Modulação por amplitude de pulso

A maioria dos sinais, da forma como são fornecidos pelo transdutor, não podem ser enviados diretamente através dos canais de transmissão. Consequentemente, uma onda portadora cujas propriedades são mais convenientes aos meios de transmissão, é modificada para representar a mensagem a ser enviada. 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 não elétricas de comunicação, também envolvem um processo de modulação, como a fala por exemplo. Quando uma pessoa fala, os movimentos da boca são realizados a taxas de frequências baixas, da ordem de 10 Hertz, não podendo a esta frequência produzir ondas acústicas propagáveis. A transmissão da voz através do ar é conseguida pela geração de tons 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 porquê 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

Tipos de 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 Ambos são utilizados nos sistemas de comunicação conforme o tipo de sinal que se quer transmitir. Os dois tipos mencionados acima se subdividem em subtipos de acordo com as necessidades e requisitos do projeto.

Teorema da Amostragem

A amostragem é o ponto de partida para conversão de sinais analógicos para sinais digitais. Sua finalidade é produzir uma sequência de amostras discretas a partir de um dado sinal analógico. O processo de amostragem foi primeiramente proposto pelo teorema da amostragem. A partir do Teorema da Amostragem e em consequência de serem necessárias apenas amostras de sinal, tomadas com frequência conveniente para podermos recuperar integralmente a mensagem no ponto de recepção, podemos pensar em transmitir pulsos estreitos, o que implica uma vantagem muito grande. Outra forma de enunciar o teorema de Nyquist:

• O receptor pode reconstruir um sinal em que a máxima frequência é f desde que

o sinal tenha sido amostrado a um ritmo igual ou superior a 2f.

Exemplo: um sinal de voz que está limitado a 4 kHz, só necessita de ser amostrado 8000 vezes/s. (i.e. Período de amostragem é 1/8000 s = 125 micro segundos).

Modulação por amplitude de pulso

O sistema PAM é aquele onde se aplica diretamente o conceito de um sinal amostrado, pois o sinal modulado pode ser compreendido como o produto do sinal modulante pelo trem-de-pulsos da portadora. Na modulação PAM a amplitude dos pulsos, regularmente espaçados, é variada proporcionalmente aos valores amostrados do sinal contínuo de mensagem. Na amostragem natural, o topo de cada pulso retangular modulador pode variar com o sinal de mensagem.

Características

• Cada pulso tem duração de tempo T;
• A modulação PAM apresenta um sinal discreto, porém com amplitude contínua;
• Não é muito usado devido ser muito suscetível ao erro.

Quantização

* É o processo de tornar o sinal modulado em PAM, dentro de níveis pré-estabelecidos de tensão chamados de Valores de Decisão. * Quando um pulso está acima de um nível de decisão, ele é aproximado para o nível superior de decisão, ele é aproximado para o nível superior imediato. * Quando o pulso está abaixo da linha de decisão, ele é aproximado para o nível inferior imediato.

Aplicações

Espectro do sinal PAM O sinal de amostragem (que atua na chave) é constituído de impulsos com a frequência de amostragem fa, também chamado função pente (ou função amostra). O espectro deste sinal contém raias de mesmo nível e frequência múltiplas inteiras de fa, ou seja, 0 Hz (componente continua), fa, 2fa, 3fa, 4fa ... (até o infinito se a duração do impulso for nula...). O sinal PAM terá portanto estas mesmas raias, porém com as bandas laterais criadas pela modulação em amplitude. Note que existe uma banda de guarda entre as bandas laterais fa+fm e 2fa-2fm, isso deve-se ao fato de estarmos amostrando sinal menor que 4 Khz, que é a frequência limite de Nyquist.

Operação

A Modulação por amplitude de pulso é uma forma de controle de um pulso elétrico. Permite a modulação do sinal através da discretização das amplitudes do sinal modulante. Essa modulação é feita multiplicando-se o sinal modulante por um trem de pulsos da portadora. O trem de pulsos é o sinal da portadora, consiste em uma onda quadrada.

Ao recuperar ou demodular o sinal modulado é obvio que se pretende obter a informação do sinal original. Esta informação pode ser obtida com perda de qualidade, mas não com perda de inteligibilidade. Para que isto ocorra é preciso preparar o trem de pulsos de modo que este produza uma amostragem do sinal de acordo com o teorema de amostragem.

Também chamado de Teorema de Nyquist este diz que a freqüência de amostragem deve ser duas vezes a máxima freqüência do sinal modulante. Seguindo este teorema temos a garantia de que a informação do sinal será recolhida sem nenhum dano. Mas na prática é preciso uma banda de guarda, pois não existe filtro capaz de filtrar uma onda quadrada. No entanto a equação é a seguinte:

• f ≥ 2.fm + G

Onde: f = freqüência de amostragem, fm = máxima freqüência e G = constante que produz a banda de guarda.

Este tipo de modulação é de uso muito raro e o superado por outras tecnologias tais como a modulação de posição de pulso, e modulação de código de pulso.

Conclusão

O fato de poder operar com tempos curtos, permite que redes baseadas em modulação obtenham um aumento na sua capacidade de transmissão (aumento do número de canais), uma vez que existe um melhor aproveitamento do tempo ocioso dos sistemas de comunicação.

Referências Bibliográficas

Tadeu, A.G. Telecomunicações – Transmissão e Recepção. Ed. Érica. 2011. Soares. V. N. Telecomunicações – Sistemas de Modulação. Ed. Érica. 2010. Alencar, M.S. Telefonia Digital. Ed. Érica. 1998.