1Sinais

Transmissão Analógica x Digital

Digital . Somente quando o meio é dedicado a dois dispositivos (ponto a ponto) ou compartilhado entre vários dispositivos no tempo.. Canal passa baixo

Ex: rede de computadores cabeada

Analógica. Normalmente tem banda passante menor variando entre duas frequências. A banda pode ser transladada sem perda de informação. A banda passante pode ser dividida em vários canais analógicos.. Canal passa banda

Ex: Difusão por transmissão AM

Largura de Banda e Taxa de Transmissão

Sempre que a banda passante de um meio físico for maior ou igual à banda passante necessária para um sinal, podemos utilizar este meio pra a transmissão do sinal. Na prática, a banda passante necessária para um sinal é, em geral, bem menor do que a banda passante dos meios físicos disponíveis.

Comparação entre banda base e banda largaBanda Base (Baseband) Banda Larga (Broadband)

. Também chamada de sinalização digital.

. O sinal é colocado no meio sem utilizar qualquer tipo de modulação.Todo o espectro (banda) de freqüência é utilzado para produzir o sinal.. Forma de transmissão de cada canal FDM: simplex. . Utilizada em : LANs e MANs Características:

● Transmissões de curta distância● Não adequada para locais sujeitos a

ruidos● Não necessita de modems

. O meio é dividido em canais, onde cada canal pode suportar diferentes tráfegos.. Utilizada em:TV a Cabo . Características:

● Possui vários canais FDM ● Permite o transporte de sinal analógico

e digital● Permite o uso de canais dedicados e

chaveados. ● Permite estabelecimento de canais

ponto a ponto e multiponto.● Desvantagem: custo do modem

2Parâmetros da onda quadrada::

✔ Amplitude (Eo)✔ Período (T)✔ Duração (τ - tau) =✔ Posição (δ - delta) - compara duas posições

relativas entre pulsos ou trem-de-pulsos✔ Ciclo de trabalho – CT (Duty Cycle)

CT = (Ton / Ton + Toff) x 100 (%)

Duração do bit

Intervalo = 1 / bit rate

Ex: Um sinal digital tem uma taxa de repetição de bits de 2000 bps. Qaul é a duração de cada intervalo de bitIntervalo = 1 / bit rate = 1/2000= 500 microsegundos

Relação entre a Banda Passante e Taxa de Repetição de bits

3Para enviar n bps através de um canal analógico (usando todas as transições com apenas um

harmônico: 101010 ou 010101)B >= n/ 2 (Hz) -> n <= 2.B

Para melhorar o desempenho da comunicação, principalmente usando altas taxas de transferência , é necessário enviar alguns harmônicos ímpares, para que as informações sejam reconhecidas no receptor. Adicionando-se o terceiro e o quinto harmônicos, temos da fórmula anterior o seguinte:

B = n/2 + 3n/2 + 5n/2 = 9 n /2 Hz

Exemplos de requisitos de Banda PassanteBit Rate

(n)Harmônico 1

(BW)Harmônicos 1 e 3

(BW)Harmônicos 1,3,5

(BW)Harmônicos 1,3,5,7

(BW)

1 Kbps 500 Hz 2 KHz 4,5 Hz 8 KHz

10 Kbps 5 KHz 20 KHz 45 KHz 80 KHz

100 Kbps 50 KHz 200 KHz 450 KHz 800 KHz

✔ A banda passante de um sinal analógico é expresso em Hertz

✔ A banda passante de um sinal analógico é expresso em bits por segundo

Vazão de dados (Throughput)É a medida de quão rápidos os dados podem passar através de algum ponto do sistema de

comunicações dados em bps ou múltiplos.Ex: Em redes de computadores, a vazão depende da qualidade do canal, da velocidade de transferência e da hora do dia.

Taxa de Pulsos (Pulse Rate) e Taxa de bits (Bit Rate)Se o pulso carrega somente 1 bit, a taxa de pulsos é igual a taxa de bits. Se opulso carega mais de um bit, então a taxa de bits é maior que a taxa de pulsos.

