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D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D - 1 9 9 9 CONCEITOS BÁSICOS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO DE SINAIS DIGITAIS.

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1 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D CONCEITOS BÁSICOS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO DE SINAIS DIGITAIS

2 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO DE SINAIS DIGITAIS

3 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D

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5 DIGITALIZAÇÃO DO SINAL DE VOZ

6 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D CODIFICAÇÃO DIGITAL DE VOZ COM BOA QUALIDADE PCM 64 KBPS

7 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D PULSE AMPLITUDE MODULATION - PAM AMOSTRAGEM DO SINAL DE VOZ NA TAXA DE 8000 AMOSTRAS POR SEGUNDO: TRANSMISSÃO PAM

8 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D RECEPÇÀO PAM DEPOIS DO HOLDING APÓS O FILTRO PASSA BAIXAS

9 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D DIFICULDADES DA COMUNICAÇÃO PAM 1 - O MEIO DE TRANSMISSÃO DEFORMA OS PULSOS MODIFICANDO SEUS NÍVEIS E PROVOCANDO INTERFERÊNCIAS ENTRE AS AMOSTRAS DEVIDO AO ALARGAMENTO DAS MESMAS. ESTE ALARGAMENTO DOS PULSOS SE DEVE AO FATO DE QUE A LARGURA DE FAIXA DE TRANSMISSÃO É LIMITADA E NÃO CONSEGUE TRANSMITIR AS TRANSIÇÕES BRUSCAS DO SINAL PULSANTE. 2 - O RUÍDO, NA RECEPÇÃO, PROVOCA ALTERAÇÕES NOS NÍVEIS DE AMOSTRAGEM.

10 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D PULSE CODE MODULATION - PCM A MELHOR MANEIRA DE SE TRANSMITIR O NÍVEL DE CADA AMOSTRA É NA FORMA NUMÉRICA. O NÚMERO TRANSMITIDO REPRESENTA O VALOR DA AMPLITUDE DE CADA AMOSTRA. ESSE NÚMERO É TRANSMITIDO NA FORMA DIGITAL, OU SEJA, EM UMA SEQÜÊNCIA DE BITS. ESTE PROCESSO É DENOMINADO PCM - PULSE CODE MODULATION

11 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D DEFORMAÇÕES NO SINAL DIGITAL O MEIO DE TRANSMISSÃO, TAMBÉM, DEFORMA E ACRESCENTA RUÍDO AOS PULSOS DO SINAL DIGITAL. ENTRETANTO ESSAS DEFORMAÇÕES, NA QUASE TOTALIDADE DAS VEZES, NÃO IMPEDEM A IDENTIFICAÇÃO CORRETA DE CADA BIT. MESMO QUE OCORRAM ALGUNS ERROS, DE IDENTIFICAÇÃO DE BITS, OS CÓDIGOS CORRETORES DE ERROS MINIMIZAM ESSAS OCORRÊNCIAS, TANTO QUANTO SE ACHAR NECESSÁRIO.

12 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO DE UM SINAL DE VOZ NA FORMA PCM

13 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D ERROS DE QUANTIZAÇÃO VAMOS SUPOR QUE FOSSEM USADOS PALAVRAS DIGITAIS DE 4 BITS PARA DESIGNAR AS TENSÕES DAS AMOSTRAS. NESTE CASO, O BIT MAIS SIGNIFICATIVO REPRESENTARIA O SINAL ALGÉBRICO DAS AMOSTRAS. SOBRARIAM 3 BITS PARA DESIGNAR OS VALORES QUANTITATIVOS DAS AMOSTRAS.

14 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D EXISTEM APENAS 82 3 PALAVRAS DE 3 BITS: PORTANTO, SÓ PODERÃO SER TRANSMITIDOS 8 VALORES QUANTITATIVOS DAS AMOSTRAS ERROS DE QUANTIZAÇÃO

15 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D ERROS DE QUANTIZAÇÃO ENTRETANTO, TEÓRICAMENTE, EXISTEM INFINITOS VALORES DAS AMOSTRAS. NESTE CASO, O DISPOSITIVO DEVE APROXIMAR OS VALORES EXATOS DE CADA AMOSTRA PARA UM DOS OITO NIVEIS DE TRANSMISSÃO. ISTO ACARRETA DIFERENÇAS ENTRE OS VALORES EXATOS DAS AMOSTRAS E OS VALORES TRANSMITIDOS. ISTO INFLUI NA QUALIDADE DA COMUNICAÇÃO.

