Comunicação de Dados Aula 5 Transmissão Analógica
Sumário Modulação de sinais digitais Tipos de Modulação Taxa de transmissão x Taxa de modulação Modulação por amplitude Modulação por freqüência Modulação por Fase Modulação QAM Exercícios
Modulação de sinais Processo pelo qual convertemos sinais digitais em analógicos Transmissão digital necessita de um canal passa baixa e largura de banda alta Se o canal for do tipo passa banda, só podemos usar a transmissão analógica Um sinal digital possui 3 características: amplitude, freqüência e fase Se alterarmos um pouco uma dessas características o sinal resultante será diferente do sinal original Dessa forma podemos representar um bit 1 como sendo uma onda senoidal e o bit 0 como sendo uma onda modificada(fase, amplitude ou freqüência)
Processo de Modulação
Tipos de Modulação
Taxa de transmissão x Taxa de modulação Taxa de transmissão é a quantidade de bits transmitidos por 1 segundo Taxa de modulação é a quantidade de modulações por unidade de tempo, a taxa de modulação é medida em bauds Numa modulação podem estar representados um ou mais bits, dependendo da simbologia A taxa de transmissão é igual a taxa de modulação vezes a quantidade de bits que um símbolo pode representar
Exercício Resolvido 1 Um sinal analógico transporta 4 bits por símbolo. Se a linha é sinalizada (modulada) em 1000 vezes por segundo, qual vai ser sua taxa de transmissão?
Exercício Resolvido 1 Um sinal analógico transporta 4 bits por símbolo. Se a linha é sinalizada (modulada) em 1000 vezes por segundo, qual vai ser sua taxa de transmissão? Resposta: Taxa de modulação = nº de sinalizações por segundo = 1000 bauds Taxa de transmissão = tx de modulação x qde de símbolos Tx transmissão = 1000 x 4 = 4000bps ou 4kbps
Exercício Resolvido 2 A taxa de transmissão de um determinado sinal é de 3000bps, Se cada símbolo corresponde a 6 bits, qual a taxa de modulação desse sinal?
Exercício Resolvido 2 A taxa de transmissão de um determinado sinal é de 3000bps, Se cada símbolo corresponde a 6 bits, qual a taxa de modulação desse sinal? Resposta: Tx modulação = Tx transmissão / nº de bits por símbolo Tx modulação = 3000 / 6 = 500 bauds
Portadora Numa transmissão analógica o dispositivo emissor produz um sinal de alta freqüência que funciona como suporte para o sinal de informação O dispositivo receptor é sintonizado na freqüência da portadora que ele espera receber do transmissor A informação digital modula então o sinal da portadora modificando um ou mais características (amplitude, fase ou freqüência). Chamamos esse processo de shift keying e o sinal da informação de sinal modulante
Modulação por amplitude (ASK) Nessa técnica a intensidade ou amplitude do sinal da portadora variam de modo a representar a informação binária Os níveis de tensão que representam os níveis 0 e 1 dependem do sistema em questão, o tempo de bit é o intervalo de tempo que define o valor de um bit A modulação por amplitude é muito susceptível à interferências por ruídos
ASK
Largura de banda ASK A largura de banda é a faixa total de freqüência ocupada pelo espectro de freqüências No caso do ASK, apenas as freqüências entre f c - N baud /2 e f c +N baud /2 são significativas, onde F c é a freqüência central A largura de banda pode ser definida então por: BW= (1+d)x N baud, onde BW é a largura de banda em Hz, Nbaud é a taxa de modulação,e d é um fator relacionado com a modulação, com valor mínimo de 0
Exercício Resolvido 3 Determine a largura de banda de um sinal ASK que está sendo transmitido a 2000bps. O modo de transmissão é half-duplex
Exercício Resolvido 3 Determine a largura de banda de um sinal ASK que está sendo transmitido a 2000bps. O modo de transmissão é half-duplex Resposta: No método ASK não há diferenciação entre tx de modulação e tx de transmissão, assim sendo a taxa de modulação vale 2000 bauds, um sinal ASK requer uma largura de banda mínima igual à taxa de modulação, logo a largura de banda é de 2000 Hz
Exercício Resolvido 4 Dada uma largura de banda de 10 Khz ( de 1 a 11), determine a freqüência das portadoras e as larguras de bandas em cada direção. Assuma também que não existe separação entre as bandas nas duas direções.
