Nome:... No.USP:... Assinatura:... n, ou f. , para 1 n. T

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1 MF-015 eleomuniação 1ª parte Espeialização em Metro-Ferroviária Programa de Eduação Continuada em Engenharia - PECE Prof. Antonio Fisher de oledo 1ª Prova 06/06/2009 Esolha 5 (ino) dentre as 12 (onze) questões propostas. Para a devida avaliação expliite os álulos e dê respostas preisas, indiando as unidades orrespondentes. Nome:... No.USP:... Assinatura:... 1) Uma imagem de televisão (i.e., um quadro) é omposta por aproximadamente 500 x 600 elementos de imagem individuais (i.e., pixels), ada um dos quais podendo apresentar 10 níveis de brilho distintos e pereptíveis (e.g., preto e gradações de inza) para se obter um ontraste adequado. Se, para qualquer elemento de imagem, as probabilidades de oorrênia dos 10 níveis são iguais, e são transmitidos 30 quadros por segundo, determinar a largura de banda do sinal de vídeo da V. Assuma que, para uma reprodução adequada de qualquer imagem, há neessidade de uma relação sinal ruído mínima igual a 30 db. 2) Esboe a forma de onda resultante, indiando laramente os valores de amplitude, freqüênia e fase adotados, quando a seqüênia de bits modula uma portadora (i.e., uma senóide) adequada, utilizando: (a) ASK Amplitude Shift Keying (b) FSK binário Frequeny Shift Keying () PSK binário Phase Shift Keying (d) PSK quaternário (i.e., quatro níveis, ou símbolos) (e) ASK quaternário. (f) DPSK Differential Phase Shift Keying, Assuma que a freqüênia da portadora é sempre um inteiro múltiplo de 1/ b, onde b é o intervalo de bit, i.e., se f 1 n b n, ou f, para 1 n. b 3) Suponha uma omuniação entre dois pontos distantes 30 km. No enlae são utilizadas antenas que apresentam um ganho de 20 dbi ada (i.e., ganho em relação à uma fonte pontual isotrópia). As antenas estão asadas em seus terminais, e a freqüênia utilizada é de 800 MHz, de modo que os abos e onetores vão introduzir uma perda de 1 db/m. As antenas estão instaladas a 20 m de altura. O transmissor opera om potênia de 20 W e o trajeto a ser oberto é totalmente desobstruído (i.e., não há reflexões). Pede-se: 1

2 (a) Determinar o valor da potênia (em dbm e mw) reebido no reeptor. Faça os álulos utilizando deibéis. Ainda dentro deste item, tendo em vista que a sensibilidade típia de um rádio é da ordem de 90 dbm, pode-se onsiderar o rádio enlae omo teniamente viável? Caso seja onsiderado viável, qual a margem de segurança? (b) Determinar o valor do ampo elétrio, E (V/m, ou V/m), na antena de reepção (i.e., desonsiderando, apenas, as perdas do abo de desida para o reeptor). () Cálulo de verifiação: determinar o valor da densidade de potênia, S (e.g., watts por metro quadrado), da frente de onda, no ponto orrespondente à antena reeptora (i.e., agora são desonsiderados o ganho da antena reeptora e a perda do abo de desida para o reeptor) Em seguida, multipliar o resultado, S, pela área da antena om o objetivo de determinar a potênia, em Watts, reebida na antena do lado reeptor. Finalmente, alular a potênia reebida no reeptor, que deve ser igual àquela alulada na parte (a) 4) Um veíulo itinerante (i.e., roving vehile ), equipado om uma âmera de V monoromátia foi proposto om o objetivo de dar prosseguimento à exploração da superfíie de Marte. As imagens de V serão digitalizadas para transmissão de volta a erra. Estimar o tempo neessário para transmitir uma imagem (i.e., um quadro), dadas as seguintes informações: Uma imagem digitalizada onsiste em n p = pixels (i.e., piture elements ), ada pixel representado um de M = 32 níveis de brilho possíveis e equiprováveis (e.g., 1 quadro = n p log 2 M bits). O enlae Marte-erra onsiste em um sistema de rádio miroondas operando na freqüênia de portadora f = 4 GHz; a distânia entre Marte e erra é igual a km. O transmissor no veíulo em Marte fornee uma potênia de sinal S = 125 watts a um prato de antena (i.e., antena parabólia) om um metro de diâmetro; determinar o ganho g, em db, dessa antena. A estação terrena possui uma antena parabólia om diâmetro igual a 20 metros (o ganho, g R, em db, dessa parabólia também preisa ser alulado) e um reeptor de baixo ruído operando om uma temperatura de ruído igual a 17 0 C (e.g., a potênia de ruído é dada por N = kb [watts], onde a onstante de Boltzmann k é 1, J/K e, temperatura em Kelvin, orresponde a o C + 273). A largura de banda de transmissão está sendo estimada iniialmente em B = 150 khz. Verifiar se essa largura de banda, B, é muito maior (i.e., 10 ) que a apaidade real de transmissão (i.e., C [bits/s]) do sistema. 5) Um transmissor AM radia 2 kw quando a portadora não está modulada e 2,25 kw quando a portadora é modulada. (a) Calular o fator de modulação. (b) Quando um segundo sinal modulador é apliado, este om um fator de modulação igual a 0,4, alular a potênia radiada total om ambos os sinais moduladores apliados. 2