16 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D DIMINUIÇÃO DAS AMPLITUDES DOS ERROS DE AMOSTRAGEM VAMOS SUPOR QUE FOSSEM UTILIZADAS PALAVRAS DE 8 BITS, EM VEZ DE QUATRO, PARA QUANTIZAR AS AMOSTRAS. NESTE CASO, TERÍAMOS PARA DESIGNAR OS NÍVEIS DE TENSÃO VALORES NUNÉRICOS AS AMPLITUDES DOS ERROS DIMINUIRIAM NA PROPOÇÃO DE 128 PARA 8, OU SEJA, 16 VEZES. NESTA SITUAÇÃO, A QUALIDADE DA VOZ RECEBIDA TEM QUALIDADE CONSIDERADA MUITO BOA. O TESTE DA QUALIDADE DE VOZ É FEITO TRANSMITINDO-SE CONVERSAÇÕES PARA UM GRUPO DE PESSOAS QUE OPINAM SOBRE ESSA QUALIDADE. O RESULTADO SE CHAMA MEAN OPINION SCORE – MOS.

17 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D QUANTIZAÇÃO NO PCM CONVENCIONAL PARA O PADRÃO INTERNACIONAL DE PCM, RECOMENDADO PELA UIT, SÃO UTILIZADOS 8 BITS PARA SE TER UMA BOA QUALIDADE NA TRANSMISSÃO DA VOZ. NESTE CASO O CANAL DE VOZ É TRANSMITIDO NA TAXA DIGITAL:

18 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D QUALIDADE DO PCM EM DEPENDÊNCIA DA TAXA DIGITAL A MEDIDA QUE SE DIMINUI OS BITS DE QUANTIZAÇÃO A TAXA DIGITAL DIMINUI NA MESMA PROPORÇÃO. ENTRETANTO AS AMPLITUDES, DOS ERROS DE QUANTIZAÇÃO, AUMENTAM, EXPONENCIALMENTE PIORANDO A QUALIDADE DA COMUNICAÇÃO ( MEAN OPINION SCORE - MOS )

19 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D PROCESSOS DE CODIFICAÇÃO DIGITAL À TAXAS MENORES ACARRETANDO QUALIDADE DE VOZ ACEITÁVEL

20 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D PARA A UTILIZAÇÃO NA COMUNICAÇÃO CELULAR, DE SEGUNDA GERAÇÃO, FORAM DESENVOLVIDOS PROCESSOS DE DIGITALIZAÇÃO DE VOZ MUITO MAIS EFICIENTES DO QUE O PCM CONVENCIONAL. EMBORA A QUALIDADE DA COMUNICAÇÃO NÃO SEJA TÃO BOA QUANTO A DO PCM, ÉLA É ACEITÁVEL PARA A COMUNICAÇÃO CELULAR: ADPCM – ADAPTATIVE DIFFERENTIAL PULSE CODE MODULATION RPE-LTP – RESIDUAL PULSE EXCLTATION LONG TERM PREDICTOR CELP – CODE EXCITED LINEAR PREDICTOR CODIFICAÇÃO DE VOZ COM QUALIDADE ACEITÁVEL

21 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D CODIFICAÇÃO DE VOZ COM QUALIDADE ACEITÁVEL RPE-LTP 13 KBPS CELP 8 KBPS

22 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D CONCEITOS SOBRE TRANSMISSÃO DE SINAIS DIGITAIS

23 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D CONVENÇÕES PARA O SINAL DIGITAL

24 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D CONVENÇÕES PARA O SINAL DIGITAL ( CONTINUAÇAO ) O SINAL NRZ ( NON RETURN TO ZERO), É USADO NOS PROCESSAMENTOS DA INFORMAÇÃO DIGITAL, UTILIZANDO CIRCUITOS LÓGICOS. EXEMPLOS: COMPUTADORES PROCESSAMENTOS LÓGICOS DA BANDA BÁSICA

25 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D O SINAL NRZ POLAR É USADO QUANDO SE TRANSMITE O SINAL DIGITAL MODULANDO UMA PORTADORA. EXEMPLOS: MODEM DE LINHA DE ASSINANTE RÁDIO CELULAR DIGITAL. CONVENÇÕES PARA O SINAL DIGITAL ( CONTINUAÇAO )

