Slide 1 - Engenharia Eletrica

PRINCÍPIOS DE COMUNICAÇÕES
MODULAÇÃO DE PULSO
Evelio M. G. Fernández - 2009
Sistemas de Comunicações Digitais
• Sistema “digital” no sentido de utilizar uma
seqüência de símbolos pertencentes a um
conjunto finito de símbolos para representar a
fonte de informação.
Sistemas de Comunicações Digitais
•
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•
•
•
•
•
Redes sem fio (802.11 a/b/g/n)
Telefonia Celular (GSM, 3G)
Satélite (TV, Rádio, Dados, DVB-S)
Redes sem fio fixas (802.16, Wimax)
Radiodifusão de TV digital (ATSC, DVB-T, ISDB-T)
Ethernet (10M/100M/1G/10G)
ADSL, VDSL
Fibra óptica
Por quê Digital?
• Aumento da demanda por transmissão de dados
• Grau de integração e confiabilidade dos circuitos
eletrônicos para processamento digital de sinais
• Facilidade de codificação de fonte para
compressão de dados
• Possibilidade de codificação de canal
• Segurança
• Facilidade de lidar com o compromisso largura de
banda-potência para otimizar o uso destes
recursos
• Padronização
Sistemas de Comunicações Digitais
• Características desejáveis
– Baixa taxa de erro de bits (BER)
– Operar com baixa relação sinal ruído (SNR)
– Bom desempenho em canais com
desvanecimento (fading)
– Ocupar pouca largura de banda
– Fácil implementação
– Baixo custo
Sistemas de Comunicações Digitais
• Parâmetros
– Taxa de Transmissão
• Representa a velocidade com que a informação é
transmitida
• A taxa de transmissão em símbolos/s (baud) também é
chamada de velocidade do canal
– Exemplo:
• Rb = 100 bits/s
• Rb = 10 símbolos/s (bauds)
Sistemas de Comunicações Digitais
• Parâmetros de Desempenho
– Eficiência Espectral

Rb
bits/s/Hz
B
– Eficiência em Potência
 
SNR9.4 dB  BER 105
Processo de Amostragem
Pares de Transformada de Fourier
Processo de Amostragem
Teorema da Amostragem
1. Um sinal limitado em banda a W Hz, com
energia finita, é descrito de maneira completa
especificando-se os valores do sinal em
instantes de tempo separados por 1/2W
segundos.
2. Um sinal limitado em banda a W Hz, com
energia finita, pode ser completamente
recuperado a partir do conhecimento de suas
amostras, tomadas à taxa de 1/2W amostras
por segundo.
Aliasing
Filtragem anti-aliasing
Modulação PAM – Sample and Hold
Modulações
PDM e PPM
Processo de Quantização
• Transformar a amplitude da amostra
m(nTs) de um sinal de mensagem m(t) no
tempo t = nTs, para uma amplitude discreta
v(nTs) tomada de um conjunto finito de
amplitudes possíveis
Descrição de um Quantizador sem Memória
Quantização Uniforme
Ruído de Quantização
1
0.1
0.8
0.08
0.6
0.06
0.4
0.04
0.2
0.02
0
0
-0.2
-0.02
-0.4
-0.04
-0.6
-0.06
-0.8
-0.08
-1
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
-0.04
-0.03
-0.02
-0.01
-0.1
0
0.05
0.1
0.15
25
20
15
10
5
0
-0.05
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
Sistema PCM
Exemplo: Geração de um Sinal PCM
Considere um sinal de áudio com componentes espectrais
limitadas à faixa de freqüências de 300 Hz a 3300 Hz. Suponha
que o período de amostragem utilizado para gerar o sinal PCM é
125 µs. Deseja-se que a relação sinal-ruído de quantização seja
de, no mínimo, 40 dB.
a) Qual o número de bits por amostra que deve ser utilizado?
b) Qual o número de níveis de quantização (uniformes) a ser
utilizado?
c) Qual a taxa de bits do sinal PCM?
d) Que capacidade de memória (em bits) será necessária para
armazenar 5 min deste sinal de áudio?
Leis de Compressão (a) Lei µ (b) Lei A
Sistema TDM
Problema 3.8 – Haykin
Vinte e quatro sinais de voz são amostrados e depois
multiplexados por divisão de tempo. A operação de
amostragem usa amostras de topo plano com duração
de 1µs. A operação de multiplexação inclui provisão para
sincronização adicionando um pulso extra de amplitude
suficiente e 1µs de duração. A componente de
freqüência mais elevada de cada sinal de voz é 3,4 kHz.
a) Supondo uma taxa de amostragem de 8 kHz, calcule
o espaçamento entre pulsos sucessivos do sinal
multiplexado.
b) Repita seu cálculo supondo o uso da amostragem
pela taxa de Nyquist
Problema 3.9 – Haykin
Doze diferentes sinais de mensagem, cada um
com uma largura de banda de 10 kHz, devem
ser multiplexados e transmitidos. Determine a
mínima largura de banda necessária para cada
um dos seguintes métodos de
multiplexação/modulação.
a) FDM/SSB.
b) TDM/PAM
Códigos de Linha
• Dados de informação discreta (bits ou símbolos)
são associados com formas de onda (sinais) em
banda base
– Telefonia digital
– Redes de computadores
– Interfaces de comunicação via cabo
• Características desejadas
–
–
–
–
–
Ocupar pouca largura de banda
Pequeno conteúdo espectral nas baixas freqüências
Assegurar suficientes transições (sincronismo)
Sinas sem nível DC (acoplamento AC)
Detecção de erros
Códigos de Linha
(a) Unipolar NRZ
(b) Polar NRZ
(c) Unipolar RZ
(d) Bipolar RZ
(e) Bifásico ou
Manchester
Espectro de Potência de Códigos de Linha: Unipolar NRZ
Espectro de Potência de Códigos de Linha: Polar NRZ
Espectro de Potência de Códigos de Linha: Unipolar RZ
Espectro de Potência de Códigos de Linha: Bipolar RZ
Espectro de Potência de Códigos de Linha: Manchester