 
pode ser melhorado. Outros exemplos de valores contínuos são o peso de 
uma pessoa e a pressão de um ambiente. 
Já os valores discretos fornecem abstrações facilmente manipuláveis pelos 
seres humanos. Para ficar mais fácil compreender esse conceito, pense no caso 
da contagem do número de copos de água. Note que essa medida é numérica 
e contável. Outros exemplos de valores discretos consistem no número de 
habitantes de uma cidade, no número de falhas de um enlace de uma rede, etc.
Agora que você entendeu as diferenças entre valores discretos e contínuos, 
provavelmente deve estar curioso sobre como tais conceitos se relacionam 
com os dados e sinais. De maneira simples, isso pode ser explicada pela 
maneira como os sinais representam os a serem transferidos. Como os sinais 
dessas ondas transportam os dados, algumas literaturas se referem a elas 
como ondas portadoras, ou apenas portadoras (ROCHOL, 2018). Essas ondas 
podem ser analógicas, que representam valores contínuos, ou digitais, que 
representam valores discretos. Na Figura 1, são mostradas ondas de sinais 
analógicos e digitais. Perceba que as ondas digitais têm um valor discreto, 
variando apenas entre dois níveis. As ondas analógicas podem ser represen-
tadas por uma função matemática contínua, envolvendo todos os valores 
intermediários possíveis.
Figura 1. Comparação entre sinais analógicos e digitais: (a) analógico; (b) digital.
Fonte: Adaptada de Forouzan (2008).
Modulação em canais de radiofrequência 3
As ondas analógicas apresentam características senoidais, normalmente 
com relevância significativa nas análises de comunicação de dados, já que os 
fenômenos naturais produzem um sinal que corresponde a uma onda analógica. 
Um exemplo tradicional desse tipo de fenômeno consiste na maneira como a 
voz humana trafega no ar. A onda senoidal compreende a forma mais básica 
de representar um sinal analógico dentro de um período.
Uma onda senoidal dispõe de três parâmetros: a amplitude, a frequência 
e a fase (MAIA, 2013). A amplitude de um sinal descreve a potência do sinal 
e, em geral, é medida em volts. A frequência compreende o número de vezes 
que o ciclo se repete no intervalo de tempo de um segundo, sendo medida 
em hertz (Hz). O ciclo representa a variação completa da amplitude do sinal, 
compreendendo desde a variação zero, passando pelo valor máximo e o valor 
mínimo e retornando para o valor zero. Já a fase consiste no deslocamento 
do sinal dentro do seu período, onde o período corresponde à duração de 
um ciclo do sinal. A Figura 2 ilustra a onda senoidal, bem como o conceito 
de frequência, amplitude e fase. Note que há quatro instantes — no instante 
a, temos a onda senoidal original, servindo como uma base para os demais 
instantes; o instante b ilustra o conceito de frequência, em que um ciclo é 
fechado em 0,5 segundo; o instante c representa o conceito de amplitude; 
e o instante d mostra o conceito de fase.
Figura 2. Características de frequência, amplitude e fase.
Fonte: Comer (2016, p. 86).
Modulação em canais de radiofrequência4
Os sinais eletromagnéticos se propagam por meios de transmissão, os 
quais podem ser classificados como guiados e não guiados. Os meios de 
transmissão guiados compreendem fios de cobre e fibras ópticas e os não 
guiados podem envolver a comunicação sem fios, satélite e raio laser trans-
mitido pelo ar (TANENBAUM; WETHERALL, 2011). Nas redes de comunicação, 
temos o nó transmissor, a interface de comunicação, o canal de comunicação 
e o receptor, cuja relação é demonstrada na Figura 3. 
Figura 3. Processo de transmissão.
Fonte: Maia (2013, p. 44).
Na Figura 3, o nó transmissor, ou nó origem, emite um dado por meio 
de uma portadora. Para enviá-lo, esse nó realiza a codificação do dado em 
um sinal e o entrega ao canal de comunicação por meio de uma interface. 
No nó receptor ou nó destino, esse sinal é recebido por meio de uma interface 
e realiza a decodificação do sinal para obter o dado original enviado pelo 
transmissor.
São seis os esquemas mais conhecidos para realizar a codificação 
de dados digitais usando sinais digitais (WHITE, 2012):
 � NRZ (nonreturn to zero): transmitem “1s” com tensões nulas e “0” com ten-
sões positivas;
 � NRZI (nonreturn to zero inverted): subtipo do NRZ que garante uma alteração 
de tensão no início de uma transmissão de um bit 1 e usa uma tensão nula 
para transmitir um bit 0; 
 � Manchester: visa a garantir que cada bit apresente algum tipo de alteração 
de sinal, resolvendo problemas de sincronização entre emissor e receptor. 
