N2 LEONARDO

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IMPLEMENTAÇÃO E ANÁLISE DA MODULAÇÃO POR DESLOCAMENTO DE FASE. 
 
 
 
 
 
 
 
 Leonardo Santos Ribeiro 
 Prof. Marcelo Silva Custódio 
 
 
 
 
 
Segunda avaliação para a composição da nota de Estudos 
integrados em sistemas elétricos e eletrônicos aplicados. 
Engenharia da Computação 
Universidade Salvador 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Salvador, Bahia 
2022 
 
 
 
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RESUMO: 
 
Este trabalho trata do estudo dos diferentes sinais e das diferentes transformações dos 
mesmos, por equações senoidais dotadas de amplitude, frequência e fase. As ondas 
senoidais podem ser processadas por sistemas computacionais em cenários simulados 
para estudar a forma como podem afetar um determinado sistema. O objetivo deste artigo 
é analisar diferentes tipos de modulação de sinal , com ênfase na modulação por 
deslocamento de fase (PSK). Para realizar esta análise, foi utilizado o software de 
modelagem computacional Matlab, utilizado para criar uma onda senoidal portadora com 
amplitude e frequência definidas antes de sua utilização, e comandos de plotagem para 
realizar a representação gráfica. Como resultado deste algoritmo, foi obtida uma imagem 
mostrando o sinal original, a sua versão digital, definida pelo número de bits dentro do 
comando de plotagem, e a modulação deste sinal para BPSK, após o comando de 
multiplicação entre a portadora original e o processamento do comando “square” de uma 
função que usa a frequência de modulação. 
 
 
INTRODUÇÃO: 
 
Uma das tarefas do processamento digital de sinais é a transformação da 
informação obtida por diferentes meios, como por observação e medição, das 
diferentes energias e formas da natureza, para diferentes formas com 
características do sinal ou equação inicial. A função da transformação de um dado 
ou medição tem diferentes vantagens a depender da necessidade, essa 
necessidade varia de acordo com a aplicação do dado em um ambiente diferente, 
por exemplo, ou pela necessidade de conseguir realizar a aplicação da equação 
ou dado removendo determinada característica, também havendo a possibilidade 
incluir a adição de novas. 
No ramo computacional, sinais elétricos são transformados de diferentes formas, 
concedendo novas possibilidades de transmissão da informação, e alterando 
graficamente a mensagem enviada na maioria dessas transformações.. 
Processamento de sinais trata-se do estudo dos diferentes sinais e das diferentes 
transformações dos mesmos, por equações senoidais dotadas de amplitude, 
frequência e fase, pois a transformação da energia assume e usa de 
características trigonométricas. Os diferentes sistemas elétricos são dotados de 
circuitos projetados e modelados para lidar com diferentes cargas presentes em 
sistemas únicos. Um sistema eficiente é capaz de lidar com as diferentes energias 
que oscilam internamente a depender da entrada externa é direcionada a ele. 
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Neste artigo, o principal objetivo é compreender as características dos diferentes 
tipos de modulação, com ênfase na modulação por deslocamento de fase PSK, 
através de simulações feitas no software matlab. O processo de modulação tem 
como um de seus objetivos realizar a alteração do sinal elétrico para possibilitar o 
seu uso com alterações de performance, por exemplo, como facilitar que uma 
determinada alteração seja revertida com maior facilidade, reduzir a distorção ou 
os ruídos que podem estar presentes no sinal, aumentar a forma como este sinal é 
transmitido para obter uma maior vantagem de aproveitamento pela via de sistema 
de comunicação, como as rádios. Através da modelagem computacional no matlab, 
pode-se responder questões como quais são as características da modulação por 
deslocamento de fase e quais são as suas vantagens. 
 
 
MATERIAIS E MÉTODOS: 
 
Neste artigo a principal ferramenta utilizada foi um maiores softwares de 
modelagem computacional e programação numérica, o Matlab, capaz de 
demonstrar o procedimento de modulação e está presente nos computadores dos 
laboratórios de informática e controle automação da Universidade Salvador . Este é 
um programa de longa data para Engenheiros de diversas áreas realizarem 
diversos estudos, como a modelagem de sinais. O uso de imagens a serem 
apresentadas adiante demonstram como criar e manipular ondas senoidais, ou 
cossenoidais, dentro de um conjunto de passos. 
 
