Conceitos básicos de modulação e multiplexação

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SERVIÇO PÚBLICO FEDERAL 
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE MATO GROSSO 
CAMPUS PONTES E LACERDA – FRONTEIRA OESTE 
DEPARTAMENTO DE ENSINO 
 
 
Disciplina: Fundamentos de Redes de Computadores 
Turma: 2º Ano 
Docente: Flávio Bessa 
Conteúdo: Conceitos básicos de modulação e multiplexação; 
 
 
Conceitos básicos de modulação 
 
Modulação 
 
Embora pareça ser simples a transmissão de um sinal e a recepção do mesmo, é muito 
complexo ao se tratar de inúmeras possibilidades e cenários que podem ocorrer, principalmente 
em um sistema sem fio. 
Um sistema de comunicação qualquer transmite informação de um local para o outro. É 
fundamental definir a potência da informação, o meio de transmissão e os usuários (transmissor e 
receptor). Para um sistema de comunicação sem fio, a informação que sai do transmissor precisa 
ser modulada. 
O processo de modulação consiste numa operação realizada sobre o sinal ou dados a 
transmitir e que produz um sinal apropriado para a transmissão sobre o meio de transmissão em 
causa. A escolha da técnica de modulação permite “moldar” as caracteríticas do sinal a transmitir 
e adaptá-lo às características do canal. 
Entre outros aspectos, a operação de modulação permite: (i) deslocar o espectro do sinal a 
transmitir para a banda de frequências mais apropriada/disponível; (ii) produzir um sinal 
modulado com um espectro mais estreito (ou mais largo) que o sinal original; (iii) tornar o 
sistema de transmissão mais robusto relativamente a algum tipo de ruído e/ou interferência; (iv) 
adaptar a sensibilidade do receptor às características do canal. 
As técnicas de transmissão dividem-se em dois grandes grupos: as técnicas destinadas à 
transmissão de sinais analógicos e as técnicas destinadas à transmissão de dados digitais. Nos 
dois grupos a transmissão pode ser efectuada em banda base ou com recurso a portadoras 
(eléctricas ou ópticas). No entanto, a transmissão de sinais analógicos em banda base está, 
normalmente, limitada a sistemas de transmissão a muito curtas distâncias, uma vez que esta 
solução é muito pouco imune aos efeitos do ruído e interferência. Um exemplo da utilização 
desta solução é o da transmissão de voz entre os telefones e as centrais da rede telefônica 
convencional. 
No receptor é feito a demodulação, sendo o processo inverso, que trará a informação 
original, como mostra o diagrama de blocos representado na Figura 1 
 
 
 
Já podemos observar alguns conceitos básicos. 
 A potência da informação, no caso o som da voz, é dada pela capacidade dos pulmões de 
cada uma, que pode sussurrar, falar ou gritar. 
 O meio de transmissão dessa informação é o ar, ou espaço livre. 
 Quem fala é o transmissor, e quem escuta é o receptor. 
 Modulação: alteração de características do sinal a ser transmitido. 
 Demodulação, o processo inverso da modulação. 
 
O que é Modulação? 
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É o processo de variação de altura (amplitude), de intensidade, frequência, 
do comprimento e/ou da fase de onda numa onda de transporte, que deforma uma das 
características de um sinal portador (amplitude, fase ou frequência) que varia proporcionalmente 
ao sinal modulador. 
A modulação é a técnica onde as características da portadora (sinal que é modulado) são 
modificadas com a finalidade de transmitir as informações, sendo feitas as alterações 
combinadas de frequência, amplitude ou fase. Essa onda portadora modulada trafega por um 
canal de comunicações transportando toda informação. 
Figura 2: Portadoras senoidais e suas alterações de frequência, amplitude e fase: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Telecomunicações 
 
