1 TRANSMISSÃO EM BANDA BASE

Transcrição

1 Página 1 1 TRNSMISSÃO EM BND BSE ransmissão de um sinal em banda base consise em enviar o sinal de forma digial aravés da linha, ou seja, enviar os bis conforme a necessidade, de acordo com um padrão digial, como por exemplo a codificação mancheser, uilizada em redes locais. ransmissão digial pode ser unipolarizada ou bipolarizada, como mosra a figura abaixo, onde os iens a) e b) são unipolarizados e o iem c) é bipolarizado. a) +V 0V b) 0V -V +V c) 0V -V Uma caracerísica da ransmissão digial é que ocupa uma ala largura de banda, como foi viso na análise de sinais e ransformada de Fourier. ssim, a ransmissão banda base é muio usada quando em-se largura de banda disponível, ipo com LPCDs Problema da ransmissão banda base em linhas elefônicas Como foi viso acima, a ransmissão em banda base necessia uma ala largura de banda para ser ransmiida, porém, as linhas elefônicas possuem uma limiação de 4KHz na sua largura de banda. Enão, como fazer para ransmiir os dados aravés desas linhas? solução para ese problema é uilizar um novo conceio de ransmissão de dados, a ransmissão com modulação, cujo objeivo é ransformar o sinal digial a ser enviado em um sinal analógico denro da faixa de 4KHz, ransmiir ese sinal aravés da linha elefônica e remonar o sinal no seu desino. O equipameno que faz esa arefa é conhecido como modem, que é a conração da palavra modulador e demodulador. figura abaixo mosra um exemplo de comunicação aravés de um modem analógico. Observe que o sinal é digial enre o compuador e o modem, e analógico na linha elefônica. Sinal digial Sinal analógico Sinal digial 1 LPCD: Linha Privaiva de Comunicação de Dados

2 Página 2 ssim, para ransmissão enre cenrais públicas, a solução é uilizar modulação, como será viso a seguir. 2 TRNSMISSÃO COM MODULÇÃO modulação é a variação das caracerísicas de uma onda (denominada poradora) de acordo com oura onda ou sinal (denominado sinal modulador). O objeivo do processo de modulação é imprimir uma informação em uma onda poradora, para permiir que esa informação seja ransmiida no meio de comunicação. Na ecnologia aual, exisem dois ipos de poradora: poradora analógica (senóide) e a poradora digial (rem de pulsos). O sinal modulador pode ser analógico (como a voz) ou digial (dados). 2.1 Modulação com poradora analógica Pode-se er os seguines ipos de modulação com poradora analógica: Moduladora analógica: M (mpliude Modulaion) ou modulação em ampliude; FM (Frequency Modulaion) ou modulação em freqüência; PM (Phase Modulaion) ou modulação em fase Moduladora digial: SK (mpliude Shif Keying) ou modulação por deslocameno de ampliude; FSK (Frequency Shif Keying) ou modulação por deslocameno de freqüência; PSK (Phase Shif Keying) ou modulação por deslocameno de fase. ransmissão de dados em linhas elefônicas uilizando-se modems analógicos em como base de funcionameno a exisência de uma poradora analógica (com uma freqüência menor que 4 KHz) e uma moduladora digial (sinal que se quer ransmiir). seguir será analisado com maior profundidade a modulação SK, FSK e PSK.