 
DESENVOLVIMENTO: 
 
Entre as vantagens da modulação estão a transmissão de mensagens por longas 
distâncias, ou de forma mais eficiente, por antenas menores, a transmissão de um 
volume maior de dados pela mesma via aumentando a velocidade de troca, reduzir 
os diferentes ruídos que podem ser provocados de diferentes formas e aumentar a 
fidelidade de um sistema, gerenciar com maior facilidade os diferentes erros de 
transmissão. Entre alguns exemplos de modulação estão: Modulação em 
Amplitude (AM), Modulação por Frequência (FM), Modulação por Deslocamento de 
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Fase (PSK), e entre os modelos de apresentação de informação existem dois tipos: 
Modulação Analógica e Modulação Digital. Cada um dos tipos de modulação foi 
criado separadamente, com a função de conseguir transmitir de forma mais 
eficiente as informações pelas diferentes vias de comunicação. 
Entre os tipos de modulação apresentados, a modulação por fase (PSK) é uma das 
mais utilizadas de forma ampla dentro dos diferentes meios de comunicação, e é 
compatível com a maioria dos meios de comunicação de dados. Ela age variando 
os valores do seno e do cosseno para uma entrada em determinado período, a 
modulação PSK permite que a informação seja distribuída de forma mais eficiente 
pois aumenta a quantidade de bits contidos dentro de um sinal portador. Na 
próxima imagem é possível ver alguns dos tipos de modulação: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Dentre os sistemas que utilizam a modulação PSK, temos os dispositivos Wireless, 
Biométricos, Bluetooth, e entre os tipos de modulação PSK existentes, temos: 
BPSK (Modulação Bifase ou Modulação Reversa de Fase), QPSK (Modulação de 
Quadratura na Fase), 8PSK (Modulação de Fase de 8 Pontos), 16PSK (Modulação 
de Fase de 16 Pontos). Cada tipo de modulação diferente possui vantagens e 
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desvantagens a depender da intenção, como a velocidade em comparação a 
outras modulações, e a sensibilidade em relação a alteração de fase sendo 
aplicada sobre o sinal. 
A modulação BPSK é utilizada para enviar mensagens em grandes distâncias em 
redes de diferentes tecnologias, como a Wireless, é um tipo de modulação 
considerada eficiente em relação ao gerenciamento de energia, mas não eficiente 
em relação ao gerenciamento da largura de banda. Torres de celular usam a 
modulação BPSK para enviar informação a longas distâncias, devido a sua 
característica de separação em relação a forma binaria entre os Bits 0 a 1 ser de 
180°, que torna o sinal mais robusto. O processo de demodulação da onda, que é a 
recuperação da informação original antes de ser modulada, no caso da 
demodulação BPSK, existe uma certa vantagem em relação, pois somente são 
necessários dois passos para recuperação. 
Para realizar a modulação BPSK no Matlab, é necessário realizar a criação de uma 
onda portadora, sendo neste caso uma onda de seno, essa onda deve ter as suas 
características de amplitude e frequência definidas anterior a sua utilização, e para 
conseguir realizar a representação gráfica são utilizados comandos de plotagem. 
No caso a ser representado, temos uma amplitude igual a 2, uma frequência de 
100 unidades, e a seleção dos Bits analógicos deste sinal que devem ser plotados 
na representação. O código possível, não único em relação a forma de construção,será apresentado na página seguinte: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
: 
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Como resultado deste algoritmo, a ser processado e mostrar a sua saída, temos as 
seguintes imagens como resultado, mostrando o sinal original, a sua versão digital, 
definida pelo número de Bits dentro do comando de Plotagem, e a modulação 
deste para BPSK, após o comando de multiplicação entre a portadora original e o 
processamento do comando square (ao quadrado) de uma função relacionada com 
a frequência de modulação : 
 
 
A portadora em si, alterou de forma característica a imagem mais 
conhecida da modulação BPSK, que pode ser vista na seguinte imagem : 
 
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A modulação BPSK, além de possuir a característica angular que favorece um 
formato concreto do sinal transformado e processado, age multiplicando o mesmo 
e aumentando o seu potencial de transmissão. Cada tipo de modulação age dando 
uma vantagem ao sistema de comunicação entre as duas partes de um sistema, 
podendo haver uma seleção diferente a depender do dado que é transmitido e sua 
característica dentro do sistema matemático, para gestão efetiva dos mesmos. 
 