Modulação é o processo no qual a informação transmitida numa comunicação é 
adicionada a ondas eletromagnéticas. O transmissor adiciona a informação numa onda especial 
de tal forma que poderá ser recuperada na outra parte através de um processo reverso 
chamado demodulação. 
A maioria dos sinais, da forma como são fornecidos pelo transmissor, não podem ser 
enviados diretamente através dos canais de transmissão. Conseqüentemente, é necessário 
modificar esse sinal através de uma onda eletromagnética portadora, cujas propriedades são mais 
convenientes aos meios de transmissão. A modulação é a alteração sistemática de uma onda 
portadora de acordo com a mensagem (sinal modulante), e pode incluir também uma 
codificação. 
É interessante notar que muitas formas de comunicação envolvem um processo de 
modulação, como a fala por exemplo. Quando uma pessoa fala, os movimentos da boca são 
realizados a taxas de freqüência baixas, na ordem dos 10 Hertz, não podendo a esta frequência 
produzir ondas acústicas propagáveis. A transmissão da voz através do ar é conseguida pela 
geração de tons (ondas) portadores de alta frequência nas cordas vocais, modulando estes tons 
com as ações musculares da cavidade bucal. O que o ouvido interpreta como fala é, portanto, 
uma onda acústica modulada, similar, em muitos aspectos, a uma onda elétrica modulada. 
O dispositivo que realiza a modulação é chamado de? “Modulador”. 
Basicamente, a modulação consiste em fazer com que um parâmetro da onda portadora 
mude de valor de acordo com a variação do sinal modulante, que é a informação que se deseja 
transmitir. 
Dependendo do parâmetro sobre o qual se atue, temos os seguintes tipos de modulação: 
 Modulação em amplitude (AM) 
 Modulação em fase (PM) 
 Modulação em frequência (FM) 
 Modulação em banda lateral dupla (DSB) 
 Modulação em banda lateral única (SSB) 
 Modulação de banda lateral vestigial (VSB, ou VSB-AM) 
 Modulação de amplitude em quadratura (QAM) 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Amplitude
https://pt.wikipedia.org/wiki/Intensidade_(f%C3%ADsica)
https://pt.wikipedia.org/wiki/Frequ%C3%AAncia
https://pt.wikipedia.org/wiki/Comprimento
https://pt.wikipedia.org/wiki/Fase_(f%C3%ADsica)
https://pt.wikipedia.org/wiki/Radia%C3%A7%C3%A3o_eletromagn%C3%A9tica
https://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Portadora&action=edit&redlink=1
https://pt.wikipedia.org/wiki/Amplitude
https://pt.wikipedia.org/wiki/Fase_(f%C3%ADsica)
https://pt.wikipedia.org/wiki/Frequ%C3%AAncia
https://pt.wikipedia.org/wiki/Informa%C3%A7%C3%A3o
https://pt.wikipedia.org/wiki/Comunica%C3%A7%C3%A3o
https://pt.wikipedia.org/wiki/Ondas_eletromagn%C3%A9ticas
https://pt.wikipedia.org/wiki/Transmissor
https://pt.wikipedia.org/wiki/Demodula%C3%A7%C3%A3o
https://pt.wikipedia.org/wiki/Onda
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 Modulação por divisão ortogonal de frequência (OFDM) 
 
Também se empregam técnicas de modulação por pulsos, entre elas: 
 
 Modulação por pulso codificado (PCM) 
 Modulação por largura de pulso (PWM) 
 Modulação por amplitude de pulso (PAM) 
 Modulação por posição de pulso (PPM) 
 
Multiplexação 
Na telecomunicação, a multiplexação ou multiplexagem é uma técnica que consiste na 
combinação de dois ou mais canais de informação por apenas um meio de transmissão usando um 
dispositivo chamado multiplexador. A vantagem desse processo é a possibilidade de que haja a 
comunicação simultânea por um mesmo meio (utilizado em aparelhos de telefone, por exemplo), 
a desvantagem é que, em seguida, é preciso filtrar os sinais enviados para conseguir identificar a 
mensagem de cada usuário e pode causar interferências ou problemas na rapidez da 
comunicação. 
Existem muitas estratégias de multiplexação segundo o protocolo de comunicação 
empregado, que pode combiná-las para alcançar o uso mais eficiente; os mais utilizados são: 
TDMA - multiplexação por divisão de tempo; 
FDMA - multiplexação por divisão de frequência; 
CDMA- multiplexação por divisão em códigos; 
 
Comunicação entre computadorese tecnologias de rede/Métodos de multiplexação 
 
Multiplexação é uma técnica utilizada para permitir que mais de uma mensagem ocupe o 
mesmo meio de transporte. Ela é usada tanto em redes de computadores, em linhas telefônicas e 
no envio de telegramas. Se não fosse por esta técnica, as redes seriam coisas muito mais caras e 
possivelmente tecnologias como os aparelhos de telefones e celulares nunca teriam se 
popularizado. 
O desenvolvimento de técnicas de multiplexação foi um dos principais fatores que 
levaram ao barateamento dos celulares nos últimos anos. 
A grande vantagem da multiplexação é permitir que muitos nós se comuniquem 
simultaneamente pelo mesmo meio. A desvantagem é que é preciso posteriormente filtrar os 
sinais enviados para conseguir identificar a mensagem de cada usuário. O aparelho ou programa 
que realiza a multiplexação chama-se multiplexador. O aparelho ou programa que faz a filtragem 
das informações enviadas chama-se demultiplexador. 
 
