Modulação e Multiplexação

1. Modulação e Multiplexação • Modulação e demodulação • Técnicas de modulação • Analógica – AM, FM e PM. • Digital – ASK, FSK e PSK. • Multiplexação e demultiplexação • Frequência (FDM)‏ • Tempo (TDM) síncrono e estatístico. • Código (CDM)‏ • Comprimento de onda (WDM)‏ • Espalhamento Spectral

2. modulação Em grande parte, o êxito de um sistema de comunicação depende da modulação, de modo que a escolha do tipo de modulação é uma decisão fundamental em projetos de sistemas para transmissão de sinais. Muitas e diferentes técnicas de modulação são utilizadas para satisfazer as especificações e requisitos de um sistema de comunicação. Independente do tipo de modulação utilizado, o processo da modulação deve ser reversível de modo que a mensagem possa ser recuperada no receptor pela operação complementar da demodulação. A princípio, é possível identificar dois tipos básicos de modulação, de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante: · Modulação Analógica · Modulação Digital

3. Onda contínua MODULAÇÃO ANALÓGICA Também classificada como modulação de onda contínua(CW), na qual a portadora é uma onda cossenoidal (sinal periódico utilizado para transportar a informação em diversos tipos de modulação) e o sinal modulante, um sinal analógico ou contínuo, caracterizado por três variáveis: amplitude, frequência e fase.

4. Modulação e demodulação • Modulação Transformação aplicada a um sinal que faz com que ele seja deslocado de sua faixa de frequências original para uma outra faixa. • Demodulação: Transformação aplicada a um sinal previamente modulado que faz com que ele seja deslocado de volta para sua faixa original.

5. Técnicas de modulação • Portadora Onda que carrega o valor do deslocamento do sinal, de uma faixa para outra. • Técnicas usadas em sinais analógicos Modulação por Amplitude (AM)‏ Modulação por Frequência (FM)‏ Modulação por Fase (PM)‏ • Técnicas usadas em sinais digitais Modulação por Chaveamento da Amplitude (ASK)‏ Modulação por Chaveamento da Frequência (FSK)‏ Modulação por Chaveamento de Fase (PSK)‏

6. Modulação Anaĺógica

7. Modulação por Amplitude (AM)‏ O sinal é transmitido na amplitude de uma onda portadora de frequência, que pode ter origem elétrica, eletromagnética ou ótica. A amplitude da portadora varia de forma diretamente proporcional à amplitude do sinal a transmitir.

8. Modulação por Frequência (FM)‏ A frequência de uma portadora varia de forma discretamente proporcional à amplitude do sinal a transmitir.

9. Modulação por Fase (PM)‏ Alteração da fase da portadora de acordo com o sinal modulador. Pouco empregado por necessitar de equipamento mais complexo para recepção.

10. Modulação digital (modulação discreta ou codificada )

11. Modulação digital - ASK Os sinais digitais são representados como variações de amplitude da portadora. Alteração da voltagem do sinal, mantendo-se a frequência constante. Uma amplitude torna-se 1, e outra torna-se 0 (binário). Necessidade de definir um padrão entre transmissor e receptor. Sofre degradação por causa de ruídos.

12. Modulação digital - FSK Varia a frequência da portadora em função do sinal a ser transmitido. A amplitude da onda portadora modulada é constante durante a modulação. utiliza duas frequências para representar o bit 0 e o bit 1. Hoje em dia usa-se mais frequências originais, por exemplo codificando grupos de 2 bits: f1 = 00; f2 = 01; f3 = 10; f4 = 11. Consome muita banda passante.

13. Modulação digital - PSK Este é o tipo de modulação mais utilizado para a transmissão de dados. Nele, a mudança de bit 0 para 1 ou de 1 para 0 é feita pela mudança de fase da portadora. A fase de uma onda senoidal é o ponto em que estamos no meio dela, considerando-se que ela começa em 0 e termina em 360. Neste caso a onda portadora não se comporta de modo contínuo, mas sim se deslocando em sua fase ao longo da onda senoidal. PSK não é suscetível a ruídos e nem exige muita banda. É preciso estabelecer um padrão entre transmissor e receptor.

14. Multiplexação (conceito) Multiplexar é permitir a transmissão simultânea de vários sinais por meio de um único link de dados. O objetivo básico para a utilização desta técnica é a economia, pois utilizando o mesmo meio de transmissão para diversos canais economiza-se em linhas, suporte, manutenção, instalação,... O problema em uma tx multiplexada é evitar a interferência entre os vários canais que se está transmitindo.

15. Multiplexação e demultiplexação Vários sinais de diferentes fontes (canais) possam compartilhar o mesmo meio físico: Divididos em: • Multiplexação por Divisão de Freqüência (FDM)‏ analógico • Multiplexação por Divisão do Comprimento de Onda (WDM)‏ analógico • Multiplexação por Divisão de Tempo (TDM e STDM)‏ digital • Multiplexação por Divisão de Código (CDM)‏

16. FDM – FrequencyDivisionMultiplexing É uma técnica de multiplexação analógica que combina sinais analógicos Em FDM, o espectro de frequências é dividido em vários canais lógicos, com cada usuário possuindo sua largura de banda própria. Dessa forma, cada canal analógico é modulado em frequências diferentes entre si, evitando a interferência Uma aplicação muito comum do FDM é a transmissão de rádio AM e FM. A faixa de frequências de rádio AM utiliza 530 a 1.700 KHz. Cada estação usa uma frequência de portadora diferente, ela está deslocando o seu sinal e multiplexando. Um receptor recebe todos os sinais, mas filtra o desejado.

