1. Fundamentos de radio freqüência
Curso de redes sem fio

2. Definição de Rádio Freqüência
• As ondas de rádio são conhecidas por ondas de radiofreqüências
ou, simplesmente, radiofreqüência. Essas ondas são campos
eletromagnéticos utilizados nas comunicações sem fio. Como essas ondas
levam energia de um ponto ao outro, isso permite a comunicação sem a
necessidade de fios, como nas transmissões de televisão, rádio e celulares.
• Radiofreqüência são sinais que se propagam por um condutor
cabeado, normalmente cobre, e são irradiados no ar através de uma
antena. Uma antena converte um sinal do meio cabeado em um sinal
wireless (sem fio) e vice-versa. Os sinais irradiados no ar livre, em forma
de ondas eletromagnéticas, propagam-se em linha reta e em todas as
direções.

3. Anatomia da Forma da Onda
• Uma onda é uma perturbação ou variação que transfere
energia progressivamente de ponto para ponto num meio e
que pode tomar a forma de uma deformação elástica ou uma
variação de pressão, intensidade elétrica ou
magnética, potencial elétrico, ou temperatura.

4. Tipos de ondas
• Mecânicas - Requerem um meio material para se propagar
seja ele sólido, líquido ou gás. Não se propagam no vácuo.
Uma energia ou perturbação introduzida no sistema faz com
que ela se propague através do material pela movimentação
ou choque de partícula a partícula, tentando manter a
“informação” ou o tipo de perturbação.
• Eletromagnéticas - Não requerem meio material. Podem se
propagar no vácuo, ar, água e alguns sólidos. Propagam-se
pela sucessão alternada de campos elétricos e magnéticos
mutuamente perpendiculares.

5. Forma de onda mais comuns
• Onda senoidal
Obedece a uma função seno ou cosseno e é a forma de onda mais simples.
Todas as outras formas de onda, mesmo as mais complexas, podem ser
decompostas em conjuntos de ondas senoidais através da aplicação das séries
de fourier.
• Onda quadrada
Também chamada de trem de pulsos Forma de onda caracterizada pela
alternância entre um estado de amplitude nula e outro estado de amplitude
máxima, sendo que cada um destes estados tem duração igual.

6. Fourier

7. Freqüência
• A forma da onda é a representação gráfica da onda ao longo
do tempo e o ciclo de várias ondas em um determinado
tempo é chamado de freqüência.
• A freqüência(f) de uma onda é a quantidade de vezes que a
onda oscila em um segundo, conhecido por Hertz (hz), esta a
unidade de freqüência.
• Assim, se uma onda oscila dez vezes em um
segundo, podemos dizer que a freqüência é 10 Hz.

8. Comprimento de onda
• É a distância entre valores repetidos da mesma onda e é representado
pela letra grega lambda (λ). As maneiras mais comuns de se medir o
comprimento da onda estão mostradas na figura abaixo:
Onde c é a velocidade da luz no ar (343 m/s) ou no vácuo (300.000 km/s).
Onde f é a freqüência da onda.
Então, o comprimento de onda é inversamente proporcional à freqüência, de forma que
quanto maior a freqüência menor o comprimento de onda.

9. Espectro eletromagnético
• É o conjunto de todas as ondas eletromagnéticas, sendo organizadas pela
sua freqüência.
• As freqüências de rádio não podem ser usadas aleatoriamente, elas são
regulamentadas pela ANATEL (Agencia Nacional de
Telecomunicações), órgão responsável pela
administração, regulamentação e fiscalização do uso dessas freqüências.

10. Banda ISM
• Em 1985, o FCC liberou a banda de freqüência ISM (Industrial,
Scientific and Medical), impondo certas restrições técnicas na
potência dos transmissores e na modulação. Essa
desregulamentação do espectro de freqüência eliminou a
necessidade de usuários e organizações terem de pagar pelo
uso dessas faixas de freqüência, bem como perder muito
tempo planejando o uso de freqüências para evitar
interferência com sistemas de rádio existentes.

