(fic) transmissão digital

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I. Conceitos básicos A infraestrutura básica de um sistema de telecomunicações é composta de um sistema de comutação (telefonia) e um de transmissão que tem a função de “transportar” as informações entre dois pontos. Figura 1 Sistema de telecomunicações básico PRODUZIR DESENHO O sistema de transmissão básico é composto das seguintes partes: Transmissor: responsável pela transformação da informação em um sinal adequado para trafegar no meio de transmissão; Meio de transmissão: é o meio onde as informações trafegarão; Receptor: responsável pela captação das informações no meio e transformá-las em um sinal adequado ao destino. Figura 2 Sistema de transmissão básico PRODUZIR DESENHO 1. Tipos de informação As informações provenientes das fontes geradoras a serem transmitidas podem ser classificadas em: analógicas; digitais. Fonte geradora de informação Meio de Transmissão: Par metálico Ar Fibra óptica Informação Fonte Geradora: Telefone Antena de Rádio/TV Terminal de Dados : : Fonte Receptora: Telefone Aparelho de Rádio/TV Terminal de Dados : : Informação: Voz Ondas Eletromagnéticas Dados Sinal Elétrico Luz : : Fonte rectora de informação Transmissor Receptor Meio de transmissão

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Curso de transmissão digital

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  • I. Conceitos bsicos

    A infraestrutura bsica de um sistema de telecomunicaes composta de um

    sistema de comutao (telefonia) e um de transmisso que tem a funo de

    transportar as informaes entre dois pontos.

    Figura 1 Sistema de telecomunicaes bsico PRODUZIR DESENHO

    O sistema de transmisso bsico composto das seguintes partes:

    Transmissor: responsvel pela transformao da informao em um sinal

    adequado para trafegar no meio de transmisso;

    Meio de transmisso: o meio onde as informaes trafegaro;

    Receptor: responsvel pela captao das informaes no meio e transform-las

    em um sinal adequado ao destino.

    Figura 2 Sistema de transmisso bsico PRODUZIR DESENHO

    1. Tipos de informao

    As informaes provenientes das fontes geradoras a serem transmitidas podem ser

    classificadas em:

    analgicas;

    digitais.

    Fonte geradora de informao

    Meio de Transmisso: Par metlico Ar Fibra ptica

    Informao

    Fonte Geradora:

    TelefoneAntena de Rdio/TVTerminal de Dados

    ::

    Fonte Receptora:

    TelefoneAparelho de Rdio/TVTerminal de Dados

    ::

    Informao:

    VozOndas EletromagnticasDadosSinal EltricoLuz

    ::

    Fonte rectora de informao

    Transmissor ReceptorMeio de

    transmisso

  • Um bom exemplo de informao analgica a voz humana. Quando uma pessoa fala

    gerada uma onda analgica no ar que pode ser captada por um microfone e

    convertida em um sinal analgico. A informao digital pode ser exemplificada pelos

    dados armazenadas nas memrias dos computadores, que podem ser convertidos em

    um sinal digital.

    2. Sinais analgicos e digitais

    Os sinais analgicos podem assumir, no tempo, infinitos valores de amplitude, j os

    sinais digitais assumem valores de amplitude pr-determinados no tempo.

    Figura 3 Exemplos de sinais analgicos PRODUZIR DESENHO

    Figura 4 Exemplo de sinal digital PRODUZIR DESENHO

    Os sinais analgicos e digitais podem ser classificados em:

    Peridicos: so sinais que tem um padro de repetio ao longo do tempo.

    Exemplo: um sinal senoidal.

    No peridicos: no tem um padro de repetio ao longo do tempo. Exemplo: a

    voz humana.

    2.1 Sinais analgicos

    Uma onda senoidal a forma bsica dos sinais analgicos utilizados nos sistemas de

    transmisso digital e pode ser representado pela seguinte equao:

    ( ) ( )

    1

    2

    3

    4

    TEMPO

    AMPLITUDE

    TEMPO

    1

    2

    3

    4

    -1

    -2

    -3

    -4

    AMPLITUDE

    0 00 00 00 00 00 11 11 1 11 0

    Tempo

    Amplitude (V)

  • Onde: A = Amplitude da onda;

    f = frequncia da onda;

    = fase da onda

    Figura 5 Onda senoidal PRODUZIR DESENHO

    2.1.1 Perodo e frequncia

    O perodo de uma onda senoidal o tempo que esta gasta para realizar um ciclo (ver

    figura 5) e frequncia o nmero de ciclos em 1 segundo e dado por:

    [ ]

    [ ]

    Onde o perodo (T) dado em segundos e a frequncia (f) dada em Hertz (Hz)

    A tabela a seguir apresenta as unidades de frequncia mais utilizadas transmisso

    digital:

    Unidade Notao engenharia Unidade Notao engenharia

    hertz (Hz) 1 Hz Segundos (s) 1 s

    kilo hertz 103 Hz ou 1 KHz Mili segundos (ms) 10

    -3 s ou 1 ms

    mega hertz 106 Hz ou 1 MHz Micro segundos (s) 10

    -6 s ou 1 s

    giga hertz 109 Hz ou 1 GHz Nano segundos (ns) 10

    -9 s ou 1 ns

    Tabela 1 Unidades de frequncias mais utilizadas em transmisso digital

    Exemplo:

    Determinar a frequncia de um sinal senoidal com perodo de 25ms.

    Perodo (T)

    Amplitude (A)

    Tempo (t)

  • 2.1.2 Fase de uma onda senoidal

    A fase ( ) de uma onda senoidal pode ser definida como sendo a posio da onda em

    relao ao marco zero do tempo, ou seja, o ponto que a onda se inicia. A fase

    medida em graus () ou radiano (rad).

    Figura 6 Exemplo de fases da onda senoidal PRODUZIR DESENHO

    2.2 Sinais digitais

    Uma onda quadrada a forma bsica dos sinais digitais e possui a seguinte forma de

    representao:

    Tenso positiva representa o nvel alto (sinal digital 1);

    Tenso zero representa o nvel baixo (sinal digital 0).