Taxa de Bits = Taxa de Pulsos x log 2 Nonde N é a quantidade de níveis diferentes

Ex: Um sinal possui dois níveis de dados com uma duração de pulso de 1 ms. Calcular a taxa de pulsos e a taxa de bits.N = 2Taxa de pulsos = 1 / 1 x 10 – 3 = 1000 pulsos /sTaxa de Bits = Taxa de Pulsos x log 2 N = 1000 x log 2 2 = 1000 bps.

4

Ex: Um sinal apresenta quatro níveis com uma duração de 1 ms. Calcular a taxa de pulsos e a taxa de bits.N = 4Taxa de pulsos = 1 / 1 x 10 – 3 = 1000 pulsos /sTaxa de Bits = Taxa de Pulsos x log 2 N = 1000 x log 2 4 = 2000 bps.

Capacidade do Canal

Teorema de NyquistA taxa de transferência de dados depende dos seguintes fatores:✔ Banda passante disponível✔ Os níveis de sinais usados✔ O nível de ruído do canalO teorema de Nyquist expressa esses fatores

C = 2 x BW x log 2 Níveis (bps)

Ex: Calcular a máxima transferência de dados de um canal telefônico, sem ruído, cuja banda passante é 3000 Hz que trabalhando com dois níveis, e com quatro níveis (dibit)a) C = 2 x 3000 Hz x log 2 2 = 6000 bpsb) C = 2 x 3000 Hz x log 2 4 = 12000 bps

Lei de ShannonLeva em conta a qualidade do canal (conteúdo de ruído) em que o sinal está atravessando.

C = BW x log 2 (1 + S/N) (bps)

onde S/N é relação sinal/ruído (signal to noise)

Ex: Calcular a máxima transferência de bits uma linha telefônica cuja banda passante é aproximadamente 3000 Hz (300 a 3400 Hz), e que a relação sinal/ruído é 30 dB.C = 3000 Hz x log 2 (1 + 1000) ~ 30.000 bps

As linhas telefônicas possuem uma banda de aproximadamente de 4 Khz. Teoricamente, a taxa de transferência de bits é 8Kbps. Porém, é possível trabalhar com taxas acima de 30 Kbps porque, se

usarmos um modem, a modulação fará com que haja a representação de múltiplos bits em apenas um período do sinal analógico.

5Codificação de Linha

É a maneira de como os sinais digitais são aplicados em termos de níveis de voltagem aplicados à linha de transmissão, e como se dá as transições entre níveis.

Uma codificação adequada deve prever, além da transmissão dos sinais, uma sincronização entre transmissor e receptor.

Tipos de codificação• Unipolar – Usa somente um nível de voltagem.• Polar – Usa dois níveis de voltagem (positivo e negativo).• Bipolar - Usa três niveis de voltagem.

Unipolar✔ Utiliza variação simples entre os

zeros e uns.✔ Obsoleta

A Codificação Polar é dividida em:

NRZ (Non Return to Zero)

O valor do sinal é sempre positivo ou negativoPossui dois tipos

• NRZ-L (level) – o nível do sinal depende do tipo de bit que ele representa

• NRZ-I (invert) – o sínal é invertido se um bit um é encontrado

OBS: A codificação NRZ-I é superior ao NRZ-L, porque a sincronização é proporcionada pela mudança do sinal cada vez que o bit um é encontrado, ao passo que no NRZ-L, isso não é assegurado.

RZ (Return to Zero)

O sinal muda de nível durante cada bit, usando os valores positivo, negativo e zero.

Assegura a sincronização entre transmissor e receptor.

6AMI (Alternate Mark Inversion)

• Não é necessário retorno CC, podendo ser usada com transformadores na linha.

• Os zeros são caracterizados pela ausência de sinal

Manchester

Usa uma inversão no meio do intervalo de cada bit, de modo a proporcionar a representação dos bits e sincronização.