Além da modulação BPSK, foram realizadas outras, como a QPSK, que será 
demonstrada adiante. A modulação QPSK, como a BPSK, é utilizada em diversos 
padrões Wireless como 802.11 WLAN, 802.16, GSM, LTE, como também em 
aplicações via satélite e em tecnologias relacionadas a TV a Cabo. Uma das 
diferenças entre a tecnologia BPSK e a QPSK é que a diferença entre as fases é 
realizada em ±90°, possibilitando que os bits enviados tenham dois estados por vez 
[00, 01, 10, 11], a separação pode ocorrer em até quatro opções de fase, sendo 
elas separadas por um conjunto determinado de ângulos, sendo esses os de 45°, 
135°, 225°, 315°. A depender da complexidade máxima proposta pelo circuito que 
se deseja construir, outro método de modulação como o QPSK pode ser utilizado. 
 
Por ser um método que trabalha com um maior número de Bits por vez, a 
modulação QPSK necessita de um arranjo de circuitos mais complexo para a sua 
utilização, sendo a sua demodulação feita por dois filtros, em media. A largura de 
Banda é reduzida pela metade, pois trabalha com o dobro de informação a ser 
enviada, porém a transmissão tem o dobro do valor, isso facilita em atividades 
provendo uma menor taxa de erros de transmissão, e reduzindo a quantidade de 
ruido. Nem sempre a um sistema mais capaz como o QPSK é necessário, pois o 
aumento da complexidade do circuito pode não ter grandes ganhos em 
comparação a outros tipos de modulação. 
 
A portadora, ou informação, a ser passada para o processo de modelação QPSK, e 
dado em Bits, sem o formato característico da Onda de Seno ao início. Existem 
quatro tipos de equações de cosseno a serem processadas dentro da informação a 
depender do momento em que se encontra, uma para cada estado, cada 
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uma dessas equações trabalha como um quadrante do plano cartesiano. E 
possível notar em grande parte das ocasiões o tipo de modulação a ser realizada 
pelo formato caracterísco . 
Para a realização da modulação no software Matlab, e realizado um algoritmo 
semelhante ao anterior, com as diferenças sendo: Dentro do modelo da portadora, 
que passa a ser um comando binário digital, a utilização de vetores para auxiliar no 
processamento dos dados, e o uso de um laco for com a relação de senos 
responsáveis por gerar a imagem característica da modulação. A fase de plotagem 
e realizada posteriormente ao código, quando todo o calculo necessário para 
formação das representações foi efetuado. O código realizado foi o seguinte: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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A 
portadora,a
ntes da 
transmissã
está neste 
gráfico 
seguinte : 
 
 
 
 
 
 
O resultado do processo de modulação, foi o seguinte : 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CONCLUSÃO: 
O processo de modulação e utilizado em diversas tecnologias, sendo um dos 
componentes cruciais para tornar diversos tipos de comunicação possíveis e 
optimizar as diferentes atividades que existem entre os diferentes componentes 
eletrônicos. O processo de transmissor de mensagens e um assunto de longa data 
para a humanidade, evoluindo progressivamente a partir de 1900, com a criação 
da modulação AM (modulação da amplitude). A evolução dos componentes 
eletrônicos, e seu potencial de operação, tem grande correlação com os diferentes 
processos de modulação criados ao longo das décadas. 
Cada tipo de modulação explora a capacidade de um componente matemático 
diferente para alterar ou remover diferentes características pertencentes as 
 
 
portadoras que são utilizadas nos mais diversos sistemas eletrônicos. Os tipos de 
modulação e suas capacidades estão quase sempre associados com a forma 
como as equações trabalham para dividir as informações inseridas entre os 
quadrantes do círculo trigonométrico. As aplicações computacionais simplificam os 
diferentes processos equacionais para realizar o processo de modulação, sem a 
aplicação de diferentes processos de integração e derivação, por exemplo, que 
podem ser um pouco extensos. 
 
 
REFERÊNCIAS: 
 
“An automatic digital modula tion classifier for measurement on 
telecommunication networks,” IEEE Trans. Instrum. Meas., vol. 56, no. 5, pp. 
1711–1720, 2007. 
. V. Subbarao, N. S. Khasim, T. Jagadeesh, and M. H. H. Sastry, “A novel 
technique for automatic modulation classification and time frequency 
analysis of digit 
A. K. Nandi and E. E. Azzouz, “Algorithms for automatic modulation 
recognition of communication signals,” IEEE Trans. Commun, vol. 46, no. 4, 
pp. 431–436, 1998 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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