Princípios da Comunicação: Modulação em Amplitude

Princípios da Comunicação Aplicada Modulação em Amplitude Prof Me Roberto Vichinsky Alguns conceitos sobre Sistemas de comunicação Um sistema de comunicação tem a finalidade de transmitir mensagens de um ponto para outro O exemplo mais primitivo de um sistema para esse objetivo é a fala humana onde a voz articula a mensagem o ar faz a sua propagação e o ouvido do interlocutor recebe a informação por meio de ondas sonoras Desse simples exemplo podemos extrair alguns conceitos fundamentais o transmissor é a pessoa que fala o receptor é a pessoa que escuta e o canal de comunicação é o ar Podemos ainda ir um pouquinho mais além Do lado do transmissor pessoa que fala as mensagens são formuladas pelo cérebro e convertidas em pulsos elétricos que são transmitidos pelos nervos aos órgãos responsáveis pela fala pulmões laringe boca etc A articulação desses órgãos permite que o som gerado pela vibração das cordas vocais seja ajustado e convertido em ondas sonoras que viajarão pelo ar Do lado do receptor pessoa que escuta as ondas sonoras fazem o tímpano vibrar acionando três pequenos ossos martelo bigorna e estribo os quais têm a função de captar e ampliar essas vibrações que são enviadas para o ouvido interno e convertidas em pulsos elétricos Os nervos auditivos encaminham os pulsos para o cérebro que interpreta a mensagem Representação da fala em diagrama de blocos Com as descobertas das propriedades do eletromagnetismo e a viabilidade prática de suas aplicações no início do século 19 houve um grande salto tecnológico em direção ao desenvolvimento de sistemas de comunicação por meio de ondas eletromagnéticas Samuel Finley Breese Morse físico americano iniciou em 1832 estudos focados na transmissão de mensagens através de pulsos elétricos o que culminou na invenção do telégrafo com fio Em 1899 o físico italiano Guglielmo Marconi baseado nos trabalhos de Nikola Tesla engenheiro eletrotécnico sérvio e na teoria das ondas electromagnéticas formulada por James Clerk Maxwell físico britânico e comprovada por Heinrich Hertz físico alemão realizou a primeira transmissão de rádio através do Canal da Mancha Um pouquinho de história É credidata à Marconi a invenção da tecnologia de transmissão de som por ondas de rádio no entanto a Suprema Corte dos Estados Unidos em 1943 concedeu a Nikola Tesla falecido nove meses antes o mérito da invenção do rádio alegando que Marconi utilizou 19 patentes de Tesla no seu projeto Por volta de 1900 ao mesmo tempo em que Marconi e Tesla isoladamente estudavam as ondas eletromagnéticas o padre católico e cientista brasileiro Roberto Landell de Moura também de forma isolada conduzia estudos e experimentos similares para a transmissão da voz humana sem a utilização de fios Ainda em seus manuscritos Landell apresenta um projeto denominado telephotorama um protótipo da televisão Curiosidades Landell teve muitas dificuldades técnicas e financeiras para desenvolver suas pesquisas Trabalhou a maior parte do tempo sozinho e encontrou muita resistência e incredulidade por parte do governo e da própria da população que o taxava de herege impostor feiticeiro e bruxo tendo inclusive o seu laboratório destruído por vândalos Certificado da patente norteamericana do transmissor de ondas conferido a Landell em 1904 Algumas considerações iniciais As ondas sonoras têm um alcance muito limitado e propagamse no ar a uma velocidade de 340 ms Se fosse possível aqui do Brasil enviar uma onda sonora com potência suficiente para chegar até Portugal 8000Km isso levaria aproximadamente 6 horas e meia sem falar no rastro de destruição que deixaria para trás Para transmitir mensagens a loga distância a solução é o uso de ondas eletromagnéticas que viajam no ar a uma velocidade próxima à velocidade da luz 3x108 ms A distância que uma onda percorre durante um período de ciclo o que chamamos de comprimento de onda é inversamente proporcional à sua frequência dada através da equação fundamental da ondulatória Onde λ Comprimento da onda m C Velocidade da luz 3x108 ms F Frequência Hz Algumas considerações O comprimento de uma antena para irradiação de sinais num circuito transmissor está relacionado com o comprimento da onda Em uma antena básica o comprimento não deve ser inferior à metade do comprimento da onda Por exemplo para uma frequência de 20KHz o comprimento da antena deve ser aproximadamente 7500m Introdução aos sistemas de comunicação A figura abaixo representa um sistema genérico de comunicação onde a informação gerada por uma entidade emissora passa por uma série de processos até chegar a uma entidade receptora observe a similaridade com o sistema de transmissão de voz que vimos no exemplo anterior Codificação Modulação Emissão Canal Recepção Demodulação Decodificação Sinal transmitido Sinal recebido Mensagem Mensagem