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Rádio Frequência, o básico e fundamental

Atualmente é muito comum a comunicação entre dispositivos de forma sem fio, seja através do uso Bluetooth, Wi-Fi, 433, GSM, CDMA, RFID, entre outros. 

Cada vez mais a tecnologia sem fio está presente, e isso aumenta também a necessidade de se aplicar protocolos e camadas de segurança nas comunicações com o objetivo de manter a confidencialidade, integridade e disponibilidade dos serviços e informações. Isso vem de encontro com a tendência da Internet das Coisas (iot – internet of things) em que cada vez mais os diversos dispositivos do nosso dia-a-dia estarão interligados. 

Atualmente grande parte da comunicação global é baseada em comunicação wireless, tornando fácil de imaginar o problema que é criado com o aumento do uso de tecnologias sem fio. Algumas implementações destes tipos de comunicação fazem uso de criptografia, ou no mínimo deveriam utilizar. No entanto, vamos focar naquelas comunicações mais simples neste início, para entendimento e em seguida vamos explorar as formas de comunicação sem fio mais complexas. 

Para início de tudo, é necessário o entendimento de alguns termos e conceitos básicos. Esta será a base para o estudo de segurança em comunicação sem fio. 

Começando então com o entendimento do conceito do rádio, que seria basicamente levar uma informação de um ponto a outro, sem a utilização de cabos. A informação necessita de um meio para sua transmissão, seja através de cabos, fios, ar ou qualquer fluído, no caso da rádio-frequência, consideramos as transmissões feitas sem fio.

Algumas definições 

Rádio frequência (RF) são correntes de alta frequência que abrangem de aproximadamente 3kHz a 300GHz passando pelos condutores que chegam até as antenas onde são irradiadas as ondas eletromagnéticas (OEM) a partir destas variações de corrente. A antena tem a função de irradiadar as ondas eletromagnéticas pelo ar/espaço. 

Para que exista uma comunicação por rádio frequência, é necessário ter basicamente o transmissor e o receptor. 

O Transmissor, como já dito acima, é o responsável por transformar informações em sinais elétricos, para serem transformados em ondas eletromagnéticas e propagadas no espaço pela antena. 

O Receptor, no outro lado, capta estas Ondas Eletromagnética e transforma em sinais elétricos, para ser compreendido pelos rádios, fazendo o processo inverso do transmissor.

Características de uma Onda Eletromagnética: 

Amplitude: tensão máxima em volts que pode atingir.

Período: é o tempo em segundos que uma onda leva para completar um ciclo (em segundos).

Comprimento de onda: a distância entre dois picos ou dois vales consecutivos de uma onda eletromagnética

Frequência: número de ciclos que a onda percorre no tempo, ou seja, em um segundo, sua unidade é o Hertz (H). A frequência é inversa do período.

Espectro de Freqüência

Para evitar sobreposições em OEM, foram estabelecidas faixas de frequências disponíveis para cada tipo de aplicação, conforme abaixo:

Entendido isso, passamos para os Sistemas de Comunicação.

Sistemas de Comunicação
Informação: A informação pode ser analógica ou digital. O sinal onde se encontra a informação é chamado de sinal modulante. Nos sistemas AM e FM por exemplo, a informação é transmitida na frequência da portadora, sendo que essa portadora é modulada de acordo com a informação (sinal modulante).

Onda portadora: é a onda que transporta a informação, e normalmente tem frequência diferente e maior que a da informação base. A portadora pode ser a luz, sinal de micro-ondas, sinais elétricos, etc. Assim como o sinal modulante, pode ser digital ou analógica. 

Modulação: É captado o sinal que se quer transmitir, então modifica uma onda portadora de acordo com as variações de estados. Os sinais modulantes, ou sinais base, alteram um dos parâmetros da onda portadora, (fase, amplitude ou frequência) para poder transmitir a informação, o resultado dessa alteração é o sinal modulado.

Sinal modulado: é o resultante da modificação da onda portadora (modulação), através da variação de estado da onda portadora, feita através do processo de modulação. É dele que o receptor irá tirar a informação que deseja através do processo de demodulação.

Tipos de Modulação 

Basicamente, a modulação consiste em fazer com que um parâmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variação do sinal modulante, que é a informação que se deseja transmitir.

Modulação analógica.
Neste tipo de modulação, a portadora é uma onda senoidal, e o sinal modulante é um sinal analógico ou contínuo. As técnicas de modulação para sinais analógicos mais utilizadas são a Modulação em Amplitude – AM, Modulação em Freqüência – FM e Modulação em Fase – PM.

Modulação Digital.

A modulação digital é usada quando se está interessado em transmitir uma forma de onda ou mensagem, que faz parte de um conjunto finito de valores ou código.

As principais técnicas de modulação para sinais digitais são:

Por chaveamento

Modulação em amplitude por chaveamento (ASK – Amplitude Shift-Keying):  Altera a amplitude da onda portadora em função do sinal digital a ser transmitido. A modulação em amplitude troca a freqüência baixa do sinal binário, para uma freqüência alta como é a freqüência da portadora.

Modulação em freqüência por chaveamento (FSK – Frequency Shift-Keying):  Processo de modulação que consiste na variação da freqüência da onda portadora em função do sinal digital a ser transmitido. Esse tipo de modulação pode ser considerado equivalente a modulação em FM para sinais analógicos.

Modulação em fase por chaveamento (PSK – Phase Shift- Keying):  Processo pelo qual se altera a fase da onda portadora em função do sinal digital a ser transmitido.

Por pulso 

Nesta técnica uma amostra da forma de onda é tomada a intervalos regulares. Há uma variedade de esquemas de modulação por pulso: modulação em amplitude de pulso (PAM), modulação em código de pulso (PCM), modulação em freqüência de pulso (PFM), modulação de posição de pulso (PPM) e modulação por largura de pulso (PWM).

Existem outros tipos de modulação que vão ser apresentados quando for necessário.

A transmissão a rádio é um universo, uma ciência, mas por enquanto estes conceitos serão fundamentais para os estudos em segurança em rádio frequência.

REF.

TANENBAUM, Computer Networks

https://en.wikipedia.org/wiki/Modulation

J.BARTON HOAG, BASIC Radio

http://wndw.net/pdf/wndw3-en/ch01-physics.pdf