PRINCÍPIOS DE COMUNICAÇÃO

MODULAÇÃO DE PULSO

Evelio M. G. Fernández - 2011

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

• 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

• 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

– Eficiência em Potência

bits/s/Hz B

Rb

510dB4.9 BERSNR

Sistemas de Comunicações Digitais

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

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

-0.25 -0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.250

5

10

15

20

25

30

35

Δ = 0,5

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

-0.05 -0.04 -0.03 -0.02 -0.01 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.050

5

10

15

20

25

Δ = 0,1

Δ = 0,00001

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5

x 10-6

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

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