26 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D

27 A TEMPERATURA AMBIENTE PROVOCA MOVIMENTOS ALEATÓRIOS DAS MOLÉCULAS DOS RESITORES E COMPONENTES ATIVOS DE UM RECEPTOR. ISTO FAZ GERAR TENSÃO ALEATÓRIA NESSES COMPONENTES. ESSA TENSÃO ALEATÓRIA É CONHECIDA COMO RUÍDO TÉRMICO. O RUÍDO TÉRMICO INTERFERE NA QUALIDADE DA COMUNICAÇÃO. PARA SE TER QUALIDADE, NO SINAL RECEBIDO, É NECESSÁRIO QUE SUA POTÊNCIA SUPERE, DE UMA MANEIRA SIGNIFICATIVA, A POTÊNCIA DO RUÍDO TÉRMICO. ANALISADOR DE ESPECTRO f 0 0 2N OSCILOSCÓPIO RUÍDO TÉRMICO AMPLITUDES DO RUÍDO COMPOSIÇÃO DE FREQUÊNCIAS DO RUÍDO

28 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D

29 EFEITO DA LARGURA DE FAIXA NA AMPLITUDE DO RUÍDO OSCILOSCÓPIO ANALISADOR DE ESPECTRO b f4 0 0 b f N 0 2N

30 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D DIMINUIÇÃO DA INTERFERÊNCIA PROVOCADA PELO RUÍDO PARA DIMINUIR A INTENSIDADE DO RUÍDO, A ÚNICA MANEIRA É LIMITAR, NO RECEPTOR, SUA LARGURA DE FAIXA POR MEIO DA UTILIZAÇÃO DE UM FILTRO PASSA BAIXAS. ENTRETANTO, ESSE FILTRO LIMITA, AO MESMO TEMPO, A LARGURA DE FAIXA OCUPADA PELO SINAL DIGITAL A DIMINUIÇÃO DA LARGURA DA FAIXA OCUPADA POR UM SINAL DIGITAL PROVOCA DEFORMAÇÕES NESSE SINAL.

31 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D OTIMIZAÇÃO DA LARGURA ESPECTRAL HÁ ALGUMAS DÉCADAS ATRÁS, O ENGENHEIRO NYQUIST, DO BELL LABS, FICOU ENCARREGADO DE ESTUDAR O PROBLEMA DA DIMINUIÇÃO, OTIMIZADA, DA LARGURA DE FAIXA OCUPADA POR UM SINAL DIGITAL, AFIM DE DIMINUIR, TAMBÉM A INTERFERÊNCIA DO RUÍDO

32 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D ELE CONCLUIU QUE A MELHOR SITUAÇÃO DE COMPROMISSO SERIA A DIMINUIÇÃO DA LARGURA DE FAIXA OCUPADA PELO SINAL DIGITAL PARA UM VALOR IGUAL A METADE DE SUA TAXA DIGITAL.

33 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D T f b 1 0 2E b b f b f3 b f2 T A A A A 2 E b 0 b f b f 2 1 EFEITO DA LARGURA DE FAIXA NA FORMA DO SINAL DIGITAL SUPONDO B W IGUAL A METADE DA TAXA DIGITAL ANALISADOR DE ESPECTRO OSCILOSCÓPIO

34 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D E b jitter N A A A A bit s COMUNICAÇÃO DIGITAL DE FAIXA MÍNIMA OTIMIZADA 2 E b b f 2 1 b f b f 2 1 b f 2

35 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D

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38 ERROS DE BITS PROVOCADOS POR MULTI-TRAJETOS

39 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D EFEITO DA PROPAGAÇÃO MULTIPERCURSO NA INFORMAÇÃO TRANSMITIDA O SINAL QUE CHEGA ATRAZADO, AO SE COMPOR COM O PRIMEIRO SINAL, PODE PROCOCAR INTERFERÊNCIA ENTRE SÍMBOLOS. ISTO TENDE A PROVOCAR ERROS NO SINAL REGENERADO. ESTE EFEITO É TANTO PIOR QUANTO MAIOR A TAXA DIGITAL, POIS, O INTERVALO ENTRE DOIS BITS CONSECUTIVOS DIMINUI NA MESMA PROPORÇÃO.

40 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D DELAY EQUALIZER O SISTEMA TRANSMITE, PERIODICAMENTE, UMA PALAVRA DIGITAL CONHECIDA. ESTA INFORMAÇÃO, CUJO NOME É PALAVRA DE TREINAMENTO, SERVE DE BASE PARA A ADAPTAÇÃO DO FILTRO DIGITAL, ATÉ QUE SE TENHA UM SINAL COM INTERFERÊNCIA ENTRE SÍMBOLOS MINIMIZADA.

