AULA 1

AULA 1AULA 1

Elementos de um sistema de Elementos de um sistema de comunicaçõescomunicações

EE –05Princípios de Telecomunicações

COMUNICAÇÃO COMUNICAÇÃO

TRANSMISSÃO DE INFORMAÇÃO DE TRANSMISSÃO DE INFORMAÇÃO DE UM PONTO A OUTRO, ATRAVÉS DE UM PONTO A OUTRO, ATRAVÉS DE

UMA SUCESSÃO DE PROCESSOS.UMA SUCESSÃO DE PROCESSOS.

Processos de ComunicaçãoProcessos de Comunicação Geração de sinais de mensagem: voz, música, Geração de sinais de mensagem: voz, música,

imagens ou informações de computadores;imagens ou informações de computadores;

A descrição do sinal de mensagem com precisão A descrição do sinal de mensagem com precisão adequada, através de um conjunto de símbolos: adequada, através de um conjunto de símbolos: elétricos, auditivos ou visuais;elétricos, auditivos ou visuais;

A codificação destes símbolos de forma que possa A codificação destes símbolos de forma que possa ser possível a sua transmissão através de um meio ser possível a sua transmissão através de um meio físico de interesse;físico de interesse;

Processos de ComunicaçãoProcessos de Comunicação A transmissão deste código ao destino A transmissão deste código ao destino

desejado;desejado;

A decodificação e reprodução dos símbolos A decodificação e reprodução dos símbolos originais;originais;

A recriação da mensagem original, com um A recriação da mensagem original, com um nível de degradação aceitável, degradação nível de degradação aceitável, degradação esta, devido às imperfeições do sistema.esta, devido às imperfeições do sistema.

Elementos básicos de um sistema Elementos básicos de um sistema de comunicaçãode comunicação

Modos de ComunicaçãoModos de Comunicação

““BroadcastingBroadcasting” – Utilização de um único ” – Utilização de um único transmissor e vários receptores. A transmissor e vários receptores. A informação flui em um único sentido.informação flui em um único sentido.

Comunicação ponto a ponto – A Comunicação ponto a ponto – A comunicação acontece entre um único comunicação acontece entre um único emissor e um único receptor. Normalmente emissor e um único receptor. Normalmente o fluxo é bidirecional.o fluxo é bidirecional.

Recursos primários dos sistemas Recursos primários dos sistemas de comunicaçãode comunicação

Dois recursos primários são empregados:Dois recursos primários são empregados:A) Largura de faixa do canal – Banda de A) Largura de faixa do canal – Banda de

freqüências alocadas para a transmissão do sinal freqüências alocadas para a transmissão do sinal da mensagem;da mensagem;

B)Potência Transmitida – Potência média B)Potência Transmitida – Potência média transmitida do sinal.transmitida do sinal.

Objetivo Objetivo Utilizar estes dois recursos da forma Utilizar estes dois recursos da forma mais eficiente possível.mais eficiente possível.

Classificação dos canais de Classificação dos canais de comunicaçãocomunicação

““Power Limited” – Power Limited” – Sistemas cuja limitação Sistemas cuja limitação é a potência do sinal transmitido. Ex.: canal é a potência do sinal transmitido. Ex.: canal de satélite.de satélite.

““Band Limited” – Band Limited” – Sistemas cuja limitação é Sistemas cuja limitação é a faixa de freqüência alocada. Ex.: circuitos a faixa de freqüência alocada. Ex.: circuitos de telefonia.de telefonia.

RuídoRuído Ondas eletromagnéticas que tendem a perturbar a Ondas eletromagnéticas que tendem a perturbar a

transmissão e o processamento de sinais de transmissão e o processamento de sinais de mensagem em um sistema de comunicação.mensagem em um sistema de comunicação.

Suas fontes podem ser internas ou externas ao Suas fontes podem ser internas ou externas ao sistema.sistema.

Medida quantitativa do ruído é SNR(Medida quantitativa do ruído é SNR(Signal Noise Signal Noise Ratio).Ratio).

ruído do Potência

sinal do Potêncialog.10SNR

Fontes de InformaçãoFontes de Informação Quatro tipos fundamentais de fontes de informação: Fala, Música, Quatro tipos fundamentais de fontes de informação: Fala, Música,

Imagens e sinais de computadores.Imagens e sinais de computadores.

Sinal é definido como uma função do tempo que faz o papel de Sinal é definido como uma função do tempo que faz o papel de variável independente, cujo valor em cada instante de tempo é único.variável independente, cujo valor em cada instante de tempo é único.

