Disciplina de Princípios de Telecomunicações Prof. MC. Leonardo Gonsioroski da Silva

Transcrição

1 UNIVERSIDADE GAMA FILHO PROCET DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA Disciplina de Princípios de Prof. MC. Leonardo Gonsioroski da Silva

2 O Curso Ementa Introdução aos sistemas de Análise de Sinais (Transformada de Fourier) Modulação em Amplitude Modulação em Ângulo Modulação Pulsada e a Transição do Analógico para o Digital Transmissão de dados em Banda Base Objetivo do Curso Apresentar noções de sistemas de comunicações e, principalmente, como os sinais são representados, analisados e processados tendo em vista a sua transmissão e recepção. Ao final do curso, o aluno deverá ter plena compreensão sobre as formas de representação de sinais nos domínios do tempo e da freqüência (e a relação entre elas) e sobre os processos de modulação mais comumente utilizados na prática. Requisitos principais A matéria pode ser considerada uma matéria de "trigonometria aplicada" e, como tal, os alunos devem ter forte embasamento matemático em trigonometria, particularmente sobre as relações entre as funções trigonométricas e de integração de funções exponenciais.

3 O Curso Bibliografia básica do curso 1. A.B. CARLSON: Communication Systems, 3 Ed., McGraw-Hill, S. HAYKIN: Introdução aos Sistemas de Comunicação, Bookman, 2 Ed B.P. LATHI - Sistemas de Comunicações, Guanabara Dois, 1979 (tradução de livro de 1968) 4. Notas de Aula no site do professor.

4 O Curso Critérios de Avaliação GQ1 Dia 31/03 Matéria: Introdução aos Sistemas de, Análise de sinais e Modulação em amplitude. Avaliação Escrita (Peso 0,90) Trabalho em MatLab (Peso 0,10) GQ2 Dia 26/05 Matéria: Modulação em ângulo, Modulação Pulsada e Transmissão Banda Base Avaliação Escrita (Peso 0,8) Trabalho em MatLab (Peso 0,2) GQ3 (09/06) e GQE (16/06) Toda a matéria, apenas avaliação Escrita (Prova)

5 O Curso Assiduidade e pontualidade Dicas Importantes Evitar Faltar a aula, pois a matéria é complexa e a participação em sala de aula é dependente da assiduidade. Evitar chegar depois das 19:00 Evitar ficar saindo durante a aula Evitar estudar para outra matéria durante a aula (principalmente no dia em que houver outras provas) Nível de dificuldade Não é uma matéria para se estudar de véspera. A GQ3 deve ser evitada, pois cai toda a matéria que é longa e complexa. Sugiro dedicação para o aprendizado das Transformadas de Fourier.

6 COMUNICAÇÃO TRANSMISSÃO DE INFORMAÇÃO DE UM PONTO A OUTRO, ATRAVÉS DE UMA SUCESSÃO DE PROCESSOS.

7 TELE COMUNICAÇÃO TELE Do grego têle - longe, a distância O termo telecomunicações se refere à transmissão, emissão ou recepção de sinais elétricos através do uso de guias de ondas ou do espaço livre como meio físico de comunicação.

8 Elementos de um sistema de Um sistema de comunicação simples é formado pelos seguintes blocos: Fonte Transmissor Canal Receptor Destino

9 Elementos de um sistema de

10 Elementos de um sistema de O Transmissor processa o sinal de entrada a fim de adaptá-lo ao canal de comunicação desejado ou disponível. Normalmente envolve um processo de modulação e eventualmente codificação. O Canal de Comunicação é o meio de comunicação entre o transmissor e o receptor. Ex: par de fios, cabo coaxial, enlace de rádio, feixe de luz, cabos de fibras ópticas, etc. O canal de comunicação normalmente envolve perdas ou atenuação do sinal e contaminação por ruído. Além disso, ocorrem interferências que provocam mudanças na forma do sinal transmitido. distorções e

11 Elementos de um sistema de O Receptor processa o sinal recebido para entrega ao transdutor de saída tendo como funções básicas: Aspectos Introdutórios das a ampliação do sinal (para compensar as perdas no canal), a demodulação e a decodificação (processos que revertem os de modulação e codificação no transmissor) a filtragem (para reduzir efeitos de ruído e interferência - em freqüências diferentes da do sinal - e, eventualmente, de distorções - através de filtros equalizadores - na faixa de freqüências do sinal).

