Modulações Digitais DIDATEC - UTT4

Modulações Digitais DIDATEC - UTT4 Wander Rodrigues CEFET MG 2008

1 SUMÁRIO Regras de Segurança 5 Lição 975: Descrição do Cartão de Prática 6 Lição 976: Modulação Digital 10 976.1 Introdução 976.2 Finalidades de uma modulação 976.3 Bit por segundo e Baud 976.4 Questões Lição 977: Geradores e Codificadores 20 977.1 Noções teóricas 977.1.1 Geradores de seqüência de dados 977.1.2 Codificação de dados 977.1.3 Codificação de 1 bit diferencial 977.1.4 Divisão em Dibit Tribit 977.1.5 Codificação Manchester 977.1.6 Extração do sinal de clock Retenção Decodificação 977.2 Exercícios 977.2.1 Seqüência de dados 977.2.2 Código Manchester 977.2.3 Codificação 1 bit diferencial 977.2.4 Código Dibit 977.2.5 Código Tribit 977.3 Questões

2 Lição 978: Modulação ASK 38 978.1 Noções teóricas 978.1.1 ASK Amplitude Shift Keying (Chaveamento por Alternância de Amplitude) 978.1.2 Modulador ASK 978.1.3 Demodulador ASK 978.2 Exercícios 978.2.1 Formas de onda do modulador ASK 978.2.2 Formas de onda do demodulador ASK 978.2.3 ASK com os dados codificados em Manchester 978.2.4 O efeito do ruído. Medida de erro nos bits 978.3 Questões Lição 979: Modulação FSK 54 979.1 Noções teóricas 979.1.1 FSK Frequency Shift Keying (Chaveamento por Alternância de Freqüência) 979.1.2 Modulador FSK 979.1.3 Demodulador FSK 979.2 Exercícios 979.2.1 Formas de onda do modulador FSK 979.2.2 Formas de onda do demodulador FSK 979.2.3 FSK com dados codificados em Manchester 979.2.4 Efeito do ruído. Medida de erro nos bits 979.3 Questões Lição 980: Modulação PSK 71 980.1 Noções teóricas 980.1.1 PSK Phase Shift Keying (Chaveamento por Alternância de Fase) 980.1.2 O modulador 2-PSK

3 980.1.3 Demodulação 2-PSK com regeneração da portadora 980.1.4 Demodulação 2-PSK com circuito Costas Loop 980.1.5 Codificação 1-bit diferencial 980.2 Exercícios 980.2.1 Formas de onda do modulador 2-PSK 980.2.2 Formas de onda do demodulador 2-PSK 980.2.3 PSK diferencial 980.2.4 Demodulação PSK com o circuito Costas Loop 980.3 Questões Lição 981: Modulação 4-PSK (I) 99 981.1 Noções teóricas 981.1.1 Modulação 4-PSK 981.1.2 O modulador 4-PSK 981.1.3 Modulação 4-PSK diferencial 981.1.4 Modulação N-fase PSK 981.2 Exercícios 981.2.1 Formas de onda do modulador 4-PSK 981.2.2 Formas de onda do modulador 4-PSK diferencial 981.3 Questões Lição 982: Modulação 4-PSK (II) 114 982.1 Noções teóricas 982.1.1 Demodulação 4-PSK 982.1.2 Regeneração da portadora 982.1.3 Demodulador 4-PSK 982.2 Exercícios 982.2.1 Formas de onda do demodulador 4-PSK 982.2.2 4-PSK diferencial 982.2.3 Diagrama de constelação e efeito do ruído

4 Lição 983: Modulação QAM 128 983.1 Noções teóricas 983.1.1 Modulação em amplitude em quadratura - QAM (Quadrature Amplitude Modulation) 983.1.2 Modulador 8-QAM 983.1.3 Demodulador 8-QAM 983.2 Exercícios 983.2.1 Formas de onda do modulador 8-QAM 983.2.2 Formas de onda do demodulador 8-QAM 983.2.3 8-QAM diferencial 983.2.4 Diagrama de Constelação e Efeito do ruído Lição 984: Transmissão de Dados 146 984.1 Noções teóricas 984.1.1 Interface V24 / RS232C 984.1.2 Estabelecendo uma conexão para a Transmissão de Dados 984.2 Exercícios 984.2.1 Transmissão para Computador Pessoal 984.2.2 Transmissão de dados síncrona VOLUME 2/2: MANUAL DE SERVIÇO Circuitos 155

5 REGRAS DE SEGURANÇA Mantenha esse manual a mãos para qualquer tipo de ajuda. Para as características do carão de prática refira-se ao Volume 1 / 2 relacionado ao respectivo cartão de prática. Após a embalagem ter sido removida, coloque todos os acessórios em ordem de modo que eles não se percam. Verifique se o equipamento está íntegro e não a- presenta danos visíveis. Antes de conectar a fonte de alimentação de +/- 12 V ao cartão de prática, assegurem-se de que os cabos de energia estão adequadamente conectados à fonte de alimentação. Esse equipamento deve ser empregado apenas para o uso que foi idealizado, isto é, como um equipamento educacional, e deve ser utilizado sob a supervisão direta de pessoal qualificado. Qualquer outra utilização não adequada é, por essa razão, perigosa. O fabricante não pode ser responsabilizado por qualquer dano devido a uma utilização inadequada, errada ou excessiva.

DIDATEC Lição 975: Descrição do Cartão de Prática 6 Lição 975: Descrição do Cartão de Prática O cartão UTT4 (FIG. 975.1) está dividido nas seguintes seções: Gerador de dados: Gerador de seqüência cíclica com 24-bits de comprimento e seqüência pseudo aleatória ou casual com 64-bits de comprimento. A velocidade dos dados é de 300 bit/s mo modo Manchester e 600 bit/s no modo Bit, 1.200 bit/s no modo Dibit, 1.800 bit/s no modo Tribit; Chave de dados assíncronos ou síncronos; Interface de dados V24 / RS232C. Formatação dos dados e timing: Codificador/decodificador NRZ-Manchester; Codificador/decodificador Dibit e Tribit; Codificador diferencial: 1-bit e 2-bit. Geradores de portadoras: Portadora senoidal de 1.800 Hz, 1.200 Hz/0 o e 1.200 Hz / 90 o. Moduladores: ASK, FSK, 2-PSK, 4-PSK, QAM: as modulações são geradas com o emprego de 2 moduladores balanceado.

DIDATEC Lição 975: Descrição do Cartão de Prática 7 Simulador de Canal: Linha artificial com ajuste de atenuação; Gerador de ruído com ajuste de amplitude. Regeneração da portadora: No modo 2-PSK é gerada uma portadora 1.200 Hz; nos modos 4-PSK e QAM são geradas 2 portadoras de 1.200 Hz deslocadas entre elas de 90 o ; Demoduladores: Demoduladores ASK e FSK; Demodulador 2-PSK com regeneração da portadora e Costas Loop; Demoduladores 4-PSK e 8-QAM. Recuperação de clock e retenção de dados: Regenerador de dados de clock; Retenção dos sinais I, Q e C ; Circuitos conformadores (thresold) para forma de onda quadrada dos sinais I, Q, C e para asynchronous data (RD) dados assíncronos. Contador de erros: Contador de erro dos bits. Ele compara a seqüência de dados de 64-bits transmitida com a mesma seqüência localmente regenerada na recepção.

DIDATEC Lição 975: Descrição do Cartão de Prática 8 O cartão de prática é alimentado com ± 12 V por meio do conector B (FIG. 975.1) ou por um cabo simples (único) O conector A deve ser conectado em um dos conectores da Unidade FIP Individual Control & Failures (Unidade de controle e inserção de falhas ou defeito) (veja o Service Handbook, Volume 2/2). As chaves S (se presentes) são utilizadas para introduzirem falhas ou defeitos na operação dos circuitos, e são ativadas segundo o que está descrito durante os exercícios. Recomenda-se colocar todas as chaves S em OFF (desligada) no início de cada exercício.

DIDATEC Lição 975: Descrição do Cartão de Prática Figura 975.1 Diagrama de blocos do cartão de prática UTT3. 9

DIDATEC Lição 976: Modulações Digitais 10 Lição 976: Modulações Digitais Objetivos: Introduzir as modulações digitais ASK, FSK, PSK e QAM; Descrever porque e quais as modulações digitais são empregadas; Descrever a diferença entre bit/segundo e BAUND. Material: Unidade base para o sistema MSU (mod. EP4 fonte de energia, cartão proprietário, mod. FIP Unidade de controle e de inserção de defeitos); UTT4 Cartão de prática 976.1 Introdução Em muitos sistemas de comunicações digitais, cabos ( como em modem para a transmissão de dados) ou um rádio (por exemplo em pontes de rádios digitais, sistemas de telefone celular GSM, TV digital,...) o sinal de dados modula uma portadora senoidal. As modulações mais empregadas são: ASK (Chaveamento por alternância de amplitude): o sinal de dados modula a amplitude de uma portadora senoidal; FSK (Chaveamento por alternância de freqüência): o sinal de dados modula a freqüência de uma portadora senoidal; PSK (Chaveamento por alternância de fase) o sinal de dados modula a fase de uma portadora senoidal. O PSK apresenta tipos diferentes: 2 fases ou binária (2-PSK ou BPSK); 4 fases ou em quadratura (4-PSK ou QPSK);

DIDATEC Lição 976: Modulações Digitais 11 8 ou 16 fases (8-PSK, 16-PSK) absoluta ou diferencial; QAM (Modulação em amplitude em quadratura): o sinal de dados modula a fase e a amplitude de uma portadora senoidal. Figura 976.1 Modulações digitais. 976.2 Finalidades de uma modulação Sinal NRZ Nos sistemas de comunicação digital, os bits de dados são representados por meio de um sinal elétrico. O mais simples deles empregam dois níveis para representar o digito binário 0 e 1, por exemplo, +5V para o 1 e 0V para o 0. Freqüentemente um nível é deixado fixo para a duração de um bit e, assim, neste caso, nós chamamos de formato NRZ (não retorna a zero). A forma de onda de um sinal NRZ, assim, é uma seqüência de pulsos retangulares de maneira casual (aleatória), com um espectro de potência contínuo. (Fig. 976.2).

DIDATEC Lição 976: Modulações Digitais 12 Figura 976.2 Sinal digital NRZ. Canal com banda limitada Considere, por exemplo, uma transmissão de dados (digital) através de uma linha telefônica. Como o espectro de um sinal de dados começa na freqüência zero (componente DC) e usualmente supera os 3.400Hz, a transmissão desse sinal em um canal com banda limitada (tal como o sinal do telefone) não será possível de acontecer. Observe que as freqüências que podem ser transmitidas em um canal telefônico estão dentro da faixa de 300 a 3.400 Hz (banda da voz). Considere o sinal elétrico associado a um sinal de dados que você possa ver, isto é, um sinal que alterne os bits 1/0 existe uma onda quadrada com freqüência igual à metade da velocidade de transmissão. Suponha que você deseja transmitir dados 1/0 alternados a uma velocidade de 9.600 bit/s (Fig. 976.3), você utilizará uma onda quadrada com freqüência de 4.800 Hz. Segundo a teoria de Fourier, uma onda quadrada é composta pela soma de várias ondas senoidais: a fundamental, o terceiro harmônico, o quinto harmônico e todos os próximos harmônicos ímpares. Se o sinal de dados a 9.600 bit/s fosse aplicado diretamente em uma linha telefônica pública, não teríamos nenhum sinal na outra extremidade desta linha, como todo as componentes do

DIDATEC Lição 976: Modulações Digitais 13 espectro desse sinal seriam eliminados pelo efeito de filtragem dessa mesma linha. A conexão não será estabelecida a menos que as informações dos dados estejam dentro da faixa ou banda de voz. Figura 976.3 Transmissão de um sinal de dados em um canal com banda limitada. Diferentes técnicas de modulação são empregadas para se chegar a um espectro casado, entre o sinal de dados, que sendo digital apresenta um espectro muito grande, convertido em um sinal analógico com maiores restrições de espectro. Nesse caso da transmissão empregando uma linha telefônica pública, os equipamentos preparados para exercer essa função são os Modems que transladam o sinal de dados para a faixa ou banda da linha telefônica. Eles empregam as seguintes modulações: ASK (Amplitude Shift Keying - Chaveamento por alternância de amplitude): são raras as aplicações em muito baixa velocidade; FSK (Frequency Shift Keying Chaveamento por alternância de freqüência): até de 1.200 b/s; PSK (Phase Shift Keying Chaveamento por alternância de fase): até 4.800 b/s

DIDATEC Lição 976: Modulações Digitais 14 QAM (Quadrature Amplitude Modulation Modulação em amplitude em quadratura): até 9.600 b/s no modo normal, acima de 33.600 b/s com codificação de dados em treliça (trellis). Nesse caso Trellis Coded Modulation TCM. 976.3 Bit por segundo e Baud No caso mais simples de modulação digital, cada símbolo binário (bit) corresponde a um símbolo analógico, isto é, um estado de modulação será gerado pelo modulador. A FIG. 976.4 apresenta um exemplo de modulação PSK com duas fases, no qual cada bit 0 corresponde a um sinal com uma determinada fase e o bit 1 corresponde ao mesmo sinal com a fase contrária ou oposta. Figura 976.4 Transmissão de 1 bit por segundo (Baud = bit/s) Quando aumenta o fluxo de dados, para preservar o espectro do sinal modulado dentro da largura de faixa ou banda do canal telefônico deve-se reduzir a freqüência do sinal modulante, isto é, reduzir a velocidade com a qual o sinal de dados modula a portadora. Uma das técnicas empregada é dividir o fluxo de dados em grupos com um número maior de bits (2, 3, 4, etc.) antes da modulação e não modular cada bit em separado, mas o correspondente de cada grupo de bits (essa técnica é conhecida como Modulação multi-nível Multi-level modulation ). Cada estado da modulação (ou símbolo ) é empregado para transferir todo o grupo de bits. A

DIDATEC Lição 976: Modulações Digitais 15 Figura 976.5 apresenta um exemplo de modulação 4-fase PSK, na qual os quatro símbolos analógicos (portadora com fase de 0 o, 90 o, 180 0, 270 o ) são gerados pelo mesmo número de combinações de grupos de 2-bits (00, 01, 11, 10). Figura 976.5 Transmissão de 2 bits por símbolo. (Baud bit/s). É fácil de entender que a freqüência do sinal modulante é menor desta forma, contribuindo para a redução do espectro de freqüência do sinal modulado. Dois conceitos diferentes de velocidade são obtidos: velocidade da informação digital (dados) e velocidade da informação analógica (símbolos transmitidos por meio da modulação). Essas velocidades são definidas com termos diferentes: Bit/s: é a velocidade de transmissão da informação binária, e é dada pelo número de elementos binários (bit) transmitidos na unidade de tempo (1 segundo). BAUD: é a velocidade de modulação (ou dos símbolos), e é identificada pelo número de estados do sinal modulado (símbolos) enviados na unidade de tempo.

