TRANSMISSÃO DE DADOS

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1 TRANSMISSÃO DE DADOS Aula 3: Transmissão Analógica Notas de aula do livro: FOROUZAN, B. A., Comunicação de Dados e Redes de Computadores, MCGraw Hill, 4ª edição Prof. Ulisses Cotta Cavalca <ulisses.cotta@gmail.com> Belo Horizonte/MG 2015

2 SUMÁRIO 1) Conversão digital-analógico 2) Conversão analógico-analógico

3 1.1 Codificação Codificação digital-analógico: É processo de conversão de dados digitais para sinais analógicos Técnica de conversão amplamente utilizada em comunicação wireless

4 1.1 Codificação Principais métodos: Codificação analógica consiste na alteração do comportamento da amplitude, frequência e fase

5 1.1 Codificação Taxa de dados x Taxa de sinal Taxa de bits é o número de bits por segundo. Taxa de sinal é o número de elementos de sinal por segundo Na transmissão analógica de dados digitais, a taxa de transmissão é menor ou igual a taxa de bits.

6 1.1 Codificação Taxa de dados x Taxa de sinal: S=N x 1 r [baud ] S Taxa de sinal [baud] N Taxa de dados [bps] R número de elementos de dados transportados em um elemento de sinal. Sinal da portadora, ou onda portadora: sinal analógico que atua como referência no processo de modulação analógica.

7 1.1 Codificação Taxa de dados x Taxa de sinal: Exemplo: Um sinal analógico transporta 4 bits por elemento de sinal. Se forem enviados 1000 elementos de sinal por segundo, qual é a taxa de bits? Solução: Nesse caso, r=4, S=1000, e N (taxa de bits) é a variável que desejamos encontrar.

8 1.2 Chaveamento por Amplitude ASK (Amplitude Shift Keying) É implementado com a variação da amplitude do sinal. Transmissão feita apenas com 2 níveis de sinais (1 bit para cada elemento de sinal). Também conhecido como chaveamento de amplitude binário, ou OOK (On-Off Keying).

9 1.2 Chaveamento por Amplitude ASK Largura de banda Informa qual é a largura de banda necessária para realizar a transmissão em uma frequência f. Esse cálculo faz-se necessário, pois na transmissão de uma onda portadora, é preciso que um sinal analógico seja resultado de um sinal composto (Sério de Fourier) B: Largura de banda [Hz] S: Taxa do sinal [baud] d: fator que determina processo de composição do sinal (modulação e filtragem) B=(1+d) x S

10 1.2 Chaveamento por Amplitude ASK Largura de banda

11 1.2 Chaveamento por Amplitude ASK Implementação Sinal digital pode ser implementado com NRZ. Sinal analógico pode ser resultante do produto entre sinal digital NRZ e onda portadora.

12 1.2 Chaveamento por Amplitude ASK Exemplo: Temos uma largura de banda disponível de 100kHz, entre 200kHz e 300kHz. Qual é a frequência da portadora e a taxa de bits se modularmos nossos dados com ASK, e d=1? Frequência portadora: O ponto média da largura de banda se localiza em 250kHz. Esse é o valor que a frequência portadora (fc) deve assumir. Taxa de bits:

13 1.3 Chaveamento por Frequência FSK (Frequency Shift Keying) Frequência do sinal da portadora é modificada. Sinal analógico terá dois valores de frequência (f 1 e f 2 ) para representar os bits 0 e 1. Transmissão feita apenas com 2 níveis de sinais (1 bit para cada elemento de sinal).

14 1.3 Chaveamento por Frequência FSK Largura de banda Informa qual é a largura de banda necessária para realizar a transmissão nas frequências f 1 e f 2. Cada frequência (f 1 e f 2 ) será implementada por um sinal composto B: Largura de banda [Hz] S: Taxa do sinal [baud] d: fator que determina processo de composição do sinal (modulação e filtragem) 2Δf: diferença entre as duas frequências B=(1+d) x S+2 Δ f

15 1.3 Chaveamento por Frequência FSK Largura de banda

16 1.3 Chaveamento por Frequência FSK Exemplo: Temos uma largura de banda disponível de 100kHz, entre 200kHz e 300kHz. Qual é a frequência da portadora e a taxa de bits se modularmos nossos dados com FSK, e d=1? O ponto médio é f c =250kHz, f 1 =225kHz e f 2 =275kHz. f=25khz, então 2 f=50khz.

17 1.3 Chaveamento por Frequência FSK Implementação Sinal digital pode ser implementado com NRZ. Para 0V, um VCO (Oscilador controlado por tensão) gera portadora com frequência f 1. Para tensão positiva, um VCO (Oscilador controlado por tensão) gera portadora com frequência f 2.

18 1.4 Chaveamento por Fase PSK (Phase Shift Keying) Nesse método, a fase da onda portadora é modificado. Modulação PSK é mais comum que ASK e FSK: O ruído pode alterar facilmente a amplitude que a fase. Assim, PSK é menos suscetível a ruídos que o ASK PSK é superior em relação ao FSK, pois não é preciso dois sinais portadores para cada bit

19 1.4 Chaveamento por Fase PSK binário (BPSK) Para o bit 0 onda portadora possui fase 0º Para o bit 1 onda portadora possui fase 180º

20 1.4 Chaveamento por Fase PSK binário (BPSK) implementação Sinal digital pode ser implementado com NRZ-L. Sinal analógico pode ser resultante da inversão de fase em função do valor de tensão do sinal digital.

