Apostila de modulações

Prévia do material em texto

Manual de FTL
Modulações Analógicas e Digitais
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 1
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
NOTA DO AUTOR
Este manual destina-se a ser utilizado como documento de apoio a
Fundamentos de Telecomunicações.
Alguns dos conceitos e circuitos aqui apresentados obrigam a
conhecimentos básicos nas áreas de matemática, electricidade e
electrónica, mas não é necessária formação avançada nessas áreas.
Não se desenvolvem os temas exaustivamente, antes se faz uma súmula
tão clara e concisa quanto possível, que permita ao formando ter uma
ideia genérica de como funciona um sistema de telecomunicações na parte
em que os sinais são transportados entre emissor e receptor.
A parte de interpretação de circuitos é sobretudo baseada em diagramas
de blocos por ser menos complexa e mais didáctica.
Alguma da terminologia técnica utilizada encontra-se em inglês, não se
tendo considerado nem lógico, nem adequado, fazer a sua tradução para
português quer por os termos ainda não se encontrarem generalizados
entre nós, quer sobretudo pelo facto de que a maioria dos manuais e
páginas Web, independentemente do seu idioma, também usarem os
termos ingleses como referenciais.
Dado que o grafismo deste manual faz uso intensivo da cor, aconselha-se
a que sejam feitas cópias em cor, ou que na sua impossibilidade, sejam
distribuídas cópias em CD. O tamanho da letra utilizado, permite a
impressão de duas páginas por folha.
Paulo Azevedo
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 2
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
ÍNDICE
Capítulo 1 - Introdução 6
1.1. Conceito de telecomunicações 6
1.2. Informação Analógica e Digital 7
1.2.1. Informação Analógica 7
1.2.2. Informação Digital 8
1.2.3. Analógico ou Digital? 8
1.3. Banda Base 9
1.4. O que é a modulação? 9
1.5. Tipos de Modulação 11
1.6. Organismos reguladores das telecomunicações 12
1.6.1. ITU (International Telecomunications Union) 12
1.6.2. ANACOM 13
1.7. História das telecomunicações 14
Capítulo 2 - Definições 16
2.1. Sinais sinusoidais 16
2.2. Frequência e comprimento de onda 17
2.3. Tamanho de antenas 19
2.4. Largura de banda 20
2.4.1. Ruído 22
2.5. Características da Transmissão 23
2.5.1. Unidades logarítmicas 23
2.5.2. Máxima Capacidade de tráfego de um canal 24
2.5.2.1. Teorema de Nyquist 24
2.5.2.2. Teorema de Shannon 25
2.5.3. Direcção da comunicação 26
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 3
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
2.5.3.1. Simplex 26
2.5.3.2. Half-duplex 27
2.5.3.3. Full-duplex 28
2.6. Tipos de modulação 29
2.7. Questionário de revisão - Definições 31
Capítulo 3 - Modulações de Portadora analógica 32
3.1. Transmissão de sinais 32
3.2. Portadora analógica / informação analógica 33
3.2.1. Modulação de Amplitude (AM) 34
3.2.1.1. Índice de modulação 35
3.2.1.2. Espectro do sinal AM 36
3.2.1.3. AM de banda lateral única (SSB) 38
3.2.1.4. O Modulador Síncrono AM - DSB 39
3.2.1.5. Emissão AM 40
3.2.1.6. O Detector de Envolvente (desmodulação AM) 41
3.2.1.7. Receptor superheterodino 43
3.2.2. Modulação de Frequência 45
3.2.2.1. Profundidade ou percentagem de modulação em FM 46
3.2.2.2. Índice de modulação 47
3.2.2.3. Largura de banda em FM 47
3.2.2.4. Detecção de FM 49
3.2.2.5. FM estéreo 50
3.2.3. Modulação de Fase 52
3.3. Portadora analógica / informação digital 52
3.3.1. Modulação ASK (Amplitude Shift Keying) 54
3.3.2. Modulação por comutação de frequência (FSK) 56
3.3.3. Modulação por comutação de fase (PSK) 57
3.3.4. Modulação (DPSK) 58
3.3.5. Modulação M-PSK 58
3.3.6. Modulação por amplitude em quadratura (QAM) 60
3.4. Questionário de revisão 63
Capítulo 4 - Modulações de Portadora Digital 66
4.1. Introdução 66
4.2. Portadora digital / Informação analógica 67
4.2.1. PAM 69
4.2.2. PWM (ou PDM) 69
4.2.3. PPM 70
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 4
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
4.3. Portadora digital / Informação digital 72
4.3.1. PCM (Pulse Coded Modulation) 72
4.3.1.1. AMOSTRAGEM 73
4.3.1.2. QUANTIFICAÇÃO 76
4.3.1.3. CODIFICAÇÃO 79
4.3.1.4. Erro de quantização 81
4.3.2. DPCM (Diferencial Pulse Coded Modulation) 81
4.3.3. DM (Delta Modulation) 82
4.4. Questionário de revisão - 83
Capítulo 5 - Multiplexagem (Acesso Múltiplo) 85
5.1. Introdução 85
5.1.1. TDM (TDMA) 85
5.1.2. FDM (FDMA) 86
5.1.3. CDMA 88
Capítulo 6 - Circuitos Práticos 89
6.1. AM 89
6.1.1. Emissor AM 89
6.1.2. Receptor AM 90
6.2. FM 92
6.2.1. Emissor FM 92
Capítulo 7 - Glossário, Links, e Bibliografia 94
7.1. GLOSSÁRIO 94
7.2. LINKS Internet 100
7.2.1. Standardização e Regulamentação 100
7.2.2. Tutoriais 100
7.2.3. Modulações 100
7.2.4. Diversos 101
7.3. BIBLIOGRAFIA 101
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 5
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 6
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
Capítulo 1 - Introdução
Hoje em dia já nem nos apercebemos de como estamos
dependentes dos sistemas de telecomunicações. Rádio, televisão,
telefone, telemóvel, quem conseguiria viver sem eles? Este
capítulo introduz os conceitos elementares associados ás
telecomunicações e explica o porquê da necessidade de haver
modulação de sinais.
1.1. Conceito de telecomunicações
Telecomunicação é comunicar à distância, entre uma origem e um destino,
obedecendo ao esquema genérico da Fig. 1-1.
Podemos considerar que sinais de fumo ou ruídos de tambores são telecomunicação,
mas num contexto mais moderno, telecomunicação é a emissão e subsequente recepção, de
sinais eléctricos através de um meio de transmissão natural (atmosfera, água, terra) ou
artificial (fio, cabo coaxial, guia de ondas, fibra óptica, etc.).
O objectivo é transmitir de forma fiável e eficiente, as mensagens de informação entre
Capítulo
Fig. 1-1 – Sistema de telecomunicação
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 7
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
utilizadores. Contudo, durante o percurso, os sinais são sempre afectados por duas
condicionantes que impõem sempre alguns limites à comunicação:
 Largura do canal: a quantidade de informação a transmitir tem sempre
um limite finito muito dependente do meio.
 Ruído: perturbações que alteram o sinal original introduzindo-lhe
alterações indesejadas.
Na nossa vida quotidiana pretendemos sobretudo “tele-comunicar” imagens, sons e
dados. Estes sinais antes de serem transmitidos são transformados em sinais eléctricos e
passam a designar-se por vídeo, áudio e data.
1.2. Informação Analógica e Digital
1.2.1. Informação Analógica
Dizemos que uma informação é Analógica (Fig. 1-2) quando há uma variação contínua
das suas grandezas (brilho, som, cor, luminosidade, etc.).
Tudo o que vemos, tudo o que ouvimos, tudo o que sentimos são grandezas
analógicas.
Um relógio em que o ponteiro dos segundos roda continuamente, podendo tomar
qualquer posição dá uma informação analógica. Da mesma forma, a fotografia, onde as
cores e a luminosidade podem tomar qualquer valor é também uma informação analógica.
Na transmissão analógica, os sinais eléctricos variam continuamente entre todos os
valores possíveis, permitidos pelo meio físico de transmissão.
Fig. 1-2 – Sinal Analógico
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 8
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
1.2.2. Informação Digital
Um relógio em que o ponteiro dos segundos salta de segundo em segundo, em vez de
rodar continuamente, é um relógio digital porque,ao contrário da informação analógica, a
Informação Digital, varia por níveis bem distintos.
A lista de “zeros” e “uns” que se indica na Fig. 1-3, é uma Informação Digital em
Código Binário. Nos circuitos electrónicos, estes “zeros e “uns” são representados por níveis
de tensão diferentes e bem definidos.
A informação digital corresponde sempre a um código que é necessário conhecer para
a decifrar. Um bom exemplo disso é o código Morse (Fig. 1-4). Não deixa de ser curioso
observar que o primeiro sistema de telecomunicações era digital!
1.2.3. Analógico ou Digital?
A pergunta é inevitável, então... porquê digital se tudo ao nosso redor é analógico?
Existem várias e poderosas razões:
 PREÇO: com a tecnologia actual, os sistemas digitais, são regra geral,
muito mais baratos que os seus antepassados analógicos. Por exemplo,
no mesmo emissor onde antes se emitia um só programa de TV
analógico, podem agora transmitir-se até 10 programas de TV digital, ou
seja, os custos de emissão por programa foram reduzidos em 1/10).
0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0
“0”
“1”
tempo
Código
Tensões
Fig. 1-3 – Sinal Digital
Fig. 1-4 – Código Morse
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 9
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
 QUALIDADE: o sinal digital é extremamente fiável porque mesmo que
se degrade no percurso da transmissão, é possível incluir códigos de
erros e utilizar técnicas que permitem reconstituir o sinal original. Em
termos de gravação, o sinal digital não se degrada por cópias sucessivas
ao contrário do que ocorre com as gravações analógicas.