Possui o mesmo nível de sincronização da codificação RZ, porém, somente com dois níveis.

Manchester Diferencial

A transição no meio do bit é usada somente para sincronização. A representação do bit é definida pela inversão ou não inversão no começo do bit.

Uma transição significa 0, e nenhuma transição significa 1.

Requer duas mudanças de sinal para representar 0, e uma mudança para representar 1.

Bipolar

Como a codificação RZ, usa três niveis de voltagem.O nível zero é usado para

codificar o bit 0Os uns são representados pela

alternância das voltagens positivas e negativas.

Se o primeiro bit um é representado por uma tensão positiva, o segundo será representado por uma tensão negativa, e assim sucessivamente.

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Problemas que afetam os sinais digitais

Problema Comentários

Atenuação Um sinal ao atravessar um meio, ele perde energia, e por isso, deve ser amplificado

Distorção Ao passar pelo meio, o sinal muda de formato. A distorção ocorre em um sinal composto, onde apresenta diferentes frequências. Cada componente tem a sua própria velocidade de propagação. A distorção pode ser eliminada colocando-se circuitos regeneradores aolongo da linha

Ruído

tipos como:.Térmico – devido ao movimento aleatório dos elétrons nas linhas metálicas. Induzido – Provém de fontes como motores e eletrodomésticos. Impulsivo – Um pico de energia em curto espaço de tempo proveniente geralmente da rede elétrica.

Diafonia (crosstalk)

Dois fios próximos, onde um deles age como transmissor, e o outro age como uma antena receptora.

Jitter Variação da largura dos pulsos quando o sinal passa pelo meio.

Eco Reflexão do sinal devido à falta de acoplamento elétrico adequado entre o tranmissor e receptor.

8Modulações

Panorama das ModulaçõesPortadora Sinal Modulante Sinal Modulado

Senoidal

AnalógicoAM – Amplitude Modulation FM - Frequency ModulationPM – Phase Modulation

DigitalASK - Amplitude Shift Keying FSK - Frequency Shift KeyingPSK - Phase ShiftKeyingQAM – Quadrature Amplitude Modulation

Trem-de-Pulso AnalógicoPAM – Pulse Amplitude ModulationPWM – Pulse Width ModulationPPM – Pulse Position Modulation

Digital PCM – Pulse Code Modulation

Partes de um sistema de comunicação de dados

Mensagem -> É o que a fonte produz, consistindo em um conjunto ordenado de símbolos que a mesma seleciona de seu alfabeto, conforme critérios próprios.

Canal -> Transporta os símbolos e a informação associada a eles, da fonte ao destino

Codificador e Decodificador Frequentemente a natureza dos símbolos gerados pela fonte não é adaptada para o canal de

transmissão. Os sinais de dados se apresentam na forma de pulsos, que para transmiti-los, necessitamos de uma largura de banda infinita. Como os canais reais possuem uma largura de banda finita, os sinais devem ser adaptados através dos processos de codificação ou modulação.Ex: Uma linha telefônica não é adequada para enviar pulsos de modo a manter uma comunicação digital.

Devemos então alterar a natureza do sinal, que é feita pela codificação de modo a casar as necessidades de transmissão de informação com as necessidades de transmissão de sinal no meio

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Diagrama de um Sistema de Comunicação de Dados Full Duplex

F – fonte e D - destinatário

Símbolo -> Conjunto ordenado de elementos que estará sempre presente na saída da fonte. O conjunto completo de símbolos forma o alfabeto de símbolos. Ex: Do alfabeto, pode-se compor os símbolos AA, AB, ... ou AAA, BBA

Um símbolo é composto por um ou mais bits.