Pode ser:Pode ser:a) unidimensional no no caso de fala, música ou sinais de a) unidimensional no no caso de fala, música ou sinais de

computadores;computadores;b) bidimensional no caso de imagens;b) bidimensional no caso de imagens;c) Tridimensional – Vídeo;c) Tridimensional – Vídeo;

Fontes de InformaçãoFontes de Informação

Fala – O espectro de freqüência é formatado Fala – O espectro de freqüência é formatado pela seletividade em freqüência do trato pela seletividade em freqüência do trato vocal. O espectro de potência indica vocal. O espectro de potência indica potências praticamente nulas para para potências praticamente nulas para para freqüências próximas do zero, atingindo um freqüências próximas do zero, atingindo um pico para algumas centenas de Hertz. Ex.: A pico para algumas centenas de Hertz. Ex.: A telefonia utiliza uma largura de faixa de telefonia utiliza uma largura de faixa de 300 Hz a 3100 Hz.300 Hz a 3100 Hz.

Fontes de InformaçãoFontes de Informação

Música – Origina-se de instrumentos Música – Origina-se de instrumentos musicais. Possui estrutura melódica musicais. Possui estrutura melódica (seqüência de sons) e harmônica (sons (seqüência de sons) e harmônica (sons simultâneos). A diferença entre a música e a simultâneos). A diferença entre a música e a fala é que a última ocupa uma largura de fala é que a última ocupa uma largura de faixa muito maior, podendo-se extender faixa muito maior, podendo-se extender acima de 15 KHz.acima de 15 KHz.

Fontes de InformaçãoFontes de Informação

Imagens – Podem ser dinâmicas (vídeo) ou Imagens – Podem ser dinâmicas (vídeo) ou estáticas(fotografias). As imagens a fim de estáticas(fotografias). As imagens a fim de serem transmitidas, devem ser convertidas serem transmitidas, devem ser convertidas em sinais elétricos. Para tal devem ser em sinais elétricos. Para tal devem ser escaneadas seqüencialmente.escaneadas seqüencialmente.

Desta forma um sinal bidimensional é Desta forma um sinal bidimensional é convertido em um sinal unidimensional.convertido em um sinal unidimensional.

PROCESSO DE PROCESSO DE ESCANEAMENTOESCANEAMENTO

Fatores limitantes da qualidade Fatores limitantes da qualidade de reprodução da TVde reprodução da TV

Número de linhas disponíveis (limita Número de linhas disponíveis (limita resolução vertical);resolução vertical);

Largura de Faixa para a transmissão do Largura de Faixa para a transmissão do sinal de vídeo(limita resolução horizontal), sinal de vídeo(limita resolução horizontal),

Fontes de InformaçãoFontes de Informação

Sinais de Computadores – Textos transmitidos, Sinais de Computadores – Textos transmitidos, utilizando o ASCII (American Standard Code utilizando o ASCII (American Standard Code for Information Interchange).for Information Interchange).

Cada caracter do ASCII é representado por Cada caracter do ASCII é representado por sete bits. Assim é possível obter-se 2sete bits. Assim é possível obter-se 277 = 128 = 128 caracteres diferentes.caracteres diferentes.

Esses bits são enviados deste o menos Esses bits são enviados deste o menos significativo bsignificativo b11, até o mais significativo b, até o mais significativo b77. .

Representação do envio de um Representação do envio de um bit através do padrão RS-232bit através do padrão RS-232

Fontes de Informação - Fontes de Informação - ComputadoresComputadores

““Bursting nature”Bursting nature” – Períodos de atividade, – Períodos de atividade, entremeado por períodos de silêncio.entremeado por períodos de silêncio.

Computadores são utilizados para download de Computadores são utilizados para download de arquivos comprimidos. Há dois tipos de arquivos comprimidos. Há dois tipos de compressão de arquivos:compressão de arquivos:

a)a) Compressão sem perdas (Compressão sem perdas (Lossless compression)Lossless compression) Remove informações redundantes, porém é possível Remove informações redundantes, porém é possível reconstruir exatamente a informação original;reconstruir exatamente a informação original;

b)b) Compressão com perdas (Compressão com perdas (Lossy compression) Lossy compression) Há Há uma perda controlada de informações.uma perda controlada de informações.

