Modulação: Conceitos e Tipos

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MODULAÇÃO
Modulação é a alteração sistemática de alguma característica de um sinal, denominado portadora, em função de um outro sinal, que é denominado modulante ou mensagem.
O objetivo da modulação é produzir um sinal modulado que conduz a informação e cujas propriedades sejam as mais convenientes ao processo de comunicação considerado. Afinal, o sinal a ser transmitido precisa se adequar as condições do canal, como os tipos de antenas, receptores e emissores, meio do canal (fibras ópticas, cabos, ar, etc.).
Analogia: A modulação para um sinal em transporte está como a embalagem para uma comida em ‘delivery’. A modulação e a embalagem irão proteger e adequar o sinal e a comida para que estes possam utilizar o meio de transporte (canal/entrega). Da mesma forma que devemos desembalar uma entrega para utilizá-la, também devemos demodular um sinal para que seja recebido e para que haja a viabilidade de leitura da mensagem enviada. 
PWM (PULSE WIDTH MODULATION), que significa Modulação por Largura de Pulso é empregada em várias áreas da Engenharia Elétrica, ela pode controlar circuitos analógicos através da utilização das saídas digitais de um microprocessador, também pode ser empregado na comunicação e controles de potência e conversão.
A modulação por largura de pulso consiste em variar o valor médio de uma tensão através da variação do ciclo de trabalho de uma forma de onda quadrada. O Ciclo de trabalho é a relação entre o tempo em que a tensão pulsante possui um nível alto e o período da forma de onda.[1] A modulação do tipo PWM consiste na geração de um trem de pulsos de onda quadrada, porém com largura do pulso variada. Este tipo de modulação pode ser obtido através da comparação de um sinal senoidal e um sinal triangular.
Existe um segundo tipo de controle PWM denominado “Locked anti-phase PWM, que significa Modulação de anti-fase, pode ser incluído na modulação do sinal informações sobre a potência aplicada à carga e o sentido da corrente que deve circular por ela. Este tipo de controle, em especial, é interessante quando se trata de motores elétricos onde o sentido da corrente determina o sentido da rotação ou do torque.
O potenciômetro ajusta tanto a largura como os intervalos entre os pulsos de modo que a carga e descarga do capacitor sejam derivadas por diodos diferentes, agindo assim no ciclo ativo do sinal de saída.
Se, por exemplo, o ciclo ativo for de 50% conforme mostra na FIGURA 02, a tensão média na carga e a potência, serão zero. FIGURA 02: GRÁFICO DA TENSÃO MÉDIA ZERO[3] Se decidirmos, variar o ciclo ativo para mais e para menos de 50%, teremos uma predominância dos pulsos positivos ou negativos de modo que a corrente média tende a circular num sentido ou noutro, de acordo com a mesma figura.
AM
Modulação em amplitude, ou “Amplitude Modulation” (mais conhecida como AM) é uma forma de modulação em que a portadora, que é a amplitude de um sinal senoidal, vai variar em função do sinal de interesse, e este sinal de interesse é o modulador.
Matematicamente, é uma aplicação direta das propriedades de Fourier, mais focada nas propriedades de deslocamento e frequências, assim como as propriedades de convolução.
Em sistemas de comunicações o sinal a ser transmitido necessita se adequar as condições do canal de comunicação para isso utilizamos um processo denominado Modulação. Para Modular um sinal utilizamos uma onda senoidal de frequência predeterminada, conhecida como onda Portadora, que na prática é gerada por um oscilador.
Após o sinal ser transmitido pelo canal esse sinal precisa ser demodulado que nada mais é que o processo inverso da Modulação.
Os canais de comunicação podem ser analógicos ou digitais, podem ser físicos (como cabos coaxiais, pares trançados, fibras óticas, etc.) ou podem utilizar o ar como canal, normalmente chamado de Canal Rádio.
Por que Modular? 
A transmissão de rádio é feita através de ondas eletromagnéticas. No ar, estas ondas são melhor transmitidas em alta frequência, nisso, o tamanho da antena que deve receber e transmitir o sinal deve ser proporcional ao tamanho da onda transmitida. Por exemplo, se fossemos transmitir ondas com a mesma frequência que ondas de voz, seriam necessárias antenas com quilômetros de comprimento. Por isso, é necessário aumentar a frequência das ondas para tornar viáveis os meios de transporte da mesma.