Bit, Dibit, Tribit e QuadribitNo de bits Variações Estados Sinalização

bit (unibit) 2 0 e 1 1 bps/baud

dibit 4 00 a 11 2 bps/baud

tribit 8 000 a 111 3 bps/baud

quadribit 16 0000 a 1111 4 bps/baud

As variações, dependendo do tipo de modulação podem ser de amplitude, frequência ou faseUm símbolo, usando ASK, pode ser representado por 2 bits (dibit). Ele poderá apresentar então quatro variações possíveis de amplitude.O mesmo símbolo, usando PSK, usando tribit, apresentaria oito variações diferentes de fase.Exemplos de bit e dibit ASK.

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Uma informação digital a ser transmitida é denominada de símbolo.

Em ASK, o símbolo pode pode assumir valores diferentes de amplitude ou nível (multiníveis).

Taxa de Transmissão de Dados (Bit Rate)É a velocidade de bits por segundo que trafegam pela linha de transmissão (L.T.) dado em

bits/s ou bps.Ex:As linhas telefônicas trabalham com taxas de 1200 bps, as fibras ópticas trabalham com

taxas de 2 Gbps ou mais.

Taxa de Sinalização (Baud Rate) É o número de bits por segundo necessário para representar determinado símbolo dado em baud.Ex: O canal telefônico tem uma faixa de passagem de 3.100Hz (300 a 3400Hz), na prática é

usado para transmissão de sinais de dados até 1.200 bits/s em FSK.Cada chaveamento de frequênciarepresenta um bit, então são necessários 1200 símbolos para enviar 1200 bits.Portanto seu baud rate é também 1200 bps. Por isso quando se quer transmitir a velocidade de sinalização de 4.800 bit/s neste canal, se usa um sinal dibit ao qual corresponde a uma taxa de sinalização de 2.400 baud. De modo similar, para se transmitir 7.200 bit/s se emprega o sinal tribit com um taxa de sinalização de 3.600 baud.

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Comparação entre Bit Rate e Baud RateBit Baud Rate = N Bit Rate = N

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

Dibit Baud Rate = N Bit Rate = 2N

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

Tribit Baud Rate = N Bit Rate = 3N

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

Quadribit Baud Rate = N Bit Rate = 4N

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

Comparação entre modos sinalizaçãoModulação Unidades Bits/Baud Baud Rate Bit Rate

ASK, FSK e 2-PSK bit 1 N 1N

4-PSK, 4-QAM dibit 2 N 2N

8-PSK, 8-QAM tribit 3 N 3N

16-QAM quadribit 4 N 4N

32-QAM pentabit 5 N 5N

64-QAM hexabit 6 N 6N

128-QAM septabit 7 N 7N

256-QAM octabit 8 N 8N

Ex1: Um sinal analógico possui quatro bits para cada símbolo. Se mil símbolos são enviados por segundo. Quais são os valores de transferência de bits (bit rate) e taxa de modulação (baud rate)?Baud Rate = 1000 bauds; Bit Rate = 1000 x 4 = 4000 bps

Ex2: Em um sistema de comunicação digital, a taxa de transferência de bits é 3000 bps. Sabendo-se que cada símbolo transporta 3 bits, qual é o valor da taxa de modulação?Baud Rate = Bit Rate/ No de símbolos = 3000/3 = 1000 bauds

Ex3: Um modem converte um sinal de 9.600 bit/s num sinal quadribit. Quantos bauds tem a saída do modem? Qual a freqüência da fundamental desta saída? Este sinal é apropriado para transmissão em canal telefônico?9600 bps -> 16 níveis; 16 níveis -> 4 bitsBaud Rate = 9600 bps / 4 = 2400 baudsBaud Rate = 2 x F; F = 2400 bauds / 2 = 1.200 Hz; Sim

Banda Passante x Baud RateSe um sinal binário é transmitido na velocidade x bit/s, ocupando uma banda passante B do

sistema, poderá ser transmitido com a mesma velocidade na faixa B/2 se modificado para dibit, na B/3 se transformado em tribit, e em B/4 se modificado para quadribit

➔ Quanto menos símbolos necessários, menor a banda passante para transmitir aqueles símbolos.