 � Manchester diferencial: insere transições no meio dos intervalos para re-
presentar os bits; 
Modulação em canais de radiofrequência 5
 � AMI (alternate mark inversion)-Bipolar: emprega três níveis de tensão; para 
transmitir o bit “0”, usa uma tensão nula, e, para transmitir o bit “1”, pode 
usar uma tensão positiva ou negativa em busca da promoção de alterações 
no meio de transmissão;
 � 4B/5B: recebe quatro bits de entrada e usa um mapeamento para uma sequên-
cia única de cinco bits de saída visando a evitar problemas de sincronização.
Neste tópico, foram apresentados os conceitos básicos sobre os sinais 
e suas características. Vimos as diferenças entre sinais e dados digitais e 
analógicos, além de aprendermos que as ondas analógicas senoidais têm 
grande importância na análise de comunicação de dados, apresentando três 
parâmetros principais (a amplitude, a frequência e a fase). Por fim, observamos 
a relação de como esse sinal é transmitido entre os componentes envolvidos 
na comunicação de dados.
Modulação de sinais
Neste tópico, aprofundaremos nossos conhecimentos sobre o processo de 
modulação, identificando seus diferentes tipos, tais como a modulação por 
deslocamento de amplitude, de frequência, de fase ou a modulação QAM 
(quadrature amplitude modulation). Talvez você esteja se perguntando: mas 
o que de fato é a modulação? Muito simples, a modulação nada mais é do 
que o processo que agrega o dado a uma onda portadora, no qual a tensão 
senoidal é manipulada (ROCHOL, 2018).
Cada um dos tipos de modulação se diferencia em termos do parâmetro 
variado para representar os dados na portadora (WHITE, 2012). Na modu-
lação por deslocamento de amplitude ou ASK (amplitude-shift keying), os 
dados são representados na portadora ao variar a amplitude da portadora. 
Na modulação por deslocamento de frequência ou FSK (frequency-shift keying), 
os dados são representados por mudanças de frequência. E, na modulação 
por deslocamento de fase PSK (phase-shift keying), a fase do sinal é deslo-cada para representar os dados. Na Figura 4, é exibida a relação entre esses 
tipos de modulação.
Modulação em canais de radiofrequência6
Figura 4. Parâmetros factíveis de serem modulados.
Fonte: Rochol (2018, p. 100).
Conforme mostra a Figura 4, a modulação pode ser formalizada consi-
derando definições matemáticas (ROCHOL, 2018). Inicialmente, vemos que 
a definição da função senoidal pode ser definida por e(t) = Vp sen(ωt + θ), 
onde ωt consiste na velocidade angular em um tempo t, e θ no ângulo de 
fase inicial expresso em graus. O Quadro 1 descreve todos os símbolos e 
significados usados nessa definição. O número de vezes que um sinal se altera 
por segundo é denominado taxa de transmissão de símbolos, ou baud rate, 
sendo referenciado como R.
Quadro 1. Definições empregadas
Símbolo Significado
e(t) Função de tensão senoidal definida por e(t) = Vp sen(ωt + θ)
ω Velocidade angular (ω = 2πf)
θ Ângulo de fase inicial
T Período expresso em segundos (s)
f Frequência mensurado em hertz (Hz)
Vp Tensão de pico medido em volts (V)
Vpp Tensão de pico a pico (Vpp = 2Vp) mensurado em volts (V)
Vrms Valor médio quadrático ou valor eficaz , medido em 
volts (V)
l(t) Modulação discreta
R Taxa de transmissão de símbolos
Modulação em canais de radiofrequência 7
A QAM compreende uma variação da modulação por fase que permite 
empregar diferentes ângulos de fase em um conjunto de amplitudes, por 
exemplo, 16 combinações diferentes entre ângulos e fases para representar 
dados, sendo originados por oito ângulos de fase com uma amplitude e 
quatro ângulos com duas amplitudes. Em relação às demais técnicas de 
modulação, a QAM consegue transmitir um número maior de símbolos. 
A Figura 5 mostra exemplos de como pode ocorrer a modulação por fase, 
facilitando a compreensão da QAM. Observe que existem quatro exemplos de 
fases na Figura 5, e que cada um deles tem um ângulo diferente de fase: 45°, 
135°, 225° e 315°. Cada um desses ângulos representa um valor em binário. 
O desvio de fase de 45° representa o valor de dados 11. O ângulo de 135° 
retrata o valor 10, enquanto os ângulos de 225° e 315° caracterizam os valores 
01 e 00, respectivamente. 
Figura 5. Modulação por chaveamento de fase de quadratura.
Fonte: Adaptada de White (2012).