3 6) Um sinal AM tem uma portadora de 25 V em 100 khz e é modulado por um tom om fator de modulação 0,95, ou índie de modulação de 95%. (a) Esboçar o diagrama de espetro de amplitude do sinal modulado, mostrando os valores. (b) Determinar a largura de banda neessária () Calular a potênia entregue a uma arga de 75. 7) Dado um sinal de tensão periódio v(t) na forma de trem de pulso retangular om período, largura de pulso e amplitude A: A=4V (a) Obter uma expressão para a potênia normalizada da forma de onda em termos de A, e. Determinar numeriamente essa potênia, utilizando os valores forneidos no item (b), a seguir; (b) Esboçar o espetro de amplitude de v(t) para A = 4 volts, = 40 s e = 80 s e determinar a largura de banda até o 2 o (i.e., segundo) nulo do trem de pulso (i.e., largura da banda básia); () Qual é a porentagem total de potênia do trem de pulsos ontida no lóbulo prinipal (i.e., até o 1 o nulo), onsiderando os valores forneidos no item (b)? (d) Dado o sistema mostrado na figura a seguir, desenhe o espetro de amplitude (i.e., Y(f)) do sinal de saída y(t). Desenhar o espetro até o segundo nulo e em função de f 0. v(t) X y(t) = v(t). A os(2 f 0 t) A os (2 f 0 t) 3) O diagrama de bloos para um transmissor 16-QAM é apresentado na figura a seguir. A abela 1 mostra a tabela verdade para os anais I e Q dos onversores 2-para-4-níveis. 3

4 Diagrama de bloos do transmissor 16-QAM os w t sen w t I I Output Q Q Output 0 0-0,22 V 0 0-0,22 V 0 1-0,821 V 0 1-0,821 V ,22 V ,22 V ,821 V ,821 V abela 1 - abela Verdade para os anais I e Q dos onversores de nível (a) Para os quadribits (i.e., quadbits) da abela 2, a seguir, determinar as amplitudes e fases de saída para o modulador 16-QAM apresentado na figura do transmissor 16-QAM. (b) Desenhar, ainda, (b1) o diagrama de fasores, (b2) o diagrama de onstelação e (b3) as formas de onda dos quatro pontos da abela 2. () Para um modulador 16-QAM om taxa de entrada de dados (f b ) igual a 2 Mbps e freqüênia da portadora igual a 100 MHz, determinar a freqüênia de Nyquist mínima (i.e., o espetro bilateral de saída) e a taxa de baud (i.e., taxa de símbolos por segundo). Binary Input 16-QAM output Q Q I I Amplitude abela 2 Bits de entrada para o álulo das amplitudes e fases da forma de onda Fase 9) O serviço IEEE a (um padrão para LAN sem fio) para 6 Mbps utiliza a modulação BPSK (i.e., binary phase-shift keying). eoriamente, a modulação BPSK requer uma relação E b /N 0 de 11 db para que se obtenha uma taxa de erro de bit (i.e., BER) igual a Na prátia no entanto, por se tratar em geral de solução de baixo usto, devem ser onsideradas, adiionalmente, perdas de implementação de 3 db. O padrão IEEE a que opera na banda de 5 GHz em ambientes indoor, deve transmitir no máximo 200 miliwatts. 4

5 (a) Nas ondições aima desritas, qual é a sensibilidade (i.e., sensitivity) do reeptor? (b) Assumindo que o sistema opera em ambiente onde existe uma parede entre o transmissor e o reeptor, e que ambos se enontram num mesmo pavimento (i.e., deve ser onsiderada a atenuação provoada por uma parede, o símbolo WAF no modelo de propagação), determinar o alane máximo esperado para esse serviço de 6 Mbps. 10) Quando um sinal de portadora v (t) = 5 sen ( t) volts é modulado em freqüênia por um sinal de mensagem v m (t) = 2 sen ( t) volts; o desvio de freqüênia da portadora é igual a 60 khz. (a) Qual é a onstante de freqüênia do modulador? (b) Qual é o índie de modulação? () Determine as larguras de banda de transmissão pelos métodos de Carson e de 1%. (d) Esboe o espetro de amplitude do sinal FM. Inlua todas as omponentes espetrais om amplitude maior do que 1% da amplitude da portadora não modulada. (e) Determine a porentagem de potênia total ontida na faixa de freqüênia: 9,924 MHz a 10,076 MHz. O que representa essa faixa (i.e., largura de banda de Carson ou largura de banda de 1%)? 11) A figura a seguir mostra o espetro de um sinal g(t). Esboe o espetro do sinal amostrado, g (t), na faixa de freqüênia 3f s, para a seguinte seleção de freqüênias de amostragem f s : (a) f s = taxa de Nyquist (i.e., f smin ) (b) f s = 2f smin () f s = 5 khz (d) Determine a faixa de freqüênias alias (i.e., falsas) do item () G(f) f (khz) ) O demodulador de envelope em um reeptor AM super-heteródino onsiste em um iruito de demodulação a diodo onforme mostrado na Figura a seguir. (a) Determinar valores adequados de resistênia de arga R L e apaitânia C, assumindo uma resistênia de polarização direta do diodo igual à R f = 20 e uma impedânia de saída do amplifiador de FI igual a R S = 50. A freqüênia intermediária é f IF = 470 khz e o sinal de mensagem é áudio na faixa de freqüênia de 50 Hz a 5 khz. 5