    Os sinais digitais tambm so classificados em peridicos e no peridicos, porm nos

    sistemas de transmisso digital a forma no peridica a mais comum.

    Para os sinais peridicos aplica se os conceitos de perodo e frequncia j

    apresentados, j para os sinais no peridicos aplica-se os seguintes conceitos:

    Intervalo de sinalizao: o tempo necessrio para transmisso de um bit;

    Taxa de transmisso: indica a quantidade de bits transmitidos em 1 segundo.

    Figura 7 Sinal digital PRODUZIR DESENHO

    3. Largura de banda BW (bandwidth)

    Amplitude

    Tempo

    Fase ( ) = 0

    Amplitude

    Tempo

    Fase ( ) = 180

    0 00 00 00 00 00 11 11 1 11 0

    Tempo

    Amplitude (V)

    Intervalo de sinalizao (52,6 ms)

    1 segundo Taxa de transmisso = 19 bps

  • Largura de banda, ou banda passante pode ser definida para um sinal ou um meio de

    transmisso.

    Largura de banda de um sinal calculada em funo do conjunto das frequncias que

    o compe. Por exemplo: um sinal possui componentes senoidais de 1.000Hz,

    1.500Hz, 2.000Hz e 2.500Hz. Sua largura de banda ser calculada pela diferena das

    frequncias extremas, ou seja:

    Graficamente tem-se:

    Figura 8 Largura de banda de um sinal PRODUZIR DESENHO

    Largura de banda de um meio de transmisso definida como a faixa de frequncias

    que podem ser transmitidas no meio com atenuao do sinal em no mximo 50%. Por

    exemplo, um meio de transmisso possibilita a transmisso de sinais com frequncias

    de 10KHz ~ 15KHz. Sua largura de banda ser:

    Graficamente tem-se:

    Figura 9 Largura de banda de um meio de transmisso PRODUZIR DESENHO

    Observaes:

    A largura de banda a capacidade de um canal ou equipamento em transmitir

    milhares (kbps) ou milhes de bits por segundo (Mbps). Largura de Banda no

    Amplitude

    frequncia (Hz)1.000 1.500 2.000 2.500

    BW = 1.500 Hz

    Amplitude

    frequncia (Hz)15K12,5K10K

    BW = 5KHz

    50%

  • uma medida de velocidade, mas a diferena entre as frequncias mxima e

    mnima na qual um canal ou equipamento pode operar.

    Sempre que a largura de banda de um meio fsico for maior ou igual largura de

    banda necessria para um sinal, podemos utilizar este meio para a transmisso do

    sinal.

    Na prtica, a largura de banda necessria para um sinal , em geral, bem menor

    do que a largura de banda dos meios fsicos disponveis:

    Figura 10 Desperdcio de banda PRODUZIR DESENHO

    3.1 Largura de banda do canal de voz

    Um sinal analgico composto bastante utilizado nos sistemas de telefonia e

    transmisso a voz humana que tem seu espectro definido na seguinte faixa de

    frequncia: 300 a 3.400Hz.

    Utilizando-se de conceitos j apresentados, a largura de banda do sinal de voz :

    Nos meios de transmisso so reservados canais de 4KHz transmisso da voz.

    Figura 11 Canal de voz PRODUZIR DESENHO

    4. Codificao de linha

    Desperdcio

    0

    Hz

    Banda passante do meio fsico

    Banda passante

    necessria para o sinal

    Largura de banda necessria para o sinal

    Largura de banda do meio de transmisso

    300 3.400

    Canal de Voz: BW = 4KHz

    BGBG Hz

    4.0000

    BG = Banda de Guarda

    Voz

  • A codificao de linha o processo utilizado para converter uma sequncia de bits em

    um sinal digital que possa ser transmitido em meio de transmisso metlico atravs de

    sinais eltricos.

    Figura 11 Codificador de linha PRODUZIR DESENHO

    No processo de codificao de linha necessrio um sinal de referncia de

    sincronismo ou de relgio (clock) que vai definir a taxa de transmisso na sada do

    codificador. A frequncia da referncia de sincronismo define o nmero de pulsos por

    segundo e cada pulso define o tempo para transmisso de um smbolo.

    Observao:

    Um smbolo a quantidade de bits transmitidos no intervalo de tempo referente a um

    pulso.

    4.1 Cdigos de linha

    Os cdigos de linha so classificados em:

    Cdigos unipolares, que possuem uma nica polaridade, ou seja, pulso ou

    ausncia de pulso representando os bits 1 (um) e 0 (zero).

    Figura 12 Cdigo unipolar (polar) PRODUZIR DESENHO

    Cdigos bipolares (polares), onde os pulsos possuem polaridade positiva e

    negativa para representar o bit 1 (um) e a ausncia de pulso para representar o bit

    0 (zero).

    Figura 13 Cdigo bipolar PRODUZIR DESENHO

    Nos sistemas de transmisso digital os seguintes tipos de cdigos so mais utilizados:

    10101010 Codificador

    Referncia de sincronismo (clock)

    Sinal digitalSequncia de bits

    0

    1

    t

    t0

    +1

    -1

  • RZ (return-to-zero): nesse tipo de codificao o nvel do pulso retorna a zero antes

    de terminar o perodo correspondente informao binria codificada.

    Figura 14 Cdigo RZ (return-to-zero) PRODUZIR DESENHO

    NRZ (non-return-to-zero): nesse tipo de codificao o nvel do pulso mantm-se

    constante durante o perodo correspondente informao binria codificada.

    Figura 15 Cdigo NRZ (non-return-to-zero) PRODUZIR DESENHO

    AMI (alternate mark inverter). As tcnicas de codificaes RZ e NRZ geram uma

    componente DC na linha de transmisso que pode ocasionar problemas em alguns

    sistemas. A codificao AMI visa eliminar essa componente DC.