Vo
lta
ge
m
Vo
lta
ge
m
Vo
lta
ge
m
Vo
lta
ge
m
Modulação em canais de radiofrequência8
Nesta subseção, abordamos o processo de modulação, observando que 
este é o processo responsável por agregar um dado a uma onda portadora. 
Estudamos que as principais técnicas de modulação realizam o deslocamento 
de amplitude, frequência e fase. Além disso, vimos que a modulação por fase 
apresenta uma ramificação denominada QAM, capaz de suportar a transfe-
rência de um número de símbolos maior.
Técnicas de transmissão
Antes de entrarmos nas técnicas de transmissão propriamente ditas, cabe 
recapitular os conceitos de espectro eletromagnético e espalhamento es-
pectral. O espectro eletromagnético compreende o conjunto de frequências 
passíveis de uso para transmitir dados, sendo divididas em faixas (COMER, 
2016). O espalhamento espectral ou spread spectrum (SS) combina sinais de 
fontes diferentes para melhor se encaixar em uma largura de banda do es-
pectro eletromagnético (FOROUZAN, 2008). A Figura 6 mostra o conceito de SS. 
Figura 6. Espectro do sinal de informação e o espectro após o espalhamento espectral.
Fonte: Rochol (2018, p. 103).
Modulação em canais de radiofrequência 9
Conforme ilustra a Figura 6, o SS depende da existência de uma banda 
grande, que, após o processo de espalhamento, passará a ser ocupada por 
um conjunto de informações codificadas em sinais. Antes de abordarmos as 
técnicas de SS, faremos uma breve retomada da evolução desse conceito. 
As técnicas de SS começaram a se tornar populares no fim da Segunda Guerra 
Mundial, momento em que se utilizava a comunicação sem fio com objetivos 
militares e essas ajudavam a contornar eventuais interferências provocadas 
de maneira proposital para impedir essa comunicação (ROCHOL, 2018). Esse 
tipo de ação normalmente se caracteriza como jamming, ou seja, ações de 
um usuário mal-intencionado para gerar interferências para negar o acesso 
aos serviços das redes de comunicação sem fio (ALMEIDA et al., 2019). Na dé-
cada de 1980, essas técnicas atraíram a atenção dos fabricantes de sistemas 
de rádio multiusuários, como sistemas celulares e redes sem fio, pois elas 
possibilitavam que vários usuários transmitissem simultaneamente em uma 
mesma banda de frequência, provocando pouca interferência.
As principais técnicas de SS podem ser organizadas de acordo como ocorre 
o espalhamento. A Figura 7 mostra que existem três principais técnicas, das 
quais há desdobramentos. Cada uma delas emprega um princípio diferente: 
o DSSS (direct sequence spread spectrum) usa o espalhamento por sequência 
direta; o FHSS (frequency hopping spread spectrum) emprega saltos aleatórios 
de frequência; e o THSS (time hopping spread spectrum) desempenha saltos 
aleatórios no tempo. A seguir, veremos detalhes sobre cada uma dessas 
técnicas e seus desdobramentos. 
Figura 7. Técnicas básicas de SS (spread spectrum) e suas aplicações.
Fonte: Adaptada de Rochol (2012).
Modulação em canais de radiofrequência10
O FHSS é a técnica de SS que se baseia em saltos de frequência. Ela em-
prega frequências diferentes da portadora, as quais são moduladas pelo 
sinal de origem (FOROUZAN, 2008). A cada instante de tempo, o sinal modula 
uma frequência portadora, compreendendo ciclos. Uma característica do 
FHSS consiste em usar uma onda portadora de banda estreita que muda a 
frequência, acompanhando uma sequência estipulada pelo transmissor e pelo 
receptor (MORAES, 2010). A norma do IEEE 802.11 determina a velocidade de 
2 Mbps para os saltos de frequência. O FHSS usa um conjunto de componentes, 
como mostra a Figura 8.
Figura 8. FHSS (espelhamento espectral por salto de frequência).
Fonte: Forouzan (2008, p. 184).
Na Figura 8, os componentes chamados gerador de código pseudoale-
atório, sintetizador de frequências e tabela de frequência desempenham 
um papel importante. O gerador de código pseudoaleatório estipula o pa-
drão de k-bits para o período de transição das frequências, a tabela de 
frequência emprega esse padrão para encontrar a frequência a ser usada 
para o período de transição e passa essa informação para o sintetizador de 
frequências, e o sintetizador de frequências atua na frequência encontrada 
adicionando o sinal de portadora. Empregando esses componentes, o sinal 
Modulação em canais de radiofrequência 11
original passa pelo modulador, gerando como saída um sinal espalhado no 
espectro eletromagnético.