11. ISM
• 900 MHz (902 MHz a 928 MHz): Possui uma largura de banda de apenas
26 Mhz.
• 2.4GHz (2.4000 GHz a 2.4835 GHZ): Essa faixa de freqüência apresenta
uma largura de banda de 83.5MHz e é usada pelos dispositivos 802.11a,
802.11b e 802.11g.
• 5 GHz: Outra banda livre de licenciamento pelo FCC é a banda de 5.8 GHz.
O FCC especifica três bandas Unlicensed National Information
Infraestructure – UNII. A UNII opera na faixa de 5 GHz e é formada por três
bandas com largura de 100 MHz cada, conhecidas como baixa, média e
alta. Os dispositivos compatíveis com 802.11a utilizam estas bandas:
– Banda Baixa (5,15 GHz a 5,25 GHz)
– Banda Média (5,25 GHz a 5,35 GHz)
– Banda Alta (5.725 GHz a 5.825 GHz)

12. Sistema de comunicação
• A informação pode ser definida como digital ou analógica.
• O meio é onde o sinal viaja. Pode ser o ar, o espaço, a água, fios ou
qualquer outra forma que permita a passagem do sinal com maior ou
menor intensidade. Cada meio apresenta suas próprias vantagens e
distorções.
• Se o meio é uma estrada, a portadora é o veículo que transporta a
informação. Dependendo do meio, a portadora pode ser a luz, como em
uma comunicação óptica, ou um sinal de microondas, como em uma
comunicação móvel.

13. Fundamentos de radio freqüência -
Modulação
Curso de redes sem fio

14. Modulação de sinal
• Modulação é o processo o qual voz, música, e outro sinal "inteligível" é
adicionado às ondas de rádio produzidas por um transmissor.
• Um sinal de rádio não modulado é conhecido como portadora. Quando se
escuta uma lacuna entre músicas ou anúncios em uma estação de rádio, na
realidade, o que se "escuta" é a portadora. Enquanto a portadora não contém
nenhuma mensagem, pode-se dizer que está sendo transmitida porque anula
o ruído de fundo no seu rádio.
• A portadora é um sinal analógico em forma de onda, tipicamente
senoidal, que será modulado, ou seja, é alterado para representar a
informação a ser transmitida. A portadora é, geralmente, de freqüência
inferiot à do sinal que contém a informação (modulador).

15. 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 que
seguem.
– Modulação para facilidade de irradiação
• Redução dos tamanhos das antenas
– Modulação para redução de ruído e interferência
• Reduzir o ruído de transmissão usando mais banda
– Modulação para designação de freqüência
• Separação da transmissão pela freqüência usada
– Modulação para multiplexação
• Uso de um único canal para transmitir várias informações

16. Tipos De Modulação
• Analógica
– Na Modulação Analógica, também classificada como modulação de
onda contínua (CW), a portadora é uma onda cosenoidal e o sinal
modulante é um sinal analógico ou contínuo.
– Normalmente, a onda portadora possui uma freqüência muito maior
do que qualquer um dos componentes de freqüência contidos no sinal
modulante. O processo de modulação é, então, caracterizado por uma
translação em freqüência em que o espectro de freqüências da
mensagem é deslocado para uma nova e maior banda de freqüências.

17. Sinal Modulado

18. Analógica x Digital
• A diferença fundamental entre os sistemas de comunicação
de dados digitais e analógicos (dados contínuos) é bastante
óbvia. No caso dos dados digitais, envolve a transmissão e
detecção de uma dentre um número finito de formas de onda
conhecidas (no presente caso a presença ou ausência de um
pulso), enquanto nos sistemas contínuos há um número
infinitamente grande de mensagens cujas formas de onda
correspondentes não são todas conhecidas.

19. Modulação Analógica
• Devido à portadora senoidal possuir três parâmetros, Amplitude,
Freqüência e Fase, existem três formas básicas de modulação:
– Modulação em Amplitude (AM)
– Modulação em Freqüência (FM)
– Modulação em Fase (PM Phase Modulation).

20. Tipos De Modulação
• Digital
– A Modulação Digital, também denominada modulação
discreta ou codificada, é utilizada em casos em que há
interesse em transmitir uma forma de onda ou mensagem,
que faz parte de um conjunto finito de valores discretos,
representando um código.

21. Modulação Digital
As técnicas de modulação para sinais digitais mais utilizadas atualmente são:
• Modulação em amplitude por chaveamento – ASK
• Modulação em freqüência por chaveamento – FSK
• Modulação em fase por chaveamento – PSK

22. Modulação ASK
• Basicamente, a ASK - Modulação por Chaveamento ou Desvio
de Amplitude, como o próprio nome já diz, consiste em
alterar a amplitude da portadora de acordo com a informação
a ser transmitida (a freqüência é mantida).

23. Modulação FSK
• A modulação FSK (Modulação por Chaveamento ou Desvio de
Freqüência) consiste em alterar a freqüência da portadora de
acordo com a informação a ser transmitida.