    Figura 16 Cdigo AMI (alternate mark inverter) PRODUZIR DESENHO

    HDB-3 (high density bipolar with 3 zero maximum): esse tipo de codificao uma

    variao do AMI e tem por finalidade eliminar uma sequncia de zeros muito

    grande que pode ocasionar problemas em alguns sistemas de transmisso. No

    processo de codificao, o sinal digital a ser transmitido analisado e sempre que

    houver uma sequncia de quatro zeros (0 0 0 0) consecutivos, deve ser inseridos

    pulsos de violao da seguinte forma:

    0 0 ... ... 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 Informao digital

    ... ... AMI

    1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

    Clock

    RZ

    1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

    Clock

    NRZ

    1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

    Clock

    AMI

  • ... ... V+ Primeira violao Violao V+ ltimo pulso: +

    ... ... V+ Violao V+ ltimo pulso: + ltima violao: -

    V-

    V+ ... ... Violao M- 0 0 V+ ltimo pulso: + ltima violao: +

    M- V-

    Figura 17 Cdigo HDB-3 (high density bipolar with 3 zero maximum) PRODUZIR

    DESENHO

    A figura a seguir mostra um exemplo comparativo dos quatros cdigos de linhas

    apresentados.

    Figura 18 Comparao dos cdigos RZ, NRZ, AMI e HDB-3 PRODUZIR DESENHO

    5. Meios de transmisso

    Os sistemas de transmisso digital utilizam os seguintes tipos de meios de

    transmisso:

    Meios de transmisso guiados (par de fios de cobre (par tranado), cabo coaxial,

    fibra ptica, etc.);

    Meios de transmisso no guiados (ar).

    1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

    Clock

    RZ

    NRZ

    AMI

    HDB-3

    V-

    M+ V+

    V-

  • 5.1 Meios de transmisso guiados

    5.1.1 Cabo de par tranado (par metlico)

    O cabo de par tranado um dos meios de transmisso guiados mais comum tambm

    denominado de linha de transmisso. As principais caractersticas desse meio de

    transmisso so:

    Alta confiabilidade;

    Susceptvel a interferncias e rudo;

    Taxa de transmisso at 100 Mbps;

    Utilizado para sinais analgicos ou digitais;

    Necessidade de repetidores a cada 2 a 3 km.

    5.1.2 Cabo de par tranado sem blindagem

    Cabo de par tranado sem blindagem, ou cabo UTP (Unshielded Twisted Pair)

    utilizado em sistemas de cabeamento estruturado para voz, dados e imagens. um

    cabo de quatro pares tranados compostos por condutores slidos de cobre nu,

    24AWG, isolados em polietileno e protegidos por uma capa de PVC.

    Figura 19 Cabo de par tranado sem blindagem PRODUZIR FOTO

    Caractersticas do cabo de par tranado sem blindagem:

    Os pares so tranados para reduzir o efeito de diafonia (interferncias)

    Dimetro externo pequeno fcil instalao

    Baixo Custo

  • Comprimento mximo: ~100 metros

    Pouca imunidade a rudos

    Taxa de transmisso at 100 Mbps

    Figura 20 Cabo de par tranado sem blindagem - CAT6 PRODUZIR FOTO

    5.1.3 Cabo de par tranado blindado

    Cabo de par tranado blindado, ou cabo STP (Shielded Twisted Pair) utilizado em

    sistemas de cabeamento estruturado para voz, dados e imagens. um cabo de quatro

    pares tranados compostos por condutores slidos de cobre nu, 23AWG, isolados em

    polietileno e protegidos por uma capa de PVC. Sob a capa de PVC feita uma

    blindagem com uma fita de polister metalizado.

    Figura 21 Cabo de par tranado blindado PRODUZIR FOTO

    Caractersticas do cabo de par tranado blindado:

    Os pares so tranados para reduzir o efeito de diafonia (interferncias)

    Dimetro externo pequeno fcil instalao

    Mdio Custo

    Comprimento mximo: ~100 metros

    Boa imunidade a rudos

  • Taxa de transmisso at 10 Gbps

    5.1.4 Cabo coaxial

    O cabo coaxial constitudo por um condutor slido de cobre nu envolto por um

    dieltrico de polietileno expandido que envolvido por uma fita de alumnio e uma

    malha metlica entrelaada protegidos por uma capa de PVC.

    Figura 22 Estrutura do cabo coaxial PRODUZIR FOTO

    Caractersticas do cabo coaxial:

    Boa imunidade a rudos devido blindagem

    Fcil instalao

    Montagem sensvel a mau contato devido (conectores)

    Baixo Custo

    Comprimento mximo: ~ 200 metros (depende da frequncia)

    Impedncia: - 75 Faixa de frequncia: 30 ~300MHz

    - 50 Faixa de frequncia: 300 ~ 3.000MHz

    Figura 23 Cabo coaxial PRODUZIR FOTO

    Condutor

    Dieltrico

    Capa de alumnio

    Malha

    Capa de PVC

  • Figura 24 Conector BNC utilizado no cabo coaxial PRODUZIR FOTO

    Os cabos coaxiais so classificados atravs de um cdigo denominado (Radio

    Government),sendo que cada cdigo RG define as especificaes do cabo, incluindo a

    bitola do cabo, tipo de blindagem, etc.

    Tipo Impedncia Aplicao

    RG-59 75 ohms TV via cabo (CATV/CCTV), antenas domsticas de TV, VHF e UHF, sistemas de telefonia, informtica, rdio e TV.

    RG-11 75 Ohms Sistemas de radiocomunicao, sistemas auxiliares de radiofuso, telefonia rural, informtica e instalaes militares

    RG-213 50 Ohms Sistemas de radiocomunicao, sistemas auxiliares de radiofuso, telefonia rural, informtica e instalaes militares

    RG-58 50 Ohms Sistemas de radiocomunicao, sistemas auxliares de radiofuso, telefonia rural, informtica e Ethernet (10 Base 2).