 FUNCIONALIDADE: os sinais digitais permitem a inclusão de uma
variada gama de serviços ou de opções adicionais que seriam difíceis ou
mesmo impossíveis de obter com sinais analógicos (encriptação,
multiplexagem, interactividade, pay-per-view, etc.)
 MODULARIDADE: possibilidade de construção de grandes sistemas por
meio de módulos independentes, com fácil comunicação entre eles, e
com possibilidade de serem controlados e configurados à distância.
É claro que também há desvantagens … mas a tecnologia tem descoberto novos
caminhos para as minorar e disso falaremos mais adiante neste manual.
1.3. Banda Base
Em telecomunicações, designamos por banda base (Baseband) o sinal original que
pretendemos transmitir. A voz ao telefone (áudio) é um sinal de banda base. O vídeo filmado
por uma camera, é também um sinal de banda base.
Infelizmente, é tecnicamente difícil transmitir os sinais de banda base à distância, pelo
que na grande maioria das aplicações de telecomunicações, os sinais BB necessitam de ser
previamente modulados. Mas o que é a modulação?
1.4. O que é a modulação?
Em telecomunicações, o sinal a transmitir (banda base) só raramente tem as
características adequadas para o meio onde vai ser transmitido. Por exemplo, transmitir a
nossa voz a 10Km de distância, pelo meio de comunicação ar, seria impossível.
Assim, o sinal de voz (depois de convertido em sinal eléctrico no microfone) é
transportado por um outro sinal (a que chamaremos transportadora ou apenas portadora)
e esse sim tem as características necessárias ao meio.
Este exemplo é em tudo semelhante ao de que, para irmos de Lisboa ao Porto, não
vamos certamente a pé, mas sim de carro ou comboio que são portanto “transportadoras”,
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 10
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
muito mais adequadas para percorrer o meio entre as duas cidades.
Ao processo pelo qual colocamos um sinal “em cima” de uma portadora, chamamos
modulação e praticamente todos os sinais que hoje utilizamos na transmissão à distância,
são modulados. Todas as técnicas de modulação resultam no deslocamento de um sinal, da
sua gama de frequências original para uma outra gama de frequências.
Na recepção, o sinal original é recuperado através do processo inverso, ou seja é
realizada a desmodulação o que elimina a portadora e recupera o sinal original.
A Fig. 1-5 mostra o processo completo de modulação e desmodulação.
Recapitulando: a transmissão de sinais (áudio, vídeo, data) pode ser feita em banda
base (sem portadora) ou utilizando técnicas de modulação (com portadora).
Um dos exemplos de transmissão em banda base (sem portadora), é o antigo telefone. O
Fig. 1-5 – Sinal Digital
Fig. 1-6 – Transmissão sem portadora
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 11
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
sinal de áudio era transmitido directamente pela linha, sem modulação (Fig. 1-6).
Outro exemplo de sinal em banda base (sem portadora) era o telégrafo (Fig. 1-7).
1.5. Tipos de Modulação
Consoante a portadora e o sinal são analógicos ou digitais, assim se definem os
diferentes tipos de modulação que serão abordados neste manual (Fig. 1-8).
Repare que as portadoras podem ser analógicas ou digitais e que a informação a
transmitir também pode ser analógica ou digital.
Nomes bem conhecidos como AM e FM são modulações de portadora analógica com
sinais analógicos e serão abordadas no capítulo 3.
Fig. 1-7 – Transmissão sem portadora (telégrafo e código Morse)
Fig. 1-8 – Tipos de modulação
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 12
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
A informação que se pretende transmitir tem o nome de moduladora, ou sinal
modulador). A portadora vai portanto ser alterada (modulada) por uma moduladora.
1.6. Organismos reguladores das telecomunicações
Tal como em muitas das áreas da nossa vida, também desde o advento das
telecomunicações, se sentiu a necessidade de uma regulamentação nacional e internacional.
Os sinais de rádio ultrapassam fronteiras e mesmo dentro do próprio país facilmente
interferem entre si.
O ITU (international Telecomunications Union) é o organismo regulador internacional.
É uma agência das Nações Unidas e actua no sector das telecomunicações em 3 áreas
distintas: fiscalização, estandardização e desenvolvimento.
A Anacom é o organismo regulador em Portugal e faz cumprir as normas definidas
pelo ITU, regulamentando as especificidades nacionais.
1.6.1. ITU (International Telecomunications Union)
O primeiro órgão regulador das telecomunicações internacionais data da época do
telégrafo. Foi criado em 1865 e designava-se também por ITU (International Telegraph
union).
Com o advento do telefone e da telegrafia, foram criados em 1925 dois comités
consultivos internacionais (CCI), um para serviços de telefone (CCIF) e outro para a
telegrafia (CCIT).
Dois anos mais tarde (1927) criou-se o comité consultivo internacional para a rádio
(CCIR).
Em 1934 a ITU manteve a sigla mas passou a ser a International Telecomunications
Union e em 1947 tornou-se numa agência das Nações Unidas.
Em 1956 e com o declinar do telégrafo, os comités CCIF e CCIT fundiram-se num só, o
CCITT.
Em 1992 na grande reforma da ITU o CCITT mudou o nome para ITU-T e passou a ser
o responsável pela estandardização das telecomunicações. O CCIR originou o ITU-R e
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 13
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
passou a ser o responsável pela regulamentação e fiscalização. Simultaneamente criou-se o
ITU-D com funções de incentivar e tutelar o desenvolvimento das comunicações mundiais.
 ITU-R – ITU Radiocomunications sector
 ITU-T – ITU Telecomunications Standards
 ITU-D – ITU Telecomunications Development
O ITU divide o mundo em três regiões para coordenação de suas actividades:
 Região 1: Europa, Antiga URSS, Ásia Menor e África
 Região 2: Américas e Hawai
 Região 3: Oceânia e o restante da Ásia
1.6.2. ANACOM
O ICP – ANACOM (Autoridade Nacional de Comunicações)é a autoridade reguladora
do sector das comunicações - telecomunicações e correios - em Portugal.
Inicialmente designada por ICP (Instituto das Comunicações de Portugal), tem a nova
designação e estatutos desde 6 de Janeiro de 2002 após a publicação a 7 de Dezembro
do Decreto-Lei n.º 309/2001.
A ANACOM tem por objecto a regulação, supervisão e representação do sector das
comunicações. A ANACOM é, pois, a autoridade reguladora das comunicações postais e das
comunicações electrónicas, conforme resulta da própria lei de bases dos serviços postais
(artigo 18º da Lei n.º 102/99, de 26 de Julho) e da lei das comunicações electrónicas
(artigos 4º e 5º da Lei n.º 5/2004, de 10 de Fevereiro).
Para o efeito, são atribuições da ANACOM:
 Regulação de mercado
 Supervisão de mercado
 Representação do sector das telecomunicações
Mais detalhes sobre as atribuições da ANACOM e para consulta de algumas estatísticas
extremamente interessantes das telecomunicações em Portugal, visite o sítio
www.anacom.pt
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 14
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
1.7. História das telecomunicações
Na cronologia das telecomunicações, e a título de curiosidade, salientamos a seguir
algumas datas e eventos que tiveram relevância nas telecomunicações mundiais e em
Portugal:
1830 - Henry transmitiu o primeiro sinal eléctrico prático.
1837 - Morse desenvolveu um telégrafo completamente funcional.
1854 – Bourseul, publica os fundamentos do telefone mas foi ignorado pelos chefes.
Mais tarde reconhecido em França como o inventor do telefone.
1857 - Meucci apresenta o “telégrafo de som”, um dispositivo muito rudimentar que
supostamente permite transformar electricidade em som. Regista a patente em 1871
mas não a renova por falta de fundos. Em 2002 o congresso americano reconheceu que
foi ele o verdadeiro inventor do telefone e não Bell (que registou a patente em 1876).
1861 - Phillip Reis demonstra o seu “ouvido eléctrico” perante a Sociedade de Física de
Frankfurt, Alemanha. Transmite música mas não consegue transmitir voz. Nessa
demonstração cria a palavra “telefonia”.
1873 - Maxwell mostra matematicamente que as ondas eléctricas podem ser enviadas á
distância.
1876 - Bell fez a primeira experiência bem sucedida com telefones e regista a patente
1886 - Hertz calculou que as ondas electromagnéticas podem ser transmitidas usando
uma antena
1888- Hertz prova as teorias de Maxwell's e demonstrou que as ondas electromagnéticas
viajavam à velocidade da luz e podiam ser reflectidas, refractadas e polarizadas como a
luz.
1892 - Tesla enuncia a teoria básica para a comunicação rádio.
1895 - Popov inventou um receptor de ondas de rádio e fez a primeira transmissão sem
fios, mas nunca efectuou patente do invento.
1896 - Marconi fez a primeira demonstração pública do telégrafo sem fios.
1900 - Fessenden fez a primeira transmissão de voz por rádio.
1901 - Marconi fez a primeira comunicação sem fios através do Atlântico a uma distância
de 3.500 quilómetros, entre a Europa e a América
1904 - John Fleming inventou a válvula termiónica de dois eléctrodos (diodo), usada
para transmissão de áudio.
1906- Lee Forest adiciona o terceiro eléctrodo ao díodo (tríodo), produzindo um receptor
e amplificador de alta sensibilidade.
1914 - Marconi usou uma válvula termiónica como um gerador de rádio, que produzia
uma portadora capaz de ser modulada pela fala e ser transmitida através de 80 km.
