Sistemas de transmissão analógicos e digitais

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Sistemas de transmissão analógicos e digitais
Prof. Alberto Gaspar Guimarães
Descrição
Identificação das características dos sistemas de transmissão analógicos e digitais, dos seus principais componentes e dos parâmetros que
permitem a sua análise. Apresentação de exemplos de sistemas comerciais implementados que utilizaram essas formas de transmissão.
Propósito
O estudo comparativo envolvendo sistemas de transmissão analógicos e digitais é essencial para a formação de profissionais com competência e
habilidades para a análise, o projeto e a manutenção de tais sistemas, permitindo o reconhecimento, nos sistemas implementados e operados
atualmente, das capacidades que eles podem oferecer.
Objetivos
Módulo 1
Princípios de sistemas de transmissão analógicos
Identificar os princípios de sistemas analógicos.
Módulo 2
Princípios de sistemas de transmissão digitais
Identificar os princípios de sistemas digitais.
Módulo 3
Comparação entre sistemas de transmissão analógicos e digitais
Comparar os sistemas de transmissão analógicos e digitais.
Módulo 4
Sistemas de transmissão implementados: analógico e digital
Identificar os sistemas de transmissão implementados com as tecnologias analógica e digital.
Introdução
Olá, seja-vindo! Assista ao vídeo e compreenda os princiapis conceitos que serão trabalhados neste conteúdo.
Orientação sobre unidade de medida
Em nosso material, unidades de medida e números são escritos juntos (ex.: 25km) por questões de tecnologia e didáticas. No entanto, o Inmetro
estabelece que deve existir um espaço entre o número e a unidade (ex.: 25 km). Logo, os relatórios técnicos e demais materiais escritos por você
devem seguir o padrão internacional de separação dos números e das unidades.
1 - Princípios de sistemas de transmissão analógicos

Ao �nal deste módulo, você será capaz de identi�car os princípios de sistemas analógicos.
Vamos começar!
Sistemas de transmissão analógicos
Sistema de transmissão analógico
De�nição de um sistema de transmissão analógico
O principal objetivo de um sistema de transmissão é fazer com que a informação recebida em uma ponta do sistema seja reproduzida na outra
ponta com conteúdo muito próximo ao que foi gerado na origem. As informações podem ser de várias naturezas. Observe:

Voz

Música

Imagens

Dados
O sistema de transmissão deve capturá-las na sua origem e gerar um sinal elétrico correspondente para atravessar o canal. A versão desse sinal
que chega ao receptor precisa ser processada para que a informação consiga ser recuperada e reproduzida com a menor distorção possível.

Um sistema de transmissão analógico é aquele que recebe na entrada, processa, transmite e reproduz informação
analógica.
Mas qual é a definição de informação analógica?
Resposta
Trata-se da informação cuja representação elétrica é um sinal contínuo no tempo e com amplitudes que assumem quaisquer valores dentro de
determinada faixa.
Na figura abaixo, a informação é gerada pelo cantor (nesse caso, o tipo de informação é a voz). Caracterizado como um transdutor, o microfone gera
um sinal elétrico correspondente a essa informação com características analógicas, isto é, com a definição contínua no tempo e em amplitude.
Figura 1: Sinal elétrico contínuo no tempo e em amplitude representando uma informação analógica.
Desse modo, na sua definição, a informação analógica tem diferenças relevantes em relação à digital, a qual, como veremos nos próximos módulos,
é discreta no tempo e em amplitude. A informação digital, portanto, é definida em instantes espaçados no tempo e pode assumir valores dentro de
um conjunto pequeno de possibilidades.
Em sistemas digitais de comunicações, a informação digital é transmitida na forma de uma sequência de bits. Nos
sistemas analógicos, assume-se que a informação reside na forma de onda gerada pelo transdutor; conforme
apontamos, o objetivo desse sistema é reproduzir tal sinal no receptor com pouca diferença em relação ao sinal
original.
A figura a seguir possui o sinal , que é o sinal que carrega a informação original. Na outra ponta do sistema, ou seja, no receptor, encontra-se o
sinal , que é a estimativa do sistema para o sinal .
Figura 2: Sinal de informação gerado e recuperado em um sistema de comunicações analógico.
x(t)
x̂(t) x(t)
Gostaríamos que fosse a cópia fiel de , a menos que talvez haja um fator multiplicativo, ou seja, . Nesse caso, nenhuma
informação seria perdida ou alterada. No entanto, isso raramente ocorre, já que as distorções provocadas pelo canal e a ação do ruído inerente ao
sistema alteram as características do sinal transmitido. E, em um sistema analógico, se , então .
Em um sistema digital, mesmo r(t) sendo diferente de s(t), é possível recuperar integralmente a informação original. Essa é uma grande vantagem
da transmissão digital em relação à analógica.
Atenção!
O sinal transmitido não é o que sai do transdutor. Conforme a figura 2, o sinal do transdutor (de um microfone, por exemplo), também chamado de
sinal de informação, é processado no transmissor utilizando-se uma técnica de modulação. Na verdade, o transmitido, também conhecido como
sinal modulado, possui características bem distintas em relação ao sinal de informação.
Constituição básica de um sistema de transmissão analógico
Principais blocos constituintes de um sistema de transmissão analógico
A próxima figura exibe os principais blocos constituintes de um sistema de transmissão analógico. Esse sistema é conceitualmente bem mais
simples que o de transmissão digital.
Figura 3: Sistema de transmissão analógico.
Conforme observamos, o único processamento realizado na transmissão é a modulação analógica, sendo realizado na recepção um procedimento
inverso chamado de demodulação.
Etapas de amplificação de potência são necessárias tanto na transmissão como na recepção, mas não foram
incluídas no diagrama dessa figura, já que elas, a princípio, não alteram as características básicas do sinal.
A modulação é, portanto, a etapa crucial da transmissão em um sistema analógico, enquanto a demodulação constitui essa etapa na recepção.
Realizado no transmissor, o processo de modulação considera como entrada o sinal elétrico, que é a informação a ser transmitida, e gera, na saída,
outro sinal, chamado de sinal modulado, com características no tempo e na frequência completamente distintas daquelas do sinal na entrada.
Atenção!
Embora o sinal transmitido que sai do modulador seja completamente diferente do sinal de informação, ele consegue carregar (ou transportar) a
informação. Usando uma linguagem simples, o transmitido, em algumas modulações, transporta a informação, tentando “protegê-la” do ruído e das
imperfeições do canal.
No receptor, o procedimento de demodulação aplicado sobre o sinal recebido tem, portanto, a finalidade de extrair a informação contida nesse sinal.
Contudo, a informação original será apenas aproximadamente recuperada, uma vez que o sinal recebido é uma versão do sinal transmitido
distorcida e impregnada de ruído.
x̂(t) x(t) x̂(t) = kx(t)
r(t) ≠ s(t) x̂(t) ≠ x(t)
De forma mais detalhada, conheceremos agora as características dos sinais presentes no sistema de transmissão analógico da figura 3.
Sinal de informação (ponto 1 na �gura 3)
Conforme já mencionamos, o sinal de informação é gerado na saída de um transdutor. A figura 1 mostra o exemplo de um sinal que contém a
informação de voz do cantor. Esse sinal possui características que devem ser conhecidas pelo sistema de comunicação, principalmente aquelas
relacionadas ao seu espectro de frequências.
Devemos lembrar que o espectro de frequências pode ser obtido pela Transformada de Fourier do sinal definido no
tempo.
Nesse sentido, três perguntas são pertinentes:
1. A energia desse sinal se concentra em que faixa de frequências?
2. Há energia significativa desse sinal próximo a 0Hz?
3. É possível atenuar (por meio de um filtro) parte dos componentes espectrais do sinal sem que a informação que elecarrega seja severamente
distorcida?
Obviamente, cada sinal de informação produzido tem uma característica própria. Dessa forma, ao tentar responder às perguntas analisando o sinal
produzido por dois cantores diferentes da figura 1, haveria alguma diferença entre os dois sinais correspondentes.
Entretanto, no desenvolvimento do projeto de um sistema de comunicações no qual é necessário escolher determinada modulação analógica (há
diferentes opções, como será visto adiante), as características típicas desse tipo de informação são levadas em consideração.
A título de exemplo, um sinal de voz tipicamente tem as seguintes propriedades para os três aspectos aqui levantados:
A energia desse sinal se concentra em que faixa de frequências?
Grande parte se concentra de 300 a 3.400Hz.
Há energia signi�cativa desse sinal próximo a 0Hz?
Não.