    RG-218 50 Ohms Sistemas de alta potncia, instalaes militares e automao.

    Tabela 2 Exemplo de cabos coaxiais

    5.2 Meios de transmisso no guiados

    Nos meios de transmisso no guiados (ar ou vcuo) aplicam-se os sistemas de

    comunicao via rdio que utilizam ondas eletromagnticas como elemento de

    conexo entre um transmissor e um receptor.

    Figura 25 Sistema de transmisso com meio no guiado PRODUZIR DESENHO

    As ondas eletromagnticas so classificadas em funo da frequncia conforme

    apresentado na tabela a seguir.

    Sigla Faixa de Freq. Ondas Modo de Propagao VLF 3kHz a 30kHz Muito longas

    Ondas terrestres LF 30kHz a 300kHz Longas

    MF 300kHz a 3MHz Mdias

    HF 3MHz a 30MHz Curtas Ondas ionosfricas ou diretas

    Transmissor ReceptorRdio Rdio

  • VHF 30MHz a 300MHz ----

    Ondas Diretas UHF 300MHz a 3GHz ----

    SHF 3GHz a 30GHz Micro-ondas

    EHF 30GHz a 300GHz Micro-ondas

    Tabela 3 Caractersticas das ondas eletromagnticas

    Dependendo da aplicao e da faixa de frequncias podem ser utilizados alguns tipo

    de sistemas rdio exemplificados a seguir:

    Rdios VHF e UHF: utilizam sistemas de propagao em visada direta (links) de

    boa confiabilidade; de mdia capacidade (60 canais), utilizados para comunicao

    mdia distncia (mbito estadual) envolvendo poucas repetidoras (de 2 a 4).

    Figura 26 Exemplo de sistema de rdios VHF ou UHF PRODUZIR DESENHO

    Rdio UHF na faixa de 2MHz (Tropodifuso): utilizado para interligar localidades

    a grandes distncias, sem repetidoras e sobre zonas inspitas, um sistema de

    mdia capacidade (120 canais).

    Figura 27 Exemplo de sistema de rdios UHF em tropodifuso PRODUZIR

    DESENHO

  • Rdio SHF (Micro ondas): so sistemas de alta capacidade (2700 canais ou

    mais) por canal de RF, utilizados para transmisso de longa distncia, envolvendo

    um grande nmero de repetidoras; so os sistemas mais utilizados e operam na

    faixa de 4 a 6 GHz.

    Figura 28 Exemplo de sistema de rdios SHF (Micro ondas) PRODUZIR DESENHO

  • II. Modulao digital

    Modulao digital o processo que permite modificar uma ou mais caractersticas de

    um sinal analgico (portadora) com base nas informaes de um sinal digital.

    A portadora, a ser modificada na modulao digital, uma onda senoidal e

    representada pela seguinte equao:

    ( ) ( )

    Onde: A = Amplitude da onda;

    f = frequncia da onda;

    = fase da onda.

    Alterando-se um desses parmetros: amplitude (A),frequncia (f) ou fase ( ) possvel

    representar uma informao binria. As trs tcnicas utilizadas para alterar esses

    parmetros so definidas por:

    Modulao por Chaveamento de Amplitude - ASK (Amplitude Shift Keying)

    Modulao por Chaveamento da Frequncia - FSK (Frequency Shift Keying)

    Modulao por Chaveamento de Fase - PSK (Phase Shift Keying)

    Alm dessas tcnica existe uma quarta onde so alterados dois parmetros da

    portadora: a amplitude (A) e fase ( ).

    Modulao de amplitude em quadratura - QAM (Quadrature Amplitude

    Modulation)

    Na modulao digital frequentemente so utilizados os seguintes termos:

    Taxa de transmisso: define a quantidade de bits transmitidos em um segundo

    (bps);

    Taxa de modulao: define a quantidade de modulaes realizadas em um

    segundo e medida em baud/s, sendo que uma modulao representa um

    smbolo que formado por um ou mais bits. A taxa de modulao tambm

    denominada de Nbauds.

    Observao:

    A taxa de transmisso igual taxa de modulao vezes o nmero de bits por

    smbolos.

  • 1. Modulao ASK

    A tcnica ASK varia a amplitude da portadora para representar os bits 0 (zero) ou 1

    (um). A frequncia da portadora mantida fixa.

    Figura 1 Modulao ASK PRODUZIR DESENHO

    1.1 Largura de Banda BW (Band Width)

    A largura de banda definida como a faixa de frequncias que podem ser transmitidas

    com atenuao do sinal em no mximo 50%.

    Na modulao ASK a largura de banda dada por:

    [ ]

    Graficamente a largura de banda mostrada na figura a seguir:

    Figura 2 Largura de banda da modulao ASK PRODUZIR DESENHO

    2. Modulao FSK

    A tcnica FSK varia a frequncia da portadora para representar os bits 0 (zero) ou 1

    (um). A amplitude da portadora mantida fixa.

    0 0 0 0 111111

    Clock

    Portadora

    NRZ

    ASK

    Amplitude

    f [Hz]

    fpA

    A/2

    BW = |Nbauds| Hz

  • Figura 3 Modulao FSK PRODUZIR DESENHO

    2.1 Largura de Banda BW (Band Width)

    A largura de banda definida como a faixa de frequncias que podem ser transmitidas

    com atenuao do sinal em no mximo 50%.

    Na modulao FSK a largura de banda dada por:

    [ ]

    Graficamente a largura de banda mostrada na figura a seguir:

    Figura 4 Largura de banda da modulao FSK PRODUZIR DESENHO

    3. Modulao PSK

    A tcnica PSK varia a fase da portadora para representar os bits 0 (zero) ou 1 (um). A

    amplitude e a frequncia da portadora so mantidas fixas.