3 Página Modulação SK Primeiramene deve-se monar uma abela fazendo uma equivalência enre o sinal que se deseja ransmiir e o parâmero da onda que vai ser variado (nese caso é a ampliude). Desa forma, cria-se um padrão que será impresso na poradora pelo ransmissor e raduzido pelo recepor. Por exemplo, suponha que para represenar o nível lógico "1" seja uilizada uma ampliude de 5 Vols, e para represenar o nível lógico "0" seja uilizada uma ampliude de 1 Vol. lém diso, esabeleceu-se que a freqüência da poradora seria de 2400 Hz e a cada ciclo da onda poradora seria impressa uma nova informação, ou seja, ela iria carregar um bi por ciclo de onda, ou ainda, eria possibilidade de sofrer mudança de ampliude a cada ciclo de onda. Supondo que exise a necessidade de ransmiir a seqüência de bis "101001" aravés da linha, a forma de onda resulane seria a seguine: Fp=2400 Hz Vs=2400 bps Vm=2400 bauds Observe que a cada ciclo esá sendo enviado um bi de informação digial, conforme o padrão escolhido. Desa forma, como a poradora esá a 2400 Hz, pode-se ver facilmene que esá sendo ransmiido um sinal na velocidade de 2400 bps. Observe ambém que a comunicação foi possível graças ao esabelecimeno de um padrão que seria conhecido pelo ransmissor e pelo recepor. Na práica, exisem organismos inernacionais responsáveis por deerminar os padrões que devem ser seguidos pelos fabricanes de modems. Exemplos são o ITU-T (Inernaional Telecommunicaion Union), e o EI (Eleronic Indusries ssociaion). Ouro exemplo na próxima figura (hp:// onde pode-se ver a onda quadrada equivalene, referene ao sinal.

4 Página 4 Não necessariamene a poradora carrega um bi por ciclo de onda. Na ransmissão, podese considerar que esão sendo ransmiidos SÍMBOLOS, e os símbolos podem significar um ou mais bis. Uma analogia é imaginar os símbolos como caixas, e denro dessas caixas podem ser acomodados um ou mais bis. s figuras a seguir mosram um caso onde são necessários dois ciclos de onda para ransmiir um bi, e ouro caso onde é ransmiido um bi a cada meio ciclo de onda. Observe que a ampliude e a freqüência da poradora coninuam sendo as do exemplo anerior DOIS CICLOS POR BIT Fp=2400 Hz Vs=1200 bps Vm=1200 bauds MEIO CICLO POR BIT Fp=2400 Hz Vs=4800 bps Vm=4800 bauds Não é possível imprimir uma informação em menos de meio ciclo. Porano, emos que o máximo que pode-se ransmiir da forma analisada acima é com a poradora no seu máximo (4 KHz) e dois bis impressos em cada ciclo de poradora. Temos assim um máximo possível de 8 Kbps nesse ipo de modulação. Porém, sabe-se que exisem modems que uilizam velocidades maiores que esas, como 9600 bps, ou aé 56 Kbps. Enão, como eles fazem? resposa para iso será respondida em seguida, quando se analisar modulação mulinível.

5 Página 5 Os exemplos acima mosram que a poradora varia de acordo com um padrão, podendo carregar consigo a informação digial. O número de ciclos que a poradora leva para ser modificada raz um novo conceio, que é a velocidade de modulação, cuja unidade é o baud Diferença enre baud e bps velocidade de modulação (medida em bauds) é o número de possíveis variações da onda poradora por segundo, ou seja, o número de vezes que se imprime a informação digial na onda poradora por segundo (a cada possível variação na onda poradora esá se imprimindo uma informação digial). velocidade do sinal (medida em bps), indica o número de bis efeivamene ransmiidos pelo canal de comunicação por segundo. é ese momeno, foi analisada a modulação monobi, onde a poradora carrega um bi a cada baud. Desa forma, emos que na modulação monobi o número de bauds é sempre igual ao número de bps. pós a análise de FSK e PSK, será visa a modulação mulinível, onde a cada baud (ou variação da onda poradora), pode-se imprimir mais de um bi na onda poradora Modulação FSK Nese ipo de modulação, a caracerísica da onda poradora que vai variar é a freqüência, deixando a ampliude e a fase consanes. Da mesma forma que na modulação SK, a primeira coisa a ser feia é o esabelecimeno de um padrão enre ransmissor e recepor, para que a comunicação possa ser efeuada e haja enendimeno enre eles. O padrão para o exemplo a seguir é que o bi "0" corresponda à freqüência de 1000 Hz e o bi "1" corresponda à freqüência de 2000 Hz. Na práica, normalmene a poradora fica em uma freqüência deerminada e o bi "0" corresponde a uma freqüência deerminada abaixo da poradora, e o bi "1" a uma freqüência acima da poradora. figura a seguir mosra esse ipo de modulação