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 15
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
1917 . Armstrong descobre o princípio do receptor superheterodino
1920 - Implantados os primeiros rádios de carro e walkie-talkies, usados pela policia de
Nova Iorque e as primeiras estações de rádio comerciais na América
1924 – Provável primeira emissão de rádio em Portugal
1933 . Armstrong faz a primeira utilização do FM
1936 – Início das transmissões de TV na Inglaterra
1947 – Primeiras transmissões em FM
1948 - Claude Shannon publicou a equação de Shannon-Hartley, que muito antes dos
sistemas digitais actuais já afirmava que a capacidade de comunicação sem erros é
limitada e proporcional à largura de banda do sinal e à relação entre a potência do sinal e
potência do ruído de recepção. Capacidade = Largura de Banda x Log2 {1 + SNR}
1954 – Início da TV a cores nos EUA.
1956 – Primeiras transmissões FM em Portugal
1957 - Início da Tv a PB em Portugal
1962 – Lançamento do primeiro satélite orbital de comunicações, Telstar I.
1978 – Primeira transmissão TV satélite
1979 - A primeira rede comercial de telefones móveis entrou em funcionamento em
Tóquio
1980 – Início da transmissão de TV a cores em Portugal
1982 - Inicio do desenvolvimento do GSM pelo "Groupe Spécial Mobile" constituído pela
CEPT (Confederação Europeia das Administrações Postal e de Telecomunicações).
1988 - Constituído o ETSI, organização europeia responsável pelas normas em
telecomunicações.
1989 – Lançamento do sistema de telemóvel analógico em Portugal.
1992 – Rede GSM em Portugal com Telecel e TMN
1994 – início da TV por cabo em Portugal (Bragatel)
2000 - Primeira chamada mundial 3G/UMTS
2004 – Início do UMTS em Portugal
2005 – Primeiras transmissões de TV pela linha telefónica (IPTV)
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 16
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
Capítulo 2 - Definições
Este Capítulo tem por objectivo apresentar as definições
básicas que serão aplicadas ao longo do manual para que seja
mais fácil compreender a terminologia associada às modulações.
2.1. Sinais sinusoidais
Por incrível que pareça, todas as ondas de telecomunicações têm o formato sinusoidal
indicado na Fig. 2-3. O que distingue estas sinusóides umas das outras, é a sua frequência
(número de vezes que a sinusóide se repete por segundo) e a sua amplitude.(valor máximo
que atinge). A unidade de frequência é o Hertz (Hz) e a amplitude mede-se em Volt (V)
Se o eixo dos tempos tiver 1 segundo, então a onda A tem 1Hz e a onda B tem 2Hz
mas apenas metade da amplitude. A onda C tem 3Hz e amplitude igual à onda A.
Capítulo
Fig. 2-1 – Sinais sinusoidais
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 17
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
Um matemático de nome Fourier, demonstrou que qualquer que seja o sinal que
analisemos, ele pode ser sempre decomposto numa soma de sinusóides. A Fig. 2-2 ilustra
este conceito ao mostrar que a soma das sinusóides A, B e C produz um sinal bastante mais
complexo (A+B+C) e que em nada se assemelha a uma sinusóide.
Sinais como o som ou a luz não são mais do que somas de infinitas sinusóides que se
diferenciam apenas pelas suas frequências e amplitudes.
2.2. Frequência e comprimento de onda
Para definir bem um sinal em termos de telecomunicações, além da frequência é
necessário introduzir o conceito de comprimento de onda.
O comprimento de onda é a distância percorrida pelo sinal durante um ciclo. Como os
sinais de rádio se propagam à velocidade da luz (c=300.000Km/s), então a distância
Fig. 2-2 – Soma de sinusóides
Fig. 2-3 – Frequência e comprimento de onda
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 18
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
percorrida durante um ciclo é dada por =c/f. Pode dizer-se que o comprimento de onda é
o equivalente ao “passo” do sinal. Para viajar no canal de transmissão ele dá “passos” que
têm o tamanho de . No geral quanto maior o passo, mais facilmente o sinal viaja.
A Fig. 2-4 mostra a relação que existe entre a frequência e o comprimento de onda
para todos os sinais que utilizamos.
Fig. 2-4 – Espectro de frequências e sua relação com o comprimento de onda
Manualde Modulações Analógicas e Digitais Pág. 19
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
Repare que as ondas sonoras têm frequências muito baixas (da ordem dos 20Hz aos
20KHz) e comprimentos de onda enormes.
Os sinais de rádio estão organizados em bandas (LF, MF, HF, VHF, UHF, EHF e SHF) e
vão de frequências de cerca de 100KHz até aos 300GHz. Cada uma destas bandas tem
particularidades que a seu tempo serão detalhadas.
Os sinais de luz, os infravermelhos e os ultravioletas, também são sinais de
telecomunicações pois a única diferença em relação aos sinais convencionais de rádio, é
terem frequências muito mais altas e comprimentos de onda extremamente pequenos.
2.3. Tamanho de antenas
O comprimento de onda é uma característica muito interessante do sinal. Além de nos
indicar qual o passo que o sinal tem, isto é, qual a distância que percorre em cada ciclo, é
também um indicativo de qual o tamanho da antena que será necessária para o transmitir.
O tamanho (L) que uma antena deve ter para poder transmitir uma dada frequência é
¼ do comprimento de onda ou seja:
)(
)(
75
4 MHz
m f
L  
Por exemplo, para transmitir a frequência de 1KHz (voz) a antena deveria ter 75.000m
ou seja 75Km!!!
Começa agora a perceber-se porque razão quando estamos a captar uma estação de
rádio de FM, sintonizamos uma frequência de cerca de 100MHz e não a frequência da voz do
locutor ou da música. O comprimento de onda para 100 MHz é de:
mm 3100
300
)( 
E o tamanho da antena será ¼ deste valor ou seja apenas 75cm.
Uma das razões para haver modulação é que os sinais podem ser emitidos ou
recebidos em antenas de pequenas dimensões.
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 20
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
2.4. Largura de banda
Os sinais de voz, originados pela vibração das nossas cordas vocais contêm
frequências que vão dos cerca de 100Hz até cerca dos 12KHz. No entanto, nas
comunicações telefónicas apenas vão passar frequências dos 400Hz aos 4KHz e isso
mantém-se inalterado há mais de 100 anos, apesar de toda a evolução tecnológica. Porquê
só deixar passar algumas das frequências da voz e não todas?
A Fig. 2-5 explica o porquê:
O sinal de voz ocupa cerca de 12KHz (Fig. 2-5A) mas a maior parte da potência sonora
está em torno do 1KHz. Utilizando um filtro (Fig. 2-5B), podemos deixar passar só até à
frequência de 4KHz (Fig. 2-5C) sem que isso afecte muito a qualidade de percepção da voz.
Usando técnicas de modulação (Fig. 2-5C) poderemos enviar 3 canais telefónicos onde
antes só enviaríamos um, sem que o utilizador se aperceba que o som foi limitado no
espectro.
Define-se largura de banda de um canal como sendo a diferença entre a maior e a
menor frequência que se utiliza nesse canal.
Este exemplo da largura de banda do canal telefónico, representa grande benefício de
custos pois a companhia telefónica, na mesma largura de banda em que transmitiria apenas
uma chamada telefónica pode agora transmitir três chamadas simultâneas e sem perder
muita qualidade.
Fig. 2-5 – Largura de banda
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 21
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
A título de curiosidade e para comparação, o sinal de vídeo tal como estamos
habituados a ver em Televisão (Fig. 2-6) ocupa uma largura
de banda de 5 MHz. Repare que é cerca de 1000x superior
à largura de banda do sinal de áudio telefónico! Nas
transmissões de sinais de vídeo, o áudio que vai junto, é
desprezível em termos de largura de banda.
A largura de banda limita a capacidade de transmissão
e essa limitação pode ser física (devido ao tipo de meio
físico utilizado) ou imposta (como no canal telefónico da
Fig. 2-5 onde se limita o sinal de voz a uma largura de banda de 4 KHz).
Por outro lado a largura de banda também depende do formato do sinal. Um sinal
digital ocupa muito mais largura de banda que um sinal analógico (Fig. 2-7).
Fourier, matemático francês do sec XVII, demonstrou que qualquer sinal, desde que
periódico, é composto por uma soma de sinusóides. Assim, demonstra-se matematicamente
Fig. 2-6 – Sinal de vídeo
Fig. 2-7 – largura de banda do sinal digital
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 22
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
que um sinal do tipo onda quadrada de frequência f, não ocupa só essa frequência mas é
sim a soma das sinusóides impares de f, isto é, f+3f+5f+7f+…
A largura de banda de um sinal de onda quadrada é teoricamente infinita!! Contudo,
na prática, (Fig. 2-7) considera-se que uma onda quadrada de frequência f ocupa uma
largura de banda de cerca de 7f.
Iremos daqui para frente referir por espectro todas as frequências contidas no sinal e
por largura de banda absoluta o espaço ocupado por essas frequências. Chamaremos
largura de banda ao espaço que contem a maior parte da potência do sinal.
2.4.1. Ruído
Em telecomunicações considera-se como sendo ruído tudo o que é recebido junto com
o sinal original mas que não faz parte dele.
Numa imagem de TV, se houver “chuva” isso é ruído. Da mesma forma se numa
chamada telefónica a comunicação se perder momentaneamente, isso também é ruído,
mesmo que a linha fique silenciosa.
O ruído tem em telecomunicações, um sentido bem mais genérico do que o que
atribuímos ao ruído sonoro e é normalmente introduzido
nas linhas de transmissão por variados factores que
oportunamente analisaremos.