    0 0 0 0 111111

    Clock

    Portadora

    NRZ

    FSK

    Amplitude

    f [Hz]

    fp1A

    A/2

    fp2

    |Nbauds|

    BW = fp2 fp1 |Nbauds| Hz

    0 0 0 0 111111

    Clock

    Portadora

    NRZ

    PSK

  • Figura 5 Modulao PSK PRODUZIR DESENHO

    3.1 Largura de Banda BW (Band Width)

    A largura de banda definida como a faixa de frequncias que podem ser transmitidas

    com atenuao do sinal em no mximo 50%.

    Na modulao PSK a largura de banda dada por:

    [ ]

    Graficamente a largura de banda mostrada na figura a seguir:

    Figura 6 Largura de banda da modulao PSK PRODUZIR DESENHO

    O sinal PSK apresentado na figura corresponde a uma codificao que utilizada duas

    fases da portadora, 0 e 180, a fase 0 para representar o bit 1 e a fase para 180

    para representar o bit 0.

    Uma forma de representao grfica da modulao o diagrama de constelao que

    indica as fases da portadora e os bits (smbolos) representados em cada fase. A figura

    a seguir apresenta o diagrama de constelao da modulao PSK.

    Figura 7 Diagrama de constelao da modulao PSK PRODUZIR DESENHO

    Na modulao PSK a Taxa de Transmisso [bps] igual Taxa de Modulao

    [bauds/s] conforme representado na figura a seguir:

    Amplitude

    f [Hz]

    fpA

    A/2

    BW = |Nbauds| Hz

    Fase Bit

    0 1

    180 00180

    Diagrama de ConstelaoBits

    10

  • Figura 8 Tx de transmisso x Tx de modulao PRODUZIR DESENHO

    Da figura tem-se: Taxa de Transmisso = 10 bps

    Taxa de Modulao = 10 bauds/s

    O aumento da taxa de transmisso [bps] na modulao PSK realizado atravs do

    aumento do nmero de fases, como por exemplo:

    4 fases: Modulao 4-PSK ou QPSK (transmite dois bits a cada modulao);

    8 fases: Modulao 8-PSK (transmite trs bits a cada modulao);

    16 fases: Modulao 16-PSK (transmite quatro bits a cada modulao).

    A figura a seguir mostra um exemplo da modulao 4-PSK:

    Figura 9 Modulao 4-PSK PRODUZIR DESENHO

    Da figura tem-se: Taxa de Transmisso = 20 bps

    Taxa de Modulao = 10 bauds/s

    Na figura a seguir apresentado o diagrama de constelao da modulao 4-PSK.

    0 0 0 0 111111

    bit bit bit bit bit bitbit bit bitbit bit

    baud baud baud baud baud baud baud baud baud baud

    1 segundo

    Portadora

    NRZ

    4PSK

    1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0

    baud baud baud baud baud baud baud baud baud baud

    1 segundo

  • Figura 10 Diagrama de constelao da modulao 4-PSK PRODUZIR DESENHO

    Analogamente modulao 4-PSK, aumentando-se o nmero de fases para oito,

    aumenta-se a taxa de transmisso, sendo que cada fase representa trs bits (tribit)

    conforme mostrado na figura a seguir:

    Figura 11 Diagrama de constelao da modulao 8-PSK PRODUZIR DESENHO

    4. Modulao QAM

    Nas tcnicas de modulao apresentadas (ASK,FSK e PSK) altera-se apenas uma

    caracterstica (um parmetro) do sinal senoidal da portadora, ou seja, a amplitude ou a

    fase. A tcnica QAM (Quadrature Amplitude Modulation) consiste na alterao de dois

    parmetros da portadora, a fase e a amplitude, possibilitando assim aumentar o

    nmero de bits representados em cada modulao. O motivo da escolha desses dois

    parmetros devido a largura de banda das tcnicas ASK e PSK serem a mesma,

    dada por: BW = |Nbauds| [Hz]. Pode se dizer que a tcnica QAM uma combinao

    dastcnicas ASK e FSK.

    A tcnica QAM pode ser implementada a partir de uma vasta combinao de fases e

    amplitudes. As figuras a seguir apresentam exemplos de diagramas de constelao

    da tcnica QAM e suas variaes.

    Fase Dibit

    0 00

    90 01

    180 10

    270 11

    Diagrama de ConstelaoBits

    0180

    90

    270

    00

    01

    10

    11

    Fase Dibit

    0 000

    45 001

    90 010

    135 011

    180 100

    225 101

    270 110

    315 111

    Diagrama de ConstelaoBits

    0180

    90

    270

    000

    010

    100

    110

    45135

    225 315

    001011

    101 111

  • Figura 12 Diagrama de constelao da modulao 4-QAM PRODUZIR DESENHO

    Figura 13 Diagrama de constelao da modulao 8-QAM PRODUZIR DESENHO

    A figura a seguir apresenta um sinal 8-QAM no domnio do tempo:

    Figura 14 Modulao 8-QAM PRODUZIR DESENHO

    Da figura tem-se: Taxa de Transmisso = 30 bps

    Taxa de Modulao = 10 bauds/s

    1

    45135

    315225

    Fase Dibit

    45 00

    135 01

    225 10

    315 11

    4-QAM1 amplitude4 fases

    0180

    90

    270

    8-QAM2 amplitude4 fases000

    001010

    011

    100

    101110

    111

    Fase Ampl. Tribit

    0 Baixa 000

    0 Alta 001

    90 Baixa 010

    90 Alta 011

    180 Baixa 100

    180 Alta 101

    270 Baixa 110

    270 Alta 111

    Portadora

    8-QAM

    baud baud baud baud baud baud baud baud baud baud

    1 segundo

    1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0

  • III. Multiplexao

    Multiplexao uma tcnica que permite maximizar a utilizao do meio de

    transmisso de um ponto a outro, que nada mais que realizar a transmisso

    simultnea de dois ou mais canais de informao utilizando o mesmo meio de

    transmisso.