DIDATEC Lição 976: Modulações Digitais 16 Se a velocidade do fluxo de dados F b é dividida por n bits do grupo, o Baud é igual a F b /n. Se n=1 (modulação feita bit por bit) a velocidade de transmissão e o Baud coincidem. 976.4 - Questões Q1 Qual das seguintes modulações é empregada para a transmissão do sinal digital via portadoras analógicas? Grupo A B 1 4 FSK (Chaveamento por alternância de freqüência); PSK (Chaveamento por alternância proporcional); ASK (Chaveamento por alternância de amplitude); TCM (Modulação utilização a codificação Trellis); QAM (Modulação em amplitude em quadratura). 2 5 FSK (Chaveamento por alternância de freqüência); PSK (Chaveamento por alternância de fase); ASK (Chaveamento por alternância de amplitude); TCM (Modulação utilização a codificação Trellis); QAM (Modulação em amplitude em quadratura); PCM (Modulação por código de pulso); PAM ( Modulação pela amplitude do pulso). 3 1 ASK (Chaveamento por alternância de amplitude); FSK (Chaveamento pela freqüência superior); PSK (Chaveamento pela fase superior); TCM (Modulação utilização a codificação Trellis); QAM (Modulação em amplitude em quadratura). 4 2 FSK (Chaveamento por alternância de freqüência); PSK (Chaveamento por alternância de fase); ASK (Chaveamento por alternância de amplitude); TCM (Modulação utilização a codificação Trellis); QAM (Modulação em amplitude em quadratura). 5 3 FSK (Chaveamento por alternância de freqüência); PSK (Chaveamento

DIDATEC Lição 976: Modulações Digitais 17 por alternância de fase); ASK (Chaveamento por alternância assíncrono); TCM (Modulação utilização a codificação Trellis); QAM (Modulação em amplitude em quadratura). Q2 Quais são as principais finalidades da modulação digital? Grupo A B 1 2 Para casar o espectro do sinal digital (dados) para o amplificador de transmissão; para transladar o espectro do sinal digital dentro da largura de faixa do canal de comunicação. 2 3 Para transladar o espectro do sinal digital dentro da largura de faixa do canal de comunicações; para casar o espectro do sinal digital ao canal de comunicação. 3 4 Para amplificar o sinal digital antes da transmissão; para transladar o espectro do sinal digital dentro da largura de faixa do canal de comunicação. 4 5 Para casar a amplitude do sinal digital à sensibilidade do amplificador de transmissão; para transladar o espectro do sinal digital dentro da largura de faixa do canal de comunicação. 5 1 Para transladar o espectro do sinal digital dentro da largura de faixa do canal de comunicação; para remover os erros na recepção.

DIDATEC Lição 976: Modulações Digitais 18 Q3 A duração de um bit de um sinal de dados NRZ é de 104 μs. Qual é a velocidade de transmissão? Grupo A B 1 5 10.400 bit/s 2 6 4.800 bit/s 3 4 10.400 Baud 4 3 9.600 Baud 5 1 9.600 bit/s 6 2 14.000 bit/s Q4 As seguintes sentenças referem-se ao Baud. Qual delas é verdadeira? Grupo A B 1 4 Ele determina a velocidade de transmissão de dados (Baud Rate); em um sistema 2-PSK ele refere-se à velocidade de dados (bit/s), também; se a velocidade de transmissão é de 9.600 bit/s e os dados são divididos em grupos de 2 bits, existem 2.400 Baud. 2 3 Ele determina a velocidade de transmissão de dados (Baud Rate); em um sistema n-psk ele refere-se à velocidade de dados (bit/s), também; ele determina a velocidade de modulação; se a velocidade de transmissão é de 9.600 bit/s e os dados são divididos em grupos de 2 bits, existem 2.400 Baud. 3 2 Ele determina a velocidade dos símbolos; ele determina a velocidade de modulação; em um sistema 2-PSK ele é um número que refere-se a ve-

DIDATEC Lição 976: Modulações Digitais 19 locidade de dados (bit/s), também; se a velocidade de transmissão é de 9.600 bit/s e os dados estão divididos em grupos de 4 bits, existem 2.400 Baud. 4 1 Ele determina a velocidade dos símbolos; em um sistema n-psk ele é um número que refere-se a velocidade de dados (bit/s), também; se a velocidade de transmissão é de 9.600 bit/s e os dados estão divididos em grupos de 4 bits, existem 2.400 Baud. Q5 Um fluxo de dados é transmitido a 4.800 bit/s empregando uma modulação 8-PSK (8 estados de modulação). Quantos bits são transmitidos em cada símbolo e qual é a velocidade dos símbolos (Baud)? Grupo A B 1 3 600 bits por símbolos; 8 Baud. 2 4 3 Baud; 1.200 bits por símbolo. 3 1 3 bits por símbolo; 1.200 Baud. 4 5 3 Baud; 1.600 bits por símbolo. 5 2 3 bits por símbolo; 1.600 Baud.

DIDATEC Lição 977: Geradores e Codificadores 20 Lição 977: Geradores e Codificadores Objetivos: Descrever as fontes de dados disponíveis no cartão; Descrever a codificação diferencial; Descrever a divisão de bits em Dibit e Tribit; Descrever a codificação Manchester. Material: Unidade base para o sistema MSU (mod. EP4 fonte de energia, cartão proprietário, mod. FIP Unidade de controle e de inserção de defeitos); UTT4 Cartão de prática Osciloscópio 977.1 Noções teóricas 977.1.1 Geradores de seqüência de dados Clock de transmissão Os bits de uma seqüência de dados são gerados em uma velocidade determinada pelo clock de transmissão (TX CL ponto de teste TP3). Ele é um sinal de onda quadrada, sincronizado com o sinal de dados e com a borda caindo no meio do intervalo do bit (Fig. 977.1). A velocidade dos dados depende da codificação/modulação (Manchester, Bit, Dibit, Tribit) empregada, e é automaticamente selecionada pelo jumper J1. Ela é de 300 bit/s no modo Manchester, 600 bit/s no modo Bit, 1.200 bit/s no modo Dibit, 1.800 bit/s no modo Tribit. A velocidade dos bits são variadas para adequar a mesma velocidade de símbolos (600 Baud) na linha (veja capítulo 976.3).

DIDATEC Lição 977: Geradores e Codificadores 21 Seqüência de 24 bits O gerador fornece uma seqüência de dados de 24 bits NRZ (TP4, veja exemplo Fig. 977.1); Os dados são sincronizados com o clock de transmissão (TP3). Os bits são programáveis um por um através das chaves 1-24. A seqüência começa pressionando o botão START, e repete ciclicamente. Seqüência de 64 bits pseudo casual O gerador fornece uma seqüência de dados NRZ chamada pseudo casual ou pseudo aleatória, que contém 32 0 e 32 1. A forma de onda de uma seqüência de 64 bits é apresentada na Fig. 977.1. Os bits são sincronizados com o clock de transmissão. A seqüência de dados é iniciada pressionando o pushbutton START, e repete ciclicamente. Dados externos É possível selecionar uma fonte de dados externa: Síncrono: entrada de dados TP2, no formato TTL. Eles podem ser sincronizados pelo clock de transmissão no ponto TP1; Assíncrono: entrada de dados TP2 (no formato TTL) ou através do conector RS232 (no formato V24/RS232C). Figura 977.1 Clock de transmissão e seqüências de dados.

DIDATEC Lição 977: Geradores e Codificadores 22 977.1.2 Codificação de dados Num sistema padrão de comunicação digital, os dados (informação) fornecida pela fonte pode ter um certo processamento (ou codificação) antes de ser aplicado ao modulador e depois transmitido (Fig. 977.2). As razões para que o sinal de dados seja codificado são muitas: Para facilitar a recepção demodulação, especialmente no caso do PSK ou da modulação QAM; Para separar o fluxo de dados em grupos de bits maiores (Dibit, Tribit,...) antes de transportar a modulação multi-nível (PSK com 4 ou mais fases, QAM); Para assegurar a adequada regeneração do bit de tempo (clock) na recepção; Para introduzir a compressão de dados ou o algoritmo de correção de erros; Para explorar o melhor da largura de faixa do canal de transmissão. Daqui por diante nós examinaremos: A codificação diferencial de 1 bit, que facilita a demodulação de sinais PSK; A subdivisão do fluxo de dados em grupos de 2 bits (Dibit) e de 3 bits (Tribit), para transportar 4 fases em PSK e 8 níveis em QAM, no formato absoluto ou diferencial; A codificação Manchester: ela é um dos muitos códigos empregados para assegurar a regeneração adequada do sinal de clock na recepção. 977.1.3 Codificação de 1 bit diferencial Nos sistemas PSK (Capítulo 980.1.5) a demodulação é realizada pela comparação da fase instantânea do sinal PSK com uma referência de fase absoluta localmente regenerada no receptor. A modulação é denominada, nesse caso, PSK Absoluto. A maior dificuldade desse sistema está na necessidade de manter a fase da portadora regenerada perfeitamente constante. Esse problema é resolvido

DIDATEC Lição 977: Geradores e Codificadores 23 com a modulação PSK diferencial, como a informação não está contida na fase absoluta da portadora modulada, mas na diferença de fase entre os dois próximos intervalos da modulação (símbolos). Figura 977.2 Sistema de comunicação digital padrão. Antes de entrar no modulador PSK os bits dos dados são codificados como descrito a seguir: o codificador inverte o bit de saída (n+1) se o bit de entrada (n) é 1, e mantém a mesma saída se o bit de entrada (n) for um 0. Em outras palavras, o bit 1 é codificado como uma variação no dado de saída. Um exemplo do código diferencial é apresentado na Fig. 977.3. Figura 977.3 Codificação de 1 bit diferencial.

DIDATEC Lição 977: Geradores e Codificadores 24 977.1.4 - Divisão em Dibit Tribit Dibit Nos sistemas de transmissão 4-PSK (lição 981-982), a portadora senoidal adquire 4 valores de fase, separada em 90 o e determinada pela combinação de pares de bits (Dibit) do sinal binário de dados. Os dados são codificados em Dibit por um circuito que gera (Fig. 977.4): um sinal de dados I (Em fase In_phase) consistindo em níveis de tensão correspondente ao valor do primeiro bit do par em consideração, por um período igual a um intervalo de 2 bits; um sinal de dados Q (Em quadratura in-quadrature) consistindo em níveis de tensão correspondentes ao valor do segundo bit do par, para uma duração igual a um intervalo de 2 bits. Figura 977.4 Divisão em Dibit. Tribit Em um sistema de comunicação 8-QAM (lição 983), a portadora senoidal adquire 4 valores de fase e dois valores de amplitude, determinado pela combinação de rês bits (Tribit) do sinal binário de dados. Os dados são codificados em Tribit por um circuito gerando (Fig. 977.5): um sinal de dados I (Em fase - In_phase) consistindo de níveis de tensão correspondentes ao valor do primeiro bit dos três bit considerados, para uma duração igual a um intervalo de 3 bits;

DIDATEC Lição 977: Geradores e Codificadores 25 um sinal de dados Q (Em quadratura in_quadrature) consistindo de níveis de tensão correspondentes ao valor do segundo bit dos três bits considerados, para uma duração igual a um intervalo de 3 bits; um sinal de dados C (Controle Control) consistindo de níveis de tensão correspondentes ao valor do terceiro bit dos três bits considerados, para uma duração igual a um intervalo de 3 bits. Figura 997.5 Divisão em Tribit. Os sinais I e Q determinam à fase da portadora modulada e o sinal C determina a amplitude. Dibit Diferencial Em um sistema de comunicação 4-PSK diferencial (Capítulo 981.1.2), a fase de uma portadora senoidal é modificada em 0 o, 90 o, 180 o e 270 o em função de um par de bits dos dados (Dibit). O modulador é o mesmo empregado para a geração do 4-PSK absoluto. Antes de entrar no modulador os dados são codificados para gerar dois sinais diferenciais, que nós podemos chamá-los de I D e Q D. Eles consideram as variações de um par de bits, em relação ao par logo a frente deles, para gerar propriamente a alternância de fase da portadora.

DIDATEC Lição 977: Geradores e Codificadores 26 977.1.5 Codificação Manchester Em um sistema de comunicação digital, os bits de dados são freqüentemente representados no formato NRZ. Na recepção o sinal ;e lido em momentos particulares para determinar se os dados começam em 0 ou em 1. A leitura, ou amostragem, deve ser executada a cada intervalo do bit, e deve ser sincronizada com o sinal de dados. Em sistemas particulares o sincronismo para executar a amostragem adequada é transmitido separadamente dos dados, e em muitos casos ele é extraído do mesmo sinal de dados, por um circuito regenerador de clock (por exemplo, executado com um PLL Phase Locked Loop). Se os dados transmitidos contêm longas seqüências de 0 ou de 1, torna-se difícil ou impossível de extrair o clock na recepção, como a componente espectral que habilita o laço do PLL estará ausente no sinal de dados. (Fig. 977.6a). Para resolver esse problema os dados NRZ são adequadamente codificados antes de serem transmitidos, de modo a introduzir alternâncias na forma de onda do sinal (Fig. 997.6b). Um dos códigos mais empregados para essa proposição é o código Manchester, que insere uma transição no centro do intervalo de bit. Se o dado NRZ é 1 tem-se uma transição de nível alto para baixo, se é o dado 0 a transição será de nível baixo para alto (Fig. 977.7). Na prática, existe a transmissão de um período de clock direto se o bit é 1, de um período de clock negado se o bit for 0. Dessa forma, o sinal que chega no PLL (na recepção) sempre contém alternâncias, facilitando a extração do sinal de clock.