O THSS realiza o SS permitindo saltos aleatórios no tempo. Essa técnica 
realiza uma rajada de transmissão de tamanho fixo que pode ser posicionada 
em um quadro e na qual os dados são traduzidos em pulsos e alocados em 
intervalos de tempo ao se seguir um código PPM (pulse position modulation). 
A principal aplicação do THSS se dá em sistemas de redes PAN (personal area 
networks) do padrão IEEE 802.15.3 e nas redes de sensores, todavia a utilização 
dessa técnica se dá em caráter experimental, não fazendo parte de nenhum 
padrão (ROCHOL, 2012). 
O DSSS visa a agregar redundância ao SS, introduzindo o conceito de chip. 
De maneira simples, podemos pensar no chip como um código de bits (FOROU-
ZAN, 2008), usado para substituir os bits dos dados que serão transmitidos, 
de modo que, mesmo diante de situações adversas capazes de danificar os 
bits durante a transmissão, seja possível recuperar a informação original 
(MORAES, 2010). A redundância ocorre ao criar um bit a mais no chip para 
cada bit de dado transmitido, o que possibilita recuperar a informação, mas, 
em contrapartida, adiciona um overhead à comunicação. Os padrões IEEE 
802.11 e o IEEE 802.11b determinam que a velocidade do DSSS deve alcançar 
2 Mbps para o primeiro padrão e 11 Mbps para o segundo. A Figura 9 apresenta 
oesquema de funcionamento do DSSS: perceba que temos um sinal original 
como entrada, que passa pelo modulador que agrega os chips a este sinal e 
gera como saída um sinal espalhado.
Figura 9. DSSS (espelhamento espectral de sequência direta).
Fonte: Adaptada de Forouzan (2008).
Sinal
original
Modulador
Sinal 
espalhado
Gerador de chips
Modulação em canais de radiofrequência12
O CDMA (code division multiple access), ou acesso múltiplo por divisão 
de código, permite que cada estação transmita por todo o espectro o tempo 
todo. Uma analogia normalmente usada para explicar o princípio do CDMA 
consiste na comunicação em espaços públicos (TANENBAUM; WETHERALL, 2011). 
Seguindo o princípio do CDMA, seria como se existissem diversas pessoas 
conversando em um ambiente, mas cada grupo falasse um idioma diferente. 
Assim, elas podem falar ao mesmo tempo, pois cada grupo entenderá apenas 
o seu idioma e identificará como ruído o restante da informação. No CDMA, 
o que define as sequências de chips definem o idioma. Como o conceito de 
chip é herdado do DSSS, podemos dizer que o CDMA pode ser considerado 
um caso especial do DSSS (ROCHOL, 2018). A Figura 10 ilustra um exemplo 
de comunicação CDMA considerando chips de tamanho 8 e quatro estações. 
Perceba que, ao definir o conjunto de chips, sempre que for transmitido o bit 1, 
a estação transmite o chip conforme definido, e, quando a estação deseja 
transmitir o bit 0, ela transmite o complemento do chip.
Figura 10. Exemplo de comunicação CDMA: a) sequência de chips binárias; b) sequências de 
chips bipolares; c) seis exemplos de transmissões; d) recuperação do sinal da estação C.
Fonte: Tanenbaum e Wetherall (2011, p. 86).
O OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) possibilita o envio de 
múltiplas portadoras na forma de subportadoras em um sinal digital, man-
tendo uma propriedade ortogonal semelhante (ROCHOL, 2012). Essa técnica se 
baseia na multiplexação por divisão de frequência (MORAES, 2010). Por meio 
do OFDM, os dados dividem-se em múltiplos fluxos ou canais, e, para cada 
Modulação em canais de radiofrequência 13
canal, é atribuída uma subportadora. Nas subportadoras, são empregados 
esquemas tradicionais de modulação por fase ou amplitude e podem enviar 
dados de maneira independente (TANENBAUM; WETHERALL, 2011). A principal 
característica dessa técnica consiste no envio de dados de forma paralela.
A Figura 11 mostra um exemplo de modulação com o esquema OFDM: 
perceba que existem dois instantes, sendo eles a e b. No instante a, temos a 
representação do espectro eletromagnético com uma subportadora modulada, 
demonstrando o comportamento de apenas uma subportadora. O instante b 
mostra o conjunto de subportadoras moduladas com o esquema OFDM, 
e observamos que, usando essa técnica de modulação, existe uma maxi-
mização da utilização do espectro e que tais subportadoras se cancelam 
mutuamente.
Figura 11. Exemplo de modulação com OFDM.
Fonte: Rochol (2018, p. 105).