É possível atenuar (por meio de um �ltro) parte dos componentes espectrais do sinal sem que a informação que ele carrega
seja severamente distorcida?
Sim, é possível eliminar ou atenuar as amplitudes do espectro de frequências do sinal de voz a partir de certo valor, por exemplo, 2.000Hz, mas
“paga-se o preço” de perda da qualidade da reprodução da voz.
Se considerássemos outro tipo de sinal de informação, como o sinal de vídeo utilizado na transmissão de TV analógica no Brasil, veríamos que as
respostas a tais perguntas seriam significativamente diferentes:
A energia desse sinal se concentra em que faixa de frequências?
Restrita à faixa de 0 a 4,5MHz.
Há energia signi�cativa desse sinal próximo a 0Hz?
Sim.
É possível atenuar (por meio de um �ltro) parte dos componentes espectrais do sinal sem que a informação que ele carrega
seja severamente distorcida?
Sim, é possível eliminar ou atenuar as amplitudes do espectro de frequências do sinal de vídeo na região de altas frequências, mas, tal como no
sinal de voz, há perda da qualidade na reprodução do vídeo.
Considerando agora um sinal de música, haveria a presença de outras características. Reforçando o que dissemos antes, o prévio conhecimento
dessas características será fundamental para uma escolha acertada do tipo de modulador analógico a fim de que o projeto do sistema seja o
melhor possível para as condições existentes.
Exemplo
Banda do canal, atenuação sobre o sinal transmitido ou potência do ruído.
Sinal transmitido (ponto 2 na �gura 3)
A menos que haja uma (provável) amplificação, sinal transmitido é aquele que sai do modulador. No tempo e na frequência, as características desse
sinal dependem fundamentalmente de:
Características do sinal de informação
Modulador escolhido
Relembrando
O sinal transmitido possui características, no tempo e na frequência, distintas em relação ao sinal de informação original (aquele que sai do
transdutor); entretanto, ele tem a característica de carregar (transportar) a informação através do canal para que ela possa ser recuperada no
receptor.
Já o modulador conta com um bom número de opções, sendo as principais, ou seja, as mais empregadas ao longo da história das
telecomunicações, a modulação em frequência (FM) e a modulação em amplitude (AM). A modulação AM, em particular, apresenta ainda alguns
subtipos distintos para implementação.
É importante saber que a modulação escolhida – e, portanto, o tipo de sinal transmitido – impacta diretamente na:
Banda ocupada do canal.
Proteção dada ao sinal de informação contra as distorções provocadas pelo canal e pelo ruído.
Sinal recebido (ponto 3 na �gura 3)
O sinal recebido é aquele que, após passar pelo canal, é processado no receptor. Considerando que o sinal transmitido, no tempo, é dado pela
função x(t), o recebido pode ser definido por:
y(t) = x′(t) + n(t)(1.1)
Rotacione a tela. 
Em que é o sinal após ter sido distorcido pelo canal e , o ruído adicionado ao sinal. Ou seja, é uma versão de distorcida e
corrompida por ruído, devendo ser tratada no receptor para que a informação possa ser recuperada.
Sinal demodulado (ponto 4 na �gura 3)
O demodulador recebe como sinal o y(t) definido acima e tem de extrair dele o sinal de informação. Como se trata de um sistema analógico de
transmissão, o sinal produzido na saída do demodulador é analógico tal como o sinal de informação original.
Como o sinal recebido y(t) é uma versão modificada do transmitido x(t), a informação original não é fielmente reproduzida. O quanto ela será
distorcida dependerá fundamentalmente das propriedades do canal e do tipo de modulação escolhida para o sistema de transmissão.
Em termos práticos, ao se transmitir uma música, por exemplo, ela pode ser reproduzida com algum chiado de
fundo devido ao ruído. Certos instrumentos musicais (ocasionalmente, aqueles que produzem notas mais agudas)
podem ter seus sons atenuados ou eliminados. Se for um vídeo, a imagem poderá conter chuviscos na tela ou
apresentar “fantasmas”.
Vários efeitos podem ser percebidos no sinal demodulado. Um projeto adequado para um sistema de transmissão é aquele em que a informação
reproduzida é “próxima” da originada para as condições disponíveis no cenário de transmissão.
x′(t) x(t) n(t) y(t) x(t)
Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
Em um sistema de comunicação analógico, o sinal transmitido carrega informação, cuja representação elétrica é uma função
Parabéns! A alternativa D está correta.
No sistema de comunicações analógico, o sinal de informação, por definição, é analógico, ou seja, contínuo no tempo e em amplitude.
Questão 2
O principal processamento realizado no transmissor de um sistema analógico é o(a):
A descrita por um conjunto de bits.
B discreta no tempo.
C descrita por uma sequência de pulsos.
D contínua no tempo e em amplitude.
E contínua no tempo, porém discretizada em amplitude.
A codificação
B modulação
C transdução
D amplificação
Parabéns! A alternativa B está correta.
No sistema de comunicações analógico, o sinal de informação, antes de ser transmitido, passa basicamente por um único processamento: a
modulação.
2 - Princípios de sistemas de transmissão digitais
Ao �nal deste módulo, você será capaz de identi�car os princípios de sistemas digitais.
Vamos começar!
Sistemas de transmissão digitais
Sistema de transmissão digital
E multiplexação

De�nição de um sistema de transmissão digital
Como vimos, o principal objetivo de um sistema de comunicação é transmitir um sinal contendo informação e reproduzi-la no receptor com mínima
distorção em relação à informação original. Essa “tarefa” deve ser realizada, de preferência, consumindo a menor quantidade possível de recursos.
Em qualquer transmissão, o sinal transmitido sempre sofre distorções causadas pelo ruído, havendo em quase todo momento distorções causadas
pelo canal.
ecursos
No caso de um sistema de comunicação, os recursos constituem essencialmente a faixa de frequências do canal alocada para a transmissão e a
potência requerida para a transmissão.
Considerando esse fato, é possível afirmar que um sistema analógico sempre reproduzirá a informação com
alguma distorção em relação à informação original, indo de encontro ao objetivo principal de um sistema de
transmissão.
Se houver recursos suficientes (banda do canal e potência para transmissão) para a implementação do sistema, será possível realizar uma
transmissão em um sistema analógico com desempenho bastante aceitável. Isso foi conseguido, de forma geral, por sistemas implementados ao
longo da história das telecomunicações entre os anos 1920 e a década de 1980, período no qual os sistemas analógicos eram amplamente
dominantes.
Porém, para que os sistemas analógicos atingissem um desempenho aceitável, muitos recursos de processamento eram necessários. Para
exemplificar essa situação, vamos considerar o sistema de radiodifusão de TV por VHF/UHF.
Quando esse sistema era analógico, era possível realizar no Brasil a transmissão de um sinal a cores com 525 linhas de resolução no sistema PAL-
M, ocupando uma faixa espectraldo canal de largura 6MHz. Na transmissão digital de sinais de TV com os mesmos 6MHz de espectro do canal,
consegue-se transmitir uma imagem de alta definição (denominada Full HD) com 1.080 linhas horizontais e 1.920 colunas, ou seja, com uma
resolução muito maior!
Considerando as mesmas condições da transmissão para ambos os sistemas (potência de transmissão, mesmas antenas e mesma distância entre
transmissor e receptor, entre outros itens), a imagem conseguida no sistema digital é mais “nítida” que a obtida em sistemas analógicos, estando
livre de fantasmas, chuviscos etc.
Um sistema de transmissão digital transmite essencialmente informação na forma de uma sequência binária, isto
é, uma sequência de níveis lógicos “0” e “1”.
Essa é a diferença básica e conceitual entre os sistemas analógicos e os digitais. Enquanto o sistema analógico transmite informação sendo
representada por um sinal analógico, contínuo no tempo e em amplitude, o digital a transmite na forma de “0”s e “1”s.
A possibilidade de transmissão da informação sob a forma binária faz toda a diferença em termos de projeto, processamento e desempenho de um
sistema de transmissão. Vejamos uma explicação parcial, preliminar e simples do porquê de sistemas digitais levarem vantagem em relação aos
analógicos.
Digitais
Os sitemas são capazes de recuperar no receptor a informação transmitida por completo apesar da ação do ruído e dos efeitos degenerativos
causados pelo canal.
Analógicos
Esses sistemas não conseguem recuperar por completo, a informação reproduzida neles é inevitavelmente diferente da informação gerada.
A figura abaixo ilustra um exemplo de regeneração da informação em um sistema digital. Apesar de o sinal ser corrompido por ruído e outros efeitos
ao longo do canal (o pulso que chega ao receptor não é mais retangular e tem duração maior que o original), a informação (bit “1”), ainda assim,
consegue ser integralmente recuperada no receptor por meio de um processo de detecção (demodulação) binária realizado por sistemas digitais.