DIDATEC Lição 977: Geradores e Codificadores 27 Figura 977.6 Dado NRZ (a) dado codificado (b) Transmissão/Recepção. Figura 977.7 Formas de onda da codificação Manchester. 977.1.6 - Extração do sinal de clock Retenção Decodificação Extração do sinal de clock Na recepção, o sinal de clock empregado para reter o sinal de dados demodulado é obtido a partir de um circuito Clock Recovery circuito de Recuperação de Clock (Fig. 977.8). Ele proporciona um sinal de clock regenerado partindo de: um sinal simples I, no caso da transmissão utilizando o código binário (isto é, ASK, FSK ou 2-PSK); uma combinação dos sinais I e Q, no caso da transmissão utilizando a codificação Dibit ou Tribit (isto é, 4-PSK ou 8-PSK).

DIDATEC Lição 977: Geradores e Codificadores 28 Segundo o tipo de modulação empregada e a velocidade de transmissão dos bits, o circuito Clock Recovery fornecerá três tipos diferentes de tempos ou freqüências: 600 Hz (CK600, TP32); 1.200 Hz (CK1200, TP33); 1.800 Hz (CK1800, TP34). A adequada extração do clock será facilitada se os dados forem codificados empregando o código Manchester antes da transmissão (veja os exercícios nas lições 978-979). Retenção Um clock de 600 Hz obtido através do circuito Clock Recovery é empregado para reter os símbolos recebidos. (sinais I, Q e C, dependendo do tipo de modulação empregado). Nesse painel, a velocidade dos símbolos é mantida constante em 600 Baud. No caso de uma transmissão assíncrona, os dados recebidos não são retidos, mas apenas assumem a forma quadrada através de um circuito de limitação (thresold limiar) (saída TP29, veja os exercícios nas lições 978-979). Decodificação A decomposição dos dados, função complementar àquela introduzida na transmissão (Manchester, Diferencial, Dibit, Tribit), é realizada pela seção Data Decoding Decodificador de dados. Os dados decodificados são disponibilizados através do TP9, e o clock relacionado está disponível no TP10. 977.2 - Exercícios Desconecte todos os jumpers do painel UTT4; Insira o código da Lição, 977 em FIP.

DIDATEC Lição 977: Geradores e Codificadores 29 977.2.1 - Seqüência de Dados Energize o painel ligando a(s) fonte(s) de alimentação; Faça os seguintes ajustes nos circuito: J1c, SW2 = Normal, SW3 = 24 bit; Ajuste a seqüência cíclica de dados: 11001000 (repita a seqüência nas três chaves Dip Switch) e acione o botão START; Figura 977.8 Recuperação do Clock e Retenção de dados. Conecte o osciloscópio em TP4 (saída da seqüência de dados) e em TP3 (sinal de clock); Observe as formas de ondas da seqüência de dados e do sinal de clock.

DIDATEC Lição 977: Geradores e Codificadores 30 Q1 O que se observa? Grupo A B 1 3 Os Dados estão sincronizados com o clock; existem 2 períodos de clock para cada Bit; os Bits estão separados por um curto intervalo de tempo em zero Volts. 2 1 Os Dados não estão sincronizados com o clock; existe 1 período de clock para cada Bit; não existe separação entre os Bits. 3 4 Os Dados estão sincronizados com o clock; existe 1 período de clock para cada Bit; a borda de descida do clock está no meio do intervalo do Bit; não existe separação entre os Bits. 4 2 Os Dados estão sincronizados com o clock; existe 1 período de clock para cada Bit; a borda de subida do clock está no meio do intervalo do Bit; não existe separação entre os Bits. Q2 Em que velocidade os dados fluem? Grupo A B 1 6 1,2 kbit/s, correspondendo a 1667μs a duração de um bit. 2 5 9.600 bit/s, correspondendo a 104 μs a duração de um bit. 3 1 19.200 bit/s, correspondendo a 52 μs a duração de um bit. 4 4 60.000 bit/s, correspondendo a 16 μs a duração de um bit. 5 2 64 kbit/s, correspondendo a 16 μs a duração de um bit. 6 3 600 bit/s, correspondendo a 1667 μs a duração de um bit.

DIDATEC Lição 977: Geradores e Codificadores 31 977.2.2 - Código Manchester Ajuste o circuito para o Código Manchester (J1d, SW2 = Normal, SW3 = 24 bit); Ajuste uma seqüência cíclica de dados 11000000 (repita a seqüência nas três chaves Dip Switch) e pressione o botão START; Observe as formas de ondas do sinal de clock (TP3), a seqüência de dados (TP4) e o sinal codificado (TP6). Q3 A partir das observações anteriores, pode-se afirmar que: Grupo A B 1 3 O Datum 0 está codificado com 1 período de clock direto; o Datum 1 está codificado com 1 período de clock negado. 2 1 O Datum 0 está codificado com 1 período de clock (direto ou negado); o Datum 1 está codificado num intervalo de 1 bit alternadamente alto e baixo. 3 4 O Datum 1 está codificado com 1 período de clock (direto ou negado); o Datum 0 está codificado num intervalo de 1 bit alternadamente alto e baixo. 4 2 O Datum 1 está codificado com 1 período de clock; o Datum 0 está codificado com 1 período de clock negado. 977.2.3 - Codificação 1 bit Diferencial Ajuste o circuito para o modo Bit e Diferencial (J1c, SW2=Diferencial, SW3 = 24 bit);

DIDATEC Lição 977: Geradores e Codificadores 32 Ajuste uma seqüência de dados com todos os bits em 0 e pressione o botão START. Observe as formas de ondas do sinal de clock (TP3), da seqüência de dados (TP4) e do sinal codificado (TP6); Ajuste agora uma seqüência de dados com todos os bits em 1 e pressione o botão START. Observe as formas de ondas do sinal de clock (TP3), da seqüência de dados (TP4) e do sinal codificado (TP6); Q4 A partir das observações anteriores, pode-se afirmar que: Grupo A B 1 3 O bit 1 está codificado com 1 período de clock direto; o bit 0 está codificado com 1 período de clock negado. 2 1 O bit 0 está codificado com 1 período de clock; o bit 1 com um intervalo de 1 bit, alternadamente alto e baixo. 3 4 O bit 0 está codificado com 1 nível baixo no intervalo do bit; o bit 1 está codificado com 1 intervalo de bit, alternadamente alto e baixo. 4 2 O bit 1 está codificado com 1 nível alto no intervalo do bit; o bit 0 está codificado com 1 intervalo de bit, alternadamente alto e baixo. 977.2.4 - Código Dibit Ajuste o circuito para o modo Dibit e Normal (J1b, SW2 = Normal, SW3 = 24 bit); Ajuste uma seqüência cíclica de dados 10101010 (repita a mesma seqüência nas 3 chaves Dip Switches) e pressione o botão START; Observe as formas de ondas do sinal de clock (TP3), da seqüência de dados (TP4); o sinal I (TP6) e o sinal Q (TP7). Observou-se o sinal I sempre em nível alto e o sinal Q sempre em nível baixo;

DIDATEC Lição 977: Geradores e Codificadores 33 Ajuste agora a seqüência 10010000.00000000.00000000 e pressione o botão START. Observe as formas de ondas do sinal de clock (TP3), a seqüência de dados (TP4), o sinal I (TP6) e o sinal Q (TP7). (os sinais I e Q estão atrasados de 3,5 períodos do clock em relação ao sinal de dados). Q5 A partir das observações anteriores, pode-se afirmar que: Grupo A B 1 4 O sinal I consiste em níveis de tensão correspondentes ao valor do primeiro bit de cada par de bits, para uma duração igual a 2 intervalos de bit. O sinal Q consiste em níveis correspondentes ao valor do segundo bit, para um período igual a 2 intervalos de bit. 2 1 O bit 0 está codificado com 1 período de clock (direto e negado); o bit 1 está codificado com 1 intervalo de bit alternadamente alto e baixo. 3 2 O sinal Q consiste em níveis de tensão correspondente aos valores do primeiro bit de cada par, para um período igual ao intervalo de 2 bits. O sinal I consiste em níveis de tensão correspondente ao valor do segundo bit, para um período igual ao intervalo de 2 bits. 4 3 O sinal I consiste em níveis de tensão correspondente aos valores do primeiro bit de cada par, para uma duração igual ao intervalo de 3 bits. O sinal Q consiste em níveis de tensão correspondente ao valor do segundo bit, para um período igual ao intervalo de 3 bits. 977.2.5 - Código Tribit Ajuste o circuito para o modo Tribit e Normal (J1a, SW2 = Normal, SW3 = 24 bit);

DIDATEC Lição 977: Geradores e Codificadores 34 Ajuste uma seqüência de dados 101.101.101.101.101.101.101.101 e pressione o botão START; Observe as formas de ondas do sinal de clock (TP3), a seqüência de dados (TP4), o sinal I (TP6), o sinal Q (TP7) e o sinal C (TP8). Os sinais I e Q sempre estão em nível alto, o sinal Q está sempre em nível baixo; Ajuste agora a seqüência de dados 10101000.00000000.00000000 e pressione o botão START. Observe as formas de onda do clock (TP3), a seqüência de dados (TP4), o sinal I (TP6), o sinal Q (TP7) e o sinal C (TP8) (os sinais I, Q e C estão atrasados de 5,5 períodos do clock em relação ao sinal de dados). Q6 A partir das observações anteriores, pode-se afirmar que: Grupo A B 1 4 O sinal I consiste em níveis de tensão correspondente ao valor do primeiro bit de cada par, para uma duração igual a 2 intervalos de bit. O sinal C consiste em níveis de tensão correspondente ao valor do segundo bit, para um período igual a 2 intervalos de bit. 2 1 O sinal I consiste em níveis de tensão correspondente ao valor do primeiro bit do grupo de três bits, para uma duração igual a 2 intervalos de bit. O sinal Q consiste em níveis de tensão correspondente ao valor do segundo bit, para um período igual a 2 intervalos de bit. O sinal C consiste em níveis de tensão correspondente ao valor do terceiro bit, para uma duração igual a 2 intervalos. 3 2 O sinal Q consiste em níveis de tensão correspondente ao valor do primeiro bit de cada par de bits, para uma duração igual a 2 intervalos de bit. O sinal I consiste em níveis de tensão correspondente ao valor do segundo bit, para um período igual a 2 intervalos de bit.

DIDATEC Lição 977: Geradores e Codificadores 35 4 5 O sinal I consiste em níveis de tensão correspondente ao valor do primeiro bit do grupo de três bits, para uma duração igual a 3 intervalos de bit. O sinal C consiste em níveis de tensão correspondente ao valor do segundo bit, para um período igual a 3 intervalos de bit. 5 3 O sinal I consiste em níveis de tensão correspondente ao valor do primeiro bit do grupo de três bits, para uma duração igual a 3 intervalos de bit. O sinal Q consiste em níveis de tensão correspondente ao valor do segundo bit, para um período igual a 3 intervalos de bit. O sinal C consiste em níveis de tensão correspondente ao valor do terceiro bit, para um período igual a 3 intervalos de bit. 977.3 - Questões Q7 Em quais tipos de modulação os dados têm que ser divido em Dibit e Tribit? Grupo A B 1 2 FSK (Frequency Shift Keying Chaveamento por alternância de freqüência); 2 3 16-QAM (Tribit) e 2-PSK (Dibit); 3 4 8-QAM (Tribit) e 2-PSK (Dibit); 4 6 ASK (Amplitude Shift Keying Chaveamento por alternância de amplitude); 5 1 8-QAM ou 8-PSK (Tribit); 4-PSK (Dibit); 6 5 8-QAM ou 8-PSK (Dibit); 4-PSK (Tribit).

DIDATEC Lição 977: Geradores e Codificadores 36 Q8 Qual é a diferença entre a modulação PSK diferencial e PSK absoluto? Grupo A B 1 2 Na modulação PSK absoluto a informação é transmitida como uma variação de fase da portadora com relação a uma referência de fase absoluta. Na modulação PSK diferencial a informação é transmitida como uma variação de fase em relação à próxima fase. 2 3 Não existe diferença entre os dois tipos de modulação. 3 4 Na modulação PSK absoluta os bits dos dados são divididos em Dibit, na modulação PSK diferencial os bits dos dados são divididos em Tribit. 4 1 Na modulação PSK absoluta a informação é transmitida como uma variação de fase da portadora em relação a uma referência de fase absoluta. Na modulação PSK diferencial a informação é transmitida como uma variação da fase em relação à última fase. Q9 Qual das seguintes formas de onda corresponde a uma codificação Manchester da seqüência de dados 00110110? Grupo A B 1 4 a) 2 1 b) 3 3 c) 4 2 d)

DIDATEC Lição 977: Geradores e Codificadores 37

DIDATEC Lição 978: Modulação ASK 38 Lição 978: Modulação ASK Objetivos: Descrever a modulação e a demodulação de ASK (Amplitude Shift Keying Chaveamento por alternância de amplitude); Executar uma conexão ASK, com ou sem empregar a codificação de dados Manchester; Observar o efeito do ruído na conexão. Material: Unidade base para o sistema MSU (mod. EP4 fonte de energia, cartão proprietário, mod. FIP Unidade de controle e de inserção de defeitos); UTT4 Cartão de prática; Osciloscópio. 978.1 Noções teóricas 978.1.1 ASK - Amplitude Shift Keying (Chaveamento por Alternância de Amplitude) Nessa forma de modulação a portadora senoidal assume dois valores de amplitude, determinadas por um sinal de dados binário. Freqüentemente o modulador transmite a portadora quando o bit de dado 1 é enviado e remove completamente a portadora quando o bit de dado 0 é enviado. (Fig. 078.1). Existe também um formato de ASK chamado de multi-nível onde a amplitude do sinal modulado assume mais do que dois valores. A demodulação pode ser coerente (refere-se a formas de onda que estão todas em fase) ou não coerente. No primeiro caso, mais complexo no que concerne aos

DIDATEC Lição 978: Modulação ASK 39 circuitos, porém mais efetivo contra os efeitos do ruído, um demodulador de produto multiplica o sinal ASK por um sinal de portadora regenerada localmente. No segundo caso, a envoltória do sinal ASK é detectada por meio de um diodo. Em ambos os casos o detector é seguido por um filtro passa-baixa que remove as componentes residuais da portadora e um circuito conformador (thresold) que quadra o sinal de dados. (Fig. 978.2). Os principais fatores que caracterizam o ASK são: É empregado, principalmente, em radiotelegrafia; Não requer circuitos muito complexos; É muito sensível às perturbações (alta possibilidade de erros); Denominando-se de F b a velocidade de transmissão do bit, o mínimo espectro do sinal modulado Bw é maior do que F b ; A eficiência de transmissão, definida como a relação entre F b e Bw, é menor do que 1; O Baud, definido como a modulação ou velocidade do símbolo, é igual a velocidade de transmissão F b. Figura 978.1 Modulação ASK.