    Figura 1 Multiplexao PRODUZIR DESENHO

    Existem duas formas bsicas de multiplexao:

    Multiplexao por diviso de frequncia FDM (Frequency Division Multiplexing);

    Multiplexao por diviso de tempo TDM (Time Division Multiplexing).

    1. Multiplexao FDM

    A tcnica FDM uma tecnologia que transmite mltiplos sinais simultaneamente sobre

    um nico caminho (meio de transmisso) atravs de tcnicas de modulao, que

    permitem o deslocamento de um sinal no espectro de frequncia.

    A figura a seguir apresenta um exemplo de um multiplexador FDM que faz a

    combinao de quatro canais de voz que sero transmitidos em um nico meio de

    transmisso (enlace).

    Canal 1

    Canal N

    Canal 1

    Canal N

    EnlaceMUX

    DEMUX

    (meio de transmisso)

    Voz

    Voz

    Voz

    Voz

    1

    2

    3

    4

    BW

    0 4kHz

    FDM

    1 2 3 4

    BW

    0 4KHz

    BW = 16kHZ

    fp1 fp2 fp3 fp4

    100kHz 116kHz

    fp1 =102kHzfp2 =106kHzfp3 =110kHzfp4 =114kHz

    MOD

    MOD

    MOD

    MOD

    fp

  • Figura 2 Exemplo de multiplexao FDM PRODUZIR DESENHO

    Como os canais de voz possuem uma largura de banda de 4kHz, o enlace de sada do

    multiplexador tem que possuir uma largura de banda de no mnimo 16kHZ (4x4kHz).

    Na multiplexao FDM cada canal de voz deve ser transladado para o enlace de sada

    em uma determinada faixa de frequncia e isso realizado atravs de um processo de

    modulao com portadoras especficas.

    No exemplo apresentado na figura anterior o espectro de frequncia do enlace de

    sada do MUX possui a seguinte faixa: 100kHz ~ 116kHz. Neste caso os canais de voz

    a serem multiplexados devero ser alocados da seguinte forma:

    Canal Faixa de frequncia Portadora

    1 100kHz ~ 104kHz 102kHz

    2 104kHz ~ 108kHz 106kHz

    3 108kHz ~ 112kHz 110kHz

    4 112kHz ~ 116kHz 114kHz

    Tabela 1 Exemplo de alocao de canais no multiplexador FDM

    Os quatros canais de voz multiplexados so transmitidos e no destino passaro por

    um processo um processo inverso de modo que cada informao original possa ser

    recuperada. A figura a seguir ilustra esse processo.

    Figura 3 Exemplo de demultiplexao FDM PRODUZIR DESENHO

    2. Multiplexao TDM

    A tcnica TDM uma tecnologia que transmite mltiplos sinais digitais

    simultaneamente sobre um nico caminho (meio de transmisso). Ao invs de

    compartilhar uma determinada largura de banda para transmisso dos canais como na

    multiplexao FDM, a TDM utiliza toda banda do enlace de sada do MUX para um

    canal em um determinado intervalo de tempo.

    A figura a seguir apresenta um exemplo de um multiplexador TDM que faz a

    combinao de trs canais de dados (digitais) que sero transmitidos em um nico

    meio de transmisso (enlace).

    Voz

    Voz

    Voz

    Voz

    1

    2

    3

    4

    BW

    0 4kHz

    FDM

    1 2 3 4

    BW

    0 4KHz

    BW = 16kHZ

    fp1 fp2 fp3 fp4

    100kHz 116kHz

    DEMOD

    fp

    FPF

    FPF

    FPF

    FPF

    DEMOD

    DEMOD

    DEMOD

    FPF: filtro passa faixaDEMOD: demodulador

  • Figura 4 Multiplexador TDM PRODUZIR DESENHO

    Da figura temos:

    Intervalo de tempo (time slot): o tempo gasto para transmitir um smbolo que

    pode ser composto de um ou mais bits.

    Exemplo:

    A informaes de um canal de dados so transmitidas a uma taxa de 1kbps e cada

    intervalo de tempo (TS) composto de um bit. O tempo para transmisso de 1 bit

    ser:

    1.000 bits 1 segundo

    1 bit TS

    Quadro (frame): a estrutura na sada do MUX que contm as informaes de

    todos os canais de entrada do MUX. O tempo para transmisso de um quadro o

    mesmo tempo de recepo de um intervalo de tempo (TS) na entrada do MUX.

    Exemplo:

    Trs canais transmitindo a uma taxa de 1kbps so multiplexados. Determinar as

    caractersticas do quadro (frame) na sada do MUX.

    Figura 5 Exemplo de multiplexao TDM PRODUZIR DESENHO

    M

    U

    X

    A

    B

    C

    A1A2A3

    B1B2B3

    C1C2C3

    B1C1... A1B2C2 A2

    Frame

    Time slot (TS)

    Time slot

    Frame = QuadroTime slot = Intervalo de tempo

    Frame

    M

    U

    X

    ... 1011100

    ... 0110001

    ... 0011111

    000101 011

    Time slot (TS)

    Taxa de transmisso = 1kbps

    333s

    1ms

    Taxa de transmisso = 3kbps

  • Para uma taxa de transmisso de 1kbps o tempo para transmisso de 1 bit ser:

    1.000 bits 1 segundo

    1 bit TS

    Se a cada 1ms chega um bit no MUX, o quadro (frame) que tem a informao

    dos trs canais de entrada dever ser transmitido tambm em 1ms. Neste caso o

    tempo para transmisso de um intervalo de tempo na sada do MUX ser de:

    A taxa de transmisso na sada do MUX ser de:

    3 bits 1ms

    Tx de Transmisso 1 segundo

    3. PCM-30

    A modulao por codificao de pulsos PCM (Pulse Code Modulation) uma tcnica

    que possibilita a converso de um sinal analgico (voz) em um sinal digital e possui as

    seguintes etapas:

    Amostragem;

    Compresso e expanso;

    Quantizao;

    Codificao;

    Multiplexao.