Baud Rate ↑ BW ↑

12ASK

✔ A amplitude do sinal de portadora é variada para representar um ou zero.✔ A amplitude de cada bit permanece constante.✔ Somente a amplitude é variada, sendo que a frequência e fase permanecem constantes.

BW = (1 + d) x baud rateonde:d – fator relacionado ao processo de modulação ( valor mínimo = 0)

Ex: Dada uma BW de 5000 Hz para um sinal ASK, qual é o valor de Bit Rate e Baud Rate?Em ASK, o Baud Rate = BW = 5000 bauds.Em ASK, o Bit Rate = Baud Rate = 5000 bps

13FSK

Características:✔ A frequência da portadora é variada para representar um ou zero.✔ O fator limitador do FSK é a largura de banda✔ É insensível aos problemas de pico de ruído.

Usada somente para baixa velocidade, como por exemplo, modems compatíveis Hayes: quando nenhum sinal é transmitido, a portadora é de 1700 Hz, 2200 Hz para 1 e 1200 Hz para 0 em monobit. Apresenta 2400 bauds para 2400 bps. Em dibit, 2400 bauds com umataxa de 4800 bps.

Ex: Ache a BW mínima para um sinal FSK de 2000 bps. A transmissão semi-duplex e as portadoras estão separadas de 3000 Hz.BW = Baud Rate + (fc2 – fc1) = 2000 + 3000 = 5000 Hz

14PSK

Características:✔ A fase da portadora é variada para representar zero ou um.✔ Não é suscetível a degradação de ruído que afeta o ASK.✔ Não apresenta as limitações de banda do FSK✔ O PSK é limitado pela habilidade do equipamento distinguir pequenas diferenças na fase,

limitando a taxa de transferência de bits.

O método acima é denominado PSK binário, porque trabalha somente com duas fases (0 e 180 graus)

Diagrama de Fase ou Diagrama de Constelação do BPSK (Binary PSK)

Bit Fase

0 0 o

1 180 o

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Diagrama de Constelação do 4-PSK ou Q-PSK (Quaternary PSK).

Dibit Fase

00 0 o

01 90 o

10 180 o

11 270 o

Pode-se transmitir o dobro de dados com 4-PSK do que com 8-PSK

Diagrama de Constelação do 8-PSK

Tribit Fase

000 0 o

001 45 o

010 90 o

011 135 o

100 180 o

101 225 o

110 270 o

111 315 o

DPSK (Diferential Phase Keying) É uma variação do PSK unibit. Cada bit dispara uma mudança de fase de 180 graus, mas , o

zero não tem efeito.

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Ex: Ache a banda passante para um sinal 4-PSK transmitindo a 2000 bps no modo semi-duplex.Para 4-PSK, o baud rate é metade do bit rate, isto é, 1000 bps. A BW é igual ao bit rate, isto é

1000 Hz.

17QAM

QAM é uma combinação de ASK e PSK de modo que seja alcançado o máximo contraste entre cada sinal (bit, dibit,tribit ou quadribit)

✔ Devido as limitações de banda, o FSK não costuma ser implementado.✔ Combina as técnicas ASK e PSK, apresentando variações de amplitude e variações de fase✔ Lidam melhor com o ruído devido a uma alta relação entre a mudança de fase e a amplitude.

Tetrabit Fase

0000 0 o

0001 22,5 o

0010 45 o

0011 67,5 o

0100 90 o

0101 112,5 o

0110 135 o

0111 157,5 o

1000 180 o

1001 202,5 o

1010 225 o

1011 247,5 o

1100 270 o

1101 292,5 o

1110 315 o

1111 337,5 o

É possível outras combinações de 16 QAM: 3 amplitudes e 12 fases e 4 amplitudes e 8 fases

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Largura de bandaÉ a mesma banda necessária para ASK e PSK

Há QAM com taxas de modulação maiores são possíveis, como 128 QAM, 256 QAM e 512 QAM, porém devido ao fato dos valores estarem muito próximos, requerem implementações mais sofisticadas.