DIDATEC Lição 978: Modulação ASK 40 Figura 978.2 Demodulação ASK. Figura 978.3 Modulador ASK.

DIDATEC Lição 978: Modulação ASK 41 Figura 978.4 Demodulador ASK. 978.1.2 Modulador ASK O diagrama de blocos do modulador ASK é apresentado na FIG. 978.3. A portadora senoidal (1.200 ou 1.800 Hz) alimenta uma das entradas do modulador balanceado 1; o sinal de dados (indicado com um I) está conectado na outra entrada do circuito. O circuito executa a função de modulação balanceada usual e multiplica os dois sinais aplicados às entradas. Também desbalanceado o circuito por meio da chave SW6 (na posição ASK/FSK) ele opera como modulador em amplitude, gerando, desse modo, o sinal ASK da FIG. 978.1. Por fim, então, as entradas são somadas e utilizadas para as modulações FSK/QPSK/QAM, e atinge a saída por meio de um estágio separador. O atenuador de 6 db corta a amplitude do sinal pela metade, e é ativado apenas com a modulação QAM. Para bloquear a operação do modulador balanceado 2 no modo ASK, a entrada de dados do mesmo modulador deve estar ajustada na posição ASK on (J3=d).

DIDATEC Lição 978: Modulação ASK 42 978.1.3 Demodulador ASK O demodulador ASK consiste da seção representada na FIG. 978.4: Um detector de envoltória de onda completa (ASK DEM); Um filtro passa-baixa; Um circuito conformador (com saída em TP29) no caso de dados assíncronos que não são de novo sincronizados. Um extrator de clock e um circuito de sincronização, no caso de dados síncronos (saída de dados TP31, clock em TP32). O filtro, o circuito extrator de clock e uma nova sincronização de dados são empregados para demodular todos os tipos de sinais. 978.2 - Exercícios UTT4 desconecte todos os jumpers. FIP insira o código da lição: 978. 978.2.1 Formas de onda do modulador ASK Energize o cartão de prática. Ajuste o circuito para o modo ASK, com fonte de dados de 24-bit e sem codificação dos dados (conecte J1c J3d J4, J5 e J6a; ajuste SW2 = Normal, SW3 = 24-bit, SW4 = 1.200, SW6 = ASK, SW8 = BIT, ATT = min, NOISE = min, como na FIG. 978.6). Ajuste uma seqüência alternada 00 / 11 e pressione o botão START. Conecte o osciloscópio no TP6 e TP16 para apresentar o sinal da seqüência de dados e o sinal ASK. As formas de onda devem ser similares àquelas apresentadas na FIG. 978.5.

DIDATEC Lição 978: Modulação ASK 43 Ajuste a fase da portadora (PHASE) para que o zero do sinal senoidal corresponda ao início do intervalo do bit. Utilize a freqüência de 1.800 Hz como portadora (ajuste SW4 = 1.800). Q1 O que se observa? Grupo A B 1 4 O sinal ASK aumenta. 2 3 A freqüência dos dados transmitidos aumenta. 3 2 A freqüência do sinal ASK, presente quando o sinal de dados está no nível baixo, aumenta. 4 1 A freqüência do sinal ASK, presente quando o sinal de dados está no nível alto, aumenta. Figura 978.5.

DIDATEC Lição 978: Modulação ASK 44 978.2 Formas de onda do demodulador ASK Mantenha as últimas condições no cartão de prática (J1c J3d J4, J5 e J6a; ajuste SW2 = Normal, SW3 = 24-bit, SW4 = 1.200, SW6 = ASK, SW8 = BIT, ATT = min, NOISE = min, como na FIG. 978.6). Ajuste uma seqüência de dados alternados 00 / 11 e pressione o botão START. Conecte o osciloscópio nos pontos TP16 e TP20 e observe o sinal ASK antes e depois do canal de comunicações (simulador). Preste atenção no efeito do canal de comunicação sobre o sinal ASK. Como o canal tem uma banda limitada (a resposta de freqüência de um filtro passabaixa), o sinal de saída ASK está levemente chanfrado. O efeito é mais evidente se a portadora de 1.800 Hz é empregada (chave SW4). Ajuste agora a chave SW4 para a posição de 1.200 Hz. Q2 Que espécie de sinal é observada em TP23? Grupo A B 1 3 O sinal de dados, similar será detectado no ponto TP6. 2 4 Um sinal ASK retificado em ambos semi-ciclos. 3 1 Um sinal ASK retificado no semi-ciclo positivo. 4 2 O sinal de clock será extraído pelo demodulador.

DIDATEC Lição 978: Modulação ASK Figura 978.6. 45

DIDATEC Lição 978: Modulação ASK 46 Q3 Porque o sinal ASK é muito sensível às variações de amplitude? Grupo A B 1 2 Porque a informação está associada à freqüência da portadora. 2 4 Porque a informação está associada à fase da portadora. 3 1 Porque o canal de comunicação tem uma banda limitada. 4 3 Porque a informação também está associada à amplitude do sinal. Selecione a atenuação da linha e o ruído no nível mínimo. FIP Pressione o botão INS. Q4 Os dados observados no TP29 não estão corretos. Qual é o motivo desse erro? Grupo A B 1 3 O código Manchester não modifica os dados. 2 1 O sinal modulante está ausente na saída do modulador. 3 4 A linha está em aberto. 4 2 O gerador de 1.200 Hz não está alimentando a entrada de portadora.

DIDATEC Lição 978: Modulação ASK 47 Figura 978.7 Formas de onda ASK. 978.2.3 ASK com os dados codificados em Manchester No caso de uma conexão síncrona, o receptor também deve alimentar o clock de Dados, isto é, uma onda quadrada sincronizada dos dados recebidos e uma forma de onda inicial correspondente ao centro do intervalo do bit. A extração do clock (a partir dos dados recebidos) torna-se difícil ou impossível se o sinal de dados contém longas seqüências de 0 ou de 1, como no caso de componen-

DIDATEC Lição 978: Modulação ASK 48 tes alternados faltando componentes necessárias à regeneração do circuito de hooking (amara) (freqüentemente baseados em PLL). Mantenha as últimas condições no cartão de prática (J1c J3d J4, J5 e J6a; ajuste SW2 = Normal, SW3 = 24-bit, SW4 = 1.200, SW6 = ASK, SW8 = BIT, ATT = min, NOISE = min, como na FIG. 978.6). Ajuste uma seqüência alternada de dados 00 / 11 e pressione o botão START. A regeneração do clock na recepção e a nova sincronização dos dados são e- xigidas nas transmissões de dados síncronos. O clock na recepção é extraído do sinal de dados que chega ao receptor, e está disponível no ponto TP32 (CK 600 ). O mesmo sinal de clock é empregado para sincronizar o mesmo dado, que estão disponíveis no ponto TP31. Conecte o osciloscópio no ponto TP4 (Dados Transmitidos), TP31 (Dados Recebidos, após a nova sincronização), TP32 (CK 600, clock recebido), e observe os seguintes itens: O clock recebido (TP32) está sincronizado com os dados recebidos (TP31). Existe um período de clock para todos os bits. O clock foi extraído adequadamente porque a seqüência de dados contém alternâncias de 0 e 1 suficientes para manter o circuito regenerador de clock amarrado. O sinal de dados recebidos (TP31) é igual (igual, embora defasado) ao sinal de dados transmitido (TP4). Ajuste agora uma seqüência de dados com poucas alternâncias, por exemplo, todos em 1 e um simples 0, pressione o botão START. Pode acontecer que o clock recebido (TP32) não fique estável e que os dados recebidos (TP31) sejam diferentes algumas vezes durante o tempo de transmissão (TP4). Isso ocorre devido a um mau funcionamento do PLL que regenera o clock de recepção. A codificação Manchester dos dados transmitidos assegura a presença de alternâncias do sinal transmitido, facilitando desse modo à extração do clock pelo PLL.

DIDATEC Lição 978: Modulação ASK 49 Para fornecer os sinais codificados empregando o código Manchester ao modulador ASK (desconecte J1c e conecte J1d). Os dados recebidos e o clock recebido estão agora disponíveis após o decodificador Manchester (TP9 e TP10). Mantenha a mesma seqüência de dados do último caso e observe que: O clock agora está adequadamente regenerado. Os dados recebidos estão iguais aos transmitidos. FIP Pressione INS Q5 Os dados recebidos no ponto TP9 não estão corretos. Qual é o motivo para essa ocorrência? Grupo A B 1 3 O codificador Manchester não está mudando os dados. 2 1 O sinal modulado está ausente da saída do circuito modulador. 3 4 A linha está em aberto. 4 5 O gerador de 1.800 Hz não está fornecendo a portadora. 5 6 A amostragem de sincronismo dos dados recebidos (disponível no ponto TP27) não está operando adequadamente. 6 2 O clock da recepção (TP32) empregado para a sincronização dos dados não está sendo utilizado.

DIDATEC Lição 978: Modulação ASK 50 978.2.4 O efeito do ruído. Medida de erro nos bits Ajuste o circuito para o modo ASK, com a fonte de dados de 64 bit pseudo casual ou pseudo aleatória e a codificação Manchester para os dados (J1d J3d J4, J5 e J6a; SW2 = Normal, SW3 = 64 bit, SW4 = 1.200, SW6 = ASK, SW8 = BOT, SW9 = READ (leitura), ATT = min, NOISE = min). Pressione o pushbutton RESET. O valor lido no display do ERROR COUNTER Contador de erros corresponde ao número de bits com erro recebidos. Se nenhum ruído foi introduzido na linha, é de se esperar que nenhum bit a- presente erro. Gradualmente, aumente o nível de ruído e observe a leitura de erro dos bits. A medida representando a qualidade da conexão para a transmissão de dados é o Bit Error Rate (BER) Taxa de erro dos bits, definida como a relação entre os número de bits com erro e o total de bits transmitidos. O BER é freqüentemente expresso com múltiplos de 10. Por exemplo, BER = 3 x 10-5, significa que ocorreram 3 bits errados para 10.000 bits recebidos. Para realizar a medida BER pode-se fazer como a seguir: Ajuste o desvio para a posição READ Leitura e reset (zerar) o contador pressionando o botão RESET. Mantenha a contagem ativada por certo intervalo de tempo, por exemplo, 60 segundos. Como no modo Manchester existe uma velocidade de transmissão de 300 bit/s, em 60 segundos existe um total de 300 x 60 = 18.000 bits transmitidos (e, conseqüentemente, todos recebidos também). Quando o tempo de 60 segundo termina, ajuste o desvio para a posição de STOP e leia o número de bits com erro. A relação entre o número de bits com erro e o total de bits recebidos é a relação de erro nesta conexão.

DIDATEC Lição 978: Modulação ASK 51 978.3 Questões Q6 As seguintes afirmativas referem-se à modulação ASK. Qual delas é verdadeira? Grupo A B 1 2 A portadora é uma onda senoidal, que é transmitida com duas diferentes freqüências em função dos bits de entrada; a modulação pode ser obtida com um modulador balanceado; a portadora pode ser regenerada no receptor se um demodulador detector de envoltória for empregado; ele é realmente muito empregado em sistemas que utilizam altas velocidade de transmissão de dados. 2 3 A portadora é uma onda senoidal, que é transmitida com bits de dados 1 e é zerada com bits de dados 0 ; a modulação pode ser obtida com um modulador balanceado; a portadora pode ser regenerada no receptor se um demodulador coerente for empregado; ele realmente é pouco em pregado em sistemas de transmissão de dados de baixa velocidade. 3 4 A portadora é uma onda senoidal, que é transmitida com 2 diferentes freqüências em função dos bits de entrada; o modulador pode ser construído empregando um oscilador controlado por tensão (VCO); o demodulador pode ser construído com um PLL; ele realmente é pouco empregado em sistemas de transmissão de dados de baixa velocidade. 4 5 A portadora é uma onda senoidal, que é transmitida com 2 diferentes freqüências em função dos bits de entrada; o modulador pode ser construído empregando um modulador balanceado; não é necessário a regeneração da portadora no receptor; ele realmente é empregado em sistemas de transmissão de dados de média velocidade. 5 1 A portadora é uma onda senoidal, que é transmitida com 2 diferentes freqüências em função dos bits de entrada; o modulador pode ser construído empregando um modulador balanceado; a portadora pode ser re-

DIDATEC Lição 978: Modulação ASK 52 generada no receptor; ele realmente é empregado em sistemas de transmissão de dados de média velocidade. Q7 As seguintes afirmativas referem-se à modulação ASK. Qual delas é falsa? Grupo A B 1 4 A portadora é uma onda quadrada com dois ou mais valores de amplitude; a demodulação pode ser diferencial ou absoluta; ela é empregada em transmissões de dados a velocidade acima de 9.600 bit/s; ela é pouco afetada pelo ruído. 2 3 A portadora é uma onda senoidal com dois ou mais valores de amplitude; a demodulação pode ser coerente ou não coerente; ela é empregada em transmissões de dados de baixa velocidade. 3 1 A portadora é uma onda senoidal com dois ou mais valores de amplitude; a demodulação pode ser coerente ou não coerente; ela é muito sensível ao ruído. 4 2 a demodulação pode ser coerente ou não coerente; a portadora é uma onda senoidal com dois ou mais valores de amplitude; a modulação pode ser obtida empregando um modulador balanceado. Q8 Qual é a finalidade da codificação de dados empregando o código Manchester? Grupo A B 1 2 Para casar o espectro do sinal digital (dados) ao espectro do amplificador de transmissão; para transladar o espectro do sinal digital dentro da largura de faixa (banda) do canal de comunicações. 2 3 Para facilmente recuperar o dado de clock (na transmissão).