Exercício Resolvido 4 Resposta: Para um sinal ASK full-duplex, a largura de banda para cada direção vale: BW= 10/2=5KHz As freqüências das portadores podem ser escolhidas no meio de cada banda Fc(direta)= 1+ 5/2= 3,5 KHz Fc(inversa)= 11 5/2= 8,5 KHz
Modulação por freqüência (FSK) Nesse processo a portadora tem usa freqüência fundamental alterada a fim de representar o bit o ou bit 1, a freqüência do sinal é mantida durante o intervalo do bit, mas o valor da freqüência é diferente para cada bit, tanto a amplitude como a fase permanecem iguais Na técnica FSK os problemas com ruídos diminuem uma vez que o receptor estão posicionado para captar variações específicas de freqüências Um fator limitante do FSK é a capacidade física da portadora, em termos de largura de banda
FSK
Largura de banda FSK Embora a técnica FSK represente dados pela variação entre duas portadoras é melhor trabalhar com a análise das duas faixas de freqüência existindo no mesmo canal. A largura de banda é dada pela fórmula: BW=F c1 -F c0 + N baud
Exercício Resolvido 5 Determine a largura de banda mínima para um sinal FSK a 2000 bps. Assuma que a transmissão ocorre no modo half-duplex e que as portadoras estão separadas por 3 KHz
Exercício Resolvido 5 Determine a largura de banda mínima para um sinal FSK a 2000 bps. Assuma que a transmissão ocorre no modo half-duplex e que as portadoras estão separadas por 3 KHz Resposta: Para FSK, se Fc1 e Fc0 são freqüências das portadoras, então: BW= 2000 + 3000 = 5000 Hz ou 5KHz
Exercício Resolvido 6 Determine a taxa de transmissão máxima de um sinal de largura de banda do meio vale 12 KHz e a diferença entre as portadoras é de 2 KHz. Assuma a transmissão em modo full-duplex
Exercício Resolvido 6 Determine a taxa de transmissão máxima de um sinal de largura de banda do meio, vale 12 KHz e a diferença entre as portadoras é de 2 KHz. Assuma a transmissão em modo full-duplex Resposta: Em modo full-duplex, cada direção é reservado de 6 KHz. Se fc1 e fc2 são freqüências das portadoras, então: BW= Nbaud + fc1 f c0 6= Nbaud + 2 Nbaud= 6-2 = 4000 bauds/s, a taxa de transmissão é igual a taxa de modulação, ou seja 4000 bps
Modulação por fase (PSK) Na técnica PSK a fase da portadora é variada de modo a representar os níveis 0 ou 1, Além disso a amplitude e a freqüência permanecem constantes, enquanto a fase estiver variando, se partimos do pressuposto que a fase igual a 0º representa o binário o, então podemos representar o binário 1 com uma defasagem de fase de 180º, a esse método chamamos de método 2-PSK,pois representam duas fases diferentes
PSK
PSK A modulação PSK não é susceptível às degradações provocadas por ruídos, ou as limitações de banda Podemos Aumentar a taxa de transmissão utilizando um maior número de fases para representar outros símbolos
PSK
Largura de banda PSK A largura de banda mínima PSK é igual a da largura de banda ASK, entretanto a taxa de transmissão é superiora técnica ASK, uma vez que podemos transmitir uma quantidade maior de símbolos simultaneamente
Exercício Resolvido 7 Determine a largura de banda de um sinal 4- PSK, transmitindo a 2000bps. Considere que a taxa de transmissão ocorre em modo half-duplex
Exercício Resolvido 7 Determine a largura de banda de um sinal 4- PSK, transmitindo a 2000bps. Considere que a taxa de transmissão ocorre em modo half-duplex Resposta: Para a técnica 4-PSK a taxa de modulação é a metade da taxa de transmissão. Assim a taxa de transmissão vale 1000 Hz
Exercício Resolvido 8 Dada a largura de banda de 5 KHz e um sinal de 8-PSK, quais são as taxas de modulação e de transmissão
Exercício Resolvido 8 Dada a largura de banda de 5 KHz e um sinal de 8-PSK, quais são as taxas de modulação e de transmissão Resposta: A modulação é numérica mente igual a largura de banda, isso significa que ocorrem 5000 baud/s, com a técnica 8-PSK a taxa de transmissão é 3 vezes a taxa de modulação, logo a taxa de transmissão será de 15000 bps
Modulação por quadrante (QAM) A modulação PSK é limitada a sensibilidade dos equipamentos em distinguir a mudança de fase, esse fator reduz a taxa de transmissão potencial da técnica PSK Na técnica QAM mudamos duas características ao mesmo tempo, as técnicas de ASK e PSK
QAM
QAM
Largura de banda QAM É idêntica a largura de banda do ASK e PSK
Comparação entre transmissão e Modulação Considerando um sinal FSK que transmite a 1200 bps, a taxa de transmissão será de 1200 baud/s, pois a representação nesse esquema Quando utilizamos a técnica QAM a taxa de transmissão fica maior
Comparação entre transmissão e Modulação
Exercício Resolvido 9 Determine a taxa de transmissão de um sinal modulado a 1000 bauds num sistema 16-QAM
Exercício Resolvido 9 Determine a taxa de transmissão de um sinal modulado a 1000 bauds num sistema 16-QAM Resposta: Um sinal 16-QAM transmite 4 bits por modulação, logo a taxa de transmissão é de 4 x 1000 = 4000 bps
Exercícios 1. O que é modulação digital? 2. Qual a vantagem de se utilizar a modulação em freqüência em relação a modulação em amplitude? 3. Cite 4 tipos de modulação 4. Qual a diferença entre taxa de transmissão e taxa de modulação? 5. Como é feita a modulação ASK? 6. Como é feita a modulação QAM? 7. Qual o tipo de modulação tem a deficiência no tocante a largura de banda? 8. Calcule a taxa de transmissão para um sinal 8-PSK com taxa de modulação de 2000 baud/s 9. Calcule a taxa de transmissão para um sinal 8-QAM, com taxa de modulação de 4000 baud/s 10. Calcule a taxa de modulação para os seguintes casos: 2000bps, FSK 4000bps, ASK 6000bps, 2-PSK