Introdução aos Sistemas de Telecomunicações
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Fundamentos de Telecomunicações Aula 1: Introdução Sumário Introdução Informação, Mensagens, Sinais Elementos de um sistema de comunicação Sinais de Comunicação Limitações Fundamentais Modulação e Codificação Introdução Início da era das comunicações eléctricas: – Samuel Morse, 1838, linha de 16Km Actualmente – – – Emissão a partir de naves espaciais Telefone, Rádio, TV Redes de Computadores com cobertura intercontinental Introdução Sinergias entre Serviços de Telecomunicações = Teleinformática – – Técnicos de comunicações devem estudar ciências da computação Engenheiros de informática devem ter conhecimentos de Comunicações eléctricas à distância: estado de arte, possibilidades e limitações. Sistemas de Comunicações Objectivo: transporte de informação da fonte ao destinatário Domínios de aplicação são variados Detalhes de constituição do sistema envolvidos na área da engenharia electrotécnica… Informação, Mensagens e Sinais Informação – – – conceito essencial em comunicações Conotações semânticas e filosóficas de difícil definição Para evitar estas dificuldades usamos mensagens em vez de informação Mensagem Manifestação física da mensagem tal como produzida pela fonte O sistema de comunicação quer reproduzir no destino uma cópia aceitável da mensagem Mensagem analógica : grandeza física que varia suave e continuamente no tempo – Fala, posição angular de instrumento de medida, intensidade de luz digital: sequência ordenada de símbolos de um alfabeto finito Sistema de Comunicação: Transdutores Poucas são as fontes de mensagens inerentemente eléctricas Sinal é sinónimo de mensagem Elementos de um Sistema de Comunicação Elementos de um sistema de comunicação: Transmissor processa o sinal de entrada e produz um sinal adequado ao meio de transmissão Processamento envolve quase sempre: – – Modulação Codificação de Linha Elementos de um sistema de comunicação: Canal de Transmissão Meio físico que o sinal percorre deste a fonte até ao destino – – – Par de fios condutores, cabo coaxial, espaço livre Servem de suporte à transmissão de ondas electromagnéticas Todos os meios físicos introduzem no sistema perdas de transmissão ou atenuação no sinal A potência do sinal decresce com a distância Elementos de um sistema de comunicação: Canal de Transmissão Distorção : perturbação da forma de onda por uma resposta imperfeita do sistema Distorção desaparece quando o sinal desaparece – Ao contrário da interferência e ruído Elementos de um sistema de comunicação: Canal de Transmissão Interferência – Contaminação com sinais estranhos de origem humana – – – linhas de transporte de energia eléctrica, comutadores, maquinas eléctricas, etc… Ocorre mais frequente/ em canais rádio cujas antenas capturam simultanea/ vários sinais A interferência Rádio-Frequência também ocorre se os fios ou o rx captam sinais de fontes próximas Pode ser eliminada com a filtragem Elementos de um sistema de comunicação: Canal de Transmissão Ruído – – – – Sinais aleatórios e imprevisíveis produzidos por processos naturais internos ou externos ao sistema de comunicação Pode corromper parcial ou totalmente a mensagem Filtragem reduz parcialmente o ruído Ruído residual e inevitável é uma das limitações fundamentais do sistema de comunicação Elementos de um sistema de comunicação: Receptor Opera sobre o sinal do canal preparando-o para entrega ao transdutor Operações consistem na amplificação, desmodulação e descoficação – Processamento inverso do transmissor Elementos de um sistema de comunicação Tipo de Comunicações – – Simplex (SX): Transmissão apenas num sentido Full-Duplex (FDX): Transmissão nos 2 sentidos simultaneamente – 1 TX e um RX em cada lado Half-Dulpex (HDX): Transmissão nos 2 sentidos alternativamente TX e um RX em cada lado Sinais de Comunicação Microfone produz um sinal eléctrico a partir da pressão acústica da fala Todos meios de transmissão afectam os sinais de forma diferente. No receptor basta uma aproximação do sinal original Formas de onda de sinais típicos e respectivos espectros Sinais de comunicação Sistema de comunicação deve possibilitar uma boa transmissão na banda de frequência na qual o espectro de potência do sinal é mais significativo. Sinais apresentados são de banda base – Largura de banda= fmax-fmin Sinais de banda passante: obtidos dos outros usando a modulação. Limitações Fundamentais Problemas tecnológicos – – Limitações físicas fundamentais – Disponibilidade de hardware Factores económicos Ditadas pelas leis da natureza Limitações fundamentais – – Largura de Banda Ruído Limitações Fundamentais Voz – 300 Hz a 4.3 KHz Música de alta fidelidade – 20Hz a 20KHz Televisão – 5 MHz Largura de banda Conceito aplicado quer aos sinais como aos sistemas de transmissão – – Um sinal que varia rapidamente no tempo tem uma grande largura de banda Facilidade com que um sistema de comunicação consegue acompanhar as variações do sinal de entrada Largura de Banda para sinais digitais Sinal digital com um ritmo Largura de Banda não inferior a rs/2 Ritmo de Nyquist rs 1 / Ts símbolos/s eg BT rs / 2 rs 2 BT simbolos/seg (baud) Onda de sinal quaternário Capacidade do Canal Relação Sinal Ruído S/N Capacidade do Canal C BT * log 2(1 S / N ) bits/seg C BT * log( 1 S / N ) bits/seg Modulação e Codificação O transmissor efectua duas operações extremamente importantes para uma transmissão rentável e fiável – – Modulação Codificação Técnicas de Modulação Envolve duas formas de onda – – O modulador altera sistematicamente a portadora de acordo com as suas variações – Sinal modulador Portadora Desta forma é transportada a informação A modulação deve ter operação inversa desmodulação Tipos de modulação Analógica de onda continua – – Digital de onda contínua – – – AM FM ASK FSK PSK Modulação de impulso – PAM Modulação analógica de Onda Contínua Modulação Digital de Onda Contínua Modulação de Impulso em Amplitude Modulação: Vantagens e Aplicações Gerar um sinal adaptado às características do meio de transmissão O rendimento dum meio físico depende da frequência do sinal que a percorre – Pode-se transmitir o sinal modulado em que a frequência da portadora tenha sido seleccionada criteriosamente para o meio desejado Modulação: Vantagens e Aplicações Transmissão desde uma antena de transmissão até uma de recepção em linha de vista – Para que haja radiação na emissão a dimensão da antena tem que ser 1/10 do comprimento de onda f . v no espaço livre v c 3x108 m/s f 100 Hz Antena de 300 Km de compriment o f 100MHz Antena de 1 m de compriment o Modulação para Multiplexagem Combinação de vários sinais para transmissão simultânea pelo mesmo canal – – FDM TDM No receptor as amostras de sinais diferentes têm ser separadas para reconstituir cada sinal original Modulação para Multiplexagem Cabo coaxial : 1800 canais de voz Multiplexagem permite aumentar o rendimento das comunicações – Aumentar ao máximo a capacidade de transmissão do canal físico disponível Utilização do espectro electromagnético Técnicas de Codificação Modulação é uma operação de processamento do sinal A codificação é uma operação de processamento do símbolo – Destina-se a melhorar a comunicação quando a informação é digital e pode ser representada por símbolos discretos. A modulação e a codificação são necessárias para conseguir uma transmissão fiável a longa distância Codificação Transforma uma mensagem digital numa nova sequência de símbolos A descodificação obtém, a mensagem original a menos dos erros de transmissão Codificação para controlo de erros.