DIDATEC Lição 978: Modulação ASK 53 3 4 Para amplificar o sinal digital antes da transmissão; para transladar o espectro do sinal digital dentro da banda do canal de comunicação. 4 5 Nos sistemas de comunicações assíncronos; para facilmente recuperar o dado de clock (na recepção). 5 1 Nos sistemas de comunicações síncronos; para facilmente recuperar o dado de clock (na recepção).

DIDATEC Lição 979: Modulação FSK 54 Lição 979: Modulação FSK Objetivos: Descrever a modulação e a demodulação de FSK (Frequency Shift Keying Chaveamento por alternância de freqüência); Executar uma conexão FSK, com ou sem empregar a codificação de dados Manchester; Observar o efeito do ruído na conexão. Material: Unidade base para o sistema MSU (mod. EP4 fonte de energia, cartão proprietário, mod. FIP Unidade de controle e de inserção de defeitos); UTT4 Cartão de prática; Osciloscópio. 979.1 Noções teóricas 979.1.1 FSK - Frequency Shift Keying (Chaveamento por Alternância de Freqüência) Nessa modulação a portadora senoidal assume dois valores de freqüência, determinadas pelo sinal de dados binário (FIG. 979.1). O modulador pode ser construído de diferentes maneiras; entre aqueles mais utilizados podemos mencionar: Um oscilador controlado por tensão (VCO); Um sistema de transmissão de duas freqüências, em função do sinal de dados;

DIDATEC Lição 979: Modulação FSK 55 Um divisor de freqüência controlado por um sinal digital. A técnica de demodulação mais empregada é aquela empregando um circuito PLL (FIG. 979.2). O sinal FSK na saída do PLL assume dois valores de freqüência. A tensão de erro fornecida pelo comparador de fase segue tais variações, e assim, ele constitui a representação binária NRZ (níveis alto e baixo) do sinal de entrada FSK. O demodulador PLL é seguido por um filtro passa-baixa, que remove as componentes residuais da portadora, e um circuito conformador (onda quadrada) que quadra de forma adequada o sinal de dados. Os principais fatores que caracterizam o FSK são: Aplicação na transmissão de dados de modems (ITU-T V21, ITU-T V23, BELL 103, BELL 113, BELL 202), na transmissão de rádio digital, em sistemas de telefonia celular ETACS (transmissão de informação através do Control Channel Canal de Controle); Ele requer circuitos de média complexidade; Apresenta alta probabilidade de erros, mas inferior à modulação ASK; Denominando de F b a velocidade de transmissão do bit, o espectro mínimo Bw do sinal modulado é maior do que F b ; A eficiência de transmissão, definida como a relação entre F b e Bw é menor que a unidade; O Baud ou Baud rate, definido como a velocidade da modulação ou velocidade do símbolo é igual a velocidade de transmissão F b.

DIDATEC Lição 979: Modulação FSK 56 Figura 979.1 Modulação FSK. Figura 979.2 Demodulação com PLL. 979.1.2 - Modulador FSK O diagrama de blocos do modulador FSK está apresentado na FIG. 979.3. O sinal FSK é gerado por meio de dois moduladores ASK, cujas saídas são combinadas empregando um somador.

DIDATEC Lição 979: Modulação FSK 57 As duas portadoras senoidais de 1.200 e 1.800 Hz são aplicadas separadamente em dois moduladores. Os dados alimentam um dos dois moduladores na forma direta (I) e o outro na forma negada ( I ). Desse modo, um modulador fornece uma onda senoidal quando o datum é 1, o segundo quando o datum é 0. O sinal FSK é obtido pela adição das duas saídas (FIG. 979.3). O atenuador de 6 db reduz a amplitude do sinal à metade, e está ativo apenas para a modulação QAM. Figura 979.3 Modulador FSK. 979.1.3 Demodulador FSK O demodulador FSK consiste na seção apresentada na FIG. 979.4: Um detector de FM elaborado a partir de um circuito PLL; Um filtro passa-baixa;

DIDATEC Lição 979: Modulação FSK 58 Um circuito conformador (com saída em TP29) no caso de dados assíncronos sem retenção; Um circuito para a extração de clock e um circuito de retenção de dados são empregados para demodular todas as outras forma de sinais. Figura 979.4 Demodulador FSK. 979.2 Exercícios UTT4 Desconecte todos os jumpers. FIP Insira o código da lição: 979. 979.2.1 Formas de onda do modulador FSK Alimente o cartão de prática;

DIDATEC Lição 979: Modulação FSK 59 Ajuste o circuito para o modo FSK, com fonte de dados de 24-bits e sem a codificação de dados (conecte J1c J3a J4, J5 e J6b; ajuste SW2 = Normal; SW3 = 24-bit, SW4 = 1.800, SW5 = 1.200/0 o, SW6 = FSK, SW8 = BIT, ATT = min, NOISE = min, como na FIG. 979.6); Ajuste uma seqüência de dados alternando 00 /11 e pressione o botão START; Conecte o osciloscópio nos pontos TP6 e TP16 e observe o sinal de dados e o sinal FSK. Ajuste a fase (PHASE) da portadora de 1.200 Hz para obter um sinal FSK contínuo na passagem entre as duas freqüências (esse tipo de modulação é conhecido como Chaveamento por alternância Mínima de Freqüência). As formas de onda obtidas são similares àquelas apresentadas na FIG. 979.5. Observe que duas freqüências diferentes são geradas para os bits 1 e 0, nesse caso 1.800 e 1.200 Hz. Q1 O que se observa no ponto TP14? Grupo A B 1 2 Um sinal de freqüência de 1.200 Hz quando na entrada o datum é 1. 2 1 Um sinal FSK na freqüência de 1.800 Hz quando na entrada o datum é 1. 3 4 Um sinal ASK na freqüência de 1.800 Hz quando na entrada o datum é 0. Esse sinal é adicionado a um outro sinal fornecido pelo modulador 2. 4 3 Um sinal ASK na freqüência de 1.800 Hz quando na entrada o datum é 1. Esse sinal é adicionado a um outro sinal fornecido pelo modulador 2.

DIDATEC Lição 979: Modulação FSK 60 Figura 979.5. Q2 Como é obtido um sinal FSK? Grupo A B 1 3 A partir do Modulador 1 (1.800 Hz) e de um atenuador de 6 db (1.200 Hz). 2 1 A partir do Modulador 1 (TP14, 1.800 Hz) e do Modulador 2 (TP15, 1.200 Hz). Os dois sinais, ambos presentes quando o sinal de dados (TP6) é 1, são somados e o resultado está disponível no ponto TP16. 3 4 A partir do Modulador 1 (TP14, 1.800 Hz) e do Modulador 2 (TP15, 1.200 Hz). O primeiro sinal está presente quando o sinal de dados (TP6) é o datum 1, o segundo quando o datum é 0. Os dois sinais então são somados e o resultado está disponível no ponto TP16. 4 2 A partir do Modulador 1 (TP14, 1.800 Hz) e do Modulador 2 (TP15, 1.200 Hz). O primeiro sinal está presente quando o sinal de dados (TP6) é o datum 0, o segundo sinal quando o datum é 1. Os dois sinais então são somados e o resultado está disponível no ponto TP16.

DIDATEC Lição 979: Modulação FSK Figura 979.6. 61

DIDATEC Lição 979: Modulação FSK 62 979.2.2 Formas de onda do demodulador FSK Mantenha as últimas condições (J1c J3a J4, J5 e J6b; SW2 = Normal, SW3 = 24-bit, SW4 = 1.800, SW5 = 1.200 / 0 o, SW6 = FSK, SW8 = BIT, ATT = min, NOISE = min, como na FIG. 979.6). Ajuste uma seqüência de dados 00 / 11 e pressione o botão START; Conecte o osciloscópio no ponto TP16 e TP20, para observar o sinal FSK antes e depois do canal de comunicações (FIG. 979.7); Observe o efeito do canal de comunicações sobre o sinal FSK. Como o canal de comunicação apresenta uma limitação de banda Largura de faixa (a resposta de freqüência é de um filtro passa-baixa) o sinal de saída FSK está ligeiramente atenuado para as componentes de alta freqüência (1.800 Hz). Q3 Que tipo de sinal deve-se observar no ponto TP23? Grupo A B 1 2 Um sinal FSK retificado de onda completa. 2 1 Um sinal de clock extraído (recuperado) pelo demodulador. 3 4 A portadora, com freqüência igual a 1.800 Hz. 4 3 O sinal alimentado pelo PLL do demodulador. Ele é similar ao sinal de dados detectado no ponto TP6, com sobreposição um sinal residual de freqüência de 1.200 / 1.800 Hz. O sinal alimentado pelo demodulador FSK é filtrado por um filtro passa-baixa, que remove as freqüências residuais do FSK. O sinal de dados detectado é obtido na saída do filtro (TP24, FIG. 979.7);

DIDATEC Lição 979: Modulação FSK 63 Na transmissão de dados assíncrona, isto é, quando na recepção a regeneração do clock e a retenção dos dados não são exigidos, é suficiente apenas conformar (quadrar) o sinal fornecido pelo filtro. A saída quadrada (threshold circuit) é observada no ponto TP29. Utilizando um osciloscópio observe a correspondência entre os dados transmitidos (TP6) e os dados recebidos (TP29); Introduza uma atenuação na linha de transmissão (ATT), e observe que os dados recebidos não são afetados pelas variações de amplitude do sinal FSK. Pela inserção de ruído (NOISE), também observa-se que ele proporciona todas as alterações nos dados recebidos. Q4 Como o sinal FSK é menos sensível às variações de amplitude do que o sinal ASK? Grupo A B 1 2 A informação está associada à freqüência e não à amplitude. 2 4 A informação está associada à fase da portadora. 3 1 O canal de comunicação é limitado em banda. 4 3 A informação está associada à amplitude do sinal. Mantenha a atenuação da linha e o ruído no mínimo. FIP Pressione INS

DIDATEC Lição 979: Modulação FSK 64 Figura 979.7 Formas de onda do FSK. Q5 Os dados no ponto TP29 não estão corretos. Por que razão? Grupo A B 1 3 O codificador Manchester não codifica os dados. 2 1 O sinal modulado está ausente na saída do modulador.

DIDATEC Lição 979: Modulação FSK 65 3 4 A linha está aberta. 4 5 O gerador de 1.200 Hz não fornece a portadora. 5 2 O gerador de 1.800 Hz não fornece a portadora. 979.2.3 FSK com dos dados codificados em Manchester No caso de uma conexão síncrona o receptor deve também fornecer o Data Clock, isto é, uma onda quadrada síncrona com os dados recebidos e o início da forma de onda corresponder ao centro do intervalo do bit. A extração do clock (a partir dos dados recebidos) torna-se difícil ou improvável se o sinal de dados contém longas seqüências de 0 ou 1, assim, nesse caso, as componentes alternadas poderiam faltar componentes necessárias para bloquear o circuito de regeneração (freqüentemente baseado num circuito PLL). Mantenha as últimas condições (J1c J3a J4, J5 e J6b; SW2 = Normal, SW3 = 24-bit, SW4 = 1.800, SW5 = 1.200 / 0 o, SW6 = FSK, SW8 = BIT, ATT = min, NOISE = min, como na FIG. 979.6); Ajuste uma seqüência de dados alternada de 00 / 11 e pressione o botão START; Na situação de transmissão de dados síncrona a regeneração do clock na recepção e a retenção de dados são necessárias. O clock de recepção é extraído do sinal de dados que chega, e está disponível no ponto TP32 (CK 600 ). O mesmo clock é empregado para a sincronização desses dados, que estão disponíveis no ponto TP31. Conecte o osciloscópio no TP4 (Dados Transmitidos), TP31 (Dados Recebidos, após a sincronização), TP32 (CK 600, clock da recepção) e observe o seguinte: O clock da recepção (TP32) está sincronizado com os dados recebidos (TP31). Existe um período de clock para cada bit. O clock foi extraído ade-

DIDATEC Lição 979: Modulação FSK 66 quadamente porque s seqüência de dados contém alternâncias de 0 e 1 suficiente para manter o circuito de regeneração de clock bloqueado; O sinal de dados recebido (TP31) é igual (embora atrasado) ao sinal de dados transmitido (TP4). Ajuste agora uma seqüência com pouca alternância, por exemplo, todos em 1 e um simples 0, em seguida, pressione o botão START. Pode ocorrer que o clock da recepção (TP32) não esteja estável, e que os dados recebidos (TP31) algumas vezes são diferentes daqueles transmitidos (TP4). Isso se deve a operação ruim do PLL que regenera o clock da recepção; A codificação Manchester dos dados a serem transmitidos assegura sempre existir alternâncias no sinal transmitido, facilitando, desse modo, a extração do clock pelo PLL; Alimente o modulador PSK com os dados codificados em Manchester (desconecte J1c e conecte J1d); Os dados recebidos e o clock na recepção agora estão disponíveis após o codificador Manchester (TP9 e TP10); Mantenha a mesma seqüência de dados do último ajuste e observe que; O clock não é regenerado adequadamente; Os dados recebidos são iguais àqueles transmitidos. FIP Pressione INS