12 Modos de Comunicação Aspectos Introdutórios das Broadcasting Utilização de um único transmissor e vários receptores. A informação flui em um único sentido. Ex.: Comunicações Celulares Comunicação ponto a ponto A comunicação acontece entre um único emissor e um único receptor. Normalmente o fluxo é bidirecional.

13 Modos de Comunicação Aspectos Introdutórios das

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20 Exemplo de Integração de Redes sem Fio Inicialmente com Sinal 3G- WWAN 3G WWAN Zona 1 Zona2 Zona 3 A Interface Wi-Fi é iniciada Sinal Wi-Fi forte Terminal conecta-se com a nova rede Wi-Fi Zona 4 Zona 5 Zona 6 Conectado ao Wi-Fi Continua Conectado ao Wi-Fi Casa do Usuário A operadora muda o sinal para WiMAX O terminal é completamente desligado da rede Wi-Fi Wi-Fi. Link Going Down Airport Continua ligado ao 3G WWAN Bateria Baixa Desliga-se do WiMAX Troca para o 3G WWAN Radio Sinal Rádio State 3G WWAN Wi-Fi WiMAX GPS Zona 7 WiMAX Zona 8 WiMAX Zona 9

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24 Comunicação por Satélites Aspectos Introdutórios das

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30 Recursos primários dos sistemas de comunicação Os dois recursos primários são empregados: Largura de faixa do canal Banda de freqüências alocadas para a transmissão do sinal da mensagem; Potência Transmitida Potência média transmitida do sinal. Objetivo: Utilizar estes dois recursos da forma mais eficiente possível.

31 Largura de Banda ou largura de faixa A Largura de faixa está relacionada com a velocidade de transmissão da informação. Quanto maior a largura de faixa, maior será a taxa de transmissão. Os sinais que variam rapidamente apresentam um conteúdo de freqüências, descrito pelo seu espectro de freqüências. A largura de faixa, a grosso modo, é a diferença entre as freqüências máxima e mínima do sinal. Exemplos: Telefonia Hz (faixa de 300 Hz a 3400 Hz) Áudio em rádio AM - 5 khz Áudio em rádio FM - 15 khz Vídeo em TV - 4,2 MHz

32 Potência Relacionada com a energia utilizada para transmitir uma informação Quanto maior a potência, menos o Ruído do canal irá influenciar o símbolo transmitido Na entrada de Receptores sempre haverá a presença do Ruído somado ao sinal recebido. Deve-se então estabelecer uma relação inteligente entre a potência do sinal recebido e a potência do Ruído. A essa relação damos o nome de Relação Sinal- Ruído (SNR).

33 Ruído Ruído pode ser definido como, ondas eletromagnéticas que tendem a perturbar a transmissão e o processamento de sinais de mensagem em um sistema de comunicação. Suas fontes podem ser internas ou externas ao sistema. Medida quantitativa do ruído é S/R(Signal Signal Noise Ratio). S / R = 10.log Potência do sinal Potência do ruído

34 Ruído Aspectos Introdutórios das Ruído pode ser definido como todo e qualquer tipo de interferência externa que exercida sobre o sinal capaz de distorcê-lo lo. Problemas surgem quando a relação S/N é "baixa", isto é, quando o nível de "contaminação do sinal pelo ruído é significativo, mascarando o sinal. A noção de baixa ou alta S/N, depende da aplicação e do sistema. Por exemplo, uma S/N de (30 db) é "boa" para recepção de rádio AM mas para um CD de áudio esta relação deve ser maior que (50 db). Considerando os limites em largura de faixa e S/R, Shannon (1948) estabeleceu um limite superior para a transmissão de informação (Capacidade de canal) como sendo: onde: S C = B log 1 + N bits/s B é a Largura de Faixa S/N é a relação entre potências do sinal e do ruído (gaussiano)

35 O Decibel (db) O decibel é a ordem de grandeza da razão entre duas instâncias da mesma espécie. Por isso é adimensional (ou seja não possui unidade de medida). Quando, por exemplo, comparamos a potência de saída com a potência de entrada de um sistema de áudio, queremos saber quanto a potencia foi aumentada (ganho) ou reduzida (atenuação). Essas quantidades de Ganho ou de Atenuação podem vir a ser muito grandes ou muito pequenas. p.ex.: ou 0,00005 Para dar mais significado prático e intuitivo a esses valores, expressamos em Decibéis.