Multiplexação por Divisão de Frequência 
 
Este tipo de Multiplexação funciona alocando para cada tipo de dado uma faixa de 
frequência do meio de transmissão. 
Este tipo de multiplexação é usado por emissoras de televisão que usam frequências 
diferentes para enviar o vídeo, as cores e o áudio no mesmo canal; internet ADSL que utilizam 
uma faixa de frequências não utilizadas pela voz nas linhas telefônicas para transmitir dados, 
companhias de TV à cabo que podem aproveitar o mesmo cabo que envia as imagens para a 
televisão para transmitir também serviço de internet e telefone e por estações de rádio que 
separam os seus canais de rádio uns dos outros fazendo com que cada um utilize uma faixa de 
frequência diferente. 
Multiplexação por Divisão de Tempo 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Telecomunica%C3%A7%C3%A3o
https://pt.wikipedia.org/wiki/Canal_(comunica%C3%A7%C3%A3o)
https://pt.wikipedia.org/wiki/Meio_de_transmiss%C3%A3o
https://pt.wikipedia.org/wiki/Multiplexador
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Neste tipo de multiplexação, cada tipo de dado possui um determinado período de tempo 
para transmitir os seus dados. Por exemplo, se os nós A, B e C usam um cabo para transmitir 
dados, podemos fazer com que a cada segundo o cabo transporte dados de um nó diferente. 
Enquanto um transmite dados, os outros devem aguardar a sua vez de transmitir. 
O grande problema deste tipo de multiplexação é que caso um dos nós não queira 
transmitir nada pela rede, o tempo do cabo destinado a ele acaba sendo desperdiçado. Este tipo 
de multiplexação é recomendado quando o acesso à rede pelos nós é frequente. 
Como exemplo de uso deste tipo de multiplexação, pode-se citar os celulares GSM que 
além de usarem a Multiplexação por Divisão de Tempo, usam também a Multiplexação por 
Divisão de Frequência. 
Multiplexação Estatística 
 
É uma versão mais complexa da Multiplexação por Divisão de Tempo. Nela, cada nó que 
envia dados pelo cabo também possui um tempo reservado para enviar dados. Entretanto, caso o 
nó não queira enviar nada naquele momento, o tempo reservado para ele não é desperdiçado, 
pois o seu tempo é cedido então para o próximo nó da fila. 
A vantagem desta multiplexação é que ela permite que um número muito maior de nós 
ocupem o mesmo cabo desde que cada um deles não fique o tempo todo usando a rede. A 
desvantagem é que informações adicionais precisam ser enviadas para a rede para que seja 
possível descobrir se o nó está transmitindo ou não. Ao contrário do TDM, eu não sei o momento 
no qual cada nó estará utilizando a rede. Por esta razão, as vantagens da Multiplexação 
Estatística desaparecem quando todos os nós usam a rede muito frequentemente. 
Esta multiplexação é comum em redes de computadores. 
 
Multiplexação por Divisão de Amplitude 
 
Nele, cada tipo de dados é enviado em uma amplitude de onda diferente. É o método 
utilizado para enviar dados em fibras óticas. 
 
Multiplexação por Acesso a Demanda 
 
Neste tipo de multiplexação, é preciso que haja algum tipo de equipamento ou programa 
que controle a rede atuando como um "coordenador de tráfego". Toda vez que dois nós desejam 
se comunicar, o controlador associa à cada um deles uma frequência diferente. Quando a 
comunicação se encerra, as frequências usadas são desalocadas e podem ser usadas por nós 
diferentes que quiserem se comunicar. 
Esta multiplexação é muito importante para as comunicações via celulares. 
 
Acesso Múltiplo por Divisão de Código 
 
Nesta multiplexação, cada um dos nós pode se comunicar exatamente ao mesmo tempo e 
utilizando as mesmas frequências. Isso só é possível porque cada nó se comunica utilizando uma 
codificação diferente. Cada nó precisa se comunicar de modo que quando eles enviam 
mensagens ao mesmo tempo pela linha, a mensagem resultante da mistura de todas as outras 
sempre será diferente para cada combinação possível de mensagens enviadas simultaneamente. 
Fazendo uma analogia, quando temos duas pessoas em uma sala e queremos ouvir o que 
elas tem a dizer, podemos pedir para que uma fale com voz grave e a outra com voz aguda 
(FDM), ou para que elas não falem ao mesmo tempo (TDM) ou que cada uma delas se 
comunique em um idioma diferente (CDMA). 
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Esta tecnologia é usada pelos celulares de terceira geração. Atualmente é possível fazer 
com que até 32 nós diferentes se comuniquem usando o mesmo cabo por meio desta tecnologia. 
 
Multiplexação por Divisão Ortogonal de Frequência 
 
Ela ocorre de forma semelhante à Multiplexação por Divisão de Frequência. Entretanto, 
ela usa propriedades de ondas de forma a dividir cada canal de frequência em dezenas ou 
milhares de sub-canais diferentes. Com isso, o sinal fica ainda mais resistente à interferências, 
atenuação devido à distância e além disso, ele fica muito mais fácil de ser posteriormente 
filtrado. 
Esta multiplexação foi desenvolvida pelos Estados unidos nos anos 60 durante a Guerra 
do Vietnam. A tecnologia é usada por emissoras de televisão e rádio digitais na Europa além de 
diversos outros aparelhos.