41 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D NOÇÕES DE CÓDIGOS DETECTORES E CORRETORES DE ERROS

42 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D CÓDIGOS DE BLOCOS

43 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D CÓDIGOS DE BLOCO DIVIDE-SE A MENSAGEM ORIGINAL EM BLOCOS DE N BITS. ESSES BLOCOS SÃO CHAMADOS PALAVRAS DA MENSAGEM R ACRESCENTA-SE R BITS A CADA PALAVRA DA MENSAGEM. R OS R BITS ACRESCENTADOS SÃO CHAMADOS DE BITS DE REDUNDÂNCIA RESULTAM AS PALAVRAS DE CÓDIGO CONTENDO N+R BITS DESSA MANEIRA TEM-SE O CÓDIGO ( N+R, N ). CÓDIGO DE HAMMING ( 7, 4 ) N = 4 E R = 3: EXEMPLO DE MENSAGEM = 0011 PALAVRA DE CÓDIGO =

44 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D CÓDIGOS DE BLOCO ENTRADA BLOCO DE 4 BITS TABELA DO CÓDIGO DE HAMMING ( 7, 4 ) SAÍDA BLOCO DE 7 BITS NOTE-SE QUE, NA SAÍDA, SELECIONOU-SE APENAS 16 PALAVRAS ENTRE AS 128 PALAVRAS POSSÍVEIS DE SEREM EXPRESSAS POR ESSES 7 BITS. TEM-SE 16 PALAVRAS PERMITIDAS E 112 PROIBIDAS AS PALAVRAS PERMITIDAS DIFEREM, ENTRE SI DE, PELO MENOS, TRÊS BITS.

45 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D DETECÇÃO DE ERROS NO RECEPTOR - COMO A DIFERENÇA MÍNIMA, ENTRE AS PALAVRAS DE CÓDIGO, É DE 3 BITS, SE HOUVER ERROS DE 1 OU 2 BITS, EM UMA PALAVRA RECEBIDA, ESTA PALAVRA SE TORNA UMA PALAVRA PROIBIDA. DESTA MANEIRA É DETECTADA A PRESENÇA DE ERROS - SE A QUANTIDADE DE ERROS, NA PALAVRA, FOR 3 OU MAIS BITS, É POSSÍVEL QUE RESULTE OUTRA PALAVRA PERMITIDA. PORTANTO, NESTE CASO, OS ERROS NÃO SÃO DETECTADOS.

46 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D ENTRETANTO A PROBABILIDADE DE ERRAR 3 OU MAIS BITS SIMULTÂNEOS, EM UMA MESMA PALAVRA DE 7 BITS, É BEM MENOR DO QUE ERRAR ATÉ 2 BITS SIMULTÂNEOS NESSA PALAVRA. - EXEMPLO: PARA UM SINAL DE ENTRADA ERRANDO UM BIT A CADA , TEREMOS UMA PALAVRA ERRADA, NÃO DETETADA, A CADA PALAVRAS RECEBIDAS. DETECÇÃO DE ERROS NO RECEPTOR ( CONTINUAÇÃO )

47 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D CORREÇÃO DE ERROS COMO NO CÓDIGO EXEMPLIFICADO, A DIFERENÇA ENTRE AS PALAVRAS DE CÓDIGO É DE, PELO MENOS, 3 BITS, RESULTA: - SE HOUVER ERRO DE APENAS 1 BIT, NA PALAVRA CORRETA ESTA PALAVRA PROIBIDA DIFERE APENAS DE UM BIT DA PALAVRA ORIGINAL E DIFERE DE 2 OU MAIS BITS DAS DEMAIS PALAVRAS DO CÓDIGO.

48 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D CORREÇÃO DE ERROS AO SE DETECTAR UMA PALAVRA ERRADA, FAZ-SE A COMPARAÇÃO COM AS PALAVRAS PERMITIDAS. ADOTA-SE COMO CORRETA A PALAVRA PERMITIDA MAIS PARECIDA COM A PALAVRA ERRADA RECEBIDA. A PALAVRA PERMITIDA MAIS PARECIDA COM A PALAVRA ERRADA RECEBIDA É AQUELA QUE DIFERE DE MENOR QUANTIDADE DE BITS.

