Transmissão Analógica e Modulação

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Comunicação de Dados
Aula 3 Transmissão analógica e modulação
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Transmissão analógica e modulação – AULA3 - *
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Conteúdo Programático desta aula
 Compreender as motivações e imposições para conversão digital/ analógica de sinais.
 
 Diferenciar canais passa- baixa de passa- faixa. 
 Diferenciar taxa de sinal e taxa de bits. 
 Caracterizar os esquemas básicos de modulação digital / analógico
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Conceito de Comunicações
Uma comunicação terá atingido os seus objetivos se atender a alguns procedimentos e requisitos, dentre os quais destacamos os seguintes:
 Entrega: os dados devem ser entregues no destino correto. 
 Precisão: apenas os dados que não contêm erros devem ser efetivamente processados no destino. 
 Sincronização: o sistema deve entregar dados no momento certo. 
 Jitter: este é um fenômeno que se refere à variação no retardo que os dados sofrem ao longo do percurso entre dois dispositivos que se comunicam. 
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O Espectro Eletromagnético
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O Espectro Eletromagnético
Uso nas Comunicações
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Classificação dos sinais analógicos
Podem ser de dois tipos: 
1. Banda Base - através de um sinal digital
2. Banda Larga - através da transformação do dado digital em sinal analógico
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Transmissão de Sinais e Modulação
Um sinal oscilatório contínuo de propaga mais longe que outros sinais, por isto, para atingir maiores distância empregamos sinais analógicos, geralmente uma senoidal simples.
Para transmitir nestes sinais o transmissor muda ligeiramente a portadora na proporção do conteúdo a ser enviado, a isto chamamos modulação 
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Transmissão de Sinais e Modulação
Portadora
Dado
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Exemplo de Transmissão em Banda Base
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Características de um sinal analógico
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 Transmissão do sinal analógico X Transmissão do sinal digital
 Um sinal digital é um sinal analógico composto por frequências que vão de zero a infinito (com largura de banda infinita).
 Os canais passa-baixa permitem a passagem de frequências de 0 (zero) até f1.
 Entretanto, quando o único canal disponível é do tipo passa-faixa, a opção possível é a transmissão de um sinal analógico, pois, em um canal passa-faixa, a largura de banda é limitada, ou seja, compreendida em f1 e f2
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Canais passa-baixa e passa-faixa
Quando se faz necessário o uso da modulação é o envio de dados de um computador através da linha telefônica temos um canal passa-faixa, onde a largura de banda é dividida em diversos canais passa-faixa
Os canais passa-baixa permitem a passagem de frequências de 0 (zero) até f1
Sua largura de banda é infinita, ou seja, o limite inferior é fixo (0 Hz) e o superior pode ir até o limite aceito pelo meio (chamada largura de banda efetiva).
Canal 
Passa Baixa
Canal 
Passa Faixa
Amplitude
Amplitude
Frequência
Frequência
f1
f1
f2
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Conversão digital-analógica
No sistema telefônico os canais de voz foram projetados para uma determinada faixa de frequência com largura de banda de 4KHz. 
Com 4KHz a transmissão digital teria uma vazão muito pequena.
A solução, neste caso é converter o sinal de digital em analógico.
Para transmissão analógica, nas linhas telefônicas, é inserido o sinal do tom contínuo, chamado de portador de onda senoidal:
- Este sinal tem amplitude, frequência e fase moduladas – modulação por chaveamento
Sinal Digital
Sinal Analógico
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Conceitos de Modulação
A maior parte dos sinais não podem ser transmitidos diretamente através de um canal.
Para transmitir estes sinais, são empregadas ondas simples e de características conhecidas chamadas portadoras.
 A modulação é a alteração sistemática de uma onda portadora de acordo com a mensagem (sinal modulante), e pode incluir também uma codificação
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O PORQUE DA MODULAÇÃO
Podemos resumir: A modulação é necessária para "casar" o sinal com o meio de transmissão. 
Este "casamento" envolve algumas considerações importantes, detalhadas nos itens seguintes:
MODULAÇÃO PARA FACILIDADE DE IRRADIAÇÃO
MODULAÇÃO PARA REDUÇÃO DE RUÍDO E INTERFERÊNCIA
MODULAÇÃO PARA DESIGNAÇÃO DE FREQUÊNCIA
MODULAÇÃO PARA MULTIPLEXAÇÃO
MODULAÇÃO PARA SUPERAR LIMITAÇÕES DE EQUIPAMENTO
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Modulação para Facilidade de Irradiação
Para se ter irradiação eletromagnética eficiente, os elementos irradiantes (antenas) devem ser no mínimo 1/10 do comprimento de onda. 
Os sinais de áudio por exemplo, possuem componentes de baixas frequências, em torno de 100 Hertz ou menos, necessitando antenas de aproximadamente 300 Km de comprimento. 
Utilizando a propriedade de translação de frequência da modulação, estes sinais de frequências baixas podem ser sobrepostos em uma onda portadora de alta frequência, permitindo uma redução substancial do tamanho da antena.
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Modulação para redução de ruído e interferência
Certos tipos de modulação possuem a propriedade muito útil de reduzir tanto o ruído, como a interferência de um sistema de comunicação.
A supressão, entretanto, é obtida a custa de um preço. Geralmente se necessita de uma banda de transmissão muito maior do que a do sinal original, daí a designação de redução de ruído em banda larga.
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Modulação para designação de frequência
Permite a seleção, dentro de um sistema, de uma das diferentes estações existentes.