O OFDMA (orthogonal frequency division multiple access) consiste em 
uma variação do OFDM para permitir acessos múltiplos. Nesse esquema, 
diferentes usuários são atribuídos às subportadoras (AHMADI, 2014). Vejamos 
as diferenças e semelhanças entre o OFDM e o OFDMA. A semelhança entre 
eles está no uso de subportadoras, mas o OFDMA agrupa as subportadoras 
em blocos, enquanto o OFDM as intercala. A Figura 12 ilustra os principais 
conceitos do OFDM e OFDMA. Perceba que, em ambos os esquemas, existem 
usuários (users) associados a subportadoras. Note que, no OFDM, existe um 
escalonamento na alocação das frequências de modo intercalado, e, em 
contrapartida, no OFDMA, as subportadoras estão organizadas em blocos e 
cada bloco está mapeado com um usuário.
Modulação em canais de radiofrequência14
Figura 12. Ilustração dos conceitos do OFDM e OFDMA.
Fonte: Adaptada de Ahmadi (2014).
Elemento do recurso (uma subportadora
sob um símbulo OFDM)
Símbolos OFDM no tempo
Su
bp
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do
ra
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a 
fr
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uê
nc
ia
Nesta seção, abordamos as técnicas de transmissão. Entendemos desde 
o conceito de espectro eletromagnético até a definição de espalhamento 
espectral. Identificamos que as técnicas de espalhamento espectral podem 
ser organizadas em três grandes grupos, variando de acordo com o princípio 
empregado. Estudamos que esses princípios consistem no espalhamento por 
sequência direta, por saltos aleatórios de frequência e, também, por saltos 
aleatórios no tempo. Além disso, estudamos particularidades de cada uma 
dessas técnicas e suas subclassificações.
Modulação em canais de radiofrequência 15
Codificador de canal
Podemos pensar no codificador de canal como um bloco funcional que interage 
diretamente com a modulação nos sistemas de comunicação de dados sem 
fio (ROCHOL, 2018). A principal função do codificador consiste em garantir a 
integridade dos dados que chegam ao receptor e a robustez da comunicação. 
A robustez de um sistema de comunicação de dados pode ser mensurada em 
função das eventuais diversidades do sistema em relação às dimensões de 
tempo, frequência e espaço, as quais estão associadas às perturbações nas 
transmissões, e as dimensões podem ser ajustadas visando a contorná-las. 
As diversidades de tempo podem ser ajustadas no bloco codificador de canal, 
enquanto as de frequência e espaço na modulação.
A interação com a modulação ocorre por meio de uma realimentação, pois 
o canal de comunicação fica sujeito a interferências e ruídos, por exemplo, 
diante desses eventos, torna-se necessário adaptar a técnica de modulação 
e codificação mais apropriada para um dado instante. A Figura 13 mostra a 
relação entre a modulação e o codificador de canal, detalhando sua localização 
dentro dos níveis OSI intermediários.
Figura 13. Inserção do bloco codificador de canal no sistema de comunicação de informação 
de Shannon.
Fonte: Rochol (2012, p. 242).
Note que a Figura 13 descreve as funcionalidades típicas de um codificador 
de canal:
Modulação em canais de radiofrequência16
 � Funções de convergência de transmissão: adaptações em nível de 
enlace;
 � Embaralhamento dos bits de entrada (scrambling): visa a garantir 
uma probabilidade equivalente de empregar bits zero e um no bloco 
de transmissão;
 � Codificação para detecção e correção de erros: agrega redundância à 
informação para facilitar a identificação de erros e consequentemente 
a sua correção;
 � Entrelaçamento de dados (interleaving): evita a concentração de erros 
em intervalos de tempos curtos ao empregar algoritmos de distribuição 
temporal dos bits a serem transmitidos.
O modelo OSI representou o primeiro passo em direção à padroniza-
ção internacional dos protocolos de rede organizados em camadas. 
Ao todo, esse modelo foi projetado com sete camadas (TANENBAUM; WETHERALL, 
2011):
 � camada física: seria responsável pela transmissão dos bits por meio do canal 
de comunicação; 
 � camada de enlace: deveria oferecer um serviço para tornar este canal livre 
de erros considerando a comunicação fim a fim; 
 � camada de rede: abrange a visão da rede de interconexão, prestando-se 
serviços de roteamento; 
 � camada de transporte: deve garantir que os fragmentos dos dados cheguem 
ao destino; 
 � camada de sessão: aborda questões de diálogo, gerenciamento de tokens 
e sincronização; 
 � camada de apresentação: define uma sintaxe e a semântica das informações; 
 � camada de aplicação: disponibiliza os protocolos que os usuários de fato 
têm interesse. 