A qualidade de um sinal em telecomunicações
depende justamente de quanto é que o sinal está acima
do ruído e esse parâmetro mede-se em dB (decibel) e tem
o nome de relação sinal ruído ou SNR (Signal to Noise
Ratio).
A Fig. 2-8 mostra um gráfico que exemplifica a
relação sinal/ruído medida numa transmissão. Repare que neste caso, o sinal (a amarelo)
está bem acima do ruído (a cinzento).
O ruído e a largura de banda, são as grandes condicionantes das telecomunicações.
Qualquer sistema possui uma largura de banda limitada e a largura de banda e o
ruído, limitam a quantidade de informação que pode ser transmitida.
Fig. 2-8 – Relação SNR
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 23
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
2.5. Características da Transmissão
Destacaremos a seguir algumas das principais características da transmissão de
informação.
2.5.1. Unidades logarítmicas
Em telecomunicações, e a exemplo do que se verifica na electrónica, as medidas de
sinal são feitas em tensões (Volts) em ou potências (Watt), mas enquanto num circuito
electrónico as potências normalmente presentes são no mínimo da ordem do miliwatt e no
máximo da ordem do Watt (factor 1.000x), num circuito de telecomunicações essa diferença
pode ir do microwatt ao Kilowatt ou seja (1.000.000.000x)!
Além do mais em telecomunicações o que normalmente interessa medir não são
potencias e tensões individualmente mas sim relações entre elas, como por exemplo a
relação sinal/ruído.
A tabela seguinte mostra que relações entre duas grandezas de mesmo tipo, como
relações de potências, tensões ou outras relações adimensionais, se podem medir numa
unidade de medida que é o Bell, mas na prática usamos o submúltiplo decibel (dB).
(dB) P1 / P2 V1 / V2
120 1 000 000 000 000 1 000 000
90 1 000 000 000 31 600
60 1 000 000 1 000
30 1 000 31,6
20 100 10
10 10 3,16
6 4 2
3 2 1,414
0 1 1
-3 0,5 0,707
-6 0,25 0,5
-10 0,1 0,316
-20 0,01 0,1
-30 0,001 0,0316
-60 0,000 001 0,001
-120 0,000 000 000 001 0,000 001
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 24
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
Por definição, uma quantidade Q em dB é igual a 10 vezes o logaritmo decimal da
relação de duas potências,ou seja : Q(dB) = 10 log ( P1 / P2 )
Numa linha telefónica com as características da Fig. 2-8, podemos ver como o dB é
útil. A potência de ruído está aproximadamente ao nível de -90dBm (90dB abaixo de 1 mW)
e a potência de sinal ao nível aproximado de -60dbm (60 dB abaixo de 1mW). Então a a
potência do sinal está 30 dB acima da potência do ruído e portanto a relação sinal/ruído
(SNR) é de 30dB. Olhando para a tabela isso significa que o sinal é 1000x mais potente que
o ruído.
2.5.2. Máxima Capacidade de tráfego de um canal
A capacidade de um canal de transmissão de dados, mede-se pela quantidade máxima
de bits que pode passar através desse canal num segundo. A unidade desta medida é o bps
(bits por segundo), e os teoremas básicos para calcular a capacidade máxima do canal (ou
dito de outro modo, a velocidade máxima do sinal) são o Teorema de Nyquist e o Teorema
de Shannon.
2.5.2.1. Teorema de Nyquist
A taxa máxima de informação que pode ser conseguida num canal é limitada pela
largura de banda do canal.
Os equipamentos utilizados na rede telefónica pública analógica limitam a largura de
banda em 3100 Hz, ou seja, trabalham na faixa compreendida entre 300Hz e 3400Hz.
Conhecida a largura de banda (W), Nyquist demonstrou que é possível enviar no
máximo 2W valores de energia por segundo em um canal com largura de banda W.
Se a cada variação de energia forem associados dois valores possíveis de informação
(sinal binário), a máxima capacidade de informação seria 2W bits por segundo. Porém, se a
cada variação de energia forem associados mais de dois bits (transmissão multinível) , pode-
se aumentar a velocidade de transmissão. Assim, com 2n níveis de sinais possíveis e
distinguíveis, uma taxa de sinalização de 2nW bps pode ser transmitida através de um canal
de largura. de banda W. Se L é o número de níveis de sinalização e n é o número de bits:
L = 2n  n = log2 L
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 25
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
então, a capacidade do canal C, na ausência de qualquer ruído ou outro factor de
degradação é dada por
C = 2 W log2 L
Exemplo: Dado um canal com largura de banda de 3100 Hz e sendo utilizado
modulação com 6 bits (n = 6; L = 26 = 64), a capacidade máxima de tráfego de canal
segundo Nyquist seria:
C = 2 x 3100 x log2 64 (bps)
C = 6200 x 6 = 37.200 bps
2.5.2.2. Teorema de Shannon
Shannon mostrou que todo meio físico possui associado a si uma certa capacidade de
transferência de informação e que depende do ruído térmico do meio. A capacidade máxima,
segundo Shannon é expressa por
C = W 10 log2 (1 + S/R) bps
onde: S/R é a relação sinal/ruído e W é a largura de banda em Hz.
Exemplo: Dado um canal com largura de banda de 3100 Hz e relação S/R de 30 db, a
capacidade de tráfego em bps seria:
30 dB = 10 log S/R
S/R = 30dB = 1000
C = 3100 log2 (1 + 1000)
C = 3100 x 9,96 = 30898 bps
A dedução da fórmula de Shannon leva em consideração apenas a interferência
provocada pelo ruído térmico. Nos sistemas reais, outros factores influem, reduzindo a
capacidade de transmissão.
É importante ressaltar que a restrição de Nyquist se aplica somente - taxa de "bauds",
não a real taxa de "bits" por segundo (restringida pela aplicação de Shannon). A amplitude
de banda de canal limita a taxa de emissão de pulsos (níveis de energia), mas não a
quantidade de informação que cada pulso leva. Portanto, o termo "baud" é usado para medir
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 26
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
a velocidade de sinalização de linha, mas não sua capacidade de bits por segundo, ou seja, o
número de vezes que a condição da linha se altera por segundo. Se o estado da linha
representa a presença ou ausência de um bit, então a taxa de sinalização em "bauds" é a
mesma que bits por segundo. Se porém, a linha pode estar em quatro estados, isto é, L = 4,
então cada estado da linha representa um dibit, isto é, dois bits e não apenas um. Assim, a
taxa de sinalização em "bauds", neste caso, é metade da taxa de transmissão em bits por
segundo.
A Fig. 2-9 apresenta uma comparação entre os valores teóricos de Nyquist e de
Shannon e os valores que realmente se conseguem na prática.
Nyquist considerou o meio ideal e Shannon admitiu a existência de ruído, mas na
prática, vários outros factores (ruído impulsivo, diafonia, intermodulação, atenuação, atraso,
eco, qualidade de materiais, etc) diminuem a capacidade máxima de tráfego.
2.5.3. Direcção da comunicação
2.5.3.1. Simplex
A informação é transmitida em uma única direcção, ou seja, somente do transmissor
para o receptor, como mostra a Fig. 2-10.
Um exemplo deste tipo de transmissão é a comunicação entre um computador e uma
impressora. Neste caso, a impressora somente recebe a informação e o computador
Fig. 2-9 – Capacidade do canal
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 27
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
somente envia os dados.
2.5.3.2. Half-duplex
A informação é transmitida em ambos os sentidos, de modo alternado, ou seja, num
determinado instante a informação só vai ou só vem, a fim de evitar conflitos na linha de
dados (Fig. 2-11).
Um exemplo de comunicação half-duplex é entre duas pessoas utilizando um canal de
rádio tipo walkie-talkie. Quando uma pessoa fala a outra deve escutar. Quando a primeira
pessoa termina de falar, diz "terminado" e libera o canal para a outra pessoa, que pode
então utilizar o canal.
Em um sistema de comunicação de dados via modem utilizando um canal halfduplex a
dois fios, existe um tempo necessário para comutar a direcção da transmissão, denominado
tempo de "turnaround", normalmente na faixa entre 100 e 400 ms. Esse tempo depende da
linha, do modem e dos supressores de eco (se houver).
Os supressores de eco são dispositivos que detectam a fala humana de um lado da
conexão e eliminam todos os sinais que venham da outra direcção (eco).
Quando uma pessoa para de falar e a outra começa, o supressor de eco altera sua
direcção, permitindo sinais do outro lado e eliminando os sinais deste lado. A Fig. 2-12
mostra o seu funcionamento.
Eles são utilizados nas ligações telefónicas especialmente em linhas longas, pois nesses
Fig. 2-10 – Comunicação Simplex
Fig. 2-11 – Comunicação Half-duplex
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 28
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
casos a fala de uma pessoa pode produzir eco no outro lado da linha, o que é indesejável e
interfere na conversa.
O problema da utilização de supressores de eco em transmissão de dados é que a
comunicação Full-Duplex se torna impossível. Além disso, o tempo de comutação dos
supressores torna a transmissão lenta.
Para superar este problema, convencionou-se a utilização de um sinal puro de 2100 Hz
para inibir os supressores de eco enquanto o sinal de linha estiver presente.
2.5.3.3. Full-duplex
A informação é transmitida, simultaneamente, em ambos os sentidos (Fig. 2-13).
Normalmente é uma transmissão a 4 fios, ou seja, dois pares de fios. No entanto,
existe uma forma de utilizar transmissão full-duplex a dois fios: desde que os sinais estejam
em bandas de frequências diferentes, a comunicação A->B e a comunicação B->A podem
ser simultâneas.