24. Modulação PSK - Phase-shift keying
• A modulação PSK (Modulação por Chaveamento ou Desvio de Fase)
consiste em variar a fase da portadora de acordo com os dados a serem
transmitidos. Por exemplo, ao bit "0" corresponde a fase 0º (zero graus) e
ao bit "1" corresponde a fase 180º (cento e oitenta graus) da
portadora, conforme figura abaixo:

25. BPSK - Binary Phase-Shift Keying
• Na modulação BPSK, a fase da
portadora sofre uma inversão de
180º mediante a mudança do fluxo
binário. Qualquer mudança do
estado binário dos bits acarretará
mudança de fase na modulação.

26. QPSK - Quadrature phase-shift keying
• O termo “quadratura” significa que a portadora pode ter quatro fases em
um dado instante separadas de 90 graus. Cada fase pode carregar dois bits.
QPSK usa duas funções básicas, uma seno e uma cosseno, enquanto o BPSK
usa apenas uma. Variando a fase de cada uma dessas portadoras. Por
isso, o QPSK tem maior eficiência na largura de banda do que o BPSK. Isso
significa dizer que a modulação QPSK requer menos largura de banda para
transmitir do que a modulação BPSK.

27. QPSK - Quadrature phase-shift keying

28. QAM
• Quadratura Amplitude Modulation
– QAM. É simplesmente a
combinação de modulação por
amplitude e modulação por desvio
de fase (Phase Shift Keying).
• Em QAM, podemos ter 16 estados
possíveis para a portadora. Quatro
bits por símbolo são enviados. Logo,
produz um formato de modulação
com maior eficiência espectral do
que o QPSK ou o BPSK.

29. Comparativo

30. Comportamento da radio freqüência
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31. Relação sinal ruído (S/N – Signal/Noise)
• Em comunicações analógicas e digitais, a relação
sinal ruído é uma medida relativa do sinal recebido
ao ruído, e normalmente está escrita em decibéis
(dB). Com esse parâmetro, é possível dimensionar a
qualidade do sinal: quanto maior a relação entre
sinal e ruído melhor. Isso mostra que a intensidade
do sinal é maior que o ruído, permitindo a
comunicação entre dois pontos

32. Ganho
• É uma particularidade apresentada por um
dispositivo amplificador, que consiste em modificar a
amplitude de um sinal aplicado à sua entrada. O
objetivo desses equipamentos é que o sinal de saída
seja maior que o sinal de entrada, podendo cobrir
distâncias maiores e permitindo a comunicação cada
vez mais distante.

33. Atenuação
• Atenuação ou perda de transmissão ocorre com qualquer tipo
de sinal, seja digital ou analógico, transmitido com ou sem
fios. Isso ocorre quando há diminuição do sinal à medida que
a distância é percorrida, quanto maior for a distância, maior é
a atenuação, até o ponto que o sinal torna-se fraco e não
pode mais ser entendido pelo destinatário. De uma forma
geral, os sinais analógicos podem ser transmitidos a distâncias
maiores que os digitais, enquanto os sinais digitais trabalham
apenas com dois sinais distintos (os bits 1 e 0, representados
por diferentes e pequenas tensões elétricas).

34. Reflexão
• Quando uma onda eletromagnética encontra uma superfície (obstáculo),
se as condições forem favoráveis ela será refletida como fosse um espelho,
da mesma maneira que ocorre com uma onda luminosa, que também é
uma onda eletromagnética.
• Essa reflexão acontece quando o obstáculo é maior que o comprimento da
onda.

35. Distorção por múltiplos trajetos
• Quando o sinal RF é refletido em um objeto, múltiplas frentes de onda são
criadas, na verdade, uma para cada ponto de reflexão. Essas múltiplas frentes
de onda mover-se-ão em várias direções, podendo, ainda, chegar ao receptor.
Esse comportamento é conhecido como multipath. Logo, multipath pode ser
definido como o sinal original mais as frentes de onda duplicadas causadas
pelas reflexões. Em objetos situados entre o transmissor e o receptor, a onda
original e as frentes de onda duplicadas podem não chegar ao mesmo instante
no receptor, pois normalmente existe um atraso entre elas.