DIDATEC Lição 979: Modulação FSK 67 Q6 Os dados no ponto TP9 não estão corretos. Porque razão? Grupo A B 1 3 O codificador Manchester não esta codificando os dados. 2 1 O decodificador Manchester não esta decodificando os dados. 3 4 A linha está em aberto. 4 5 O demodulador FSK fornece um sinal errado. 5 6 O filtro passa-baixa do demodulador não fornece sinal. 6 2 O PLL do demodulador FSK está ajustado para uma freqüência de oscilação livre errada. 979.2.4 Efeito do Ruído. Medida de erro nos bits Ajuste o circuito no modo FSK, fonte de dados de 64 bit pseudo aleatória e codificação Manchester para os dados (J1d J3a J4, J5 e J6b; SW2 = Normal, SW3 = 64 bit; SW4 = 1.800, SW5 = 1.200 / 0 o, SW6 = FSK, SW8 BIT; SW9 = READ, ATT = min, NOISE = min); Pressione o pushbutton RESET; O valor lido no display ERROR COUNTER corresponde ao número de bits recebidos com erro; Se nenhum ruído é introduzido na linha, não haverá bits com erro. Gradualmente aumente o ruído (NOISE) e observe a leitura do número de bits com erro; A medida representando a qualidade da conexão na transmissão de dados é o BER (Bit Error Rate Relação de erros dos bits), definida como a relação en-

DIDATEC Lição 979: Modulação FSK 68 tre os bits com erro e o total de bits recebidos. O BER é freqüentemente expresso em termos de uma potência de 10. Por exemplo, BER = 3 x 10-5 e significa 3 bits com erro em 10.000 bits recebidos; Para executar a medida de BER faça o seguinte: Altere o desvio para READ e zere o contador pressionando o botão RESET; Mantenha o contador ativado por certo intervalo de tempo, por exemplo, 60 segundos. Como no modo Manchester a velocidade de transmissão é de 300 bit/s, em 60 segundos existirá um total de 300 x 60 = 18.000 bits transmitidos (e consequentemente também recebidos); Quando terminar o tempo de 60 segundos, mude o desvio para a posição STOP e faça a leitura do número de bits com erro; A relação entre o número de bits com erro e o número de bits recebidos constitui a Relação de Erro. 979.3 Questões Q7 As seguintes afirmativas referem-se à modulação FSK. Qual delas é verdadeira? Grupo A B 1 2 A portadora é uma onda senoidal, que transmite com 2 diferentes freqüências em função dos bits de entrada; A modulação pode ser executada a partir de um modulador balanceado; A portadora deve ser regenerada no receptor se um demodulador detector de envoltória for empregado; Ela realmente é muito empregada em sistemas de transmissão de dados em alta velocidade. 2 3 A portadora é uma onda senoidal, na qual é transmitida com bits de da-

DIDATEC Lição 979: Modulação FSK 69 dos 1 e 3 diferentes freqüências em função dos bits de entrada; A modulação pode ser executada a partir de um modulador balanceado; A portadora deve ser regenerada no receptor se um demodulador detector de envoltória for empregado; Ela realmente é muito empregada em sistemas de transmissão de dados em alta velocidade. 3 4 A portadora é uma onda senoidal, que transmite com 2 diferentes freqüências em função dos bits de entrada; O modulador pode ser executado a partir de um oscilador controlado por tensão (VCO); O demodulador pode ser executado a partir de um PLL; Ela realmente não é muito empregada em sistemas de transmissão de dados em baixa velocidade. 4 5 A portadora é uma onda senoidal, que transmite com 2 diferentes freqüências em função dos bits de entrada; A modulação pode ser executada a partir de um modulador balanceado; Não é necessário regenerar a portadora no receptor; Ela realmente é empregada em sistemas de transmissão de dados de média velocidade. 5 1 A portadora é uma onda senoidal, que transmite com 2 diferentes freqüências em função dos bits de entrada; A modulação pode ser executada a partir de um modulador balanceado; A portadora deve ser regenerada no receptor; Ela realmente é empregada em sistemas de transmissão de dados de média velocidade.

DIDATEC Lição 979: Modulação FSK 70 Q8 Qual dos seguintes modems para a transmissão de dados emprega a modulação FSK? Grupo A B 1 2 ITU-T V21, ITU-T V34, BELL 103, BELL 113, BELL 209. 2 3 ITU-T V22bis, ITU-T V32, BELL 103, BELL 113, BELL 202. 3 4 ITU-T V21, ITU-T V23, BELL 103, BELL 113, BELL 202. 4 5 BELL V21, BELL V23, ITU-T 103, ITU-T 113, ITU-T 202. 5 1 ITU-T V22bis, ITU-T V22, ITU-T V32, ITU-T V33, ITU-T V34. Q9 Qual dos seguintes sistemas de comunicação emprega a modulação FSK? Grupo A B 1 5 Transmissão de vídeo via satélite. 2 4 Telefonia celular digital GSM. 3 2 Radio transmissão em FM. 4 1 Telefonia celular ETACS (transmissão de voz). 5 3 Telefonia celular ETACS (transmissão de dados no canal de controle).

DIDATEC Lição 980: Modulação PSK 71 Lição 980: Modulação PSK Objetivos: Descrever a modulação e a demodulação de PSK (Phase Shift Keying Chaveamento por alternância de fase); Executar uma conexão PSK, com modulação absoluta e diferencial; Observar o efeito do ruído na conexão. Material: Unidade base para o sistema MSU (mod. EP4 fonte de energia, cartão proprietário, unidade mod. FIP Unidade de controle e de inserção de defeitos); UTT4 Cartão de prática; Osciloscópio. 980.1 Noções teóricas 980.1.1 PSK - Phase Shift Keying (Chaveamento por Alternância de Fase) Nesse tipo de modulação, a portadora senoidal adquire duas ou mais valores de fase, diretamente determinada pelo sinal binário de dados (modulação com 2 fases) ou pela combinação de certo número de bits de um mesmo sinal de dados (modulação com N fases). Nessa lição examinaremos a modulação PSK com 2 fases e os outros tipos de modulação serão descritos nas próximas lições. Na modulação PSK com 2 fases, chamada de 2-PSK, ou PSK Binária (BPSK), ou Phase Reversal Keing Chaveamento Reverso de Fase (PRK), a portadora senoidal assume dois valores distintos de fases, determinadas pelo sinal binário de dados

DIDATEC Lição 980: Modulação PSK 72 (FIG. 980.1). A técnica de modulação é aquele empregando um modulador balanceado. A onda senoidal de saída do modulador é direta ou reversa (isto é, deslocada por 180 o ) à portadora de entrada, em função do sinal de dados. Diagrama de Constelação Os estados de modulação dos moduladores PSK são representados por pontos em diagrama vetorial. Cada ponto é um estado de modulação, caracterizado por um ângulo de fase e uma amplitude. Essa representação é denominada de Diagrama de Constelação, ou de forma mais simples de Constelação. Figura 980.1 Modulação 2-PSK. Aspectos Principais Os principais aspectos que caracterizam a modulação 2-PSK são: Emprego em transmissão de rádio digital; Exigência de circuitos de média para alta complexidade; Grande possibilidade de erros, porém, menor do que a modulação FSK; Se F b é a velocidade de transmissão de um bit, o espectro mínimo Bw do sinal modulado é maior do F b ; A eficiência de transmissão, definida como a relação entre F b e Bw, é menor que a unidade;

DIDATEC Lição 980: Modulação PSK 73 Baud ou Baud rate, definido como a velocidade da modulação ou velocidade dos símbolos, é igual a velocidade de transmissão de um bit, F b. 980.1.2 O modulador 2-PSK O diagrama de blocos do modulador 2-PSK está representado na FIG. 980.2. A portadora senoidal (de 1.200Hz) é aplicada à entrada de um modulador balanceado 1; o sinal de dados (indicado com um I) é aplicado a outra entrada do modulador 1. O circuito opera como um modulador balanceado, e multiplica os dois sinais aplicados as suas entradas. Na saída, a portadora senoidal é direta (fase 0 o ) quando o sinal de dados é um nível baixo (bit 0 ), e invertida (fase deslocada de 180 o ) quando o bit é um 1. O sinal 2-PSK então entra em um somador, usado para as modulações FSK / QPSK / QAM, e sai por meio de um estágio separador ou isolador ou Buffer. O atenuador de 6 db reduz a amplitude do sinal à metade e é ativado apenas para a modulação QAM. Para esse bloco a operação do modulador balanceado 2 no modo 2-PSK, a entrada de dados do modulador 2 deve estar ajustada para J3 = b.

DIDATEC Lição 980: Modulação PSK 74 Figura 980.2 Modulador 2-PSK montado no cartão de prática. 980.1.3 Demodulação 2-PSK com regeneração da portadora A demodulação (FIG. 980.3) é obtida por meio de um demodulador de produto, que é realizada entre o sinal PSK e uma portadora localmente regenerada. Essa portadora deve Ter a mesma freqüência e fase da portadora empregada no processo de transmissão (ela deve ser coerente com o sinal recebido), e será obtida a partir do sinal PSK como será descrito posteriormente. Matematicamente, o processo de demodulação é desenvolvido como se segue. Considere: + sin( W t) = sinal PSK instantâneo, correspondente ao bit 1 dos dados, com c f c = W c / 2π a freqüência da portadora; sin( W t) = sinal PSK instantâneo, correspondente ao bit 0 ; c sin( W t) = c portadora regenerada; Quando o sinal PSK ( t) W + sin c alimenta o demodulador temos:

DIDATEC Lição 980: Modulação PSK 75 2 [ sin( W t) ] x [ sin( W t) ] = sin ( W t) = [ 1 cos(2w t) ] = cos(2w t) c c c 1 2 c 1 2 1 2 c que contém uma componente contínua ( 1 ) e uma componente alternada com a 2 freqüência o dobro da freqüência da portadora cos( 2 W c t). A componente alternada pode ser removida empregando um filtro passa-baixa, e a tensão positiva permanece a qual representará o bit 1. Quando o sinal PSK igual a sin( Wct) alimenta o demodulador temos: 2 [ sin( W t) ] x [ sin( W t) ] = sin ( W t) = [ 1 cos(2w t) ] = cos(2w t) c c c c + 1 2 1 2 1 2 c. A componente alternada é removida e a tensão negativa permanece a qual representará o bit 0. Regeneração da Portadora empregando a Lei Quadrática O circuito regenerador da portadora deve extrair um sinal coerente (mesma freqüência e fase) com a portadora a partir do sinal PSK. Um método muito empregado para realizar essa regeneração está ilustrado na FIG. 980.3: Um circuito conformador (squarer quadrador) remove um semi-ciclo (a alternância deslocada de 180 o de fase) na portadora modulada para facilitar a regeneração da portadora por meio de um circuito PLL; Circuito PLL gera um sinal com forma de onda quadrada com o dobro da freqüência da portadora do sinal PSK; Circuito de deslocamento de fase habilita um ajuste de fase adequado para a portadora regenerada; Divisor de freqüência divide por 2 o sinal de onda quadrada alimentando o PLL, e, dessa forma, provê a portadora regenerada.

DIDATEC Lição 980: Modulação PSK 76 Circuito Demodulador O diagrama de blocos do demodulador 2-PSK com detector coerente está apresentado na FIG. 980.4. Nele incluem-se os seguintes circuitos: O regenerador de portadora, que alimenta um sinal coerente (mesma freqüência e fase) com a portadora do sinal PSK. Ele consiste de: Um duplo conformador (squarer), que propõe a remover o deslocamento de fase de 180o do sinal modulado, para facilitar a regeneração da mesma portadora por meio de um circuito PLL que se segue; Um circuito PLL, que gera um sinal de forma de onda quadrada com freqüência quatro vezes maior que a portadora do sinal PSK; Um divisor de freqüência por 4 segue o PLL para obter a portadora regenerada. O sinal quadrado duplo e a freqüência dividida por 4 habilitam o emprego de um mesmo circuito para a regeneração no sistema 4-PSK também. (Lição 981-982). O demodulador 2-PSK (apresentado no diagrama como DEM1), consiste em um duplo amostrador. Se a fase da portadora regenerada está correta, a saída do amostrador conterá apenas o semi-ciclo positivo quando o sinal 2-PSK tem um determinada fase, apenas o semi-ciclo negativo quando o sinal é invertido; Um filtro passa-baixa; Um circuito conformador (squarer) (com saída no ponto TP29) no caso de dados assíncronos, que não são sincronizados; Um extrator de clock e um circuito de sincronização, no caso de dados síncronos (saída de dados no ponto TP31 e o clock no ponto TP33). O filtro, o circuito extrator de clock e o circuito de sincronização também são empregados para demodular outras formas de sinais.

DIDATEC Lição 980: Modulação PSK 77 980.1.4 Demodulação 2-PSK com circuito Costas Loop O circuito Costa Loop consiste em duas seções, a primeira demodula o sinal PSK, a segunda alimenta a portadora regenerada localmente e os mantém alinhados. O diagrama de blocos demonstrando o princípio de funcionamento do demodulador Costa Loop está apresentado na FIG. 980.1.3. A figura mostra (dentro da caixa) o circuito para a demodulação coerente, já observada no último capítulo 980.1.3. O restante do circuito será empregado para gerar uma portadora coerente com sinal PSK que chega. Considere: D( t).sin( Wc t) Sinal 2-PSK, onde D(t) é um sinal de dados que assume o valor + (bit 1) ou o valor - (bit 0); Figura 980.3 Demodulação do sinal 2-PSK com regenerador de portadora empregando a Lei Quadrática.