Aplicações:✔ 16 QAM Wi-Fi ✔ 64 QAM usados em ADSL (Assynchronous Digital Subscriber Line) e LMDS (Local Multipoint

Distribution System)✔ 64 QAM e 256 QAM são usados em TV a cabo (CATV) digital.

Ex1: Um diagrama de constelação consiste de oito pontos igualmente espaçados em um círculo.Se o bit rate é 4800 bps, qual éo valor de baud rate?Resp: a constelação indica 8 Psk com intervalos de 45 o, 3 bits são transmitidos a cada unidade de sinal (2^3), logo Baud Rate = 4800/3 = 1600 baud

Ex2: Ache o valor de bit rate para uma sinalização de 1000 baud para 16 QAM.Resp: 1000 x 4 = 4000 bps.

Ex3: Ache o valor de baud rate para 72.000 bps que usa 64 QAM.Log 2 64 = 6; Baud Rate = 72000 / 6 = 12.000 bauds

19MODEM (Modulador - DEModulador)

Tem a função de adaptar à linha o equipamento terminal de dados que gera ou recebe sinais digitais à linha telefônica.

A banda de voz usada em telefonia varia de 300 a 3400 Hz, o que proporciona uma banda passante de 3100 Hz . Porém, a banda passante efetiva para transmissão de dados na linha telefônica é de 600 a 3000 Hz por medida de precaução, o que proporciona uma faixa de 2400 Hz. Podemos então considerar que a banda base seja de 2400 Hz, mesmo sabendo-se que há linhas com capacidade maior do que essa.

É necessário modular osinal se quisermos usar essa banda passante para o envio do sinal. O dispositivo responsável por isso é o MODEM

Especificações dos ModemsEspecificação Características

V.29 16 QAM. Essa abordagem divide a portadora em duas formas de onda que estão 90o fora de fase e especifica dois valorespossíveis de amplitude para cada mudança de fase separadas por 45 o (0 o,

45o , 90o , 135o , 180 o , 225o , 270 o e 315 o). Cada símbolo carrega uma das 16 combinações possíveis da constelação e representa 4 bits. Uma taxa de sinalização de 2400 baud, essa

modulação quadribit proporciona 9600 bps.

V.32 32 – QAM / 2400bauds. Cada bit do pentabit representa o sinal de dados resultando numa velocidade de 4 x 2400 = 9600 bps

V.32bis 128 – QAM (7 bits/baud = bit de controle de erro) resultando numa velocidade de 14.400 bps (2400 x 6)

V.90 Modems tradicionais de 56 Kbps tem uma velocidade limitada a 33,6Kbps devido a limitações de ruído da linha. O padrãoV.90 é utilizado em modems 56K, porém,o modem deverá estar ligado a uma linha com sinalização digital como um provedor de acesso à Internet (ISP – Internet Service

Provider)

V.92 Tema propriedade de ajustar a velocidade conforme o nível de ruído da linha até 48 Kbps de upload e mantém 56 Kbps para download.

20TCM – Trellis Code Modulation (Modulação por Código em Treliça)

Os modems QAM são suscetíveis a ruído. Por isso, na codificação em treliça, o codificador adiciona um bit redundante ao código a cada intervalo de símbolo.

Somente certas sequências são válidas. Se há ruído na linha que causa a sequência diferir da original, o receptor irá aceitar o sinal válido mais próximo do sinal observado sem necessidade de retransmissão. Assim, um modem convencional que requeira que 1 em cada 10 blocos de dados seja retransmitido pode ser substituído por um modem que utilize a codificação em treliça. Neste caso, apenas 1 em cada 10.000 blocos de dados seria recebido com erro.