Compressão de áudio e vídeoCompressão de áudio e vídeo

Padrões standard de compressão:Padrões standard de compressão:

a) JPEG image coding standard (Joint Photographic a) JPEG image coding standard (Joint Photographic experts group) – os pixels são agrupados em experts group) – os pixels são agrupados em blocos de 8X8, aplica-se a transformada de blocos de 8X8, aplica-se a transformada de Fourier cosseno discreta, obtendo-se 64 Fourier cosseno discreta, obtendo-se 64 coeficientes, esses coeficientes são codificados em coeficientes, esses coeficientes são codificados em 8 bits, passam por uma compressão tipo 8 bits, passam por uma compressão tipo losslesslossless e e finalmente são decodificados através do processo finalmente são decodificados através do processo inverso no outro computador.inverso no outro computador.

Compressão de áudio e vídeoCompressão de áudio e vídeo

B) MPEG-1/B) MPEG-1/video coding standardvideo coding standard ( (Motion Motion Photographic Experts GroupPhotographic Experts Group)) A compressão A compressão neste padrão utiliza-se de redundâncias, tais neste padrão utiliza-se de redundâncias, tais como: redundâncias entre frames, como: redundâncias entre frames, redundâncias entre pixels.redundâncias entre pixels.

Compressão de áudio e videoCompressão de áudio e video

c) MPEG-1/Audio coding standard – A c) MPEG-1/Audio coding standard – A amplitude em função do tempo do sinal amplitude em função do tempo do sinal original se aproxima bastante da forma de original se aproxima bastante da forma de onda original, sem alterar substancialmente onda original, sem alterar substancialmente sua qualidade, pois leva em consideração o sua qualidade, pois leva em consideração o sistema de percepção do ouvido humano.sistema de percepção do ouvido humano.

SinaisSinais

Classificação:Classificação:

a)a) Real ou complexo:Sinais podem ser Real ou complexo:Sinais podem ser representados por funções ou valores reais representados por funções ou valores reais ou complexos.ou complexos.

real sinal )tf2cos(A)t(f 0 complexos sinal )tf2j(senAj)tf2cos(A)tf2jexp(A)t(f 000

SinaisSinais

Classificação:Classificação:

b)b) Periódico e aperiódico:Periódico e aperiódico:

1) Periódico: Um sinal é periódico se 1) Periódico: Um sinal é periódico se f(t) = f(t+nTf(t) = f(t+nToo), ),

onde n é um inteiro qualquer.onde n é um inteiro qualquer.

Sinal periódico

SinaisSinais Classificação:Classificação:

b)b) Periódico e aperiódico:Periódico e aperiódico:

1) Aperiódico: Sinais aperiódicos são que não 1) Aperiódico: Sinais aperiódicos são que não possuem Tpossuem T00 que satisfaça a condição de que satisfaça a condição de

periodicidade.periodicidade.

Sinal aperiódico

SinaisSinais Classificação:Classificação:

c)c) Analógicos, discretos e digitais:Analógicos, discretos e digitais:

1) Analógicos: Podem assumir qualquer valor em 1) Analógicos: Podem assumir qualquer valor em amplitude no tempo.amplitude no tempo.

SinaisSinais Classificação:Classificação:

c)c) Analógicos, discretos e digitais:Analógicos, discretos e digitais:

2) Discretos: São sinais definidos a intervalos 2) Discretos: São sinais definidos a intervalos regulares de tempo e representáveis por regulares de tempo e representáveis por seqüências de números .seqüências de números .

Sinal discreto: senóide amostrada, de amplitude A e (sinal contínuo em pontilhado)

SinaisSinais Classificação:Classificação:

c)c) Analógicos, discretos e digitais:Analógicos, discretos e digitais:

3) Digitais: São sinais discretos no tempo e em 3) Digitais: São sinais discretos no tempo e em amplitudes, amplitudes, com estas codificadas com estas codificadas numericamente.numericamente.