Através da modulação pode-se compartilhar do mesmo meio de transmissão, sendo moduladas, através da mensagem, ondas de frequências diferentes e demodulada, ao chegar no receptor, apenas a frequência desejada (o que acontece quando selecionamos um canal de televisão).
Modulação AM DSB-FC:
Neste tipo de modulação, além da portadora são transmitidos dois outros conjuntos de frequências (espectros) chamadas de bandas laterais, nas quais está contida a mensagem a ser transmitida. Aqui se usa o princípio de uma onda portadora, cuja amplitude varia de acordo com o sinal modulador, que é um sinal de entrada.
Modulação AM DSB-SC:
A modulação AM DSB-SC, surgiu como uma tentativa de economizar a potência do sinal modulado. Como o próprio nome diz “Modulação em Amplitude com Banda Lateral Dupla e Portadora Suprimida”, essa economia de potência do sinal dar-se-á pela supressão da portadora, fazendo com que a potência do sinal modulado seja destinada às bandas laterais. 
Vale lembrar, que no método AM DSB-FC, cerca de 67% da potência é ‘usada’ na portadora.
Modulação AM SSB:
Na modulação DSB, onde contém duas bandas laterais, a informação é expressa da mesma forma nas duas bandas, porém defasada, deste modo, podemos suprimir uma destas. A transmissão Faixa Lateral Simples (SSB) é um esquema no qual apenas uma banda lateral é transmitida. A qual requer apenas metade da largura de faixa do sinal DSB. Portanto, transmitimos apenas as banda laterais superiores, ou apenas as bandas laterais inferiores.
Modulação AM VSB
É um derivado direto do AM-DSB; a princípio foi uma alternativa para diminuir a largura do espectro ocupado pelo DSB, mantendo a simplicidade da modulação. Finalmente, como um compromisso entre eficiência e complexidade, foi criada a modulação AM VSB (vestigial-sideband), onde uma banda é transmitida por inteiro e a outra é parcialmente suprimida (de aí o nome vestigial). 
FM
Modulação em frequência é um processo não linear de modulação. Consequentemente, ao contrário da modulação de amplitude, o espectro de uma onda FM não está relacionado de uma forma simples com o espectro da onda moduladora. O modo tradicional de estudar as propriedades espectrais das ondas FM começa pelo estudo da modulação de uma onda de tom único (uma frequência pura) e continuar a partir daí para o estudo da modulação de sinais com mais do que uma frequência.
A modulação FM foi desenvolvida com o objetivo de reduzir o efeito do ruído procurava-se reduzir a banda e consequentemente, o ruído, entretanto, FM possui uma banda maior ou igual a AM e mesmo assim, o seu desempenho é melhor.
Em FM, ao contrário da AM, a amplitude da portadora é mantida constante, mas sua frequência é alterada conforme variações no sinal enviado. Essa forma de modulação foi desenvolvida pelo engenheiro americano. Edwin H. Armstrong em um esforço para superar interferências que afetam a recepção de rádio AM.
Uma rádio em FM apresenta uma ótima qualidade sonora, mas com limitado alcance, chegando em média a 100 quilômetros de raio de alcance.
Propriedade: FM de banda estreita
Para valores de índice de modulação, b, pequenos comparados com um radiano, a onda FM assume uma forma de banda estreita consistindo essencialmente na portadora, numa componente na parte superior de frequência e noutra componente na parte inferior de frequência.
Propriedade: FM de banda larga
Para valores de índice de modulação, b, grandes comparados com um radiano, a onda FM (em teoria) contém a portadora e um número infinito de componentes de frequências laterais localizadas simetricamente em relação à frequência da portadora.
	Desmodulaçãode ondas FM
É o inverso do de modulação no sentido que permite que a onda modulante original seja recuperada a partir da onda modulada em frequência. Para se fazer a desmodulação em frequência é necessário um dispositivo de duas partes que produz um sinal à saída com amplitude diretamente proporcional à frequência instantânea da onda FM aplicada à entrada . A este dispositivo chama –se desmodulador em frequência.