  • Figura 6 Modulao por codificao de pulsos - PCM PRODUZIR DESENHO

    Observao:

    O sistema PCM adotado no Brasil o de 32 canais, que recebe as seguintes

    denominaes:

    PCM-30;

    MCP-30;

    PCM - 2 Mbps;

    PCM - lei A;

    PCM padro europeu.

    Sua interface de sada, de 2048 Kbps, denominada interface E1.

    3.1 Amostragem

    Nessa etapa so retiradas amostras do sinal analgico (voz) em intervalos regulares e

    realizada atravs de um processo denominado de modulao por amplitude de

    pulsos PAM (Pulse Amplitude Modulation) conforme mostrado na figura a seguir:

    Figura 7 Amostragem do sinal de voz PRODUZIR DESENHO

    Linha de

    Transmisso

    Amostragem

    Quantizao

    Compresso

    Codificao

    Amostragem

    Quantizao

    Compresso

    Codificao

    Amostragem

    Quantizao

    Compresso

    Codificao

    Filtro

    300 3400 Hz

    Modulao PCM Multiplexao Transmisso

    TDM

    Voz

    1

    2

    30

    Filtro

    Passa-Baixas Modulador PAM

    V

    T

    V

    T

    V

    Sinal de Voz Sinal de voz

    de faixalimitada

    (300 Hz - 3400 Hz)

    Frequncia

    deAmostragem

    8kHz

    Intervalo de

    Amostragem

    Sinal Amostrado

  • O sinal de voz passa por um filtro passa-baixas com frequncia de corte de 4kHz

    obtendo-se um sinal de voz de faixa limitada (frequncia mxima de 4kHz). Esse novo

    sinal passa por um processo PAM com frequncia de amostragem de 8kHz obtendo

    se um sinal amostrado com uma amostra a cada 125s.

    A frequncia de amostragem de 8kHz calculada de acordo com teorema de Nyquist

    que define o seguinte: a taxa de amostragem de um sinal analgico deve ser pelo

    menos duas vezes que a maior frequncia do sinal a ser amostrado.

    Conforme j apresentado anteriormente, nos sistemas de transmisso considera-se o

    canal de voz com uma largura de banda de 4kHz (0 ~ 4kHz), logo a frequncia de

    amostragem ser de 8kHz.

    3.1.1 Modulador PAM

    Um das tcnicas de converso analgico para digital (A/D) a Modulao por

    Amplitude de Pulsos PAM (Pulse Amplitude Modulation). Essa tcnica gera uma

    amostra do sinal analgico em uma determinada frequncia conforme apresentado na

    figura a seguir:

    Figura 8 Sinal modulado por amplitude de pulsos - PAM PRODUZIR DESENHO

    3.2 Quantizao e Codificao

    Amplitude

    tempo

    tempo

    Sinal analgico

    Amostras

    Sinal amostrado

  • O conjunto das amostras de um sinal analgico possui vrios nveis de amplitude e

    para cada nvel deve ser atribudo um determinado valor.

    Na etapa de quantizao so definidos N nveis, denominados de nveis de

    quantizao. O nmero (N) de nveis de quantizao depende do nmero de bits que

    cada amostra do sinal analgico ser codificada.

    Onde: b = 2 (sistema binrio)

    n = nmero de bits que representa cada nvel

    No caso do PCM-30 sero utilizados 8 bits para representar cada amostra, logo:

    3.2.1 Rudo de quantizao

    Quando um sinal analgico digitalizado, o valor da amostra aproximado para um

    dos 256 nveis de quantizao, sendo que a diferena entre o valor original da amostra

    e o valor do nvel de quantizao denominado erro de quantizao. Desta forma,

    uma vez digitalizado, o sinal original no pode mais ser recuperado com exatido,

    gerando um rudo denominado de rudo de quantizao.

    3.2.2 Compresso e expanso

    Com uma quantizao linear, isto , com nveis discretos igualmente espaados, o

    rudo de quantizao ser igual para cada nvel. A relao (Sinal/Rudo) portanto,

    menor para pulsos de pequena amplitude do que para pulsos de grande amplitude.

    Isto significa que os sinais de pequena amplitude sofrem maior interferncia do rudo

    de quantizao do que sinais de grande amplitude.

    Para evitar essa interferncia do rudo, mantendo os 256 nveis de quantizao com

    intervalos igualmente espaados necessrio que a amplitude dos pequenos pulsos

    seja expandida e os pulsos de maior amplitude comprimidos. Esse procedimento serve

    para melhorar a relao (Sinal/Rudo) e denominado de compresso.

    De acordo com a Unio Internacional de Telecomunicaes - ITU (International

    Telecommunication Union) existem duas leis de compresso denominadas de:

    Lei (sistema americano) No utilizada no Brasil

    Lei A (sistema europeu) Utilizada no Brasil

    A Lei A, para o sistema de PCM de 30+ 2 canais (PCM-30) definida por:

  • Sendo A=87,6 (valor definido empiricamente para que a relao (Sinal / Rudo) seja

    constante).

    Figura 9 Curvas de compresso e expanso PRODUZIR DESENHO

    3.2.3 Codificao e decodificao PCM

    Aps etapa de compresso realizada a converso de cada amostra (pulso PAM) em

    uma informao de 8 bits com o seguinte formato:

    1 2 3 4 5 6 7 8

    p b a

    Figura 10 Formato da informao codificada PRODUZIR DESENHO

    Onde:

    p: Indica a polaridade do Pulso PAM, isto , se ele se encontra na metade superior

    (p = 1) ou inferior da curva de compresso (p = 0);

    b: Indica o segmento dentro da metade definida por p, em que se encontra a

    amostra em questo (3 bits podem representar 8 segmentos). Para a caracterstica

    de compresso utilizada, a curva dividida em 13 trechos. Porm, como o trecho

    nmero 7 subdividido em 4 segmentos, tem-se na realidade um total de 16

    segmentos;

  • a: Indica o nvel dentro do segmento ou trecho do segmento (4 bits podem

    representar 16 nveis).