Observe:
Figura 4: Transmissão de um pulso representando um bit em um sistema de transmissão digital.
Uma pergunta pertinente que pode ser feita nesse momento é: E se a informação, na sua origem, é analógica? Se, por exemplo, quisermos transmitir
a informação gerada pelo cantor mostrado na figura 1, será possível realizar isso usando um sistema digital de transmissão?
Resposta
Sim. No entanto, teremos de utilizar um conversor analógico/digital (conversor A/D) na entrada do sistema, que fará a transformação de como a
informação é representada, passando de analógica para digital (sequência de bits).
A próxima figura apresenta um diagrama que contribui para a compreensão de como um sistema de transmissão digital opera. A entrada pode ser
um sinal analógico proveniente de um microfone ou uma câmera, entre outras possibilidades. Nesse caso, é necessário realizar a conversão A/D, ou
seja, gerar uma sequência de bits que represente a informação original. Observe:

Figura 5: Sinal de informação gerado e recuperado em um sistema de comunicação digital.
A partir desse ponto (figura 5), o sistema passa a processar bits. Em seguida, há uma sequência de blocos de processamentos normalmente
empregados em sistemas usuais de transmissão digital e importantes para o desempenho do sistema.
Comentário
Mais detalhes sobre esses processamentos serão vistos adiante.
O último bloco importante no transmissor é a modulação digital, cuja função é gerar um sinal para transportar a sequência binária que vai atravessar
o canal.
Embora o sistema seja digital, o sinal transmitido tem características analógicas, ou seja, é contínuo no tempo e
em amplitude. No entanto, o tipo de informação que esse sinal carrega é binária.
No receptor, são feitas operações inversas àquelas realizadas no transmissor com o objetivo final de reproduzir, com um mínimo de diferenças, a
informação original da fonte.
Constituição básica de um sistema de transmissão digital
Principais blocos constituintes de um sistema de transmissão analógico
A figura seguinte aponta os principais blocos constituintes de um sistema de transmissão digital, considerando que a fonte de informação é
analógica, o que requer o uso de um conversor A/D na entrada do sistema. No diagrama, os blocos desenhados com linha cheia indicam que esse
processamento deve estar sempre presente no transmissor digital.
Já os blocos com linha tracejada apontam que sua presença no transmissor pode eventualmente ser dispensada. Entretanto, tais blocos, embora
não sejam absolutamente obrigatórios, quase sempre serão implementados nos padrões usuais de transmissão digital nas mais variadas
aplicações.
Figura 6: Sistema de transmissão digital.
Saiba mais a seguir sobre os blocos constituintes do transmissor da figura 6.
Conversão A/D
Na conversão A/D, a informação contida em um sinal analógico é transformada para um formato binário, ou seja, na saída do conversor, uma
sequência de bits passa a representar a informação original. Existem basicamente duas etapas nesse processo:
1. Amostragem: O sinal analógico é discretizado no tempo.
2. Codificação de fonte: Gera um código binário para as amostras geradas na etapa anterior. Eis alguns exemplos de codificação de fonte: PCM,
PCM diferencial, modulação delta, JPEG, H.264 e Ogg Vorbis.
O que se espera de um codificador de fonte?
Produzir bits que representem de forma razoavelmente fiel (com pouca perda ou baixa distorção) a informação original;
Ser relativamente baixa a taxa de bits (medida em bits por segundo) na saída do codificador.
Codificadores mais eficientes são normalmente projetados para determinada mídia. Como exemplo temos: Codificadores de imagem, como
JPEG, TIFF e BMP, e codificadores para voz (também chamados de vocoders), como LPC, CELP e VSELP.
Criptogra�a
Em sua entrada, a criptografia recebe uma sequência binária e gera, na saída, outra sequência binária com propriedades que impedem ou tornam
extremamente difícil a extração de informação da sequência caso ela seja interceptada por terceiros. O algoritmo de criptografia, assim, produz bits
que conseguem esconder a informação, sendo possível, em tese, somente àqueles que detêm as chaves para realizar a decriptografia poder
recuperá-la.
Esse processamento é realizado amplamente nos atuais sistemas de transmissão digitais. Isso se dá principalmente em sistemas cujo canal de
transmissão é de difícil proteção contra a interceptação (canais sem fio, por exemplo) e/ou naqueles em que a informação trafegada é crítica (caso
de transações financeiras e ordens militares).
Codi�cação de canal
Embora o uso dela em sistemas de transmissão digital não seja absolutamente obrigatório, a codificação de canal normalmente consegue um
aumento significativo do desempenho do sistema com poucos recursos extras. Por essa razão, ela é quase sempre utilizada.
A codificação de canal insere bits extras à sequência na sua entrada, fazendo com que o sistema tenha a capacidade de detectar e muitas vezes
corrigir eventuais erros de demodulação binária.
Exemplo
Resposta 
Um sinal transmitido carrega a sequência binária 01101010, mas, devido ao ruído, a sequência detectada pelo demodulador, na recepção, é outra:
01111011. Ou seja, comparando as duas sequências, verifica-se que houve um erro na detecção do 4º e do 8º bit da sequência.
Se um código de canal for utilizado – e se ele tiver capacidade suficiente de correção –, será possível eliminar tais erros na sequência produzida
pela decodificação de canal presente no receptor.
O codificador de canal, portanto, consegue proteger a sequência binária de informação contra eventuais erros
causados por ruído e ações deletérias do canal.
Há vários tipos disponíveis de algoritmos para a codificação de canal. Sua escolha depende de aspectos, como:
Capacidade de correção do código;
Banda adicional exigida do canal;
Processamento requerido;
Capacidade de detecção;
Capacidade de detecção e correção.Entrelaçamento de bits
O entrelaçamento de bits é um procedimento simples, ainda que extremamente útil, para sistemas sujeitos a canais que produzem desvanecimento
do sinal recebido no qual a intensidade do sinal flutua ao longo do tempo. Eis alguns exemplos de sistemas que sofrem com esse efeito:
Telefonia celular
Sistemas de radioenlace
Sistemas com transmissão ionosférica
O entrelaçamento, como o próprio nome sugere, embaralha os bits a serem transmitidos. No receptor, o desentrelaçamento faz a operação inversa,
reconstruindo a ordem original da sequência. Essa operação evita ou ameniza os efeitos de erros em rajada que ocorrem quando a intensidade do
sinal, devido ao desvanecimento, cai significativamente durante certo período de tempo.
ajada
Concentração de vários erros de decodificação.
Modulação digital
Finalmente, como última etapa de processamento no transmissor, realiza-se a modulação digital. O modulador recebe bits em sua entrada e produz
um sinal para atravessar o canal.
De forma análoga à da modulação analógica, que é realizada em sistemas analógicos de transmissão, a modulação digital também precisa gerar
um sinal robusto o bastante para suportar as distorções do canal e a ação do ruído.
Na modulação digital, a informação transportada é uma sequência binária. Portanto, no receptor, o demodulador
digital recebe o sinal transmitido, corrompido pelo canal e por um ruído, devendo extrair dele a sequência binária
transmitida.
Idealmente, gostaríamos que não houvesse erros nesse processo de detecção da sequência binária realizada pelo demodulador. Entretanto, como o
sinal transmitido é inevitavelmente corrompido por um ruído e pelo canal, erros podem ocorrer. O que precisa ser buscado em um projeto é que eles
não ocorram com frequência.
Atenção!
Outra característica importante do modulador digital é a sua eficiência espectral, que corresponde à razão entre a taxa de transmissão de bits
(medida em bits por segundo) e a banda ocupada pelo sinal transmitido (medida em Hz). Quanto maior for essa razão, melhor será a eficiência
espectral do modulador.
Há um número muito grande de opções para o modulador digital. A melhor opção depende das características do cenário de transmissão.
Conversão do sistema analógico
A transformação do sinal analógico
A conversão A/D é um processo que transforma um sinal inteiramente analógico (tempo e amplitude contínuos) em uma sequência binária,
representando a informação original. Nesse processo, deseja-se produzir uma sequência binária com taxa reduzida e pouca perda de informação
em relação ao sinal original.
Como vimos, esse processo de conversão consiste basicamente em duas etapas:
Figura 7: Processo de conversão analógico/digital.
Amostragem: Procedimento relativamente simples.
Codificação de fonte: Processamento mais importante na conversão A/D, a codificação de fonte conta com elaborados e complexos
algoritmos para a realização dessa tarefa.