DIDATEC Lição 980: Modulação PSK 78 Figura 980.1.4 Demodulador 2-PSK montado no cartão de prática. sin( Wct + ϑo ) Portadora gerada pelo VCO para o demodulador, onde ϑ o é o erro de fase em relação a portadora empregada pelo sinal modulado; cos( Wct + ϑo ) Portadora deslocada de 90 o. Portadora coerente com o sinal PSK Observe a figura 980.5. Na condição de equilíbrio, isto é, quando a portadora gerada pelo VCO está perfeitamente coerente com o sinal PSK, haverá a seguinte situação: o ϑ Erro de fase nulo entre a portadora gerada pelo VCO e o = 0 a portadora do sinal PSK; V = D.cos( ϑ ) D 2 o Sinal demodulado ( + D = 1 2 2 bit, D = 0 2 bit ); A =

DIDATEC Lição 980: Modulação PSK 79 V = D B.sin( ϑ ) = 0 Sinal alimentado pelo multiplicador M2 e então filtrado 2 o com um filtro passa-baixa; V V. V = 0 Tensão de erro corrigindo o VCO, obtido pelo produto E = A B dos sinais V A e V B. Observe que se obteve uma tensão de erro nulo V E existindo um deslocamento de fase de 180 o entre a portadora gerada pelo VCO e a portadora do sinal PSK. Nessa situação, os dados demodulados estarão invertidos em relação àqueles transmitidos. Para evitar essa ambigüidade a modulação de fase diferencial é empregada. Portadora mantida deslocada Se a portadora gerada pelo VCO é mantida deslocada em relação a portadora do sinal PSK, existem as seguintes situações possíveis: ϑ > 0 Erro de fase positiva entre a portadora gerada pelo o VCO e a portadora do sinal PSK; V V A B = D. cos( ϑ ) Sinal demodulado. Ele assume o valor positivo 2 o [ + D. cos( ϑ )] 2 o se o bit for 1, o valor negativo D. cos( ϑ )] se o bit for 0 ; 2 [ o = D. sin( ϑ ) Sinal alimentado pelo multiplicador M2 e então filtrado 2 o empregando um filtro passa-baixa. Ele assume o valor negativo [ D. sin( ϑ )] 2 o se o bit for 1, o valor positivo + D. sin( ϑ )] se o bit for 0 ; 2 [ o V V. V < 0 Tensão de erro forçando o VCO, obtida pelo produto E = A B dos sinais V A e V B. Ele sempre assume o valor negati-

DIDATEC Lição 980: Modulação PSK 80 vo, em ambos os casos de bit 1 ou 0. Nessa situação a tensão de erro (filtrada pelo próximo filtro passabaixa) forçará o VCO a atrasar a fase da portadora, de modo que ela retorna à condição adequada. Portadora deslocada em atraso Se a portadora gerada pelo VCO está deslocada em atraso em relação a portadora do sinal PSK, existem as seguintes situações possíveis: ϑ < 0 Erro de fase negativo entre a portadora gerada pelo o VCO e a portadora do sinal PSK; V V A B = D. cos( ϑ ) Sinal demodulado. Ele assume o valor positivo 2 o [ + D. cos( ϑ )] 2 o se o bit for 1, o valor negativo D. cos( ϑ )] se o bit for 0 ; 2 [ o = D. sin( ϑ ) Sinal alimentado pelo multiplicador M2 e então filtrado 2 o empregando um filtro passa-baixa. Considerando que o seno de um ângulo menor do que zero é negativo, V B será positiva se o bit for 1, negativa se o bit for 0 ; V V. V > 0 Tensão de erro forçando o VCO, obtida pelo produto E = A B dos sinais V A e V B. Ele sempre assume o valor positivo, em ambos os casos de bit 1 ou 0. Nessa situação a tensão de erro (filtrada pelo próximo filtro passabaixa) forçará o VCO a adiantar a fase da portadora, de modo que ela retorna à condição adequada. A FIG. 980.6 apresenta o diagrama de blocos do demodulador Costas Loop montado no cartão de prática.

DIDATEC Lição 980: Modulação PSK 81 Figura 980.5 Demodulação 2-PSK empregando o circuito Costas Loop. Figura 980.6 Demodulador Costas Loop montado no cartão de prática.

DIDATEC Lição 980: Modulação PSK 82 980.1.5 Codificação 1-bit diferencial Nos sistemas de comunicações empregando o PSK, a demodulação é realizada pela comparação instantânea da fase do sinal PSK com uma referência de fase absoluta, localmente gerada no receptor. A modulação é denominada, nesse caso, de PSK absoluto. A grande dificuldade desse sistema consiste na necessidade da fase permanecer sempre constante da portadora regenerada. Esse problema é resolvido com a modulação PSK diferencial, como a informação não está contida na fase absoluta da portadora modulada, mas na diferença entre os dois próximos intervalos de modulação (símbolos). Antes de iniciar a descrição do modulado PSK, os bits dos dados são codificados da seguinte forma: o codificador inverte o bit de saída (n+1) se o bit de entrada (n) for 1, e mantém o bit de saída sem alteração se o bit de entrada (n) for 0. A FIG. 980.7 apresenta um exemplo desse código, a FIG. 980.8 o diagrama de blocos do modulador e do demodulador PSK diferencial. A codificação é obtida pela comparação da saída de uma porta EX-OR, atrasada de um intervalo de bit, com os bits de dados correntes. Como resultado total dessa operação, o sinal 2- PSK no ponto de saída do modulador contém uma variação de 180 o na fase a cada bit 1 dos dados. A demodulação é obtida por meio de um demodulador 2- PSK normal, seguido por decodificador alimentando um bit 1 a cada instante onde exista uma variação do nível lógico no ponto de entrada. Figura 980.7 Codificação 1-bit diferencial.

DIDATEC Lição 980: Modulação PSK 83 Figura 980.8 Modulação e demodulação 2-PSK diferencial. 980.2 Exercícios UTT4 Desconecte todos os jumpers. FIP Insira o código da lição: 980. 980.2.1 Formas de onda do modulador 2-PSK Alimente o cartão de prática; Ajuste o circuito para o modo 2-PSK, com uma fonte de dados de 24-bit, sem codificação dos dados (conecte J1c J3b J4, J5 e J6c; ajuste SW2 = Normal, SW3 = 24 bits, SW4 = 1200, SW6 = PSK, SW7 = Squaring Loop, SW8 = BIT, ATT = min, NOISE = min, como na FIG. 980.10); Ajuste uma seqüência alternadas de dados de 00 / 11 e pressione o botão START; Conecte o osciloscópio nos pontos TP6 e TP16 observando o sinal de dados e o sinal 2-PSK, respectivamente. Ajuste a fase PHASE até inverter a fase da portadora em relação a 0 o. As formas de ondas obtidas são similares àquelas apresentadas na FIG. 980.9.

DIDATEC Lição 980: Modulação PSK 84 Q1 Observe a portadora na entrada (TP12) e na saída (TP16) do modulador. O que se observa? Grupo A B 1 2 O sinal modulado assume duas freqüências diferentes, 1.200 Hz com a fase igual a 0 o e 1.200 Hz com a fase igual a 90 o. 2 5 O sinal modulado tem uma freqüência de 1.800 Hz quando a entrada é o datum 1. 3 4 A freqüência do sinal modulado é de 1.800 Hz. Sua fase é 0 o com o datum 0 na entrada e 180 o com o datum 1. 4 1 A freqüência do sinal modulado é de 1.200 Hz. Sua fase é de 0 o com o datum 1 na entrada e 180 o com o datum 0. 5 3 A freqüência do sinal modulado é de 1.200 Hz. Sua fase é de 0 o com o datum 0 e 180 o com o datum 1. Figura 980.9.

DIDATEC Lição 980: Modulação PSK Figura 980.10. 85

DIDATEC Lição 980: Modulação PSK 86 980.2.2 Formas de onda do demodulador 2-PSK Mantenha as últimas condições (J1c J3b J4, J5 e J6c; ajuste SW2 = Normal, SW3 = 24 bits, SW4 = 1200, SW6 = PSK, SW7 = Squaring Loop, SW8 = BIT, ATT = min, NOISE = min, como na FIG. 980.10); Ajuste uma seqüência alternada de dados 00 / 11 e pressione o botão START; Conecte o osciloscópio nos pontos TP16 e TP20, para observe o sinal PSK antes e depois do canal de comunicação (FIG. 980.11); Observe o efeito do canal de comunicação sobre o sinal PSK. Os canais de comunicação são limitados em banda largura de faixa, as transições de fase do sinal de saída PSK estão ligeiramente inclinadas (chanfrados); O demodulador PSK (indicado no diagrama como I_DEM) consiste em um duplo amostrador, com amostras dos semi-ciclos positivo e negativo do sinal PSK que chega. A amostragem do clock consiste na regeneração da portadora pela seção Carrier Recovery Regeneração da Portadora; No ponto TP21 observa-se um sinal retangular com amostras do semi-ciclo negativo do sinal PSK. A freqüência de amostragem do sinal é igual a freqüência da portadora PSK (1.200 Hz), a duração da amostragem é igual a ¼ do período. Q2 Que espécie de sinal pode-se observar na saída do demodulador (TP23)? Grupo A B 1 2 O sinal PSK retificado em ambos os semi-ciclos. 2 1 Uma forma de onda consistindo de semi-ciclos do sinal PSK recebido. A envoltória dessa forma de onda é o sinal demodulado.

DIDATEC Lição 980: Modulação PSK 87 3 4 Uma forma de onda consistindo de meio semi-ciclo do sinal PSK recebido. A envoltória dessa forma de onda é o sinal demodulado. 4 3 A envoltória do sinal demodulado. O sinal que alimenta o demodulador PSK passa por um filtro passa-baixa, que elimina os resíduos da portadora de 1.200Hz. Na saída do filtro (TP24, FIG. 980.11) observa-se a forma de onda do sinal de dados detectada; Pode acontecer que os sinais recebidos estão invertidos em relação àqueles transmitidos. Isso pode ser compreendido como o demodulador não conhece qual é a fase inicial 0 o ou 180 o, e essa ambigüidade resulta na inversão dos dados demodulados. A ambigüidade é superada considerando o codificação diferencial antes do processo de modulação. Nesse caso pressione o botão Phase Sync para obter os dados com sinal adequado; O sinal de dados conformado (quadrado) pode ser detectado no ponto TP31. Observe com um osciloscópio a correspondência entre os dados transmitidos (TP6) e àqueles recebidos (TP31); No ponto TP32 observe o sinal de clock da recepção (onda quadrada com freqüência de 600 Hz), reconstruído a partir do sinal de dados e usado para sincronizar os mesmos dados;

DIDATEC Lição 980: Modulação PSK 88 Figura 980.11 Formas de ondas do sinal PSK.

DIDATEC Lição 980: Modulação PSK 89 Figura 980.12 Formas de ondas da regeneração da portadora. FIP Pressione INS Q3 Os dados recebidos no ponto TP29 não estão corretos. Qual é a razão para esse fato? Grupo A B 1 3 O sinal de dados está ausente na transmissão. 2 4 O circuito conformador (Squarer) da seção Carrier Recovery não fornece o sinal. 3 1 O divisor de freqüência da seção Carrier Recovery não opera adequadamente.

DIDATEC Lição 980: Modulação PSK 90 4 2 O modulador PSK fornece um sinal errado. 5 6 O filtro passa-baixa não fornece o sinal. 6 5 O PLL da seção Carrier Recovery fornece o sinal tendo uma freqüência quatro vezes a freqüência da portadora. Ajuste agora uma seqüência de dados com poucas alternâncias, por exemplo, todos 1 e um simples 0 e pressione o botão START; Observe os sinais nos pontos TP4 (dados transmitidos), TP31 (dados recebidos), TP32 (clock recebido). Eventualmente pressione o botão Phase Sync para obter os dados com sinal adequado no ponto TP31; Pode acontecer que o clock da recepção (TP32) não esteja estável, e que os dados recebidos (TP31) algumas vezes são diferentes daqueles transmitidos (TP4). Isso ocorre devido a uma má operação do PLL que regenera o clock da recepção; O emprego da codificação Manchester dos dados transmitidos assegura que sempre haverá alternâncias no sinal transmitido, facilitando, desse modo, a extração ou regeneração do clock pelo PLL; Alimenta o modulador 2-PSK com os dados codificados empregando o código Manchester (desconecte J1c e conecte J1d); Os dados recebidos e o clock da recepção agora estão disponíveis após o codificador Manchester (TP9 e TP10); Mantenha a mesma seqüência de dados do último ajuste e observe que: O sinal de clock agora é regenerado adequadamente; Os dados recebidos são iguais àqueles transmitidos;

DIDATEC Lição 980: Modulação PSK 91 980.2.3 PSK diferencial A codificação diferencial dos dados a serem transmitidos transforma os bits 1 em uma variação de fase da portadora. Desse modo, o receptor reconhece os bits 1 no momento que detecta o deslocamento de fase da portadora modulada, independente de sua fase absoluta. Assim, a modulação absoluta PSK, que pode apresentar a inversão dos dados demodulados, é superado. Estabeleça a conexão 2-PSK (não diferencial) como descrita no último capítulo (J1c J3b J4, J5 e J6c; SW2 = Normal, SW3 = 24-bit, SW4 = 1.200, SW6 = PSK, SW7 = Squaring Loop, SW8 = BIT, ATT = min, NOISE = min, como na FIG. 980.10); Ajuste uma seqüência de dados cíclica 00.01.00.01 e, em seguida, pressione o botão START; Com o emprego de um osciloscópio, observe os dados transmitidos (TP4, antes do codificador diferencial) e os dados recebidos (TP9, após o decodificador diferencial); Pressione o botão Phase Sync (ou interrompa a linha por meio da abertura e do fechamento da conexão J5) e observe que os dados recebidos podem estar invertidos em relação àqueles transmitidos; Selecione o modo de operação diferencial (SW2 = Differencial); Observe que os dados recebidos (TP9) agora o sinal está sem ambigüidade e os dados sempre estão iguais àqueles transmitidos (TP4), mesmo se a linha é momentaneamente aberta (desconecte e conecte J5);

DIDATEC Lição 980: Modulação PSK 92 980.2.4 Demodulação PSK com o circuito Costas Loop Ajuste o circuito no modo PSK e o demodulador Costas Loop (J1c J3b J4, J5 e J6c; SW2 = Normal, SW3 = 24-bit, SW4 = 1.200, SW6 = PSK, SW7 = Costas Loop, SW8 = BIT, ATT = min, NOISE = min, FIG. 980.13); O demodulador Costas Loop consiste de duas seções: a primeira (I-DEM) demodula o sinal, a segunda (incluindo Q-DEM, o multiplicador e o VCO) garante e mantém o alinhamento da portadora regenerada localmente e o sinal que chega; A seção de demodulação opera como um demodulador coerente anteriormente analisado: no ponto TP23 existe uma forma de onda consistindo em meia onda do sinal PSK que chega. A envoltória dessa forma de onda (TP24) é o sinal demodulado; Q4 Na condição balanceada, isto é, quando a portadora gerada pelo VCO é perfeitamente coerente com o sinal PSK, o que pose-se observar no ponto TP26? Grupo A B 1 3 Uma tensão nula. 2 4 O sinal demodulado. 3 1 A portadora regenerada. 4 2 Os dados de clock. Ajuste o potenciômetro PHASE para obter a condição mais próxima da última questão (Q4).