    Figura 11 Curva de compresso Lei A (A=87,6) PRODUZIR DESENHO

    Exemplo:

    Codificar uma amostra de um sinal analgico apresentado na figura a seguir:

    Figura 12 Exemplo de utilizao da curva de compresso PRODUZIR DESENHO

    Amostra 1

    Amostra 1

    Amostra 1

    Sinal analgico

  • Utilizando a curva de compresso a amostra ter os seguintes parmetros:

    p=1 (amostra positiva)

    seg=5 (101)

    nvel=0110

    Logo a amostra ter a seguinte codificao: 1 1 0 1 0 1 1 0

    3.3 Multiplexao

    Conforme j apresentado o sinal de voz ser amostrado com uma frequncia de 8kHz

    obtendo-se uma amostra a cada 125s:

    e cada amostra ser codificada em uma informao de 8 bits atravs da curva de

    compresso.

    Figura 13 Digitalizao do sinal de voz PRODUZIR DESENHO

    Com essas informaes possvel a obteno da taxa de transmisso do canal de voz

    antes da etapa de multiplexao.

    No PCM-30 as informaes provenientes de 30 canais de voz, aps o processo de

    digitalizao, so multiplexadas via TDM (Multiplexao por diviso de tempo), e no

    quadro (frame) de sada do MUX sero inseridos um canal (time-slot) de controle e um

    canal de sincronismo (alinhamento de quadro) conforme mostrado na figura a seguir:

    V

    T

    V

    125s

    1 0 1 0 1 1 0 1

    1 2 3 4 5 6 7 8

    125s

    Sinal de voz Sinal de voz amostrado Amostra digitalizada

  • Figura 14 Estrutura de multiplexao do PCM PRODUZIR DESENHO

    Na estrutura de multiplexao apresentada, o quadro (frame) na sada do MUX possui

    32 intervalos de tempo (time slot) denominados de canais divididos da seguinte forma:

    Canal 0: informaes de sincronismo

    Canal 16: informaes de sinalizao

    Canais 1 ~ 15 e 17 ~ 31: voz (30 canais)

    Como cada canal tem uma taxa de transmisso de 64kbps, a quadro (frame) de sada

    do MUX ter uma taxa de transmisso de:

    A sada do PCM de 2.048kbps tambm possui as seguintes denominaes:

    Interface E1;

    Interface A;

    Tributrio E1.

    3.4 Exemplo de aplicao do PCM-30 (Interface E1)

    De acordo com a Prtica Telebrs 220-250-707 (Interfaces de transmisso:

    caractersticas eltricas e fsicas) a Interface A, de 2048 Kbps (2 Mbps), est

    padronizada para conexo de uma Central CPA-T com outras, tanto para o trfego

    1 0 1 0 1 1 0 1

    7 6 5 4 3 2 1 0

    0 0 1 1 1 0 0 1

    1 1 1 0 0 1 0 0

    7 6 5 4 3 2 1 0

    7 6 5 4 3 2 1 0

    1

    1

    30

    Intervalo de tempo

    T

    D

    M

    125s

    Tx. Transm. = 64kbps

    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

    16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

    0 1 2 3 4 5 6 7

    125s

    3,9s

    488ns

    Canal de sinalizao

    Canal de sincronismo

  • originado e terminado como para o trfego trnsito. Esta interface tambm

    denominada de Interface E1 que o primeiro nvel da Hierarquia Digital Plesicrona

    (Plesiochronous Digital Hierarchy PDH) e possui as seguintes caractersticas:

    Meio de transmisso: dois cabos coaxiais de 75 (TX e RX);

    Sinal digital na codificao HDB-3;

    Tendo de pico de um pulso: 2,37 volts;

    Durao de um pulso: 244ns;

    30 canais de voz.

    Figura 15 Conexo de duas centrais pblicas via PCM PRODUZIR DESENHO

    4. PDH

    A Hierarquia Digital Plesicrona PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) um padro

    de transmisso que foi definido para uma arquitetura de multiplexao assncrona.

    Cada canal multiplexado opera de forma plesicrona, ou seja, com uma referncia de

    relgio que no sincronizado com as referncias de relgios dos outros canais

    apesar de serem nominalmente idnticos, dentro de limites estabelecido por normas.

    O canal PDH de menor hierarquia composto por um conjunto de 32 canais de

    64kbps multiplexados denominado de Interface E1 ou Tributrio E1 e o de maior

    hierarquia composto de 1.920 canais de 64kbps.

    O Brasil utiliza o padro de PDH europeu de acordo com a Recomendao G.702 do

    ITU (Instituto Internacional de Telecomunicaes) conforme apresentado na figura a

    seguir. Cada MUX acrescenta no quadro (frame) de sada informaes de controle e

    sinalizao.

    Central LocalEquipamento

    de TransmissoEquipamento

    de Transmisso Central Tandem

    Meio de

    Transmisso

    Interface de Juntor

    Digital (E1)

    Interface de Juntor

    Digital (E1)

  • Figura 16 Estrutura PDH PRODUZIR DESENHO

    tiplex. Rio de Janeiro: Livros Tcnicos e Cientficos e Embratel, 1977.

    M

    U

    XM

    U

    X M

    U

    X M

    U

    X

    1

    2

    3

    4

    30E1

    E2

    E3

    E4

    MUX 1 ordem

    Entrada:30 canais de 64kbps

    Sada: E12.048 kbps

    30 canais voz

    MUX 2 ordem

    Entrada:4 canais de 2.048kbps

    Sada: E28.448 kbps

    120 canais voz

    MUX 3 ordem

    Entrada:4 canais de 8.448kbps

    Sada: E334.368 kbps

    480 canais voz

    MUX 4 ordem

    Entrada:30 canais de 64kbps

    Sada: E4139.264 kbps

    1920 canais voz