modulada Mensagem modulada Mensagem demodulada Modulação O termo modulação corresponde ao processo de anexar informações em um sinal de alta frequência tornando viável a transmissão dessa informação através de um determinado canal de comunicação Em outras palavras a modulação é um processo que altera ou varia algum parâmetro de um determinado sinal senoidal de alta frequência de acordo com um sinal de frequência mais baixa que contém informação ou seja é o processo de anexar informação contida em um sinal eletrônico de baixa frequência a um sinal de mais alta frequência Os tipos mais comuns de modulação são mostrados abaixo Modulação Analógica Digital Linear Angular AM AMDSB AMSSB AMVSB FM PM ASK FSK PSK Modulação por Amplitude Modulação por frequência Modulação por fase Amplitude Modulation tradicional Amplitude Modulation with Double SideBand Amplitude Modulation with Single SideBand Amplitude Modulation with Vestigial SideBand Frequency Modulation Phase Modulation Amplitude ShiftKeying Frequency ShiftKeying Phase ShiftKeying Significado das siglas dos principais tipos de modulação Modulação Analógica Linear Vimos que a modução é a técnica empregada para anexar informação a um sinal de alta frequência com o objetivo de gerar um sinal apropriado para a transmissão através de um canal de comunicação específico O sinal de mais alta frequência é chamado de portador carrier pois ele têm a função de carregar a informação contida no sinal de mais baixa frequência O sinal de mais baixa frequência aquele que contém a informação é chamado de modulante Esquema básico modulação AMDSB Amplitude Modulation with Double SideBand X Sinal modulante informação Sinal modulado resultado Onda portadora carrier xt yt ct ctcosωt ytxtct Demonstração matemática do processo de modulação AMDSB Para demonstrar a construção do sinal modulado vamos considerar os seguintes parâmetros T1s período f1T 1Hz frequência em Hertz ω2πf 2π frequência angular Amplitude 1 T1s 1 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0 1 1 0 2 Sinal não periódico com duração de 115 segundos e maior amplitude igual a 15 Portadora Modulante 0 ctcosωt ctcos2π0 ct1 t0s xt1 ytxtct yt11 yt1 1 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0 0 1 1 0 2 1 1 0 2 2 ctcosωt ctcos2π025 ct0 t025s xt11 ytxtct yt110 yt0 1 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0 0 1 1 0 2 1 1 0 2 2 12π ctcosωt ctcos2π05 ct1 t05s xt12 ytxtct yt121 yt12 1 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0 0 1 1 0 2 1 1 0 2 2 π ctcosωt ctcos2π075 ct0 t075s xt13 ytxtct yt130 yt0 1 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0 0 1 1 0 2 1 1 0 2 2 32π ctcosωt ctcos2π1 ct1 t1s xt14 ytxtct yt141 yt14 1 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0 0 1 1 0 2 1 1 0 2 2 2π ctcosωt ctcos2π15 ct1 t15s xt15 ytxtct yt151 yt15 1 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0 0 1 1 0 2 1 1 0 2 2 π ctcosωt ctcos2π2 ct1 t2s xt15 ytxtct yt151 yt15 1 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0 0 1 1 0 2 1 1 0 2 2 2π ctcosωt ctcos2π3 ct1 t3s xt13 ytxtct yt131 yt13 1 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0 0 1 1 0 2 1 1 0 2 2 2π ctcosωt ctcos2π675 ct0 t675s xt06 ytxtct yt060 yt0 1 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0 0 1 1 0 2 1 1 0 2 2 32π ctcosωt ctcos2π8 ct1 t8s xt05 ytxtct yt051 yt05 1 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0 0 1 1 0 2 1 1 0 2 2 2π OPS Mudança de fase ctcosωt ctcos2π10 ct1 t10s xt0 ytxtct yt01 yt0 1 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0 0 1 1 0 2 1 1 0 2 2 2π ctcosωt ctcos2π105 ct1 t105s xt09 ytxtct yt091 yt09 1 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0 0 1 1 0 2 1 1 0 2 2 π OPS Mudança de fase novamente ctcosωt ctcos2π115 ct1 t115s xt07 ytxtct yt071 yt07 1 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0 0 1 1 0 2 1 1 0 2 2 π 1 1 0 1 1 0 2 1 1 0 2 2 Sinal modulado com cruzamento da envoltória envelope ou seja ele apresenta mudança de fase sendo assim é um sinal inadequado para o processo de demodulação 1 1 0 1 1 0 2 DC offset Direct Current offset 13 1 1 0 2 2 Sinal modulado sem cruzamento da envoltória não apresenta mudança de fase Neste caso o sinal é adequado para o processo de demodulação SCRIPT SCILAB Construção do sinal modulante com base no exemplo exposto clfclcclear t0025115 Portadora w2pi ccoswt subplot221plottcr Sinal modulante 47 amostras m1 11 12 13 14 15 15 15 15 mm15 14 13 13 12 11 1 08 mm05 02 02 02 03 04 04 05 mm06 06 06 05 02 01 02 05 mm09 1 1 1 09 08 02 0 mm06 09 1 1 09 07 offset13 DC offset 13 mmoffset subplot222plottmb Sinal modulado smc subplot223plottsg Sobreposição dos sinais subplot224 plottsg Sinal modulado resultado plottmb Sinal modulante banda superior plottm1b sinal modulante banda inferior 1 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 1 1 0 2 1 1 0 2 2