Fig. 2-12 – Supressão de eco
Fig. 2-13 – Comunicação Full duplex
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 29
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
2.6. Tipos de modulação
Basicamente existem 4 possibilidades de enviar/receber um sinal, tal como se indica na
Fig. 2-14. Essas quatro possibilidades correspondem à transmissão de sinais analógicos e
sinais digitais que por seu ladopodem modular portadoras analógicas ou digitais.
Indicam-se na Fig. 2-15 os principais tipos de modulação e que serão abordados ao
Fig. 2-14 – Possibilidades de enviar/receber sinais
Fig. 2-15 – Resumo dos tipos de modulação
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 30
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
longo deste manual.
As modulações de portadora analógica serão discutidas no Capítulo 3 e as de
portadora digital no Capítulo 4.
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 31
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
2.7. Questionário de revisão - Definições
1. Frequência de um sinal é:
a. O número de vezes que o sinal se repete por segundo.
b. O tempo que o sinal demora a repetir-se.
c. O desvio angular em relação à origem do sinal.
d. Todas as anteriores são verdadeiras.
2. Os métodos básicos para colocar informação analógica numa portadora analógica
são:
a. Modulação de frequência.
b. Modulação de fase.
c. Modulação de amplitude.
d. Todas as anteriores são verdadeiras.
3. Na nossa vida quotidiana estamos rodeados de equipamentos que fazem
desmodulação e de que são exemplo:
a. Televisão.
b. Microondas.
c. Aspiradores.
d. Todas as anteriores são verdadeiras.
4. Num sistema de telecomunicações encontramos basicamente duas limitações e que
são:
a. O ruído e a modulação.
b. O ruído e a frequência.
c. O ruído e a amplitude.
d. O ruído e a largura de banda.
5. Os meios mais comuns que utilizamos para a transmissão de sinais já modulados
são:
a. Antenas.
b. Guias de Ondas.
c. Fibra óptica.
d. Linhas de transmissão.
e. Todas as anteriores são verdadeiras.
6. Consoante o sentido da comunicação, as comunicações podem ser:
a. Half duplex.
b. Simplex.
c. Duplex.
d. Todas as anteriores são verdadeiras.
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 32
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
Capítulo 3 - Modulações de Portadora
analógica
Este Capítulo tem por objectivo apresentar as principais
técnicas de modulação que utilizam uma portadora analógica para
transportar sinais analógicos ou digitais.
3.1. Transmissão de sinais
Os esquemas de modulação de portadora analógica foram os primeiros a serem
implementados. As portadoras sendo sinusoidais, podem fazer-se variar em amplitude, em
fase, ou em frequência, dependendo sempre da amplitude do sinal modulador.
Detalharemos neste capítulo, as várias técnicas de modulação de portadora analógica
por sinais analógicos e sinais digitais (Fig. 3-1).
Capítulo
Fig. 3-1 – Modulações de portadora analógica
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 33
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
3.2. Portadora analógica / informação analógica
Em 1905, Fesseden concretizou a transmissão de voz via rádio pela utilização de uma
portadora em Modulação de Amplitude. Analisaremos agora (Fig. 3-2) as 3 técnicas que
utilizam portadora analógica (sinusoidal) para transportar informação analógica.
Essas técnicas são as modulações de Amplitude (AM), Frequência (FM) e Fase (PM)
como indicado na Fig. 3-3. A seguir, analisaremos cada uma delas em detalhe.
Fig. 3-2 – Modulações analógica/analógica
Fig. 3-3 – Modulações AM, FM e PM
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 34
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
3.2.1. Modulação de Amplitude (AM)
Para transmitir informação à distância, (áudio, vídeo e data), é quase sempre
necessária a utilização de processos semelhantes aos da Fig. 3-4, isto é, processos através
dos quais a mensagem (banda base) é sobreposta a uma onda de maior frequência
(portadora) que a “transportará” até ao receptor onde, por processos inversos dos da
transmissão, se eliminará a portadora e se recuperará o sinal original.
Consoante o método como essa “sobreposição” (ou modulação) é feita, isto é,
consoante a forma como a portadora vai ser alterada pelo sinal de informação, assim
existem os vários tipos de modulação da Fig. 3-3 (amplitude, frequência e fase).
Na modulação de amplitude, e como o próprio nome indica, é a amplitude da
portadora que irá variar, proporcionalmente
às variações do sinal da mensagem.
A Fig. 3-5 descreve graficamente as
formas de onda envolvidas num processo de
modulação de amplitude.
Em a), a mensagem a transmitir (ou
sinal modulador), representa-se aqui apenas
como uma sinusóide. Na prática, o sinal
modulador é normalmente muito mais
complexo pois é constituído por inúmeras
frequências como por exemplo de voz,
música ou vídeo.
Em b), representa-se a portadora que
“transportará” a mensagem. A sua amplitude
é constante e a sua frequência deve ser, no
Fig. 3-4 – Modulação
Fig. 3-5 – Modulação AM
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 35
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
mínimo, várias dezenas de vezes superior à frequência mais alta presente no sinal
modulador (exemplo: para um sinal modulador de 1KHz a frequência da portadora deveria
ser pelo menos 100KHz)
Em c), representa-se a forma do sinal já modulado em amplitude. Repare-se que a
amplitude da portadora deixou de ser constante e passou a ter uma forma cuja “envolvente”
(a tracejado) é idêntica à do sinal da mensagem.
Na onda já modulada em amplitude, a amplitude máxima (Vmáx) e a amplitude
mínima (Vmin) dependem das amplitudes da portadora e da moduladora, pois
Vmáx = Vp + K Vs e Vmin = Vp - K Vs (1)
O factor K depende do tipo de circuito onde se efectua a modulação, mas para
simplificação didáctica considera-se frequentemente como sendo K=1.
3.2.1.1. Índice de modulação
Define-se índice de modulação (m) como sendo a relação entre a amplitude Vs do
sinal modulador e a amplitude Vp da portadora, isto é,
Vp
VsKm  (2)
Atendendo a (1), e substituindo em (2), vem (3)
AB
AB
VV
VVm
minmáx
minmáx





 (3)
Fig. 3-6 – Indíce de Modulação
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 36
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
Se m for multiplicado por 100%, passa a ser expresso em percentagem e designa-se
por percentagem de modulação (4)
%100%100
minmax
minmax x
AB
ABx
VV
VVm






Para se obterem diferentes índices de modulação, basta variar o nível do sinal
modulador Vs, como indicado na Fig. 3-7.
a) Se Vs = 0 (isto é, se o sinal modulador não existir), então m=0 e só há portadora.
b) Se Vs = Vp/2, então m=50%.
c) Se Vs = Vp, então m=100%.
d) Se Vs > Vp, então m > 100% , e o sinal modulado ficará distorcido.
3.2.1.2. Espectro do sinal AM
A onda AM da Fig. 3-6, tem o espectro representado na Fig. 3-8. É constituída pela
portadora (com frequência fp e amplitude Vp), e por duas frequências laterais com ampli-
tude Vs / 2 = mVp / 2 e frequências (fp - fs) e (fp + fs).
Fig. 3-7 – AM para diferentes valores de índice de modulação
Fig. 3-8 – Espectro do sinal AM
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 37
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
Poder-se-ia pensar que a intensidade (ou amplitude) da portadora varia de acordo com
o sinal que se deseja transmitir e que portanto só há uma frequência de transmissão, pois
somente a amplitude varia. Mas tal não é verdadeiro.
Quando um sinal de áudio de frequência fs modula a amplitude de uma portadora de
frequência fp, há na realidade formação de duas novas ondas, chamadas bandas laterais, de
frequências acima e abaixo da portadora (fp+fs) e (fp-fs). Se o sinal AM for analisado no
domínio da frequência, é composto pela soma algébrica desses dois (Fig. 3-13).
Portanto, o que realmente se transmite é a portadora e as duas bandas laterais. A
portadora não transporta informação(não tem componente fs).
A existência das bandas laterais faz com que o
espectro de AM seja o dobro do que o que deveria ser.
A suposição de um sinal sinusoidal simples é apenas
uma questão de clareza. Um sinal mais complexo como
áudio tem um espectro contínuo, hipoteticamente
representado na parte esquerda da Fig. 3-12. E o sinal
modulado terá espectro conforme indicado na mesma
figura. Por isso se chama AM-DSB (double side band) por
o sinal ter as duas bandas laterais.
O que acabou de se dizer pode ser resumido na Fig. 3-10 onde se comparam lado a
lado os sinais no tempo e na frequência. Repare que a amplitude das bandas laterais
depende da amplitude do sinal modulador e que o índice de modulação relaciona Vp e Vs.
Fig. 3-9 – Componentes do sinal AM
Fig. 3-10 – Bandas laterais AM
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 38
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
3.2.1.3. AM de banda lateral única (SSB)
Na Fig. 3-12. Como as duas bandas laterais do sinal DSB transportam a mesma
informação, teoricamente, uma delas poderia ser suprimida. Isso é feito na técnica
denominada AM-SSB (Single Side Band) ou em português, banda lateral única.
Fig. 3-11 – AM-DSB: formas de onda e espectro
Fig. 3-12 – AM-SSB
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 39
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
A Fig. 3-30 mostra como o sinal SSB pode ser obtido. Inicialmente, uma portadora
passa por um circuito modulador de amplitude (AM). Esse circuito vai variar a amplitude do
sinal de RF de forma proporcional ao sinal de áudio que estiver recebendo na sua outra
entrada. A saída do modulador AM é um sinal DSB (banda lateral dupla). Esse sinal DSB
passa então por um filtro que vai deixar passar apenas uma parte das frequências (filtro
passa-alto). Esse filtro vai deixar passar a portadora e a banda lateral superior, mas vai
bloquear a banda lateral inferior. E assim se obtém um sinal SSB, que no caso ocupa apenas
a banda lateral superior da portadora.