Conceitualmente, o processo de amostragem (ou o inglês sampling) é bem simples: trata-se de tomar amostras do sinal uniformemente espaçadas
no tempo, veja:
Figura 8: Processo de amostragem.
Assim, após a amostragem, o sinal passa a ser representado por uma sequência de amostras. Matematicamente, ele é expresso da seguinte forma:
m(t)→m(nTs ),n=0,1,… ;Ts- período de amostragem
Rotacione a tela. 
O intervalo de tempo no qual as amostras são determinadas, Ts , é denominado período de amostragem. O inverso desse parâmetro é chamado de
frequência ou taxa de amostragem (fs). Ou seja:
Rotacione a tela. 
Esse processo discretiza o sinal no tempo. Desejamos que o conjunto de amostras resultante represente o sinal original sem qualquer perda de
informação. Para que isso ocorra, a taxa (ou frequência) de amostragem deverá ser escolhida apropriadamente. Caso contrário, não será possível
reconstituir o sinal original por meio de uma operação inversa.
O teorema da amostragem nos diz qual deverá ser a taxa para que seja possível recuperar integralmente o sinal original a partir das amostras.
Segundo esse teorema, a taxa fs deve ser escolhida tal que:
Em que W, dado em Hz, é a máxima componente de frequência do sinal.
Rotacione a tela. 
Se essa condição não for respeitada, ocorrerá o fenômeno de aliasing. Resultado: o sinal original não poderá mais ser recuperado a partir das
amostras sem que haja perdas.
liasing
Fenômeno que ocorre quando duas réplicas do sinal se cruzam de modo que não é possível recuperar o sinal por amostragem e interpolação ideal.
Atenção!
fs =
1
Ts
fs > 2W
A etapa de codificação de fonte procura basicamente gerar uma sequência de bits a partir das amostras do sinal. Considerando que a amostragem
foi realizada de forma adequada (respeitando-se o teorema da amostragem), o codificador de fonte terá de produzir bits que representem com
precisão a informação original e que possuam, ao mesmo tempo, baixa taxa.
Consideremos dois codificadores de fonte, A e B, que geram bits representando uma informação com o mesmo grau de precisão; porém, a
sequência binária produzida pelo codificador A tem taxa de 10kbit/seg, enquanto a taxa de bits do codificador B é de 7kbit/seg.
B é considerado mais eficiente. Pensando no seu emprego em um sistema de transmissão, o sinal a ser gerado para transmitir a informação
ocupará uma banda menor do canal, o que é (altamente) desejável.
Há várias possiblidades para codificação de fonte. Normalmente, na literatura técnica sobre o assunto, esses codificadores se dividem em dois
grandes grupos:
Os codificadores de forma de onda não levam em consideração como os sinais a serem digitalizados foram gerados: eles podem ser um
sinal de voz, de música, de imagem, de vídeo ou a saída de um aparelho de medição, entre outras possibilidades. Para que os codificadores
de forma de onda sejam eficientes, será necessário para muitos deles que as amostras sucessivas do sinal sejam altamente
correlacionadas. Veja alguns exemplos de codificadores de fonte de forma de onda:
PCM (simples de implementar, ele é utilizado na telefonia fixa tradicional e em CDs comerciais de áudio. Não realiza compressão →
considerado “sem perdas”);
Modulação delta (maior compressão que o PCM, porém tem maior perda);
PCM diferencial (maior compressão que o PCM, porém tem maior perda);
Modulação delta adaptativa.
Chamados comumente de codec, os paramétricos normalmente se baseiam em modelos fisiológicos, humanos, sobre como determinado
sinal é gerado. Elaborados para a codificação de uma mídia específica, eles conseguem ser bem mais eficientes que os codificadores de
forma de onda. Conheça alguns exemplos de codificadores paramétricos desenvolvidos para cada tipo de mídia:
Vídeo: MPEG - (1,2,4) , H.264 e WMV;
Voz (chamados também de “vocoders”): QCELP e VSELP;
Imagem: JPEG e TIFF;
Música: MP3, AAC e Ogg Vorbis.
Codi�cação para controle de erro
Codi�cadores de canal
Também chamada de codificação de canal, a utilização de codificação para controle de erro é uma alternativa intensamente explorada em sistemas
de transmissão digital. Essa técnica insere bits extras à sequência original, permitindo que a taxa de ocorrência de erros de decodificação binária no
receptor seja reduzida.
Conforme apontamos na figura seguinte, a codificação de canal constitui um processamento utilizado após a codificação de fonte e gera os bits a
serem transmitidos (a menos do entrelaçamento) através do canal. A sequência de bits da saída do codificador de canal possui normalmente uma
Codificadores de forma de onda 
Codificadores paramétricos 
taxa maior que a taxa da sequência na sua entrada por causa dos bits adicionados à sequência.
Figura 9: Curvas de BER x Eb/N0 considerando duas situações: com e sem código corretor de erro.
Códigos para controle de erro podem apenas identificar a presença de erros em um bloco de bits detectado no receptor ou identificar e corrigir os
bits que estão errados. Os códigos do primeiro tipo são chamados de códigos ARQ(Automatic-repeatrequest); os do segundo tipo, códigos FEC
(Forward error control).
A grande vantagem da utilização de um codificador de canal é que ele permite a realização das seguintes “trocas” em um sistema de transmissão:

Potência de transmissão por banda do canal

Redução da BER por banda do canal
O codificador de canal é, assim, uma importante alternativa de trade-off para o projeto.
Para detalharmos da melhor forma as “trocas” mencionadas, vamos definir agora os parâmetros BER (Bit error rate) e razão Eb/N0:
rade-off
Esse conceito aborda o resultado de uma escolha comparando o que foi selecionado em detrimento daquilo de que se abriu mão.
Taxa de erro de bit
Trata-se normalmente da métrica utilizada em sistemas de transmissão digital para indicar o nível de desempenho do sistema. Representa quantos
bits errados, em média, são decodificados no receptor para certa quantidade de bits transmitidos.
Exemplo
Se a cada 10.000 bits transmitidos, em média, o receptor erra a decodificação de 1 bit, a BER desse sistema é 1/10.000 = 10-4.
Razão Eb/N0

Dada uma modulação digital específica, a BER depende em larga escala da razão Eb/N0 na entrada do demodulador, em que Eb é a energia
associada a cada bit recebido e N0, a amplitude da densidade espectral de potência do ruído. O valor de Eb/N0 pode ser calculado diretamente a
partir do importante parâmetro chamado de razão sinal-ruído (RSR), que é a razão entre a potência do sinal recebido na entrada do demodulador
(Ps) e a potência do ruído (Pn). A relação entre Eb/N0 e RSR é dada por:
Rotacione a tela. 
Em que B e Rb são respectivamente a largura de banda do sinal recebido e a taxa de transmissão de bits. Com base nessa expressão, é possível
inferir que o parâmetro Eb/N0 depende da potência de transmissão e da atenuação do canal, pois esses dois parâmetros determinam o valor de Ps,
bem como da taxa de bits Rb e da intensidade do ruído no receptor, além de outros fatores.
Ainda considerando a figura 9, que apresenta, para determinada modulação digital, a relação entre BER e razão Eb/N0 sem o uso de um código
corretor de erro (linha contínua) e outra curva que mostra essa relação quando um código de correção (linha tracejada) é utilizado. Suponhamos que
o sistema de transmissão deva operar com BER < 10-6. Veja a imagem novamente:
Figura 9: Curvas de BER x Eb/N0 considerando duas situações: com e sem código corretor de erro.
Nessa figura, é possível perceber que o uso do código permite que a razão seja menor , ou seja, há uma redução possível de
aproximadamente 
Com base na expressão anterior, consegue-se afirmar ainda que a potência de transmissão, nesse caso, pode ser reduzida, fator que será vantajoso,
por exemplo, se o transmissor depender de uma bateria com carga limitada para sua alimentação, o que ocorre no caso de telefones celulares.
Qual é o preço a pagar?
Resposta
Consumo maior de banda do canal, pois a taxa de transmissão aumenta (já que foi necessário inserir bits extras à sequência original).
Vamos supor agora que o sistema de transmissão precise transmitir a certa taxa de bits por segundo e que a BER máxima para o seu
funcionamento adequado tenha de ser de 10-4. O cenário de transmissão (potência disponível do transmissor, ganhos das antenas, atenuação do
canal, taxa de transmissão e intensidade do ruído) não permite que haja uma razão Eb/N0 maior do que 8,0db no receptor.
Com Eb/N0 = 8,0dB, a BER correspondente, sem o uso de codificação de canal, é de aproximadamente 2 x 10-2.