Isto é possível porque cada uma das estações tem uma diferente frequência atribuída para sua onda portadora.
Não fosse pela modulação, apenas uma estação poderia operar numa determinada área. 
Duas ou mais estações, transmitindo no mesmo meio sem modulação, produziriam uma superposição de sinais interferentes.
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Modulação para multiplexação
Muitas vezes se necessita enviar vários sinais simultaneamente entre os mesmos dois pontos.
As técnicas de multiplexação inerentes a modulação, permitem a transmissão de múltiplos sinais através de um mesmo canal, de modo que cada sinal possa ser recuperado com sucesso no outro extremo de recepção.
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Modulação para superar limitações de equipamento
O projeto de um sistema, é normalmente restrito ao equipamento disponível, cujo desempenho quase sempre depende das frequências envolvidas.
A modulação pode ser utilizada para transladar um sinal até o espectro de frequência onde as limitações do equipamento são mínimas. 
Com esta finalidade, os dispositivos de modulação são encontrados tanto em transmissores como em receptores ( demodulação).
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Modulação Analógica
Também classificada como modulação de onda contínua (CW), na qual a portadora é uma onda senoidal, e o sinal modulante é um sinal analógico ou contínuo.
Há um número infinito de formas de onda possíveis que podem ser formadas por sinais contínuos. Tratando-se de um processo contínuo, a modulação CW é conveniente para este tipo de sinal. Em modulação analógica, o parâmetro modulado varia em proporção direta ao sinal modulante.
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Modulação Analógica
Normalmente, a onda portadora possui uma frequência muito maior do que qualquer um dos componentes de frequência contidos no sinal modulante. 
O processo de modulação, é então caraterizado por uma translação em frequência onde o espectro de frequências da mensagem é deslocado para uma nova e maior banda de frequências.
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Modulação Analógica
 AM – Amplitude Modulada
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Modulação Analógica
 FM – Frequência Modulada
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Modulação Analógica
 PM – Fase Modulada (Phase Modulation)
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Modulação Digital
Também denominada modulação discreta ou codificada. Utilizada em casos em que se está interessado em transmitir uma forma de onda ou mensagem, que faz parte de um conjunto finito de valores discretos representando um código. 
No caso da comunicação binária, as mensagens são transmitidas por dois símbolos apenas. Um dos símbolos representado por um pulso S(t) correspondendo ao valor binário "1" e o outro pela ausência do pulso (nenhum sinal) representando o dígito binário "0".
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Modulação Digital
A diferença fundamental entre os sistemas de comunicação de dados digitais e analógicos (dados contínuos) é bastante óbvia. 
No caso dos dados digitais, envolve a transmissão e detecção de uma dentre um número finito de formas de onda conhecidas (no presente caso a presença ou ausência de um pulso), enquanto que, nos sistemas contínuos há um número infinitamente grande de mensagens cujas formas de onda correspondentes não são todas conhecidas.
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Modulação Digital
Nos sistemas digitais o problema da detecção (demodulação) é um problema um pouco mais simples que nos sistemas contínuos. 
Durante a transmissão, as formas de onda da onda portadora modulada são alteradas pelo ruído do canal. Quando este sinal é recebido no receptor, devemos decidir qual das duas formas de onda possíveis conhecidas foi transmitida. Uma vez tomada a decisão a forma de onda original é recuperada sem nenhum ruído.
Do mesmo modo que há diversas técnicas de modulação para sinais analógicos, as informações digitais também podem ser colocadas sobre uma portadora de diferentes modos.
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Comparação bit e baud
 Taxa de dados (ou taxa de bits – medida em bps) como o número de bits enviados por segundo através de uma linha.
 Taxa de sinal (medida em bauds) como o número de elementos de sinais enviados por segundo. 
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Modulação digital-analógica
As formas básicas de modulação digital-analógica são: 
 ASK – Amplitude Shift Keying
 FSK – Frequency Shift Keying
 PSK – Phase Shift Keying
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Modulação ASK
ASK - No chaveamento por amplitude, a amplitude do sinal da portadora é modificada para criar representações de informações (elementos de sinais). 
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Modulação ASK - Exemplo
 No sinal ASK-8, por exemplo, o elemento de sinal pode representar 3 bits de dados. Assim, podem ser enviados 8 valores diferentes a cada variação de amplitude.
 A frequência e a fase permanecem constantes em cada elemento de sinal.
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Modulação FSK
O sinal é representado com espectros de frequência 1,25 Mhz e 3MHz. 
A amplitude e a fase do sinal permanecem inalteradas.
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Modulação PSK
 A fase é medida em graus – 360º. representa um ciclo completo
 O deslocamento indica o início de um elemento de sinal
Amplitude
Freq
0o
Amplitude
Freq
90o
Amplitude
Freq
180o
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Modulação PSK
 No chaveamento por fase o sinal de portadora é modificado para criar a representação de informações (elemento de sinal)
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Resumo da aula 3
 Identificou as motivações e imposições para conversão digital-analógica de sinais.
 Diferenciou os canais passa-baixa dos canais passa-faixa.
 Investigou a modulação de sinais.
 Relacionou taxa de sinal à taxa de bits.
 Caracterizou os esquemas básicos de modulação digital-analógica.
 Mapeou as propriedades da modulação por chaveamento de amplitude, modulação por chaveamento de frequência e modulação por chaveamento de fase.
 Identificou a necessidade de combinar esquemas básicos de modulação no intuito de obter maiores taxas de bits.