36. Múltiplos caminhos
• Redução da amplitude do sinal original
• Corrupção
• Cancelamento
• Aumento da amplitude do sinal

37. Múltiplos caminhos
• Redução da amplitude do sinal original
Quando o sinal RF chega ao receptor, muitas ondas refletidas devem chegar ao mesmo
tempo ao receptor, de forma que há uma soma ao sinal original. Porém, se essas
mesmas ondas estão fora de fase com o sinal original, pode ocorrer redução da
amplitude do sinal original no receptor, ocorrência essa conhecida como downfade.

38. Múltiplos caminhos
• Aumento da amplitude do sinal
Ocorre quando o sinal refletido chega ao receptor com a mesma fase do sinal original. Como
eles estão em fase, há um acréscimo na amplitude do sinal original. Esse fenômeno é
conhecido como upfade.

39. Múltiplos caminhos
• Corrupção
Sinais corrompidos devido ao multipath podem ocorrer pelo mesmo fenômeno descrito
anteriormente. Quando o sinal refletido fora de fase é combinado com o sinal original,
em vez de ocorrer uma leve redução, ocorre uma drástica redução na amplitude do
sinal, fazendo com que ele fique muito próximo da faixa de ruído. Portanto, o receptor
não consegue distinguir o sinal do ruído nessas condições, recebendo somente parte
dos dados transmitidos. O transmissor terá que reenviar os dados, aumentando o
overhead e reduzindo o throughput em uma WLAN.

40. Múltiplos caminhos
• Cancelamento
Ocorre quando uma ou várias ondas refletidas chegam fora de fase com o sinal original
no receptor com a mesma amplitude que o original, anulando ou cancelando todo o set
de ondas RF, incluindo o original.

41. Espalhamento do sinal
• O espalhamento ocorre quando o sinal atravessa um meio que consiste em objetos com
dimensões pequenas se comparadas ao comprimento de onda do sinal e o número de
obstáculos por unidade de volume é grande. Telhados, pequenos objetos e outras
pequenas irregularidades no caminho do sinal podem causar espalhamento do mesmo.
• O espalhamento pode causar sérios prejuízos em uma área de transmissão.
Dependendo da superfície atingida, o sinal é refletido em muitas direções
simultaneamente, com amplitudes menores interferindo significativamente no sinal
original, podendo causar degradação substancial ou mesmo perda completa deste.

42. Refração
• É o fenômeno de reflexão parcial, isto é, uma parte da onda é refletida e a
outra atravessa a superfície do obstáculo. Um obstáculo que permite ser
atravessado por uma onda eletromagnética é dito transparente; no caso
de impedi-la (levando à reflexão) é opaco; e parcialmente
transparente, quando acontece a refração.

43. Difração
• É o fenômeno que ocorre quando uma onda incide em um obstáculo e
consegue ultrapassá-lo, contornando-o ou penetrando em sua abertura. É
a difração que permite a recepção dos sinais de televisão e rádio nas
grandes cidades, apesar de obstáculos como construções e prédios.

44. Absorção
• Uma onda eletromagnética pode interagir com a matéria no qual ela se
propaga, ocasionando diminuição da intensidade da onda. Quando uma
onda propaga no ar e encontra um obstáculo, como uma árvore, por
exemplo, tal obstáculo absorve boa parte da energia da onda, diminuindo
a amplitude da onda.

45. Matemática usada na rádio freqüência
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46. Matemática usada na rádio freqüência
Existem quatro áreas importantes para o cálculo de potência em wireless
LAN:
• Potência de saída do transmissor;
• Perda e ganho dos dispositivos de conexão entre o dispositivo transmissor
e a antena;
• Potência do último conector antes do sinal entrar na antena;
• Potência de saída da antena.

47. Potência
• Potência é algo relacionado à energia. Potência é uma razão e
não uma quantidade, significando que é alguma coisa que
muda com o tempo. A fórmula para potência é:
P = ΔE/Δt
Onde:
ΔE é a quantidade de energia transferida (ou a taxa de trabalho executado) em
algum processo;
Δt é o intervalo de tempo no qual a energia é transferida.
Se transferirmos 1 Joule de energia em 1 segundo, teremos 1 Watt (W) de
potência. Potência é definida como um ampére multiplicado por um volt.

48. Logarítimo
• Quando lidamos com valores de potência, geralmente
estamos tratando de números com muitas casas decimais.
Para simplificar os cálculos, usamos uma relação entre as
potências que são dadas como uma função logaritmo, o que
simplifica os cálculos.

49. Decibel

50. Ganho e perda
• O uso comum do decibel é para expressar ganhos ou perdas
de potência em um circuito. O ganho representa um aumento
de nível de potência.