Modulações AM e FM

Universidade Federal Rural do Semiárido 
Centro Multidisciplinar Pau dos Ferros 
Curso de Engenharia de Computação 
Sistema de Transmissão de Dados 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Estudo Dirigido: Unidade II 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
João Vitor Gouveia Ricarte 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Pau dos Ferros - RN 
Fevereiro – 2018 
1. Modulação pulsada 
A técnica mais utilizada para a conversão do sinal analógico para digital é a 
modulação por código de pulso. Esta modulação baseia-se basicamente em três operações 
separadas: amostragem, quantização e codificação. No processo de conversão a 
mensagem é medida em intervalos retangulares de tempo, em seguida esses intervalos 
são aproximados para os níveis de referências estabelecidos e assim codificados em uma 
sequência de bits (pulsos). [1] 
 
Figura 1: Modulação por Código de Pulso 
A amplitude das amostras de sinal é representada por um código de vários bits, sendo 
cada bit transmitido a cada pulso, assim cada pulso para transmitir as amostras devem ter 
uma largura reduzida aumentando a banda passante do canal. As deformações na PCM 
em relação a largura e amplitude do pulso são irrelevantes de forma que possam distinguir 
claramente a presença e consequentemente a ausência do pulso. O ruído introduzido no 
início da transmissão pode ser excluído através do processo de regeneração, sendo a 
qualidade do sinal dependente do processo de geração do sinal e não do meio. [1] 
Uma grande vantagem da modulação PCM é o sinal digital que possibilita o uso de 
circuitos digitais para a computação e transmissão dos sinais, possibilitando a utilização 
dos diversos serviços de telecomunicações, constituindo uma rede de serviços digitais. [1] 
Dentre as diversas formas de modulação de ondas analógicas/digital destaca-se a 
modulação PWN – Modulação por Largura de Pulso e a PPM – Modulação por Posição 
de Pulso descritas nos tópicos seguintes. [1] 
1.1. Modulação PWN – pulse witdh modulation (Modulação em 
Largura de Pulso) 
Esse tipo de modulação mantém a amplitude dos pulsos constante e varia a largura 
proporcionalmente aos valores de f(t) nos instantes relacionados, como mostrado na 
figura abaixo. [1] 
 
Figura 2: Modulação PWN 
Um dispositivo digital como um micro-controlador pode trabalhar com entradas e 
saídas em dois estados: ligado ou desligado. Podendo facilmente usá-lo para controlar o 
estado de um LED. No entanto, às vezes você precisa de mais do que apenas “ligar” e 
“desligar” no controle de dispositivos. Também pode-se controlar o brilho de um LED 
ou a velocidade de um motor elétrico CA, simplesmente não será possível aplicando 
somente o controle (ligar/desligar). [1] 
PWM é a técnica usada para gerar sinais analógicos de um dispositivo digital como 
um micro-controlador, tão eficiente que hoje em dia quase todos os micro-controladores 
modernos possuem hardware dedicado para a geração de sinais PWM. [3] 
Como o sinal PWN é totalmente digital em qualquer momento a alimentação CC ou 
está completamente ligada ou completamente desligada. O tempo de ativação é o tempo 
durante o qual a alimentação CC é aplicada e o tempo de desativação quando a 
alimentação está completamente desligada. [3] 
A figura 3 mostra sinais PWN com diferentes ciclos de trabalhos, um com 10% (a), 
50% (b) e 90% (c). Caso a alimentação for de 9V e o ciclo de trabalho for 10%, temos 
um sinal analógico de 0.9V. Este ciclo ativo é definido pela largura do pulso dividido 
pelo período, multiplicado por 100% (por cento) resultando na porcentagem do ciclo de 
trabalho. [3] 
 