Codificação em TreliçaUm modem que usa a codificação em treliça utiliza um codificador que acrescenta um bit de

código redundante a cada sinalização. Considerando como exemplo uma transmissão com taxa de 14.400 bps, o transmissor do modem converte o fluxo de dados serial em símbolos de 6 bits e codifica 2 dos 6 bits utilizando um método conhecido como codificação convolucional binária. Com a codificação, acrescentamos um bit de código aos dois bits de entrada, formando três bits codificados a cada sinalização. Estes bits são agrupados aos quatro bits de dados restantes, resultando em um ponto de sinal de uma constelação com 128 pontos (27).

Para entender o método de codificação convolucional binário, vamos analisar o que aconteceria para um fluxo serial único. Para cada dois bits de entrada, o código gera um terceiro bit que é sempre o resultado da soma em módulo-2 dos últimos dois bits. Assim sendo, se os primeiros quatro bits de dados a serem codificados fossem a seqüência 1101 (b4 b3 b2 b1), teríamos:P1 = b1 + b0 = 1 + 0 = 1P2 = b2 + b1 = 0 + 1 = 1P3 = b3 + b2 = 1 + 0 = 1P4 = b4 + b3 = 1 + 1 = 0

Desta forma, a seqüência de quatro bits 1101 seria convertida na seqüência 01111011 ( P4 b4 P3 b3 P2 b2 P1 b1 ). Além de gerar dependências, já que cada bit de paridade depende dos valores dos bits de dados, determinamos, através deste codificador, que apenas alguns pontos são válidos. Desta forma, se um defeito fizer com que um ponto de sinal seja deslocado, o receptor irá então comparar o ponto observado com todos os pontos válidos e selecionará o ponto de sinal válido que estiver mais próximo ao sinal observado. Como resultado, na prática, um modem que utiliza codificação em treliça é na prática duas vezes menos suscetível a erros do que um modem QAM convencional, e seu uso pode reduzir a taxa de erros em aproximadamente três ordens de magnitude.

21Modulação por Pulsos

Na modulação digital com portadora de trem-de-pulsos a informação é impressa indiretamente através de códigos.

Modulação CaracterísticasPWM (pulse width modulation)

Modulação por Largura de PulsoA informação é impressa na característica de duração de pulsos

PPM (pulse position modulation):Modulação por Posição de Pulso.

A informação é representada pelos deslocamentos relativos dos pulsos em relação a referências de tempo igualmente espaçadas

PAM (pulse amplitude modulation): Modulação de Pulso em Amplitude

A informação é impressa na característica de amplitude

PCM (pulse code modulation): Modulação em Código de Pulsos

A informação é impressa na característica de um código de pulsos

22PWM (Pulse Width Modulation)

23PAM (Pulse Amplitude Modulation)

O sinal modulante é amostrado a intervalos regulares por breves períodos por um circuito denominado Amostra e Retenção (Sample and Hold – S-H).

PCM (Pulse Code Modulation)Digitalizando um Sinal

Qualquer informação analógica que precisa ser armazenada em um computador ou transmitida por um sistema de comunicação digital, passa necessariamente por um processo de codificação ou digitalização do sinal, que permite grandes vantagens, tais como:

✔ Sinais digitais são muito menos sensíveis a interferências ou ruídos; ✔ É possível transmitir mais informação através de sistemas digitais ao invés de sistemas

analógicos; ✔ Podem ser enviados diretamente a computadores, que são equipamentos que utilizam

sistemas digitais.✔ A instalação de novas centrais e cabos de fibra ótica.

O processo de transformação de um sinal analógico em um sinal digital, consiste em três fases:1. Amostragem -> consiste em retirar amostras do sinal original conforme uma freqüência pré-

determinada; 2. Quantização -> consiste em refinar o sinal amostrado; 3. Codificação -> transforma o sinal quantizado em um sinal binário.

24Amostragem

Consiste em retirar amostras das amplitudes do sinal original que serão utilizadas para a reconstituição do mesmo no receptor.Peo teorema de Nyquist, um sinal pode ser perfeitamente reconstituído no receptor, se, deste forem extraídas amostras com no mínimo o dobro da largura de banda deste sinal.