21 1.4 Chaveamento por Fase PSK por quadratura (QPSK) Implementa 2 bits para cada elemento de sinal Utiliza dois métodos de modulação BPSK separadas: Uma em fase; Outra em quadratura (fora de fase). Bits que chegam passam por uma conversão serialparalela, para a respectiva aplicação da modulação O resultado é uma onda com 4 possíveis fases: 45º, 135º, -45º (315º), -135º (225º)

22 1.4 Chaveamento por Fase PSK por quadratura (QPSK)

23 1.4 Chaveamento por Fase PSK por quadratura (QPSK) Diagrama de Constelação Valor no eixo X (projeção) portadora em fase Valor no eixo Y (projeção) portadora fora de fase (quadratura Comprimento do vetor amplitude máxima do elemento de sinal Ângulo fase do elemento do sinal

24 1.4 Chaveamento por Fase PSK por quadratura (QPSK) Diagrama de Constelação

25 1.4 Chaveamento por Fase PSK por quadratura (QPSK) Construa o diagrama de constelação para as técnicas ASK, BPSK e QPSK.

26 1.5 Modulação por Amplitude de Quadratura QAM Até o momento, ASK, FSK e PSK alteram apenas uma componente de um sinal analógico: Amplitude, frequência e fase. Modulação QAM é a combinação do método ASK e PSK. Incremento no número de elemento de bits em relação ao elemento de sinal Técnica largamente aplicada nas transmissão WiFi

27 1.5 Modulação por Amplitude de Quadratura QAM Diagramas de constelação para alguns QAMs: 2 número bits =número pontos

28 1.5 Modulação por Amplitude de Quadratura QAM

29 2. Conversão analógico-analógico 2.1. Codificação É a representação de informações analógicas em sinais analógicos Porque modular um sinal analógico se o mesmo já é um sinal analógico? (In)Disponibilidade de canal para transmissão Maior regulamentação dos órgãos governamentais de regulamentação. ANATEL; FCC (Federal Communication Comission)

30 2. Conversão analógico-analógico 2.1. Codificação

31 2. Conversão analógico-analógico 2.1. Codificação Tipos de conversão analógica: Baseada em amplitude (AM) Baseada em frequência (FM) Baseada em fase (PM

32 2. Conversão analógico-analógico 2.2. Modulação em Amplitude (AM) Frequência e fase da onda portadora são inalteradas Amplitude do sinal da portadora precisa ser modificado de acordo com a amplitude do sinal modulador Sinal modulado é resultado de multiplicação entre sinal modulado e frequência portadora Largura de banda necessária é o dobro do sinal analógico a ser transmitido B AM =2B

33 2. Conversão analógico-analógico 2.2. Modulação em Amplitude (AM)

34 2. Conversão analógico-analógico 2.2. Modulação em Amplitude (AM) Alocação da largura de banda: Sinal de áudio (voz) é normalmente 5kHz. Largura de banda necessária será 10kHz. Largura de banda autorizada pelos órgãos regulamentadores Estações de rádio AM utilizam frequência no intervalo de 530 a 1700kHz. Frequência de portador deve estar afastada em relação à estações vizinhas de cada lado em pelo menos 10kHz Frequência da onda portadora é o ponto médio de cada largura de banda alocada

35 2. Conversão analógico-analógico 2.2. Modulação em Frequência (FM) Frequência do sinal da portadora é modulada para acompanhar as mudanças do sinal modulador Amplitude e fase do sinal da portadora permancem inalterados. Implementação é realizada através de um oscilador controlador por tensão (VCO) Largura de banda necessária para transmissão FM: B FM =2(1+β)B em que β é valor empírco da modulação, geralmente igual a 4.

36 2. Conversão analógico-analógico 2.2. Modulação em Frequência (FM)

37 2. Conversão analógico-analógico 2.2. Modulação em Frequência (FM) Alocação da largura de banda: Transmissão de áudio em FM é aproximadamente 15kHz. No entanto é autorizado o uso com largura de banda em 200kHz (0,2MHz). Isso representa β=4 além de faixa de proteção extra contra interferências. Frequências portadoras das estações de rádio FM são alocadas entre 88MHz e 108MHz.

38 2. Conversão analógico-analógico 2.3. Modulação em Fase (PM) Fase do sinal da portadora é modulada para acompanhar as mudanças do sinal modulador Frequência máxima e fase do sinal da portadora permancem inalterados. Implementação é realizada através de um oscilador controlador por tensão (VCO), em que aplica variação no sinal portador em função da derivada do sinal portador. Largura de banda necessária é identica à transmissão FM: B PM =2(1+β)B em que β é valor empírco da modulação, geralmente entre 1 e 3.

39 2. Conversão analógico-analógico 2.3. Modulação em Fase (PM)