Todas as comunicações sem fio se baseiam no princípio da transmissão de on- das eletromagnéticas emitidas e recebidas através do ar por meio de antenas. No entanto, ao invés de utilizar o termo “ar”, a literatura especializada da área geral- mente usa o termo espectro eletromagnético para se referir ao ambiente como um todo onde as ondas podem se propagar. A Figura 51 ilustra como o espectro eletromagnético é empregado na comunicação.
iNTErATividAdE: mais informações sobre um comparativo entre os meios de transmissão guiados podem ser encontradas em: https://www.juliobattisti.com.br/tutoriais/paulocfarias/ redesbasico006.asp
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TErmo do glossário: o espectro eletromagnético compreende todas as frequências de radiação eletromagnética, tais como as ondas de rádio, as ondas micro-ondas, os raios X, o infravermelho, os raios violeta e a luz captada pelos olhos humanos.
licenciatura em computação|Redes de Computadores · 83 FigUrA 51– A maneira como o Espectro Eletromagnético é Usado na Comunicação
FoNTE: Adaptado de Resumo Escolar. Disponível em: https://www.resumoescolar.com.br/fisica/es- pectro-eletromagnetico/
Na Figura 51, podemos observar diferentes frequências classificadas como ondas eletromagnéticas não-ionizante e ionizantes. Para entender esses conceitos, pri- meiramente precisamos entender que todas as ondas eletromagnéticas transpor- tam energia e viajam na velocidade da luz. As ondas eletromagnéticas ionizantes são aquelas que possuem energia suficiente para remover elétrons do átomo ou quebrar ligações químicas. Em contrapartida as ondas eletromagnéticas não-io- nizantes não possuem energia suficiente para remover elétrons ou quebrar liga- ções químicas. Dentre as ondas eletromagnéticas não-ionizantes, encontramos desde as frequências extremamente baixas (ELF), geralmente utilizadas em tor- res de comunicação cabeada, até as ondas de infravermelho. Separando as ondas não-ionizantes das ondas ionizantes, encontra-se a luz visível, ou seja, a luz per- cebida pelos seres humanos. Na sequência, seguem as ondas eletromagnéticas ionizantes, compreendendo desde a radiação ultravioleta até os raios gama.
As faixas de rádio, micro-ondas, infravermelho e luz visível do espectro eletro- magnético podem ser usadas na transmissão de informações através da modula- ção da amplitude, da frequência, ou da fase das ondas. A modulação consiste em uma técnica criada para modificar as características da onda portadora do sinal. Na modulação por amplitude, a onda portadora do sinal é modificada em termos de amplitude para portar o sinal. A amplitude consiste na medida de oscilação da onda que pode ser positiva ou negativa. A modulação por frequência aplica técnicas para variar a frequência da onda portadora do sinal. A frequência indica o número de ocorrência de oscilações do sinal da onda em um determinado intervalo de tem- po, sendo medida em Hz. A modulação de fase emprega técnicas para variar a fase da onda portadora do sinal. A fase de uma onda expressa o ângulo de uma onda. A Figura 52 ilustra exemplos de modulação em amplitude, frequência e fase de ondas.
Fr equência ex tr emamen te
básica (ELF) Frequência muit
o baixa (VLF) Radiação infr av ermelha Radiação ultr avioleta Raio -X Raios gama In visív el microondas O ndas de rádio radiação não-ionizante KHz MHz GHz FREQUÊNCIA radiação ionizante 10 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024 1026
sAiBA mAis: a unidade de medida Hz surgiu em homenagem a Heinrich Hertz
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FigUrA 52 – Exemplo de Modulação de Amplitude, Frequência e Fase
FoNTE: Teleco. Disponível em: http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialwimaxiee802/pagina_2.asp A transmissão de informações por meio de ondas eletromagnéticas ionizantes, tais como a luz ultravioleta, os raios X e os raios gama, consistiria em uma opção ainda melhor do que empregar as ondas não-ionizantes. A principal razão desta possível melhoria acontece em função das ondas eletromagnéticas ionizantes suportarem frequências mais altas. Todavia, essas ondas são mais difíceis de produzir, modular e de se propagarem de modo eficiente através de obstáculos, tais como prédios. Além disso, as ondas ionizantes podem ser nocivas para os seres humanos.
Um conceito importante que deve ser abordado para um entendimento com- pleto da comunicação por meio do espectro eletromagnético consiste na defini- ção de bandas. Para entender de forma mais simples esse conceito, podemos pen- sar nas bandas como formas de determinar faixas específicas de comprimento das ondas que devem ser propagadas em um determinado sistema de comunicação. A definição das bandas de frequências é regulamentada por uma entidade go- vernamental de cada país. Por exemplo, os EUA possuem a entidade FCC (Federal Communications Commission) para esse fim, bem como a ANACOM (Autoridade Nacional de Comunicações) atua em Portugal com o mesmo propósito e a ANATEL (Agência Nacional de Telecomunicações) opera de forma semelhante no Brasil.
Dentre as principais bandas de frequência, encontram-se a LF, MF, HF, VHF, UHF e SHF. A banda LF (Low Frequency) agrega ondas de baixa frequência compreendendo o intervalo de 30 Hz até 300 KHz. A MF (Medium Frequency), ou frequência média, refere-se às frequências na escala de 300 KHz a 3000 KHz. A HF (High Frequency), ou frequência alta, compreende frequências de 3000 KHz até 30 MHz e opera por
Modulação em Amplitude
Modulação em Frequência
Modulação em Fase
TErmo do glossário: uma banda consiste em uma subseção do espectro eletromagnético usado para as frequências de radiocomunicação.
licenciatura em computação|Redes de Computadores · 85 meio da propagação ionosférica, a qual estudaremos com detalhes na Seção 2.2.4. A VHF (Very High Frequency), ou frequência muito alta, designa a faixa de radiofre- quências de 30 a 300 MHz, a qual é comumente empregada na transmissão de rádio FM. A UHF (Ultra High Frequency), ou frequência ultra alta, regulamenta a faixa de radiofrequência compreendida entre 300 MHz e 3 GHz, sendo empregada princi- palmente na transmissão de sinal de TV analógica. A SHF (Super High Frequency), ou frequência super alta, compreende frequências de 3 GHz até 30 GHz. Uma ca- racterística interessante das SHF consiste no pequeno tamanho das ondas geradas, que variam de um a dez centímetros. Algumas aplicações das SHF consistem nas redes LAN sem fio, na comunicação via satélite e transmissões de radares.
Existem quatro principais estratégias que um transmissor pode empregar o es- pectro para enviar informações para um receptor, sendo eles a forma tradicional, por salto de frequência, dispersão de sequência direta e a comunicação UWB. Na abordagem tradicional, o transmissor envia sinais para o receptor dentro de uma banda específica. Na estratégia baseada em saltos de frequência, o transmissor sal- ta de uma frequência para outra centenas de vezes por segundo e o receptor deve estar atento a receber estes sinais. A estratégia baseada na dispersão de sequência direta emprega um código para dispersar o sinal de dados por uma banda de fre- quência mais ampla. Nesta abordagem, o emissor e receptor possuem um código secreto para interpretar os sinais enviados e o principal benefício deste método consiste na possibilidade de compartilhar uma banda de frequência para vários si- nais simultaneamente. A quarta e última estratégia consiste no UWB (Ultra-Wide- Band), a qual é projetada para bandas mais largas. Nesta abordagem uma série de pulsos rápidos são enviados variando suas posições na troca de informações. No decorrer desta unidade estudaremos em mais detalhes outras partes do espectro eletromagnético começando pelo rádio.