O que fazer?
Eb
N0
=
Ps
Pn
× ( B
Rb
) = RSR × ( B
Rb
)
Eb/N0 5 dB (14 − 9)
3 × (100,5 ≈ 3, 16)!
Resposta
Uma alternativa é utilizar um código corretor de erro que permita à BER especificada ser atingida para a razão Eb/N0 de 8,0dB. Para o exemplo da
figura, com codificação, a BER seria de 10-4 para Eb/N0 = 8,0db.
Essa técnica insere bits extras à sequência original, permitindo a correção de erros de decodificação binária no receptor e, por conseguinte,
reduzindo a BER. Foi realizada, portanto, a troca “b” acima (redução da BER por banda).
Uma importante característica do codificador para o controle de erros é a taxa de codificação, que constitui a razão entre a quantidade de bits de
mensagem e a de bits produzida pelo codificador para aquele conjunto de bits de mensagem.
Exemplo
Se, a cada 4 bits de mensagem, um codificador produz 7 bits na sua saída, a taxa de codificação (ou do código) é r = 4 / 7.
A taxa de codificação é sempre um número entre 0 e 1. Em geral, quanto menor for a taxa, maior será a capacidade de um código de controle de
erros.
Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
Por definição, um sistema de comunicação digital é aquele no qual o sinal transmitido
Parabéns! A alternativa B está correta.
No sistema de comunicações digital, o sinal transmitido, por definição, carrega a informação digital representada por uma sequência binária.
Questão 2
Quando a fonte da informação a ser transmitida produz um sinal analógico, é necessário utilizar na entrada do sistema de transmissão digital
um(a)
Parabéns! A alternativa C está correta.
A é formado por uma sequência de pulsos.
B transporta uma sequência de bits.
C é produzido por um modulador.
D é produzido por uma conversão A/D.
E é discreto no tempo.
A codificador de canal.
B modulador.
C conversor A/D.
D entrelaçador de bits.
E multiplexador.
No sistema de comunicações digital, para que a informação seja transmitida, será preciso realizar a conversão A/D na entrada do sistema caso
o sinal da fonte seja analógico.
3 - Comparação entre sistemas de transmissão analógicos e digitais
Ao �nal deste módulo, você será capaz de comparar os sistemas de transmissão analógicos e digitais.
Vamos começar!
Comparação entre sistemas analógicos e digitais
Sistemas de transmissão digitais e suas vantagens
Vantagens de sistemas de transmissão digitais em relação aos analógicos
É possível afirmar que praticamente todos os sistemas de transmissão projetados e implementados a partir do final da década de 1980 e do início
dos anos 1990 são digitais. Até aquela época, os sistemas, em sua grande maioria, eram analógicos, utilizando modulações analógicas (AM ou FM)
para a transmissão da informação.

Com a evolução tecnológica alcançada nos anos 1970 e 1980, os sistemas passaram a ser digitais. Com isso, importantes sistemas analógicos
começaram a ser paulatinamente substituídos pelos digitais.
Exemplo
Radiodifusão de TV, sistemas de telefonia fixa, de telefonia celular e de radioenlace e transmissão via satélite.
Um raro exemplo de um sistema de transmissão analógico que não foi substituído pela tecnologia digital é o de radiodifusão AM e FM. Embora
existam padrões de tecnologia digital para esse serviço, não houve, em muitas partes do mundo, um interesse comercial pela troca de sistema, já
que seu desempenho é considerado satisfatório e os custos envolvidos na troca não justificam o investimento.
Mas por que o sistema digital aparentemente é uma opção melhor que o analógico? Por que empresas operadoras de telecomunicações passaram
a adquirir e implementar os sistemas digitais, substituindo os obsoletos sistemas analógicos?
Resposta
A resposta é relativamente longa para essa questão, pois, na verdade, há várias razões que justificam a troca de analógico para digital.
Tentemos colocar nossa justificativa em sete pontos:
Com sistemas digitais, é possível transmitir mais informação com os mesmos recursos (banda do canal e potência para transmissão) e de
forma mais confiável, além de ela ser robusta e ter mais “qualidade” (mais fidelidade na reprodução da informação).
Exemplo: Denominada AMPS (Advanced mobile phone system), a telefonia celular de 1ª geração implantada no Brasil (e em quase todo o
mundo), que era de tecnologia analógica, conseguia criar um canal para cada usuário utilizando 30kHz de espectro do canal. Por sua vez,
uma tecnologia celular de 2ª geração, chamada de IS-136 e comtecnologia digital para transmissão, criava, com os mesmos 30kHz de
banda do canal, até seis canais para transmissão de voz dos usuários.
Ou seja, com a implantação da tecnologia digital, foi possível sextuplicar a capacidade do sistema utilizando os mesmos recursos de
espectro! Além disso, a potência de transmissão requerida era menor (o que explicava o fato de as baterias dos terminais na 2ª geração
serem bem menores que na 1ª geração), com conexão mais confiável e de melhor qualidade para o usuário.
Muitos sistemas de comunicações que realizam enlaces a grandes distâncias têm a necessidade de utilizar estações repetidoras no “meio
do caminho” para que o sinal transmitido possa ser amplificado por essas estações e consiga chegar ao receptor final com potência
suficiente para ser processado. Em sistemas analógicos, a amplificação proporcionada por essas estações também amplifica o ruído e não
corrige as distorções causadas pelo canal, o que limita bastante o desempenho e o alcance desses sistemas.
Os sistemas digitais, por outro lado, se apresentarem o desempenho esperado, conseguirão regenerar o sinal, limpando-o de qualquer ruído
ou distorção do canal. Isso faz uma diferença significativa para o desempenho global do sistema. Portanto, em cenários no qual o uso de
Ponto 1 
Ponto 2 
estações repetidoras se faz necessário, o sistema digital apresenta ampla vantagem em relação ao analógico.
Hoje em dia, muitas informações, na origem, são criadas no formato binário. Naturalmente, o sistema mais adequado para transmissão é o
digital.
Exemplo: Comunicação entre máquinas (dispositivos de uma rede de computadores) e arquitetura IoT (internet das coisas/Internet of
things).
Os circuitos implementados para processamento de bits em um sistema digital são mais confiáveis e podem ser produzidos a custos
menores que os circuitos necessários para o processamento em sistemas analógicos. Além disso, o hardware digital, como
microprocessadores e FPGA, por exemplo, tem implementação mais flexível que os dispositivos analógicos.
A proteção da informação que trafega em redes não seguras é muito mais eficiente no caso digital. Ou seja, os algoritmos de criptografia
construídos para tratar dos bits conseguem muito mais proteção que os métodos criados para a proteção de informação analógica.
A transmissão da informação no formato digital pode ser quebrada em pacotes, o que é extremamente útil no roteamento do tráfego de
informações em grandes redes, como é o caso da internet.
É mais fácil e mais eficiente multiplexar (combinar o sinal de várias fontes de informação) em sistemas digitais que em sistemas analógicos.
Sistemas de transmissão analógicos e suas vantagens
Vantagens de sistemas de transmissão analógicos em relação aos digitais
Já conhecemos as razões que justificam a troca do sistema analógico para o digital. Agora listaremos as três vantagens dos sistemas analógicos
em relação aos digitais.
Vantagem 1
Ponto 3 
Ponto 4 
Ponto 5 
Ponto 6 
Ponto 7 
Quando a fonte de informação é analógica (voz, música, imagens estáticas ou em movimento capturadas por câmeras), o sinal correspondente, que
sai do transdutor, pode ser diretamente processado em um sistema analógico, não havendo a necessidade de nenhuma conversão prévia para outro
formato. Já o sistema digital, conforme pontuamos, requer, nesses casos, uma conversão A/D do sinal.
O problema é que a conversão A/D provoca inevitavelmente perda de informação. Para grande parte das conversões A/D utilizadas, essa distorção é
imperceptível ou tolerada, mas o fato é que há alguma alteração de qualidade da informação original.
Exemplo
Comparação de CDs de áudio com LPs (ou “vinis”). Utilizando uma conversão A/D denominada PCM, os CDs reproduzem música no formato digital
com baixíssimo nível de perda.
Para a maioria das pessoas, essa distorção é de fato imperceptível. Elas possivelmente afirmariam que o CD é melhor que o LP e que reproduz a
música no seu formato original, isto é, analógico.
Entretanto, para alguns ouvintes de percepção apurada, a opinião é que o LP a reproduz com mais fidelidade. A explicação reside no fato de que,
nessa forma de reprodução, não existe conversão A/D.
Figura 10: CD e LP para reprodução de áudio.