O modelo OSI acabou não se tornando um padrão de mercado principalmente 
por ter alta complexidade de implementação e não se basear exclusivamente 
em decisões técnicas para escolher suas camadas. Como consequência, o pa-
drão de fato adotado pelas empresas consistiu na pilha de protocolos TCP/IP 
(Transmission Control Protocol/Internet Protocol), uma vez que sua adoção foi 
impulsionada pelas universidades que usavam o sistema operacional UNIX de 
Berkeley, que apresentava suporte ao TCP/IP. Entretanto, o modeloOSI ainda hoje 
é estudado por ter definições claras sobre os conceitos de serviço, interface e 
protocolos, consistindo em um exemplo de uma organização capaz de representar 
diferentes tipos de pilhas de protocolos, diferentemente do TCP/IP, que surgiu 
para atender aos protocolos existentes, sem apresentar a mesma flexibilidade.
Modulação em canais de radiofrequência 17
Neste tópico, estudamos sobre o codificador de canal e vimos que ele 
interage diretamente com a modulação para melhor adaptar a comunicação. 
Por meio desta seção, observamos em detalhes as funcionalidades típicas 
de um codificador de canal e como pode ser mensurada a robustez na co-
municação provida por esse componente.
O capítulo abordou a modulação em canais de RF. Começamos entendendo 
os conceitos básicos sobre o sinal e suas características, aprendendo a res-
peito dos conceitos básicos. Em seguida, abordamos as técnicas de modulação 
de sinais QAM, ASK, FSK e PSK. Depois, aprendemos sobre o conceito de 
SS, entendendo que as principais técnicas consistem no espalhamento por 
sequência direta, por saltos aleatórios de frequência e por saltos aleatórios 
no tempo, e, por fim, abordamos o codificador de canal.
Referências
AHMADI, S. Downlink physical layer functions. In: AHMADI, S. LTE-Advanced: a practical 
systems approach to understanding the 3GPP LTE releases 10 and 11 radio access 
Technologies. Oxford: Waltham; San Diego: Academic Press, 2014. p. 399–720.
ALMEIDA, F. et al. Uma Proposta de Contramedida ao Ataque Jamming em Redes IEEE 
802.15.4 utilizando Rádio Cognitivo. In: WORKSHOP DE SEGURANÇA CIBERNÉTICA EM 
DISPOSITIVOS CONECTADOS (WSCDC), 2., 2019, Porto Alegre. Anais [...]. Porto Alegre: 
Sociedade Brasileira de Computação, 2019. p. 12–22. Disponível em: https://sol.sbc.
org.br/index.php/wscdc/article/view/7702. Acesso em: 11 dez. 2020.
COMER, D. E. Redes de computadores e internet. 6. ed. Porto Alegre: Bookman, 2016. 584 p.
FOROUZAN, B. A. Comunicação de dados e redes de computadores. 4. ed. Porto Alegre: 
AMGH; Bookman, 2008. 1134 p.
MAIA, L. P. Arquiteturas de redes de computadores. 2. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2013. 288 p.
MORAES, A. F. Redes sem fio: instalação, configuração e segurança: fundamentos. São 
Paulo: Érica, 2010. 288 p.
ROCHOL, J. Comunicação de dados. Porto Alegre: Bookman, 2012. 394 p. (Série: Livros 
Didáticos Informática UFRGS, 24).
ROCHOL, J. Sistemas de comunicação sem fio: conceitos e aplicações. Porto Alegre: 
Bookman, 2018. 500 p. (Série: Livros Didáticos Informática UFRGS, 24).
TANENBAUM, A. S.; WETHERALL, D. J. Redes de computadores. 5. ed. São Paulo: Pearson, 
2011. 600 p.
WHITE, C. M. Redes de computadores e comunicação de dados. São Paulo: Cengage 
Learning, 2012. 406 p.
Modulação em canais de radiofrequência18
Leituras recomendadas
DING, J. Advances in network management. Boca Raton: CRC Press, 2010. 359 p.
FOROUZAN, B. A.; MOSHARRAF, F. Redes de computadores: uma abordagem top-down. 
Porto Alegre: AMGH; Bookman, 2013. 928 p.
KUROSE, J. F.; ROSS, K. Redes de computadores e a internet: uma abordagem top-down. 
6. ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2013. 656 p.
MORAES, A. F. Redes de computadores. 8. ed. São Paulo: Érica, 2020. 248 p.
SOUSA, L. B. Redes de computadores: guia total. 2. ed. São Paulo: Érica, 2014. 336 p.