Figura 3: Modulação PWN em diferentes Ciclos de trabalho 
1.2. Modulação PPM – pulse position modulation (Modulação em 
Posição de Pulso) 
No PPM (Pulse Position Modulation) a técnica de modulação de posição de pulso 
consiste na variação da posição de pulso da portadora, na proporção do sinal, mantendo 
constante a amplitude e a largura dos pulsos. De notar que o intervalo entre os pulsos 
pode não ser constante. Uma aplicação desta técnica, na transmissão de comandos de um 
RC (comando de rádio controlo, por exemplo um DX6i) com seis canais, o que resulta 
será um único frame de com sete pulses a qual terá seis pulses, um por cada canal, mais 
um pulse que indica o start do frame. [4] 
 
 
Figura 4: Modulação PWN 
O sinal PPM é gerado a partir do PWM, bastando utilizar um circuito monoestável na 
transição de descida dos pulsos do sinal PWM. A duração dos pulsos será determinada 
pela constante R.C. 
 
Figura 5: Modulação PPM 
2. Modulações por amplitude de pulso: Processo de amostragem do 
sinal. 
Sabe-se que o sinal analógico é continuo no tempo e contém uma infinidade de 
valores, também conhecemos o meio de comunicação que possui uma banda limitada e 
que obriga a transmitir uma certa quantidade de amostras do sinal, como propõe o 
Teorema de Nyquist. O processo de amostragem é o primeiro passo na geração de sinais 
PCM, onde após a amostragem será quantizada e convertida em um código binário para 
ser transmitida. [1] 
Na modulação por amplitude de pulso (PAM), o sinal de informação é regularmente 
amostrado em determinados intervalos de tempo, e o valor das amostras é transmitido 
através de pulsos cuja amplitude é proporcional ao valor do sinal de informação no 
instante de amostragem. A figura 4 ilustra um diagrama de blocos que representa o 
processo de amostragem para uma modulação PAM. [1] 
 
Figura 6: Diagrama de blocos de um circuito de amostragem. 
O processo de amostragem baseia-se em condições dispostas no teorema da 
amostragem, na análise do espectro das frequências do sinal amostrado e do sinal de 
amostragem. [1] 
2.1. Espectro de Frequências do Sinal de Amostragem [1] 
Um sinal ideal de amostragem é uma série periódica de impulsos de largura 
infinitesimal cuja a multiplicação do sinal de amostragem pela mensagem resulta um sinal 
contendo apenas o valor das amostras nos determinados instantes. O espectro de 
frequência do sinal é formado da frequência fundamental do sinal, que é também a 
frequência de amostragem (fa = 1/T) e suas harmônicas 2fa, 3fa, 4fa, sendo que as 
frequências componentes possuem a mesma amplitude (A = wo = 2πf). Na figura 5 é 
mostrado um sinal de amostragem ideal. 
 
Figura 7: Diagrama de blocos de um circuito de amostragem. 
 Em sistemas reais o sinal de amostragem que é utilizado é um trem de pulso, uma 
série periódica de pulsos com amplitude fixa, largura finita e período. Assim definido o 
ciclo de trabalho, este representa a parcela de tempo em que o sinal possui energia. O 
espectro de frequência desse sinal possui as mesmas componentes de frequências do sinal 
de amostragem ideal, no entanto a amplitude das amostras varia de acordo com a função 
de amostragem. 
 
Figura 8: Sinal de amostragem real – tem de pulsos. 
Algumas características observáveis no espectro de frequências do sinal de 
amostragem: 
➢ O número de frequências harmônicas sob o lóbulo central é inversamente 
proporcional ao ciclo de trabalho. 
➢ O espaçamento das frequências no espectro é sempre determinado pela 
frequência de amostragem 
➢ A amplitude componente contínua é proporcional ao ciclo de trabalho 
➢ A frequência que limita o lóbulo central é inversamente proporcional a largura 
do pulso. 
2.2. Espectro de Frequências do Sinal Amostrado [1] 
A obtenção do espectro de frequência do sinal de informação amostrado de forma 
natural utilizaremos o teorema da convolução na qual fala que: “A multiplicação do sinal 
de amostragem pelo sinal de informação f(t), no domínio do tempo, corresponde, no 
domínio da frequência, a convolução dos espectros