Vantagem 2
É fato que os sistemas analógicos requerem muito menos processamento para o tratamento do sinal tanto no transmissor como no receptor.
Entretanto, é possível afirmar que esse problema praticamente não afeta mais os sistemas digitais por conta de:
Enorme e constante evolução da capacidade de processamento dos dispositivos digitais, fazendo com que, a cada ano, o desempenho dos
circuitos processadores seja ampliado.
Consumir cada vez menos energia.
Ter dimensões físicas em escala milimétrica.
Ao longo da década de 1970 e no início dos anos 80, quando os sistemas digitais começaram a ser desenvolvidos em maior quantidade e
implementados no cenário das telecomunicações, o processamento requerido era um problema, pois, naquela época, a eletrônica dos dispositivos e
dos circuitos não era tão desenvolvida. Porém, hoje em dia, o cenário é bem diferente.
Vantagem 3
Sistemas analógicos têm uma degradação contínua com a redução da razão sinal-ruído (RSR) no receptor. Isso é fácil de perceber ao sintonizar uma
estação de rádio em um carro e seguir pela estrada, afastando-se cada vez mais da cidade na qual se localiza a antena da estação.
Comentário
Lembre-se de que a radiodifusão de rádio AM e FM é um sistema analógico.
A reprodução vai aos poucos se tornando pior, havendo cada vez mais ruído no sinal reproduzido. A degradação é contínua e se acentua à medida
que o afastamento em relação à antena da estação aumenta, provocando uma redução da RSR.
Por outro lado, os sistemas digitais têm uma degradação abrupta quando a RSR cai abaixo de certo valor limiar. Para o mesmo caso da conexão a
uma estação de rádio, se o sistema fosse digital, o áudio reproduzido estaria sem qualquer ruído (reprodução “limpa”) enquanto a RSR
permanecesse acima de certo valor. Veja alguns exemplos a seguir.
Auto-falante.
1. Se, em uma viagem ao longo da estrada, o afastamento em relação à cidade fosse tal que a RSR resultante no rádio estivesse abaixo de certo
valor limiar, não haveria mais nenhuma reprodução de áudio: o alto-falante, nesse caso, ficaria “mudo”. Em sistemas digitais, ou a reprodução é
“perfeita” (livre de ruídos ou distorções), ou não existe qualquer reprodução.
2. Na recepção de sinais de TV via satélite, como os canais de TV por assinatura. Quando o canal está “bom”, pois não interferência no sinal, por
conta da chuva, por exemplo, a reprodução da imagem é “perfeita”.
No entanto, quando chove de forma intensa e a atenuação do canal aumenta significativamente (isso ocorre para frequências de transmissão acima
de 10GHz), o enlace simplesmente “sai do ar”. Não existe uma imagem reproduzida pelo televisor pelo fato de que esse sistema é digital e sofre
com a queda da conexão quando o valor da RSR atinge um patamar muito pequeno.
Embora seja possível identificar as vantagens acima, elas podem ser consideradas de pouca relevância e não
conseguiriam justificar praticamente em nenhuma situação a escolha pelos sistemas analógicos para
implementação. Por essa razão, hoje em dia, não se verifica mais a implantação de sistemas de transmissão
analógicos. Todas as tecnologias disponíveis e implementadas atualmente para os mais variados tipos de sistema
usam a forma digital de comunicação.
Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
Uma vantagem dos sistemas digitais em relação aos analógicos é que:
Parabéns! A alternativa E está correta.
No sistema de comunicações digital, a transmissão é mais confiável, sendo menos suscetível ao ruído e às distorções provocadas pelo canal.
Questão 2
Uma vantagem dos sistemas analógicos em relação aos digitais é que:
A possuem mais banda para transmissão.
B possuem mais potência para transmissão.C a atenuação do canal é menor.
D transmitem a informação na forma de pulsos, que são menos sensíveis ao ruído.
E conseguem transmissões mais robustas e confiáveis.
Parabéns! A alternativa D está correta.
No sistema de comunicação analógico, a conversão A/D não é realizada quando a informação é analógica; portanto, esses sistemas não
“sofrem” com a distorção da informação original devido a esse procedimento. No caso dos sistemas digitais, essa conversão é necessária.
4 - Sistemas de transmissão implementados: analógico e digital
Ao �nal deste módulo, você será capaz de identi�car os sistemas de transmissão implementados com as tecnologias analógica e
digital.
Vamos começar!
Exemplos de sistemas analógicos e digitais
A a potência recebida é sempre maior.
B conseguem transmitir mais informação com menos banda.
C o canal não distorce a informação analógica.
D não fazem conversão A/D.
E conseguem um alcance maior nas transmissões.

Exemplos de sistemas analógicos
Conhecendo alguns sistemas analógicos
Vejamos alguns exemplos de sistemas analógicos. Vamos lá!
Radiodifusão de TV analógica
Em 1941, a empresa norte-americana NBC, na cidade de Nova York, realizou a primeira transmissão de sinais de TV. Com o passar dos anos, esse
veículo de comunicação obteve um estrondoso sucesso.
Em todo o mundo, principalmente a partir da década de 1950, a televisão foi adotada massivamente e se tornou presente em bilhões de lares. No
Brasil, seu início comercial se deu em 18 de setembro de 1950 por iniciativa do empresário Assis Chateaubriand, que fundou a TV Tupi no Rio de
Janeiro, se tornando o primeiro canal de televisão no país.
Inicialmente, as transmissões de televisão eram monocromáticas (em preto e branco), mas, alguns anos mais tarde, elas passaram a incluir cores.
Isso obviamente proporcionou outro nível de entretenimento para os telespectadores.
Diferentes padrões de transmissão de TV analógica para a transmissão a cores foram desenvolvidos ao redor do mundo. Os principais eram:
NTSC-M (EUA)
Nome derivado do grupo que o desenvolveu: National television standards committee.
PAL (Alemanha)
O significado da sigla é: Phase alternating line.
SECAM (França)
O significado da sigla é: Système électronique couleur avec mémoire.
Desde a primeira transmissão realizada na década de 1940 até meados dos anos 1990, as transmissões de sinais de TV em todo o mundo eram
analógicas. Entre o final da década de 1990 e o início dos anos 2000, as emissoras de TV passaram a substituir seus sistemas analógicos pelo
padrão de TV digital.
Esse movimento, que começou há aproximadamente 20 anos, atingiu praticamente todos os países. Atualmente, poucas emissoras mantêm o
padrão de TV analógico.
Saiba mais
No Brasil, o sistema utilizado é denominado PAL-M. Esse sistema aproveita a estrutura do PAL alemão, mas o adapta para o padrão “M” norte-
americano (525 linhas por quadro e 30 quadros por segundo).
O sistema de TV analógico adotado no Brasil e em muitos outros países definiu canais com largura de banda de 6MHz e utilização das faixas de
VHF (canais 2 a 13, na faixa de 54MHz até 216MHz) e UHF (canais 14 a 69, na faixa de 470MHz até 806MHz).
No padrão PAL-M (tal como no NTSC), três tipos de sinais eram gerados, processados e combinados na transmissão:
Sinal de luminância
Carrega a informação de brilho e contraste das cenas.
Sinal de crominância
Carrega a informação de cores.
Sinal de áudio
É o som.
Diferentes modulações foram empregadas para cada um deles: AM-VSB, para luminância; AM, em quadratura de fase para o sinal de crominância; e
FM, para o áudio.
Radiodifusão AM e FM
A radiodifusão AM foi criada há cerca de 100 anos, nas décadas de 1910 e 1920, e teve, ao longo da história, enorme importância para a sociedade
do século 20, principalmente até as décadas de 1970 e 1980.
Saiba mais
Durante muitos anos, essa radiodifusão foi o meio pelo qual cidadãos de todo o mundo tinham acesso à informação e a uma cativante forma de
entretenimento. Famílias se reuniam em torno do rádio de casa para receber notícias de programas jornalísticos ou de informes do governo, assim
como para acompanhar radionovelas ou ouvir música.
Já a radiodifusão FM foi disponibilizada ao público nos anos 1930, mas não teve grande audiência até a década de 1970 por causa do sucesso de
audiência do rádio AM. Devido à modulação utilizada – e pelo fato de os canais possuírem maior banda para transmissão –, ela oferece um áudio
de muito melhor qualidade que a radiodifusão AM. Hoje em dia, o uso do rádio FM predomina amplamente em relação ao AM, o qual está, aos
poucos, sendo descontinuado em vários países do mundo.
As radiodifusões AM e FM são sistemas analógicos de transmissão. As modulações utilizadas dão os nomes aos
sistemas.