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 em canais de radiofrequência 19
DICA DO PROFESSOR
O estudo que envolve sinais e dados, bem como o processo de modulação em canais de radiofre
quência, pode se tornar abstrato para alguns alunos, o que poderia ser contornado com atividade
s de caráter prático. Entretanto, realizar experimentos de campo sobre esse assunto demanda um 
alto investimento de aquisição de rádios, bem como o deslocamento físico dos alunos até determ
inadas regiões de testes. Nesse cenário, o uso de simuladores de radiofrequência desempenha u
m papel estratégico, permitindo que os alunos visualizem de maneira clara como os conteúdos e
studados se refletem na prática, mas sem acarretar no ônus da aquisição dos equipamentos e do 
deslocamento dos alunos.
Nesta Dica do Professor, veja como o simulador GNU Radio pode simular a modulação PSK (P
hase Shift Keying), ou modulação por deslocamento de fase. Serão explicados desde os compon
entes básicos da tela do simulador até como obter resultados visuais que mostrem o funcioname
nto da modulação PSK.
Aponte a câmera para o código e acesse o link do vídeo ou clique no código para acessar.
EXERCÍCIOS
1) A compreensão das técnicas de modulação depende do entendimento de conceitos fun
damentais. Dentre esses conceitos, vale mencionar o entendimento da relação entre d
ados e sinais, valores discretos e contínuos, sinais analógicos e digitais, os parâmetros 
das ondas. 
Considerando essas definições, é correto afirmar que:
A) 
a representação matemática de um sinal analógico emprega valores discretos na relação ent
re o tempo e a tensão.
B) 
uma semelhança entre dados e sinais consiste em que ambos podem ser representados de f
orma analógica e digital.
C) 
a principal característica de um sinal digital consiste em sua representação matemática de f
orma contínua.
D) 
um sinal analógico pode ser representado como uma onda quadrada, variando entre apenas 
dois níveis.
E) 
a quantidade de ciclos mensurados durante um período de tempo caracteriza o conceito de 
fase senoidal.
2) As principais técnicas de modulação de sinais são: ASK (Amplitude-Shift Keying), FS
K (Frequency-Shift Keying), PSK (Phase-Shift Keying) e QAM (Quadrature Amplitu
de Modulation). 
Sobre as distintas propriedades de cada uma dessas técnicas, é correto afirmar que:
A) 
a QAM permite transmitir mais símbolos do que a ASK, a PSK e a FSK.
B) 
na ASK, os dados são representados por mudanças de frequência.
C) 
na PSK, os dados são representados na portadora ao variar a amplitude.
D) 
a FSK permite empregar diferentes ângulos de fase em várias amplitudes.
E) 
a velocidade angular é o número de vezes que um sinal se altera por segundo.
3) As técnicas de transmissão podem ser organizadas em três grandes grupos: DSSS (Di
rect Sequence Spread Spectrum), FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) e T
HSS (Time Hopping Spread Spectrum). Cada uma dessas técnicas emprega um princ
ípio e é definida em diferentes padrões. 
Sobre essas técnicas e seus respectivos componentes, é correto afirmar que:
A) 
o FHSS segue o princípio de espalhamento por sequência direta e usa o conceito de chip.
B) 
o DSSS segue a abordagem de saltos aleatórios de frequência como princípio norteador.
C) 
o THSS emprega o princípio de saltos aleatórios no tempo e transmitindo por rajadas.
D) 
a velocidade de transmissão da técnica FHSS é especificada pelo padrão IEEE 802.11b.
E) 
o DSSS ocorre em caráter experimental, não fazendo parte de nenhum padrão da IEEE.
4) As técnicas de transmissão CDMA (Code Division Multiple Access), OFDM (Orthogo
nal Frequency Division Multiplexing) e OFDMA (Orthogonal Frequency Division M
ultiple Access) consistem em subgrupos que derivam do DSSS. No entanto, cada uma 
dessas técnicas apresenta particularidades. 
Considerando essas particularidades, analise as afirmativas a seguir e classifique-as c
omo verdadeiras (V) ou falsas (F):
( ) O CDMA possibilita que cada estação transmita por todo o espectro durante o te
mpo todo por usar o conceito de chip.
( ) O OFDM cria subportadoras para permitir o envio de múltiplas portadoras em u
m sinal digital.
( ) O CDMA permite realizar transmissões de dados de forma paralela, resultando e
m ganhos de desempenho.
( ) A diferença entre oOFDM e o OFDMA é que o primeiro agrupa as subportadora
s em blocos e o segundo as intercala.
( ) O OFDMA expande o OFDM clássico, de modo a possibilitar a presença de múlti
plos acessos e múltiplos usuários.
Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta.
A) 
V – V – V – F – V.
B) 
F – F – F – V – V.
C) 
F – V – F – F – V.
D) 
V – F – V – F – F.
E) 
V – V – F – F – V.