6 Página Modulação PSK Na modulação PSK, a caracerísica da onda poradora que vai variar é a fase, deixando a ampliude e a freqüência consanes. Da mesma forma que na modulação SK, a primeira coisa a ser feia é o esabelecimeno de um padrão enre ransmissor e recepor, para que a comunicação possa ser efeuada e haja enendimeno enre eles. O padrão adoado na figura a seguir é que quando há uma roca do sinal digial de 1 para 0 ou de 0 para 1, invere a fase, ou seja, soma

7 Página Modulação mulinível O objeivo da modulação mulinível é ransmiir a informação com maior velocidade, e para conseguir iso é impresso mais de um bi por variação da onda poradora. Por exemplo, na modulação SK dibi, em vez de criar-se uma abela para os bis "1" e "0", cria-se uma abela de ampliudes diferenciadas para os bis "00", "01", "10", e "11". ssim, cada variação na onda poradora carrega consigo mais de um bi. figura a seguir mosra um exemplo de SK dibi, onde a seguine abela foi esabelecida como padrão enre ransmissor e recepor: "00": 2V "01": 4V "10": 6V "11": 8V lém diso, o padrão convencionou que a poradora ivesse 2400 Hz e fosse variada a cada ciclo (2400 bauds). figura a seguir ilusra a forma de onda resulane para ransmiir a seqüência de bis " ". 4 Fp=2400 Hz Vs=4800 bps Vm=2400 bauds Para aumenar mais ainda a velocidade do sinal, pode-se uilizar mais de dois bis por baud. figura a seguir mosra uma modulação ribi em ampliude e seqüência de bis " ".

8 Página Fp=2400 Hz Vs=7200 bps Vm=2400 bauds Na práica não é possível aumenar infiniamene o número de níveis para conseguir-se maior velocidade. Exisem limiações devido à incidência de ruído na linha. diane será viso o eorema de Shannon, que deermina a máxima velocidade do sinal na presença de ruídos. Oura possibilidade da modulação mulinível é uilizar um miso enre dois ipos de modulação para ransmiir o sinal. Um exemplo diso na práica é a modulação erabi QM (Quadraure mpliude Modulaion) por ampliude/fase, onde a fase varia de 30 em 30, e com duas ampliudes disinas, fazendo os 16 valores necessários à modulação erabi. figura a seguir ilusra o que foi dio. Quadrane 01 Quadrane Quadrane 10 Quadrane 11 Um ouro exemplo mais práico de ober a modulação mulinível dibi para um QPSK-4 é dado em [LN 2002], e resumido a seguir. Inicialmene, é feia uma consalação para os símbolos a serem ransmiidos, como mosra a figura a seguir. Nessa conselação, cada conjuno de dois bis represena um defasameno da onda (no caso, 45º, 135º, 225º e 315º). Essa conselação consise numa pare no eixo I e uma pare no eixo Q.

9 Página 9 parir dessa conselação, mona-se uma abela para cada símbolo, especificando a fase, o sinal e a ampliude da componene I e Q, como mosra a abela a seguir. Em seguida, a informação a ser enviada é separada em grupos de dois bis. ssim, por exemplo, a sream: Essa seqüência é enão converida para sinal polar (convere 0 para -1). Fica: E cada símbolo é separado em dois sinais separados que serão junados poseriormene. Esses canais são o I e o Q. Enviando alernadamene bis para os canais I e Q, em-se: I:

10 Página 10 Q: O sinal de I e Q é filrado para diminuir o ruído (mais dealhes em [LN 2002]). Para faciliar, será mosrado em onda quadrada (ver figura a seguir). Muliplicando o canal I pelo seno, e o canal Q pelo cosseno, em-se o resulado viso a seguir: Somando-se os dois canais, em-se o sinal a ser ransmiido, que é mosrado na figura a seguir.

11 Página 11 s formas de codificação auais são baseadas foremene em modulação por fase e ampliude, e o ipo de modulação é conhecida como TCM (Trellis Coded Modulaion). figura a seguir mosra a conselação usando TCM para o modem V.32, de 9600 bi/s, e V.32bis, de bi/s (de hp://cui.unige.ch/osg/courses/infrcom/lecures/l04-ch07-08.pp). 2.2 Referências [LN 2002] LNGTON, Charan. ll bou Modulaion, Par I. Em acesso em março de p.