17. FDM - exemplo Internet banda larga – ADSL (Velox, Speedy, etc)‏ POTS – voz humana. Upstream – upload de dados. Downstream – download de dados.

18. Multiplexação por Divisão do Comprimento de Onda (WDM)‏ É uma técnica de multiplexação analógica que combina sinas ópticos. Divisão por comprimento de onda. Usada em fibras óticas. Uso de um prisma. Cada comprimento de onda é refratado diferentemente – separados por um ângulo. Todos os feixes são focados, e entram corretamente na fibra. No outro extremo, o mesmo processo é feito ao contrário para demultiplexar os sinais. WDM e DWDM fazem a multiplexação de várias informações e a transformam em um único pulso de luz.Usado para transmissão em fibras óticas.

19. Multiplexação por divisão de tempo (TDM) - Consiste na partilha de tempo de transmissão de um canal por várias fontes de informação. E baseada na divisão de tempo de transmissão do canal em pequena partes (slots). - O canal fica, assim, reservado inteiramente para cada emissor durante um certo intervalo de tempo. Técnica que permite transmitir vários fluxos simultaneamente por um canal. É uma técnica de multiplexação digital que combina vários canais de baixa taxa de tx em um único canal de alta taxa.

20. TDM( síncrono e estatístico) TDM síncrono – cada tipo de dado tem um intervalo de tempo para transmitir seus dados. Enquanto um transmite, outros devem esperar sua vez de transmitir. Com TDM Síncrono, muitos slots de tempo sãoperdidos. • TDM estatístico – Cada nó que envia dados pelo cabo tem um tempo reservado para enviar dados. Caso o nó não queira enviar nada, o tempo reservado para ele é cedido para o próximo nó.Os frames não precisam ser sincronizados, um slot carrega dados e endereços. • Aloca slots de tempo dinamicamentebaseadonademanda • O Multiplexador “escaneia” linhas de entrada e coleciona dados atéter um frame cheio.

21. Comparação entre FDM e TDM

22. Multiplexação por divisão em código (CDM) Cada um dos nós pode se comunicar exatamente ao mesmo tempo e utilizando as mesmas frequências, mas usando uma codificação diferente para cada nó. Cada nó comunica-se de modo que quando eles enviam mensagens ao mesmo tempo pela linha, o resultante da mistura de todas as outras sempre será diferente para cada combinação possível de mensagens enviadas simultaneamente. Basicamente temos três técnicas de multiplexação: Multiplexação por divisão em frequência (FDM), na qual os sinais são moduladoes e distribuídos ao longo do espectro de frequência disponível. Multiplexação por divisão de tempo (TDM), que aloca janelas de tempo para sinais previamente amostrados; Multiplexação por divisão em código (CDM), em que os sinais são separados por técnicas de codificação, mas misturados em tempo e frequência. Exemplo: Analogia: Duas pessoas em uma sala e queremos ouvir o que tem a dizer, podemos pedir para: Uma fale com voz grave e a outra com voz aguda (FDM) Ambas não falem ao mesmo tempo (TDM) Cada uma delas fale num idioma diferente (CDM).

23. ESPALHAMENTO ESPECTRAL A Multiplexação combina sinais de várias fontes para atingir a máxima eficiência de largura de banda disponível de um link,sendo dividida entre várias fontes. No espalhamento espectral (ss- Spread Spectrum) também combinamos sinais de diferentes fontes para se encaixarem em uma largura de banda de maior capacidade. No entanto os objetivos são ligeiramente diferentes. O espalhamento spectral foi projetado para ser utilizado em aplicações wireless em ambientes de Lans e Wans. Existe uma maior preocupação na intercepção e interferência na comunicação de dados por um intruso mal intencionados( em operações militares, por exemplo), do que a largura da banda. Para atingir esses objetivos, utilizam técnicas com redundância para expandir a transmissão mais segura.B ss > B Existem 2 técnicas para espalhamento da largura de banda : Espalhamento espectral por saltos de frequência FHSS( frequencyhopping spread spectrum) ; utiliza M diferentes frequências de portadora que são moduladas pelo sinal de origem. Espalhamento espectral de sequência direta DSSS( directsequence spread spectrum) ; utiliza um código de N bits.

24. Questões para revisão • Descreva os objetivos da modulação. • Quais as técnicas usadas para modulação?Dê exemplo. • Descreva os objetivos da multiplexação. • Quais as técnicas usadas para multiplexação?Dê exemplo. • Faça a distinção entre TDM síncrono e TDM estatístico. Dê exemplo • Defina espalhamento espectral e seu objetivo. Dê exemplo.