O codificador de canal consiste em um bloco funcional dos sistemas de comunicação 
de dados sem fio capaz de interagir diretamente com a modulação. Existem funções e
specíficas do codificador e particularidades de funcionamento que, juntas, definem ca
5) 
racterísticas únicas desse bloco. 
Sobre essas particularidades, analise as seguintes sentenças:
I. O espaço e as frequências podem ser adaptados por meio do codificador de canal.
II. A diversidade de tempo pode ser ajustada no bloco funcional responsável pela mo
dulação.
III. A redundância necessária para identificação de erros provém da função de emba
ralhamento.
IV. A codificação para correção de erros garante uma probabilidade equivalente de 0
s e 1s.
V. O entrelaçamento de dados (interleaving) evita concentrar erros em intervalos curt
os de tempo.
Agora, assinale a alternativa que apresenta a resposta correta.
A) 
Somente a afirmativa IV está correta.
B) 
As afirmativas II e III estão corretas.
C) 
As afirmativas II e V estão corretas.
D) 
Somente a afirmativa V está correta.
E) 
As afirmativas I e IV estão corretas.
NA PRÁTICA
As redes de radiofrequência permitem estabelecer enlaces de comunicação com regiões remotas, 
onde muitas vezes a instalação de uma infraestrutura cabeada se torna inviável. O Brasil tem mu
itas localidades afastadas dos grandes centros urbanos, fazendo com que essa realidade ocorra e
m diferentes partes do território nacional. Devido a isso, existem muitas oportunidades de trabal
ho para profissionais especializados nesse tipo de serviço.
Veja, Na Prática, como o administrador de redes José prestou um serviço de consultoria para o 
Distrito de um Município para criar um enlace de comunicação sem fio e qual a modulação emp
regada.
SAIBA +
Para ampliar o seu conhecimento a respeito desse assunto, veja abaixo as sugestões do professo
r:
Estudo de métodos de modulação e codificação de canal para a próxima geração de TV ter
restre
O setor televisivo passou por uma evolução significativa para atender às demandas de seus teles
pectadores e, nos próximos anos, ainda mais mudanças acontecerão. Em meados de 1940, surgiu 
a televisão de sinal analógico com transmissões em preto e branco. A partir da década de 1990, 
começaram a surgir transmissões digitais do sinal de televisão, proporcionando maior qualidade. 
Logo após, o padrão High Definition (HD) passou a ganhar espaço. Ainda houve mudanças em r
elação ao tamanho das televisões, juntamente com uma demanda de uma quantidade de conteúd
os cada vez maior. Em seguida, o padrão 4K (resolução de 3840 x 2160) entrou em processo de 
consolidação. Mas ainda outras tendências estão por vir, como o 8K (resolução de 7680 x 4320) 
e a tecnologia HDR (High Dynamic Range), que busca proporcionar a imersão e senso de realid
ade. Veja, na dissertação a seguir, qual o panorama da evolução do setor televisivo para os próxi
mos anos em relação à modulação e codificação de sinais.
Aponte a câmera para o código e acesse o link do vídeo ou clique no código para acessar.
Radiofrequência e o que você precisa saber para começar
Em geral, o processo de aprendizado de um conteúdo se torna muito mais significativo quando é 
possível relacionar a teoria com a prática. Este vídeo apresenta como os conceitos de modulação 
e codificação são colocados na prática no contexto da tecnologia Wi-Fi. Você poderá saber mais 
sobre conceitos básicos, como a definição de amplitude, de frequência, de fase, o comportament
o das ondas de reflexão, a atenuação, a absorção e a relação entre sinal e ruído. Além disso, são 
mencionados aspectos técnicos sobre a parte prática, envolvendo o posicionamento de antenas, a 
tecnologia Wi-Fi e o uso dos softwares ekahau e iBwave para medir a intensidade dos sinais.
Aponte a câmera para o código e acesse o link do vídeo ou clique no código para acessar.
Comunicação de dados – Capítulos 6 e 7
Este livro descreve os principais aspectos do nível físico da comunicação de dados, abordando a
s funcionalidades de comunicação da informação, a relação com os símbolos elétricos e a trans
missão desses símbolos. Os Capítulos 6 (Técnicas de modulação) e 7 (Codificação de canal) me
recem destaque. No Capítulo 6, são apresentadas diferentes variações das técnicas de modulaçã
o, como, por exemplo, considerando o PSK (Phase Shift Keying), são descritas as técnicas BPS
K (Binary Phase Shift Keying), QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) e DPSK (Differential P
hase Shift Keying). Já o Capítulo 7 aprofunda os conteúdos sobre as técnicas de correção de erro
s de codificação de canal e também apresenta os códigos LPCD (Low Density Parity Check).
Conteúdo interativo disponível na plataforma de ensino!