49 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D CORREÇÃO DE ERROS COMO NO CÓDIGO EXEMPLIFICADO, A DIFERENÇA ENTRE AS PALAVRAS DE CÓDIGO É DE, PELO MENOS, 3 BITS, RESULTA: - SE HOUVER ERRO DE APENAS 1 BIT, NA PALAVRA CORRETA ESTA PALAVRA PROIBIDA DIFERE APENAS DE UM BIT DA PALAVRA ORIGINAL E DIFERE DE 2 OU MAIS BITS DAS DEMAIS PALAVRAS DO CÓDIGO. PORTANTO, QUANDO HOUVER APENAS UM BIT ERRADO, A PALAVRA PERMITIDA MAIS PARECIDA COM A PALAVRA ERRADA RECEBIDA É, REALMENTE, A PALAVRA CORRETA QUE FOI TRANS MITIDA

50 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D CONLUSÃO: O CÓDIGO DE HAMMING ( 7, 4 ) TEM CAPACIDADE DE DETETAR, COM CERTEZA, ATÉ DOIS ERROS E CORRIGIR, COM CERTEZA, ATÉ UM ERRO EM CADA PALAVRA RECEBIDA. CORREÇÃO DE ERROS ( CONTINUAÇÃO )

51 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D CÓDIGOS DE BLOCO CÍCLICOS

52 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D CÓDIGOS DE BLOCO CÍCLICOS SÃO AQUELES QUE CODIFICAM A MENSAGEM POR MEIO DE SHIFT REGISTER REALIMENTADO. EXEMPLO: CÓDIGO ( 7. 4 ) ENTRAM PALAVRAS DE 4 BIT DE MENSAGEM E SAEM PALAVRAS DE CÓDIGO CONTENDO 7 BITS. OS 3 BITS ADICIONADOS SÃO CHAMADOS DE CRC - - CICLIC REDUNDANCY CHECK

53 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D CÓDIGOS DE BLOCO CÍCLICOS A DECODIFICAÇÃO, QUE DETETA E CORRIGE ERROS, UTILIZA TAMBÉM SHIFT REGISTER REALIMENTADO. EXEMPLO: DECODIFICADOR PARA O CÓDIGO ( 7, 4 ) bit errado

54 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D IMPLEMENTAÇÃO DOS CÓDIGOS DETETORES E CORRETORES DE ERROS MODERNAMENTE, OS CÓDIGOS DE BLOCO SÃO SEMPRE IMPLEMENTADOS NA FORMA CÍCLICA DEVIDO A SIMPLICIDADE DE SEU DIAGRAMA. ESTE TIPO DE IMPLEMENTAÇÃO POSSUI O NOME DE CICLIC REDUNDANCE CHECK - CRC. EXISTEM DIVERSAS FAMÍLIAS DE CÓDIGOS CÍCLICOS. ENTRE ELAS PODEMOS CITAR, ALÉM DO CÓDIGO DE HAMMING, O CÓDIGO BCH E O CÓDIGO DE REED-SOLOMON. EXEMPLO: OS DADOS ENVIADOS NAS MENSAGENS CANAL DE CONTROLE FORWARD DO SISTEMA AMPS POSSUEM UM CRC DO TIPO BCH (40, 28) ONDE O BLOCO DA MENSAGEM TEM 28 BIT E A PALAVRA DE CÓDIGO POSSUI 40 BIT.

55 D i r e i t o s R e s e r v a d o s a o C P q D CÓDIGOS CONVOLUCIONAIS E TURBO CODE SÃO CÓDIGOS CORRETORES QUE TRABALHAM COM SEQUÊNCIAS DIGITAIS RELATIVAMENTE LONGAS. NO RECEPTOR, COMPARA-SE A SEQUÊNCIA RECEBIDA COM AS SEQUÊNCIAS PERMITIDAS. ADOTA-SE, COMO CORRETA, A SEQUÊNCIA PERMITIDA MAIS PARECIDA COM A SEQUÊNCIA RECEBIDA. A SEQUÊNCIA PERMITIDA, ESCOLHIDA COMO CORRETA, É AQUELA QUE DIFERE DE MENOR QUANTIDADE DE BITS DA SEQUÊNCIA RECEBIDA. ATUALMENTE, ESSES CÓDIGOS CORRETORES SÃO OS MAIS USADOS NOS SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO, EM GERAL, E NOS SISTEMAS CELULARES EM PARTICULAR.


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