36 O Decibel (db) O Decibel é o logaritmo na base 10 da razão entre as medidas que estão sendo comparadas O Decibel surgiu da necessidade de representar números muito grandes ou muito pequenos sem a necessidade de colocar muitos "zeros". Em engenharia, o decibel é uma unidade padrão para medir os níveis relativos de corrente, tensão, e conseqüentemente medição de potência de sinais. Um sinal de menos antes do db indica uma perda (Atenuação) e um sinal de mais ou nenhum sinal antes do db indica um ganho.

37 O Decibel (db) Aspectos Introdutórios das O decibel é dado pela expressão: Lembrando que: n logb x = n b = x

38 O Decibel (db) Por exemplo um sinal é gerado com uma potência de 30W, passa por um amplificador e passa a ter uma potência de 60 W, qual foi o ganho dado pelo amplificador em db? x( decibéis) = 10 log( P P 0 ) 60 = 10 log( ) 30 = 10 log(2) x( decibéis) = 10 0,3001 = 3,00 Verificamos que o ganho oferecido pelo amplificador foi de 3 db o que representou o dobro do sinal potencia de entrada. Pela tabela ao lado podemos verificar o a representatividade de ganho para cada valor de decibel apresentado.

39 Outras unidades logarítmicas usadas em transmissão dbm O dbm é utilizado na comparação de um valor fixo de referência de potência de sistemas. O valor de referência para esta unidade é 1mW, com isso teremos um valor absoluto de potência, indicando o número de db abaixo ou acima de 1mW, ou seja, significa dizer que quando temos 0dBm teremos uma potência de 1mW. A sua equação é dada por: Potência ( em dbm) = 10log Potência ( em W ) 1mW Exemplo 1:Um amplificador tem uma potência de 20W. Qual será sua potência em dbm? Exemplo 2: A entrada de um sistema possui uma potência de 0,0004W. Qual a sua potência em dbm?

40 Outras unidades logarítmicas usadas em transmissão dbw Possui a mesmas características do dbm, contudo ao invés de utilizarmos a potência de referencia 1mW utilizaremos a potência de 1W. Sua equação é dada por: Exercício de Fixação: Potência ( em dbw ) = 10log Potência ( em W ) 1W Os sinais de rádio de um avião tinham 1mW de potência e chegaram à antena do aeroporto enfraquecidos de 58dB. Sendo que o sistema de rádio-recepção do aeroporto amplificou esses sinais para 2W, pede-se o ganho do sistema antena do n aeroporto+amplificador do aeroporto. 1 mw Perda no espaço livre - 58 db Amplificação da Antena do Aeroporto? 2W ,8 W? 91 db logb x = n b = x Antena do Avião Antena do Aeroporto

41 Aplicação do Teorema de Shannon

42 Análise de um sinal senoidal no tempo V ( t) = V sen(2π ft + ϕ) p V ( t) = 2 sen(4πft) Ciclo - uma oscilação completa; Período (segundos) - tempo que dura um ciclo; Freqüência (Hertz) - o numero de ciclos em um segundo, ou seja, inverso do período(1/t) /T); Fase (radianos) - defasagem do sinal; Amplitude (Volts) - valor máximo da forma de onda.

43 Relação entre tempo e freqüência Freqüência (Hertz) - o numero de ciclos em um segundo, ou seja, inverso do período(1/t) /T); Aspectos Introdutórios das f 1 = T Domínio do Tempo Domínio da freqüência Transformada de Fourier

44 Relação entre tempo e freqüência