A radiodifusão AM padronizada no Brasil e em muitos outros países utiliza uma modulação AM DSB (modulação em amplitude com duas faixas
laterais) e realiza a transmissão em canais com 10kHz de largura de faixa e frequências na banda de 530kHz a 1.700kHz (faixa de frequências
médias - MF).
No padrão usualmente adotado pelos países, a transmissão de rádio FM emprega a modulação em frequência (FM) com parâmetro de desvio de
frequência máximo igual a 75kHz e canais de largura de banda de 200kHz. A faixa de frequências utilizada pelas emissoras é de 87,5 a 108MHz,
ficando situada entre os canais 6 e 7 da transmissão de TV.
Telefonia celular de 1ª geração
É possível afirmar que a implantação de sistemas de telefonia celular proporcionou novos hábitos e outras formas de relacionamentos pessoais e
profissionais na sociedade como um todo. Desde a 1ª geração da tecnologia, tais sistemas permitiram que vários profissionais, como médicos,
profissionais liberais, comerciantes e altos executivos, por exemplo, ampliassem seus horizontes de atuação.
Essas pessoas, afinal, poderiam estabelecer comunicação e ser contatados a praticamente qualquer hora e em qualquer lugar, não ficando mais
limitados a estabelecer contato apenas quando estivessem em casa ou em seus locais de trabalho. Fora do uso profissional, esse sistema também
se mostrou bastante útil logo no seu início.
A telefonia celular foi inegavelmente uma tecnologia disruptiva, tendo talvez o nível de importância do rádio e da TV.
Os primeiros sistemas de telefonia celular foram desenvolvidos ao longo dos anos 1970 e disponibilizados comercialmente em muitos locais na
década de 1980. Todos os sistemas desenvolvidos nessa geração eram analógicos na modulação da voz, sendo o padrão norte-americano AMPS o
mais adotado em todo o mundo (com exceção da Europa e do Japão, que desenvolveram padrões próprios).
Também adotado no Brasil, o AMPS utilizava a modulação FM em canais com largura de faixa de 30kHz. Como cada conexão telefônica requer a
criação de dois canais (de “ida” e de “volta”), 60kHz de espectro eram alocados para cada conversa telefônica no AMPS. As bandas reservadas para
transmissão nesse padrão eram denominadas bandas “A” e “B” com frequências na faixa de 824 a 894MHz do espectro sem fio.
Nessa geração, o único serviço oferecido era o de voz, ou seja, para conversas, tal como no serviço de telefonia fixa
tradicional. Não havia, portanto, a possibilidade de identificação de chamadas e de envio de mensagens SMS – e
muito menos de envio de dados digitais.
Contudo, mesmo considerando seu uso limitado na comparação com o dos sistemas atuais, o AMPS já representava à época um enorme avanço
para o dia a dia das pessoas.
A figura a seguir mostra exemplos de terminais usados na tecnologia AMPS. Eles eram maiores e mais pesados que os terminais atuais. Isso tem
dois motivos:
Os terminais usavam a tecnologia analógica para transmissão, o que requer mais potência de transmissão e, por conseguinte, baterias maiores
e mais pesadas.
A tecnologia de integração eletrônica da época não tinha o nível apresentado hoje em dia.
Figura 11: Terminais utilizados no AMPS.
No AMPS, as conexões também não eram muito estáveis, havendoalta probabilidade de interrupção, uma vez que a tecnologia analógica não
conseguia oferecer robustez suficiente ao sinal contra as imperfeições do canal e a interferência proveniente de outros usuários da rede (havia
reutilização do espectro).
Exemplos de sistemas digitais
Conhecendo alguns sistemas digitais
Vejamos a seguir alguns exemplos de sistemas digitais. Vamos lá!
Radiodifusão de TV digital
A TV digital representou a primeira evolução significativa na tecnologia de televisão desde a televisão em cores inaugurada na década de 1950. Ela
consegue, na maioria dos padrões desenvolvidos ao redor do mundo, a transmissão de uma imagem em alta definição (HDTV - High definition TV).
Com 1.920 colunas por 1.080 linhas de unidades de imagem (pixels), ela proporciona uma razão de aspecto (proporção entre largura e altura do
quadro) de 16:9, que é considerada mais confortável e adequada para a visualização da imagem.
Os principais padrões de tecnologia de TV digital desenvolvidos foram o:
ATSC (EUA)
Recebe o nome do comitê que o desenvolveu: advanced television system committee.
DVB (Europa)
O significado da sigla é: Digital video broadcasting.
ISDB-T (Japão)
O significado da sigla é: integrated services digital broadcasting terrestrial.
No Brasil e em outros países da América do Sul e da África, foi adotado um padrão adaptado do japonês. Denominado ISDB-Tb ou ISDB-T
internacional, ele foi fruto de trabalhos realizados por engenheiros e pesquisadores brasileiros em cooperação, em algumas fases do trabalho, com
profissionais do Japão.
Dica
A principal diferença entre o padrão japonês original e a “versão brasileira” é o uso de codificação de vídeo H.264/MPEG-4 AVC, que é considerada
mais eficiente na compressão e na reprodução das imagens.
O ISDB-T realiza as várias etapas previstas para um transmissor de um sistema digital, isto é, usa, entre outras, técnicas de codificação de canal,
entrelaçamento de bits e modulação digital. São empregados procedimentos relativamente complexos de processamento, incorporando as
tecnologias mais recentes da área.
Na formação do sinal, é usada a técnica OFDM (Orthogonal frequency division multiplexing), que utiliza múltiplas portadoras e tem um desempenho
muito melhor para meios de transmissão com perfil longe do ideal, que é o caso do canal estabelecido entre as antenas das emissoras e os
receptores de TV.
Saiba mais
Com a definição e a adoção do padrão de TV digital brasileiro (ISDB-Tb), desde 2015 os órgãos federais no país vêm coordenando o encerramento
das transmissões de emissoras de TV analógica. A previsão é que seu desligamento completo ocorra até 2023.
Telefonia celular de 2ª a 5ª geração
A telefonia celular de 1a geração, em que o principal padrão desenvolvido foi o AMPS, teve enorme importância para a sociedade, constituindo um
marco na história das telecomunicações. Entretanto, por ser analógica, sua tecnologia apresentava muitas restrições: à época (final dos anos 1980
e início da década de 1990), ela não permitia que os sistemas fossem expandidos para atender a uma maior quantidade de usuários e oferecer a
melhor qualidade na transmissão. Desse modo, a migração da tecnologia analógica para a digital era inevitável.
Houve três tecnologias de telefonia celular de 2a geração importantes:
IS-136 (EUA).
IS-95 (EUA).
GSM (Europa).
SM
Global system for mobile.
As duas tecnologias norte-americanas foram bastante utilizadas no mundo inteiro: elas ofereciam praticamente o mesmo nível de desempenho nas
conexões e tinham uma tecnologia digital de transmissão. Assim como na 1ª geração, o principal serviço oferecido era o de voz (conversa
telefônica).
Tais tecnologias não eram apropriadas para serviços de transmissão de dados porque sua taxa de transmissão era muito baixa. Ainda assim, elas
introduziram algumas inovações importantes em relação à geração anterior.
Para as operadoras, a 2a geração, com tecnologia digital, trouxe muitas vantagens. Elas queriam aumentar sua base de clientes, porém, com a
tecnologia analógica, isso somente seria possível se elas adquirissem mais espectro para transmissão, o que seria muito caro ou, em alguns casos,
sequer permitido pelos órgãos de regulação.
Ao mesmo tempo, essas empresas gostariam de oferecer um serviço de mais qualidade para os clientes, com mais estabilidade nas chamadas. A
adoção da 2ª geração permitiu então que mais canais fossem disponibilizados com os mesmos recursos espectrais e conexões de melhor
qualidade.
peradoras
Empresas que exploram o serviço de telefonia celular.
Com o surgimento da internet, em meados dos anos 1990, houve uma “pressão” suficiente para que empresas de tecnologia, operadoras de
telecomunicações e órgãos de regulação realizassem um grande esforço conjunto para viabilizar a evolução da tecnologia de telefonia celular,
passando de um serviço centrado em canais de voz para uma plataforma que possibilitasse o tráfego de dados com razoável vazão.
Surgiram então as tecnologias consideradas de 3a geração (WCDMA/UMTS e CDMA2000). Totalmente digitais, elas prometiam taxas de
transmissão de até 2Mbit/seg, embora, na prática, atingissem uma vazão da ordem de algumas centenas de kbit/seg.
Atenção!