Para aplicações em telefonia, a freqüência de amostragem adotada internacionalmente é de 8.000 amostras por segundo.

QuantizaçãoComo não é possível transmitir esses valores tal como são amostrados, realiza-se o processo

que tem o objetivo de funcionar como um "arredondamento" dos diversos valores amostrados sobre níveis de valores estabelecidos, esse processo modula o sinal em PAM dentro desses níveis estabelecidos de tensão chamados de valores de decisão.

Quando um pulso está acima de um nível de decisão, ele é aproximado para o nível superior e quando o pulso está abaixo da linha de decisão, ele é aproximado para o nível inferior imediato. A aproximação para o número inteiro mais próximo origina um erro de quantificação que é minimizado se for utilizado um número elevado de patamares ou níveis.

Se houvesse, por exemplo, 128 ou 256 níveis de sinal, e não os 8 do exemplo, o erro na atribuição por aproximação, de um número inteiro a cada amostra, seria substancialmente inferior. Cada nível é designado por um código digital "n" bits. É possível ter 2n (dois elevado a n) níveis de valores quantizados.

Neste caso, cada nível de valor corresponde a um código de 8 bits, o que permite serem quantizados níveis distintos.

CodificaçãoConsiste em tomar todo o sinal quantizado e transformá-lo em um sinal binário, levando-se em

conta a seqüência em que o mesmo foi gerado pelo trem de pulsos. O sinal resultante será uma cadeia de “Zeros” e “Uns”. Este sinal está pronto para trafegar em um determinado tipo de enlace RTPC, LAN (Local Area Network) ou WAN (Wide Area Network).

Erro de QuantizaçãoA quantização

causa distorção do sinal porque os valores das amostras não representam de maneira precisa o valor original. Usualmente essa distorção é causada pelo arredondamento, e é pequena se comparada com o valor do sinal. A máxima distorção, isso é, o máximo erro de quantização, éa metade da distância entre os níveis de quantização. Essa distorção é percebida como ruído.

Esse

25arredondamento causa um erro que é independente da mensagem porque os níveis de quantização são muito próximos uns dos outros e pode-se assumir que esse sinal tem a mesma probabilidade de estar em qualquer lugar entre dois níveisno instante da amostragem.

Se for acrescentado um bit à palavra de dados, representando uma amostra do sinal, o número de níveis de quantização iria dobrar, o que cortaria o erro de quantização pela metade,ou seja, a cada bit acrescentado, teríamos uma redução da relação sinal-ruído de 6 dB.

CODEC (Codificador – Decodificador)Dispositivo capaz de codificar informações analógicas em sinais digitais com um determinado

númerode bits.Cada amostra corresponde a um nível de tensão, que pode ser traduzido em bits de informação, gerando um sinal digital.

Para fins didáticos, na figura anterior, existem 8 níveis, ou seja, cada amostra gera 3 bits na saída. Nos CODECS comerciais, são 13 bits, ou 8.192 níveis, entretanto, é feita uma compressão do sinal, fazendo com que a saída seja em 8 bits.

Esses 256 níveis, ou 8 bits, seriam sempre suficientes caso o ser humano utilizassesempre a mesma intensidade de voz. Porém, a voz pode variar sua intensidade até 20 dB o que o que varia o valor de tensão do sinal e consequentemente o número de bits.

Lei A de CompressãoQuando a intensidade de sinal é baixa (voz baixa), é feita uma amplificação nesse sinal,

segundo uma lei de formação logarítmica. Conforme a intensidade do sinal aumenta (a pessoa fala mais alto), a amplificação diminui, provocando uma equalização no nível de sinal. Isso permite que, de 13 bits de quantificação inicial, utilize-se 8 bits para gerar a palavra digital.

A necessidade de 13 bits veio da inserção de ruído pela quantização (a relação sinal/ruído deve ser maior que 35dB para uma inteligibili dade superior a 98% de um sinal digital), e também pela faixa usada em telefonia (40dB).