Apesar do sinal SSB ser mais económico em termos de banda (espectro) que o AM-
DSB, ele tem um problema: o circuito receptor de um sinal AM-DSB é relativamente simples,
enquanto o receptor de um sinal SSB é relativamente complexo (e portanto caro). Por tal
motivo, o AM-DSB, a despeito de sua menor eficiência espectral, tem sido a solução
empregada em larga escala nos sistemas convencionais de rádio AM.
3.2.1.4. O Modulador Síncrono AM - DSB
Existem vários processos para produzir um sinal modulado em amplitude, mas o mais
“didáctico” é o Modulador Síncrono, da Fig. 3-13. Diz-se síncrono porque o díodo funciona
como um interruptor sincronizado com o sinal de entrada.
A Fig. 3-14 mostra as formas de onda nos pontos A, B e C do circuito.
V1 é a portadora (115KHz) e V2 é um sinal de áudio de 1KHz. Repare que V2 é metade
de V1 portanto o índice de modulação vai ser de 50%.
R1 e R2 formam um circuito somador, e como R1=R2, a soma vai manter inalteradas
as proporções de sinal entre a portadora e o áudio. O sinal que se obtém no ponto A (Fig.
3-14A) é portanto a soma linear do sinal da portadora com o sinal da moduladora.
Fig. 3-13 – Modulador AM
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 40
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
Este sinal soma é aplicado ao díodo, que deixará passar apenas as alternâncias
positivas (Fig. 3-14B). O sinal positivo obtido no ponto B, (díodo à condução) excita o
circuito tanque LC que está sintonizado precisamente na frequência da onda portadora
(150KHz).
Quando o díodo entra ao corte, o circuito tanque devolve ao circuito a energia
acumulada, e assim é produzida a forma de onda negativa do sinal modulado (Fig. 3-14C).
Repare que o sinal modulado em amplitude (ponto C) não é a soma da portadora com
a moduladora (ponto A). O sinal AM é um produto e não uma soma.
3.2.1.5. Emissão AM
Na sua forma mais simples, uma estação de rádio obedece ao diagrama da Fig. 3-15.
Circuito que recebe o sinal de áudio (voz, música) e o transforma em sinais eléctricos
(áudio) que serão o sinal modulador.
Circuito oscilador de portadora, que será o sinal que vai “transportar” o áudio e que
Fig. 3-14 – Sinais no modulador AM
Fig. 3-15 – Emissor AM
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 41
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
funciona na frequência que esteja atribuída à estação emissora.
Modulador, que misturará os sinais de áudio com os da portadora, obtendo assim o
sinal modulado em AM.
Amplificador de R.F., que nos amplificará convenientemente o sinal modulado (AM)
para poder ser transmitido para o espaço.
3.2.1.6. O Detector de Envolvente (desmodulação AM)
O sinal modulador é o que contém a informação, normalmente a voz, musica ou vídeo
que vai se transmitida. A portadora é necessária apenas para conduzir a informação até ao
receptor e portanto, logo que o sinal AM é recebido, a função da portadora termina e deve
portanto ser eliminada.
O circuito especial que no receptor elimina a portadora e recupera a informação
chama-se detector (embora possa também ser correctamente chamado de desmodulador) e
está representado na sua forma mais simples na Fig. 3-16.
Este circuito muito simples e muito utilizado é o detector de envolvente (ou detector de
pico), e tem este nome porque vai apenas “detectar” os valores da amplitude de pico da
portadora, reproduzindo assim o sinal da informação (envolvente) e que na Fig. 3-16 está a
vermelho.
O processo completo pode ser melhor descrito com recurso à Fig. 3-17.
O díodo destina-se apenas a rectificar e obter a componente positiva do sinal; se o
díodo estivesse ao contrário seria detectada a componente negativa).
O filtro RC é um filtro passa-baixo que deve ter a frequência de corte adequada para
Fig. 3-16 – Detector (desmodulador) de AM
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 42
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
eliminar a portadora e só deixar passar a frequência mais baixa da moduladora.
A constante de tempo, deve ser calculada de forma a que: fm << fc << fp isto é,
a frequência de corte do filtro (fc) deve ser muito menor do que a frequência da portadora
(para a eliminar por completo) e deve ser muito maior do que a frequência da moduladora
para assim poder acompanhar todas as suas variações de amplitude.
Durante cada ciclo da portadora, o díodo conduz brevemente e carrega o condensador
com a tensão de pico da portadora. Entre os picos, o condensador descarrega-se através da
resistência.
Se a constante de tempo =RC for muito maior do que o período da portadora,
teremos apenas uma pequena descarga entre os picos da portadora e portanto a tensão aos
terminais do condensador terá um valor que reproduz a envolvente superior, isto é, o sinal
de áudio. Haverá sempre um pequeno “ripple” como mostra a Fig. 3-17b e que mais não é
do que essa pequena descarga do condensador entre picos da portadora.
Contudo, a constante de tempo não pode ser demasiado grande pois, como se indica
entre os pontos A e C (Fig. 3-17b), cada pico na portadora é menor do que o pico
precedente. Se a constante de tempo RC for muito longa, o circuito não poderá detectar o
próximo pico da portadora (Fig. 3-17c). A parte da envolvente mais difícil de seguir está em
B, (na Fig. 3-17b). Neste ponto da envolvente, é onde há a maior taxa de variação
(inclinação) e essa inclinação será tanto maior quanto maior for o valor do índice de
modulação, m.
Fig. 3-17 – Desmodulação (detecção) de AM
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 43
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
A fórmula que dá a frequência máxima da portadora que é detectadano filtro, sem
atenuação, depende de m (índice de modulação) e é dada por:
RCm2
1f
máxp 

A constante de tempo tem portanto que ser bem escolhida.
Os sistemas AM são muito sensíveis ao ruído, uma vez que as variações que o receptor
vai detectar são de amplitude, qualquer alteração de amplitude introduzida por ruído
(descarga atmosférica por exemplo) irá aparecer como um som interferente depois do sinal
ser desmodulado.
3.2.1.7. Receptor superheterodino
Existem vários processos para receber um sinal modulado em amplitude, mas a técnica
mais universal é a do receptor superheterodino da Fig. 3-18.
1. ETAPA DE RF
Composta por um filtro passa banda (que só deixa passar as frequências que
pretendemos receber), e por um circuito amplificador de R.F. que amplifica essas
frequências.
2. OSCILADOR LOCAL
Produz uma onda sinusoidal cuja frequência é variada pelo utiizador. È variando a
frequência produzida no oscilador local que se irá variando a frequência que queremos
captar.
Para melhor compreender o funcionamento do oscilador local e do misturador analise a
Fig. 3-19.
Fig. 3-18 – Receptor superheterodino
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 44
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
Para captar a frequência de 1000KHz, o oscilador local tem que estar em 1.455KHz.
3. MISTURADOR
Basicamente o sistema é composto por um transístor na base do qual entra o sinal de
RF e no emissor do qual entra o sinal do oscilador local. O misturador faz o produto desses
dois sinais e obtém na saída a soma e a diferença dos sinais nas entradas, isto é 2455KHz e
455KHz.
4. AMPLIFICADORES DE F.I.
Constituída por Amplificadores e filtros sintonizados em 455 KHz por circuitos LC e uma
banda passante de 10 KHz. Suas funções básicas são de aumentar a seletividade do
receptor, proporcionar um alto ganho no sinal de saída do misturador e a possibilidade de
controle do ganho total dado pelo amplificador de F.I.
5. DETECTOR
Um simples detector de envolvente, (igual ao da Fig. 3-16) ou seja, um díodo de R.F. e
um circuito RC filtrando a portadora de 455KHz e fornecendo a tensão de saída com
polaridade compatível para atenuação do C.A.G.
6. CONTROLE AUTOMÁTICO DE GANHO (AGC)
Um simples filtro passa-baixo que tem por objectivo recuperar o valor médio do sinal
resultante da desmodulação aplicando à base do 1º transístor de F.I.. O objectivo do C.A.G.
é manter constante o nível de som independentemente do sianla chegar forte ou fraco..
7. AMPLIFICADOR DE ÁUDIO
Simples circuito amplificador de áudio para o som ser audível oaltifalante.
Fig. 3-19 – Produção da frequência intermédia (FI)
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 45
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
3.2.2. Modulação de Frequência
Na modulação de frequência, (FM) a portadora vai variar a sua frequência de acordo
com o valor instantâneo da amplitude da moduladora (Fig. 3-20)
Repare que quando o sinal da moduladora está na amplitude máxima, a portadora vai
para a sua frequência máxima (f1). Quando o sinal modulador está na sua amplitude mínima
a portadora atinge a sua frequência mínima (f2). Quando não há sinal (ou quando a
amplitude do sinal é nula), a frequência da portadora tem o seu valor médio.
Por isso em FM não devemos falar de “frequência da portadora” (fp) mas sim
de “frequência da portadora em repouso” (f0).
Na realidade, em FM, a frequência da portadora em repouso (f0) varia entre dois
valores, máximo e mínimo e tem portanto um desvio de frequência.
f = f2 - f1
Quanto maior o desvio maior a imunidade ao ruído. A Fig. 3-21 evidencia este conceito
de desvio de frequência em torno da frequência de repouso da portadora.