Para aplicações e serviços, hoje em dia, essas taxas são consideradas baixas, porém, à época, elas representaram um passo importante para a
telefonia celular: proporcionar o uso do terminal celular como um pequeno computador de bolso conectado à web.
Na virada do século 20 para o 21, a internet se tornou uma realidade para bilhões de pessoas no mundo, com cidadãos de todo o planeta
conectadas à grande rede. Várias formas de serviço e de entretenimento, como e-mail, plataformas de compartilhamento de música, redes sociais,
acesso a jornais e chamadas telefônicas internacionais por VoIP, passaram a ser viabilizados por essa rede e a fazer parte do dia a dia das pessoas.
Ao mesmo tempo, surgiam os smartphones.
Nesse cenário, a 4ª geração precisou oferecer a possibilidade de conexões de pelo menos dezenas de Mbit/seg e com baixa latência. Houve, assim,
o desenvolvimento de dois padrões:
urgiam os smartphones
O primeiro IPhone começou a ser comercializado em 2008.
WiMax (mobile)
LTE
TE
LTE (long term evolution) é uma tecnologia móvel de transmissão de dados de 4ª geração (4G).
O LTE “ganhou” a competição: hoje em dia, ele é a única tecnologia implementada e operada de 4G. Com suas evoluções sucessivas (denominadas
4,5G e 4,75G), ele predomina no mundo todo, permitindo conexões com vazão média desde algumas dezenas até centenas de Mbit/seg, o que é
suficiente para comportar razoavelmente o fluxo de dados requerido pela maior parte das aplicações disponíveis.
A 5ª geração, por sua vez, incorpora tecnologias de transmissão que prometem taxas de transmissão, na prática, acima de 200Mbit/seg para grande
parte dos usuários, podendo chegar, em alguns casos, a transmissões com alguns Gbit/seg. Ela prevê o uso cada vez mais frequente de, por
exemplo, plataformas de vídeo de streaming no formato 4K e, em um futuro breve, no padrão 8K, o que somente será possível com uma tecnologia
de transmissão como a do 5G.
Além de prometer taxas de transmissão bem acima, em média, das oferecidas pelo LTE, o padrão 5G também está sendo desenvolvido para ampliar
de forma massiva e tornar mais eficiente a comunicação entre máquinas, bem como para permitir conexões ultraconfiáveis. Isso está alinhado com
os seguintes cenários tecnológicos:
IoT
Cidades inteligentes
Indústria 4.0
Internet táctil
Telemedicina
Veículos autônomos
Mais sistemas digitais: wi-�
Tecnologia wi-�
A tecnologia wi-fi foi criada como uma alternativa sem fio para a conexão de dispositivos localizados em um ambiente corporativo ou mesmo em
lares. Antes dela, o padrão denominado ethernet (usualmente designado por IEEE 802.3) oferecia a possibilidade de conexão de elementos de rede
relativamente próximos entre si mediante a utilização de cabos (coaxiais ou em par trançado).
Aethernet é, portanto, uma tecnologia de LAN (Local area network). O padrão wi-fi, por sua vez, constitui uma tecnologia de WLAN (Wireless LAN)
exatamente porque sua proposta é aproximadamente a mesma da ethernet (conexão de dispositivos locais), sem a necessidade do emprego de
cabos (“fios”).
Cabo ethernet.
Com o surgimento da internet, a partir da metade dos anos 1990 os desenvolvedores do padrão wi-fi foram percebendo que aquela tecnologia
poderia ter um uso significativamente ampliado, não ficando somente restrita a seu emprego como rede local. Eles previram que ela seria
extremamente útil para a conexão à web de dispositivos portáteis, principalmente de notebooks e terminais celulares, nos mais variados ambientes.
Exemplo
Universidades, praças, aeroportos, shopping centers e lares.
O conjunto de tecnologias conhecido como “wi-fi” é padronizado sob a denominação IEEE 802.11. Lançada em 1997, a primeira versão atingia taxas
máximas de 1 a 2Mbit/seg. Dois anos depois, foram lançadas as versões IEEE 802.11a e IEEE 802.11b com o principal objetivo de aumentar a taxa
de transmissão das conexões.
Ao longo dos anos, outras gerações da tecnologia wi-fi vêm sendo oferecidas sempre com o foco no aumento da taxa e na oferta de mais canais
para o acesso simultâneo à rede. Lançada em 2009, a versão conhecida como IEEE 802.11n incorporou importantes aperfeiçoamentos tecnológicos
para a realização das conexões.
As seguintes técnicas permitiram que a taxa de transmissão no IEEE 802.11n alcançasse valores máximos de 600Mbit/seg, veja:
Figura 12: Ponto de acesso para wi-fi com emprego de três antenas na tecnologia MIMO.
• MIMO: Exploração da diversidade do sinal com o uso de várias antenas.
• OFDM: Uso de múltiplas portadoras na modulação do sinal.
• Emprego de bandas de frequência mais largas para a transmissão.
IMO
MIMO (multiple input multiple output) são transceptores com múltiplas antenas.
Na sequência, vieram os padrões IEEE 802.11ac (2013) e IEEE 802ax (2019), possibilitando taxas acima de 1Gbit/seg.
Desde a primeira versão, o padrão IEEE 802.11 utiliza frequências de transmissão não licenciadas e contidas na banda denominada ISM, que é
reservada, em vários países, para a transmissão sem fio de alguns dispositivos com as finalidades previstas pela sigla. Na banda ISM, o IEEE 802.11
utiliza, desde a primeira versão (1999) até o IEEE 802.11ax, frequências em torno de 2,4GHz ou 5GHz.
Uma evolução da versão IEEE 802.11ax prevê o uso de frequências em torno de 6GHz. Já existem versões que consideram a utilização de ondas
milimétricas na faixa de 60GHz.
Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
O sistema analógico de comunicações que ocupa a faixa de VHF no intervalo de frequências de 87,5 a 108MHz é o(a)
A radiodifusão de TV.
Parabéns! A alternativa B está correta.
No intervalo de frequências de 87,5 a 108MHz, está situada a transmissão de rádio FM, que fica entre os canais 6 e 7 da transmissão de TV.
Questão 2
Assinale a opção que apresentam tecnologias que utilizam somente técnicas digitais de transmissão de sinal.
Parabéns! A alternativa B está correta.
Com exceção da 1ª geração de telefonia celular, todas as demais empregam técnicas digitais para transmissão da voz e dados dos usuários.
Considerações �nais
Vimos que os sistemas analógicos de transmissão foram instalados principalmente no início do século 20, perdurando até o final da década de
1980 e o início dos anos 1990. Isso permitiu que importantes veículos de comunicações fossem implementados, como a TV, o rádio e a telefonia.
B rádio FM.
C rádio AM.
D telefonia celular.
E transmissão de TV por satélite.
A 1ª a 5ª
B 2ª a 5ª
C 1ª a 3ª
D 1ª e 4ª
E 1ª e 2ª
Com a evolução das técnicas digitais de transmissão e o aumento da capacidade de processamento de circuitos eletrônicos, foi possível, a partir do
final da década de 1990, disponibilizar para empresas operadoras de telecomunicações a implantação de sistemas digitais. Esses sistemas
aproveitam de forma mais eficiente o espectro e a potência do sinal, permitem conexões mais confiáveis e viabilizam a transmissão de dados das
aplicações do “mundo” digital.
Atualmente, os sistemas digitais de transmissão estão presentes em toda parte. Sua evolução busca proporcionar taxas mais elevadas de
transmissão com menor retardo nos enlaces e atender à rápida automação que o mundo está experimentando com os cenários de IoT, cidades
inteligentes e Indústria 4.0, entre outros exemplos.
Podcast
Para encerrar, ouça um resumo com as diferenças entre os sistemas de transmissão analógicos e digitais.
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Acesse o site Teleco e veja dados, estatísticas e características dos sistemas de comunicações utilizados no Brasil.
Referências
BRANDÃO, J. C.; ALCAIM, A; NETO, R. S. Princípios de comunicações. Rio de Janeiro: PUC-Rio, 2014.
HAYKIN, S. Communication systems. 4. ed. John Wiley & Sons, 2001.
HAYKIN, S.; MOHER, M. Communication systems. 5. ed. John Wiley & Sons, 2009.
HAYKIN, S.; MOHER, M. Introduction to analog and digital communications. 2. ed. John Wiley & Sons, 2007.
LATHI, B. P.; DING, Z. Modern digital and analog communication systems. 4. ed. Oxford University Press, 2009.
NASSAR, C. Telecommunications demystified. 1. ed. Newnes, 2001.
SKLAR, B.; RAY, P. K. Digital communications (fundamentals and applications). Pearson, 2014.
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