SinaisSinais Classificação:Classificação:

d)d) Determinísticos e aleatóriosDeterminísticos e aleatórios

1) Determinísticos: Não há incerteza quanto ao seu 1) Determinísticos: Não há incerteza quanto ao seu valor em nenhum instante de tempo. Tais sinais valor em nenhum instante de tempo. Tais sinais podem ser representados no tempo através de podem ser representados no tempo através de fórmulas matemáticas.fórmulas matemáticas.

f t A f t( ) cos( ) 2 0

SinaisSinais Classificação:Classificação:

d)d) Determinísticos e aleatóriosDeterminísticos e aleatórios

2) Aleatórios: É aquele cujo valor é desconhecido até 2) Aleatórios: É aquele cujo valor é desconhecido até o instante da sua manifestação. Este tipo de sinal o instante da sua manifestação. Este tipo de sinal é caracterizado através de médias estatísticas.é caracterizado através de médias estatísticas.

p xx x

x

x

x x

( ) exp( )

1

2 2

2

2

2

, onde

é o valor mé dio

é a variância ou dispersão

é o desvio padrão

x

x

SinaisSinais Classificação:Classificação:

e)e) Energia e PotênciaEnergia e Potência

A potência de um sinal A potência de um sinal f(t)f(t) é definida, supondo- é definida, supondo-se a resistência normalizada igual a 1 se a resistência normalizada igual a 1 . Assim, a . Assim, a sua Energia e potência média são dadas por:sua Energia e potência média são dadas por:

E f t dtT

T

T

lim ( )2

PT

f t dtT

T

T

lim ( )1 2

SinaisSinais Classificação:Classificação:

e)e) Energia e Potência:Energia e Potência:

Um sinal é dito de energia se 0 <E < Um sinal é dito de energia se 0 <E <

Um sinal é dito de potência se 0 < P < Um sinal é dito de potência se 0 < P <

Regra geral: sinais periódicos e os aleatórios são sinais Regra geral: sinais periódicos e os aleatórios são sinais de potência.(de potência.(power signalpower signal) e os determinísticos ) e os determinísticos aperiódicos são sinais de energia (aperiódicos são sinais de energia (energy signalenergy signal).).

Modulação e CodificaçãoModulação e Codificação

São processos efetivados no transmissor, São processos efetivados no transmissor, visando uma transmissão eficiente e visando uma transmissão eficiente e confiável.confiável.

Modulação – Tratamento dado ao sinal que Modulação – Tratamento dado ao sinal que se quer transmitir para melhor adequá-lo ao se quer transmitir para melhor adequá-lo ao canal desejado ou disponível.canal desejado ou disponível.

ModulaçãoModulação

Classificação:Classificação:

A) de acordo com a portadora:A) de acordo com a portadora:

1) CW –1) CW –Continuous waveContinuous wave

Modulação cw (a) em amplitude: AM; (b) em freqüência: FM

ModulaçãoModulação

Classificação:Classificação:

A) de acordo com a portadora:A) de acordo com a portadora:

2) Pulsos2) Pulsos

Modulação de pulsos (a) amplitude (PAM); (b) duração (PWM)

ModulaçãoModulação

Classificação:Classificação:

B) de acordo com o sinal modulador:B) de acordo com o sinal modulador:

1)1) Sinal modulador analógico ou contínuoSinal modulador analógico ou contínuo

2)2) Sinal modulador pulsado, modulação PSK, FSK Sinal modulador pulsado, modulação PSK, FSK ou ASKou ASK

Os diversos tipos de modulação podem ser utilizados Os diversos tipos de modulação podem ser utilizados em combinação. Ex.: sinal de TV.em combinação. Ex.: sinal de TV.

Por que Modular?Por que Modular?

Transmissão eficiente;Transmissão eficiente;

Reduzir problemas de Hardware;Reduzir problemas de Hardware;

Para reduzir efeitos de interferência e ruído;Para reduzir efeitos de interferência e ruído;

Para alocação de freqüências;Para alocação de freqüências;

Para multiplexagem em freqüência.Para multiplexagem em freqüência.

Por que Modular?Por que Modular?

Reduzir problemas de Hardware;Reduzir problemas de Hardware;

Dois sinais de mesma largura de faixa, mas largura de faixa fracionária diferentes (fora de escala)

Por que Modular?Por que Modular?

Para reduzir efeitos de interferência e ruído;Para reduzir efeitos de interferência e ruído;

Para alocação de freqüências;Para alocação de freqüências;

Por que Modular?Por que Modular?

Para multiplexagem em freqüência.Para multiplexagem em freqüência.

Lei de Hartley-ShannonLei de Hartley-Shannon

A capacidade de um canal é dada por:A capacidade de um canal é dada por:

bits/s C BS

N log ( )2 1

B – largura de FaixaB – largura de Faixa

S/N é a relação sinal ruídoS/N é a relação sinal ruído

Conclusão – Quanto maior a relação sinal Conclusão – Quanto maior a relação sinal ruído, maior é a capacidade do canal.ruído, maior é a capacidade do canal.