Fig. 3-20 – Modulação FM
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 46
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
Pode assim dizer-se que numa onda modulada em frequência, o sinal vai impresso nas
variações de frequência (amplitude do sinal) e na rapidez com que essas variações ocorrem
(frequência do sinal):
A variação de frequência (f) depende exclusivamente da intensidade do sinal
modulador, a velocidade de variação de frequência depende exclusivamente da frequência
do sinal modulador. É pois a partir dos desvios de frequência da onda modulada, e da
velocidade com que ocorrem, que no receptor (o detector) há-de reconstituir a mensagem
impressa na portadora.
3.2.2.1. Profundidade ou percentagem de modulação em FM
Este conceito difere aqui do que se indicou para AM. O que se entende por
profundidade (ou percentagem) de modulação é a relação entre o desvio de frequência que
o sinal está a produzir e o máximo estipulado para o emissor.
Se uma portadora de uma estação de rádio FM tem um desvio de frequência de
37,5KHz, num emissor cujo desvio máximo é de 75 KHz, a percentagem de modulação será
de 37,5/75=50%. Contudo, numa emissão de som de TV essa mesma percentagem de 50%
obtém-se com desvios de apenas 12,5 KHz. Consequentemente, e ao contrário do que
sucede em AM, em FM a % de modulação só tem significado quando associada às
características da emissão.
Fig. 3-21 – Desvio de frequência
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 47
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
3.2.2.2. Índice de modulação
Define-se índice de modulação como sendo a relação entre o desvio máximo e a
frequência moduladora mais alta que o produziu. Se um sinal modulador de frequência fm=4
KHz, produzir um desvio f=20 KHz na frequência da portadora, então o índice de
modulação será de 20/4=5. Representa-se normalmente por  e exprime-se em radianos.
mf
f

3.2.2.3. Largura de banda em FM
A modulação FM é muito mais imune ao ruído do que o AM, porque como a portadora
tem amplitude constante, variações de amplitude produzidas por interferências serão
praticamente ignoradas na recepção. No entanto, a contrapartida para a melhor qualidade
do FM é uma largura de banda muito maior. Enquanto numa transmissão em AM, a largura
de banda ocupada é o dobro da largura de banda do sinal modulador, em FM, a largura de
banda ocupada após a modulação é teoricamente infinita!
Para evitar a complexa análise matemática de um sinal modulado em FM, a Fig. 3-22
mostra o que acontece quando se modula uma portadora f0 por um sinal de frequência
fm=15KHz e que vai produzir um desvio de frequência na portadora de f=75KHz, o que
Fig. 3-22 – Pares de frequências laterais em FM
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 48
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
coresponde a um índice de modulação de =5.
Antes da modulação a portadora tem uma amplitude de 100%.
Após a modulação aparecem muitas novas frequências acima e abaixo da portadora,
formando pares. O 1º par tem as frequências (fo+fm) e (fo-fm). O par 2 tem as frequências
(fo+2fm) e (fo-2fm) … e o enésimo par tem as frequências (fo+nfm) e (fo-nfm).
Estes pares têm amplitudes diferentes, que dependem do índice de modulação e que
são fáceis de calcular pelas tabelas de BESSEL.
A Fig. 3-23 faz a representação gráfica dos 4 primeiros pares. Repare que J0
representa a portadora, J1, o primeiro par, J2 o segundo par etc.
Para =5, o par de maior amplitude é o par 4 com cerca de 40%. O de menor
amplitude é o par 2 com cerca de 4%. Não se representam os restantes pares mas como se
mostra na Fig. 3-22 para =5 há 8 pares significativos (acima de 1%). O 9º par e seguintes
são inferiores a 1% e portanto desprezam-se.
Embora o número de pares laterais seja infinito, na prática há um valor finito e que
depende de  de acordo com a tabela da Fig. 3-24.
Para o exemplo dado de fm=15KHz e f=75KHz o que corresponde a =5 e a 8 pares
laterias,a largura de banda ocupada será de 15KHz x 8 x 2=240KHz.
Fig. 3-23 – Tabela de Bessel
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 49
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
Índice de
modulação ()
Nº de pares de
frequências laterais
Largura de banda
da transmissão
0,1 1 2 fm
0,3 2 4 fm
0,5 2 4 fm
1,0 3 6 fm
2,0 4 8 fm
5,0 8 16 fm
10,0 14 28 fm
20,0 25 50 fm
30,0 35 70 fm
Fig. 3-24 – Pares de frequências e largura de banda do sinal FM
3.2.2.4. Detecção de FM
Desde que a amplitude da portadora de FM não varia, a desmodulação não pode ser
feita com o simples díodo como era feito em AM.
A curva azul da Fig. 3-29 é uma aproximação da resposta de frequências de um
receptor de AM sintonizado em uma determinada fz. Ou seja, quanto mais se afasta da
frequência de sintonia, menor a amplitude do sinal recebido.
Fig. 3-25 – Detecção de FM
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 50
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
Uma portadora de FM, com frequência central fp próxima da de sintonia fz, pode ser
detectada, uma vez que a variação de frequência entre as frequências 1 e 2 produz sinais de
diferentes amplitudes devido à curva de resposta dos circuitos ressonantes do receptor.
Notar que, se fp for igual a fz, não haverá detecção pois não haverá variação do sinal
com a variação da frequência.
3.2.2.5. FM estéreo
Na transmissão de FM estéreo nas estações de rádio, transmite-se na mesma
portadora a informação que vai ser captada nos rádios mono e a que vai ser processada nos
rádios estéreo para produzir o som estéreo.
Como indicado na Fig. 3-26, os canais, esquerdo (Left) e Direito (Right) são ligados a
dois amplificadores diferenciais que fazem a soma (L+R) e a diferença (L-R).
O sinal L+R é o que vai ser utilizado pelos receptores mono e o sinal L-R será
aproveitado apenas nos receptores estéreo.
Os canais esquerdo e direito estão limitados em frequência até aos 15KHz. Significa
isto que mesmo que a estação de rádio esteja a emitir som de CD (frequência máxima de
20KHz) só será emitidas frequências até aos 15KHz. O som FM estéreo é por essa razão de
qualidade inferior ao do CD.
Fig. 3-26 – Produção do sinal estéreo
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 51
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
O modulador balanceado tem a função de modular o sinal L-R em AM com uma
frequência portadora de 38KHz que é depois suprimida de forma que ela não interfira com o
sinal útil (Fig. 3-27). Repare que a modulação produz bandas laterais acima e abaixo da
portadora de 38KHz.
O sinal final é assim formado misturando o sinal L+R mais a sub-portadora que
contém a informação L-R e o tom piloto de 19KHz.
O tom piloto de 19KHz é derivado através de um circuito divisor da mesma fonte sinal
do oscilador de 38KHz que serve de sub-portadora para o sinal L-R e a sua finalidade sinal é
permitir ao receptor identificar que a emissão é estéreo, acender a luz indicadora do estéreo
e accionar o sistema de descodificação do receptor.
No receptor este sinal é descodificado. Se o receptor é mono, só deixa passar sinais
até aos 15KHz e portanto só aproveita o sinal (L+R).
Se o receptor é estéreo, tem um filtro de 19KHz que detecta o piloto e indica que a
emissão é estéreo. È então accionado o processo de obtenção do sinal estéreo.
Depois de desmodular o sinal (L-R) que vem em AM, somam-se os sinais (L+R) e (L-R)
e obtém-se (L+R) + (L-R) = 2L (canal esquerdo).
Depois faz-se a diferença (L+R) - (L-R) = 2R obtendo-se assim o canal direito.
Fig. 3-27 – Espectro do sinal estéreo
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 52
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
3.2.3. Modulação de Fase
A modulação em fase (PM) consiste em fazer com que a fase da portadora varie
proporcionalmente à variação de amplitude de um sinal modulante.
A modulação de fase (PM) não é muito utilizada principalmente porque necessita de
equipamentos de recepção mais complicados que em FM e pode apresentar problemas de
ambiguidade para determinar por exemplo se um sinal tem uma fase de 0º o 180º.
As formas dos sinais de modulação de frequência e modulação de fase são muito
parecidas. De facto, é impossível diferenciá-las sem ter o conhecimento prévio de qual foi o
tipo de modulação e portanto os espectros de frequências da modulação de fase têm as
mesmas características gerais que os espectros de modulação de frequência.
Em PM as considerações acerca da largura de banda são similares às da largura de
banda de FM.
3.3. Portadora analógica / informação digital
Destacaremos a seguir as técnicas de modulação que se aplicam quando se pretende
Fig. 3-28 – Modulação de fase
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 53
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
transmitir um sinal digital utilizando uma portadora analógica (Fig. 3-29).
São tipos de modulação utilizados por exemplo para transmitir sinais de internet pela
linha telefónica. A rede telefónica foi inicialmente desenhada para receber, comutar y
transmitir sinais analógicos a gama das frequências da voz (300 a 3400Hz). Por lisso essa
rede não é de todo adequada pra transmitir sinais digitais. Por isso se recorreu aos modems
que faziam a modulação de portadoras analógicas com sinais digitais e assim já era possível
a transmissão.
Os modems telefónicos que se utilizavam na rede telefónica produzem sinais na gama
da frequência da voz (300-3.400Hz) mas os actuais modems de banda larga (ADSL e
ADSL2+) e o s modems da TV por cabo, utilizam as mesmas técnicas embora em
frequências mais altas que as da voz humana.
Também aqui, a portadora analógica, pode ser alterada em amplitude (ASK),
Fig. 3-29 – Modulações analógica/digital
Fig. 3-30 – Modulações de portadora analógica e
informação digital
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 54
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
frequência (FSK) e fase (PSK), só que agora por um sinal digital binário (Fig. 3-30).
Mencionaremos também técnicas de modulação digital em amplitude e fase (QAM).
3.3.1. Modulação ASK (Amplitude Shift Keying)
Na sua forma mais simples, a modulação ASK (Amplitude Shift Keying) ou em
português – Modulação por Desvio de Amplitude consiste simplesmente em permitir ou não
a transmissão da portadora em função da sequência de bits “0” e “1” (Fig. 3-31).
A modulação assim representada, também é muitas vezes designado por OOK (on-off
keying) e embora tenha sido muito utilizado no passado (no telégrafo por exemplo) tem o
inconveniente de nos instantes sem sinal ser difícil distinguir se se trata de um “0” binário ou
se é mesmo ausência de sinal. Assim utiliza-se de preferência a modulação BASK (Fig. 3-32).
Fig. 3-31 – Modulação ASK (OOK)
Fig. 3-32 – Modulação BASK
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 55
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
BASK (binary-ASK) significa que a portadora pode tomar dois níveis de amplitude, um
para o “0” outro para o “1”.
Em vez de se utilizarem apenas dois níveis, podem transmitir-se 2n, níveis e nesse caso
dizemos que a modulação é M-ASK (multiple ASK). A Fig. 3-33 mostra um sinal modulado
em 4-ASK (ou QASK – quaternary ASK). Existem 4 níveis diferentes e portanto cada nível
pode representar 2 bits.
A vantagem deste tipo de modulação é que comparativamente com a modulação
BASK, se pode enviar o dobro dos bits no mesmo intervalo de tempo duplicando a taxa de
transmissão.
Poder-se-ia aumentar o número de níveis (8, 16,… etc.) mas o número máximo de bits
que se pode transmitir depende sempre dos dois principais condicionantes das
telecomunicaçõese já antes referidos:
 SNR – relação sinal-ruúdo do sistema
 Bw – Largura de banda do sistema
A Fig. 3-34 mostra que é necessário aumentar a relação sinal/ruído de cerca
de 4 a 5 dBs, cada vez que se acrescenta um bit, i.e., quando M passa de 2 para 4
ou de 4 para 8, etc...
Fig. 3-33 – Modulação M-ASK (QASK)
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 56
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
3.3.2. Modulação por comutação de frequência (FSK)
A técnica de Frequency Shift Keying (FSK) ou em português modulação por desvio de
frequência, comuta a frequência da portadora entre dois valores fixos, em função do sinal
digital binário de entrada. Vemos um exemplo na Fig. 3-35.
Quando o sinal é “0” produz-se uma portadora de frequência f1. Quando o sinal é “1”
produz-se uma portadora de frequência f2.
Fig. 3-34 – Modulação M-ASK e SNR
Fig. 3-35 – Modulação FSK
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 57
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
O padrão para o exemplo a seguir é que o bit "0" corresponda por exemplo à
frequência de 1000 Hz e o bit "1" corresponda à frequência de 2000 Hz. Na prática,
normalmente a portadora fica em uma frequência determinada e o bit "0" corresponde a
uma frequência abaixo da portadora, e o bit "1" a uma frequência acima da portadora.
3.3.3. Modulação por comutação de fase (PSK)
A modulação Phase Shift Keying (PSK), ou em português, modulação por desvio de
fase, consiste em variar a fase da portadora de acordo com a informação digital binária a ser
transmitida (Fig. 3-36).
O bit “0” é transmitido com fase 0º e o bit “1” com fase 180º.
A representação pode também ser feita na forma vectorial (Fig. 3-37) e neste caso
dizemos que se trata da representação da “constelação” PSK por ser feita por pontos
Fig. 3-36 – Modulação PSK
Fig. 3-37 – Constelação PSK
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 58
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
3.3.4. Modulação (DPSK)
A modulação Differential Phase Shift Keying (DPSK) é uma variação do PSK, onde há a
inversão de 180° na fase da portadora sempre que ocorre o bit “0”. Este esquema é também
chamado de Binary PSK (BPSK). As alterações consecutivas numa sequência de bits “0”
facilitam as técnicas de sincronismo da comunicação.
3.3.5. Modulação M-PSK
Através da variação de fase é possível transmitir não apenas um bit de cada vez mas
sim conjuntos de 2 bits (Dibit), de 3 bits (Tribit), etc. aumentando assim muito a quantidade
de informação por unidade de tempo. São as modulações multinível PSK ou abreviadamente
M-PSK.
No caso Dibit o esquema de modulação tem o nome de 4-PSK ou QPSK, uma vez que
dois bits definem 4 possíveis estados. Neste caso, cada estado é representado por uma
alteração no ângulo da portadora, múltiplo de 90º conforme mostra o quadro da Fig. 3-39.
Dibit
Variação de fase
Padrão A Padrão B
00 0° 45°
01 90° 135°
11 180° 225°
10 270° 315°
Fig. 3-39 – Modulação QPSK
A Fig. 3-40 representa a constelação de fase da modulação QPSK no padrão A.
Fig. 3-38 – Modulação DPSK
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 59
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
Repare que a sequência não segue a numeração binária normal que seria 00, 01, 10,
11. Em vez disso utiliza-se a sequência 00, 01, 11, 10. Este facto deve-se a que assim só
um dos bits se altera nas mudanças de estado o que permite reduzir a largura de banda.
No caso Tribit a unidade de informação é constituída por conjuntos de 3 bits ou seja 8
possíveis estados fazendo variações de fase múltiplas de 45º conforme mostra a Erro! A
origem da referência não foi encontrada.. chama-se a este tipo de modulação 8-PSK.
Tribit Variação de fase
001 0°
000 45°
010 90°
011 135°
111 180°
110 225°
100 270°
101 315°
Fig. 3-41 – Modulação 8-PSK
Também aqui não se segue a numeração binária na sequência normal mas sim numa
sequência em que apenas um dos bits se altera entre posições consecutivas.
A Fig. 3-42 mostra a constelação da modulação 8-QPSK.
Fig. 3-40 – Constelação QPSK
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 60
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
3.3.6. Modulação por amplitude em quadratura (QAM)
A técnica Quadrature Amplitude Modulation (QAM) – ou em português Modulação por
Quadratura de Amplitude, é uma combinação dos esquemas ASK e PSK modificando
simultaneamente a amplitude e a fase da portadora.
Em QAM podem transmitir-se desde 2 até 8 ou mais bits em simultâneo aumentando
muito o rendimento em relação à modulação QPSK.
A Fig. 3-43 mostra um exemplo QAM em que há possibilidade de transmitir 16
símbolos diferentes (de 4 bits cada) e por isso se designa por 16-QAM.
Fig. 3-43 – Constelação 16-QAM
Fig. 3-42 – Constelação 8-PSK
Q
I
IkQk= 10
16-QAM
IkQk= 00
IkQk= 11 IkQk= 01
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 61
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
Repare que em QAM também existem 4 quadrantes e os eixos são representados por I
(infase) e Q (quadrature) tal como em QPSK. Se utilizarmos 5 bits por símbolo, obtemos
uma 32-QAM (Fig. 3-44).
Fig. 3-44 – Constelação 32-QAM
Utilizando um código de 6 bits/símbolo, obteremos uma 64-QAM (Fig. 3-45).
Fig. 3-45 – Constelação 64-QAM
Q
I
IkQk = 10
64-QAM
IkQk = 00
IkQk = 11 IkQk = 01
Q
I
IkQk = 10
32-QAM
IkQk = 00
IkQk = 11 IkQk = 01
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 62
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
Poder-se-ia continuar, aumentando o número de símbolos, (128-QAM, 256-QAM, etc)
mas quanto mais bits se utilizam, mais próximos os símbolos ficam uns dos outros e
portanto mais susceptíveis a erros e ao ruído porque um determinado símbolo pode ser
facilmente confundido com o símbolo vizinho. As redes de TV cabo em Portugal, trabalham
em 64-QAM, mas nos E.U.A. por exemplo, trabalham a 128-QAM e a 256-QAM.
A Fig. 3-46 mostra o resumo das modulações de portadora analógica e informação
digital.
Fig. 3-46 – Resumo das modulações de portadora analógica / sinal digital
Manual de Modulações Analógicas e Digitais Pág. 63
CINEL – Centro de Formação Profissional da Indústria Electrónica
3.4. Questionário de revisão
1. Nas modulações de portadora analógica, englobam-se:
a. AM, FM, PPM, QAM.
b. AM, FM, PSK, PWM.
c. AM, FM, PM, ASK.
d. Nenhuma das anteriores é verdadeira.
2. A Largura de banda em FM é:
a. Aproximadamente o dobro da frequência mais alta do sinal.
b. Calculada a partir do índice de modulação.
c. Calculada dividindo a frequência da portadora pela frequência do sinal.
d. Todas as anteriores são verdadeiras.
3. Uma vantagem da modulação de frequência (FM) é:
a. A sua baixa complexidade quando comparada com AM.
b. A grande qualidade de som devida a técnicas de modulação digital.
c. O facto de conseguir boas relações sinal-ruído, embora à custa de uma maior
largura de banda.
d. Poder-se calcular facilmente a frequência da portadora.
4. Na modulação ASK:
a. BASK significa que a portadora pode tomar dois níveis de amplitude
b. QASK significa que a portadora tem 4 níveis diferentes de amplitude e pode
portanto representar 2 bits.
c. 8-ASK significa que a portadora pode tomar 8 níveis diferentes de amplitude
e pode represntar 3 bits.
d. Todas as anteriores são verdadeiras.
5. Assinale a alternativa correcta:
a) AM apresenta a vantagem de ser imune ao ruído.
b) FM tem a desvantagem de ocupar uma grande largura de banda
6. Assinale a alternativa correcta:
a) O índice de modulação em AM é a relação entre a amplitude da portadora e
a amplitude da moduladora.
b)