DIDATEC Lição 980: Modulação PSK 93 Q5 Quais sinais estão presentes no ponto TP21 e TP 22? Grupo A B 1 3 A portadora regenerada: 2.400 Hz, onda senoidal deslocada de 90 o entre eles. 2 4 Os dados de clock: 2.400 Hz, onda quadrada deslocada de 90 o entre e- les. 3 1 Os dados de clock: 1.200 Hz, onda quadrada deslocada de 90 o entre e- les. 4 2 A portadora regenerada: 1.200 Hz, onda retangular deslocada de 90 o entre eles. 5 6 O sinal de dados: 2.400 Hz, onda retangular deslocada de 90 o entre eles. 6 5 Uma tensão positiva e outra negativa. A forma de onda dos dados recebidos pode ser observada no TP9. Observe com um osciloscópio a correspondência entre os dados transmitidos (TP4) e os dados recebidos (TP9) (Os dados recebidos estão atrasados em relação àqueles transmitidos); Pode acontecer que os dados recebidos estejam invertidos em relação àqueles transmitidos (desconecte e conecte J5). Isso pode ser entendido como o demodulador não reconhece qual a fase que está chegando se é 0 o ou 180 o, e essa ambigüidade pode acarretar na inversão dos dados demodulados.

DIDATEC Lição 980: Modulação PSK 94 Q6 Como é possível remover tal ambigüidade? Grupo A B 1 3 Empregando a codificação Manchester (insira o jumper J1 na posição d). 2 4 Isso não é possível. 3 1 Empregando o demodulador coerente com portadora regenerada (ajuste SW7 = Squaring Loop). 4 5 Empregando a codificação diferencial (ajuste SW2 = Differential). 5 2 Empregando a modulação QAM. Ajuste o circuito de acordo com a última questão e observe que os dados recebidos (TP9) estão sem a ambigüidade e sempre estão iguais aos dados transmitidos (TP4), ainda que a linha seja momentaneamente aberta (desconecte e conecte J5).

DIDATEC Lição 980: Modulação PSK Figura 980.13. 95

DIDATEC Lição 980: Modulação PSK 96 980.3 - Questões Q7 As seguintes sentenças referem-se a modulação 2-PSK. Qual delas é verdadeira? Grupo A B 1 2 A portadora é uma onda senoidal, que é transmitida com 2 diferentes freqüências em função dos bits de entrada; A modulação pode ser obtida com um modulador balanceado; A portadora deve ser regenerada no receptor se um detector de envoltória é empregado; Ela é realmente muito empregada em sistemas de transmissão de dados em alta velocidade. 2 3 A portadora é uma onda senoidal, que é transmitida quando os bits de dados são 1 e é zerada com os bits de dados 0 ; A modulação pode ser obtida com um modulador balanceado; A portadora deve ser regenerada no receptor se um demodulador coerente é empregado; Ela é realmente muito empregada em sistemas de transmissão de dados em baixa velocidade. 3 4 A portadora é uma onda senoidal, que é transmitida com 2 diferentes freqüências em função dos bits de entrada; A modulação pode ser obtida com um oscilador controlado por tensão (VCO); O demodulador pode ser construído com um PLL; Ela realmente não é muito empregada em sistemas de transmissão de dados em baixa velocidade. 4 5 A portadora é uma onda senoidal, que é transmitida com 2 diferentes freqüências em função dos bits de entrada; A modulação pode ser obtida com um modulador balanceado; Não é necessário regenerar a portadora no receptor; Ela é realmente empregada em sistemas de transmissão de dados de média velocidade. 5 1 A portadora é uma onda senoidal, que é transmitida com 2 diferentes freqüências em função dos bits de entrada; A modulação pode ser obtida com um modulador balanceado; A portadora deve ser regenerada no re-

DIDATEC Lição 980: Modulação PSK 97 ceptor. Q8 Como a portadora é regenerada no receptor PSK? Grupo A B 1 2 Com um circuito regenerador empregando a lei quadrática, seguido de um multiplicador de freqüência e um circuito Costas Loop. 2 6 Com um circuito regenerador empregando um divisor de freqüência e um circuito Phase Loop. 3 1 Com um circuito regenerador empregando a lei quadrática, seguido de um PLL e um circuito Current Loop. 4 5 Com um circuito regenerador empregando a lei quadrática, seguido de um PLL e um circuito Costas Loop. 5 3 Com um circuito regenerador empregando a lei quadrática, seguido de um multiplicador de freqüência e um circuito Product Loop. 6 4 Não é necessária a regeneração. Q9 Qual é o propósito da modulação PSK diferencial? Grupo A B 1 3 Remover a portadora na transmissão. 2 1 Facilitar a regeneração do clock na recepção. 3 5 Remover o sinal de ambigüidade do sinal de dados demodulado. 4 2 Reduzir a velocidade de transmissão dos símbolos (Baud).

DIDATEC Lição 980: Modulação PSK 98 5 4 Aumentar a velocidade de transmissão dos bits. Q10 A demodulação do sinal PSK é obtido por meio: Grupo A B 1 4 De um detector de envoltória. 2 1 Da soma do sinal PSK recebido com a portadora regenerada no receptor. 3 5 Do produto do sinal PSK recebido e o sinal de clock regenerado no receptor. 4 3 Do produto do sinal PSK recebido e a portadora regenerada no receptor. 5 2 De um detector de freqüência PLL.

DIDATEC Lição 981: Modulação 4-PSK (I) 99 Lição 981: Modulação 4-PSK (I) Objetivos: Descrever a modulação 4-PSK (Phase Shift Keying Chaveamento por alternância de fase), absoluta e diferencial; Descrever a modulação N-phase PSK (Phse Shift Keying); Observar as formas de ondas do modulador 4-PSK. Material: Unidade base para o sistema MSU (mod. EP4 fonte de energia, cartão proprietário, unidade mod. FIP Unidade de controle e de inserção de defeitos); UTT4 Cartão de prática; Osciloscópio. 980.1 Noções teóricas 980.1.1 Modulação 4-PSK Nessa modulação, denominada de 4-PSK ou QPSK (Quadrature PSK PSK em quadratura), a portadora senoidal assume 4 valores de fase, separadas de 90 o e determinadas pela combinação de um par de bits (Dibit) do sinal de dados binário. A FIG. 981.1 apresenta um exemplo de correspondência entre o Dibit e a fase. Os dados são codificados em Dibit por um circuito que gera: Um sinal de dados I (In_phase) consistindo nos níveis de tensão correspondentes aos valores dos primeiros bits de cada par considerado, com uma duração igual a 2 intervalos do bit;

DIDATEC Lição 981: Modulação 4-PSK (I) 100 Um sinal de dados Q (in_quadrature) consistindo nos níveis de tensão correspondentes aos segundos bits de cada par considerado, com uma duração igual a 2 intervalos do bit. Aspectos principais Os principais fatores que caracterizam o QPSK são: Aplicação na transmissão de dados em modems (ITU-T V22/26, BELL 201) e na transmissão de rádio digital; Emprego de circuitos com alta complexidade; Possibilidade de erro menor do que o FSK, porém maior do que o 2-PSK; Denominando de F b a velocidade do bit, o espectro mínimo Bw do sinal modulado é igual a F b /2; A eficiência de transmissão, definida como a relação entre F b e Bw, é igual a 2; O Baud ou Baud rate, definido como a velocidade de modulação ou velocidade dos símbolos é igual a F b /2. 981.1.2 O modulador 4-PSK As quatro fases da portadora senoidal podem ser obtidas por meio da soma de duas ondas senoidais coma a mesma freqüência e deslocadas em 90 o entre elas. Denominando as ondas senoidais de Φ 0 e de Φ 90, respectivamente: Φ = sin ( Wc ) 0 t Φ = cos ( ) 90 W c t Pela respectiva adição direta ou invertida,

DIDATEC Lição 981: Modulação 4-PSK (I) 101 Φ 0 + Φ 90 Φ 0 + Φ 90 Φ 0 Φ 90 Φ 0 Φ 90 obtêm-se as quatro fases para o sinal QPSK. O modulador é construído com dois multiplicadores empregados como moduladores 2-PSK, que geram os sinais modulados PSK 1 e PSK 2. A soma dos dois sinais PSK gera o sinal PSK com 4 possibilidades de fases diferentes. Figura 981.1 Modulador 4-PSK. O diagrama de blocos do modulador empregado no cartão de prática está apresentado na FIG. 981.2. Duas portadoras senoidais de 1.200 Hz, deslocadas entre si de 90 o são, separadamente aplicadas a 2 moduladores balanceados. Os dados (sinais I e Q) que alimentam os dois moduladores vêm de um gerador Dibit. Cada modulador proporciona uma onda senoidal direta quando o sinal de dados está em nível baixo (bit 0 ) e uma onda senoidal invertida (deslocada de 180 o ) quando o bit é 1. Pela adição das duas saídas, um sinal senoidal de 1.200Hz é obtido cuja fase pode assumir 4 valores diferentes, separados de 90 o entre eles.

DIDATEC Lição 981: Modulação 4-PSK (I) 102 Figura 981.2 Modulador 4-PSK montado no cartão de prática. 981.1.3 Modulação 4-PSK diferencial Na modulação 4-fases PSK diferencial, a fase da portadora senoidal é alterada de 0 o, 90 o, 180 o e 270 o em função do par de bits dos dados (Dibit). A correspondência (uma amostras de seu emprego) entre o Dibit e a alternância de fase está a- presentada na FIG. 981.3, como exemplo. O modulador é o mesmo empregado para o 4-PSK absoluto. Antes de entrar no modulador os dados são codificados dessa forma gera dois sinais diferenciais que podem ser denominados de ID e QD. Estes consideram as variações do par de bits, com relação aos pares exatamente anteriores para mudar o sinal de Φ 0 e Φ 90 e, então, obter o deslocamento de fase da portadora apresentado na tabela da FIG. 981.3. DIBIT DESLOCAMENTO DE FASE 0 0 0 o 1 0 +90 o 1 1 +180 o

DIDATEC Lição 981: Modulação 4-PSK (I) 103 0 1 +270 o Figura 981.3 Modulação 4-PSK diferencial. 981.1.4 Modulação N-fase PSK 8-PSK A portadora senoidal assume 8 valores de fase, separadas por 45 o e determinada pela combinação de pares de 3 bits (Tribit) de um sinal de dados binário. A FIG. 981.4 apresenta um exemplo da correspondência entre o Tribit e os ângulos de fase. Os fatores principais que caracterizam a modulação 8-PSK são: Aplicação na transmissão de dados em modems (ITU-T V27, BELL 208) e na transmissão de rádio digital; Ela necessita de circuitos com alta complexidade; A possibilidade de erros é maior do que na modulação 4-PSK;

DIDATEC Lição 981: Modulação 4-PSK (I) 104 Denominando de F B a velocidade de transmissão do bit, o espectro mínimo Bw para o sinal modulado é igual a F B /3; A eficiência de transmissão, definida como a relação entre F B e Bw, é igual a 3; O Baud ou Baud rate, definido como a velocidade de modulação ou velocidade de símbolos, é igual a F B /3. 16-PSK A portadora senoidal assume 16 valores de fase, separados de 22,5 o e determinados pela combinação de grupos de 4 bits (Quadbit Quadribit) para um sinal de dados binário. A FIG. 981.4 apresenta um exemplo de correspondência entre o Quadribit e o ângulo de fase. Os fatores principais que caracterizam a modulação 16-PSK são: Aplicação na transmissão de rádio digital; São necessários circuitos de alta complexidade; A possibilidade de erro é maior do que na modulação 8-PSK; Denominando de F B a velocidade de transmissão do bit, o espectro mínimo Bw para o sinal modulado é igual a F B /4; A eficiência de transmissão, definida como a relação entre F B e Bw, é igual a 4; O Baud ou Baud rate, definido como a velocidade de modulação ou velocidade de símbolos, é igual à F B /4.

DIDATEC Lição 981: Modulação 4-PSK (I) 105 Figura 981.4 Diagrama de constelação dos sinais 8-PSK e 16-PSK. 981.2 Exercícios UTT4 Desconecte todos os jumpers. FIP Insira o código da lição: 981 981.2.1 Formas de onda do modulador 4-PSK Alimente o cartão de prática; Ajuste o circuito para o modo 4-PSK absoluto, com uma fonte de dados de 24-bit e sem nenhuma codificação dos dados (conecte J1b J3c J4, J5 e J6c; ajuste SW2 = Normal, SW3 = 24-bit, SW4 = 1.200, SW5 = 1.200/90 o, SW6 = QPSK, como na FIG. 981.5); Ajuste uma seqüência de dados cíclica de 11.00.01.10 (isso facilita a identificação dos ângulos de fase da forma de onda detectada por meio de um osciloscópio) e, então, pressione o botão START;

DIDATEC Lição 981: Modulação 4-PSK (I) 106 Conecte o osciloscópio nos pontos TP4 e TP16 e observe o sinal de dados e o sinal 4=PSK. Ajuste o potenciômetro PHASE para obter deslocamentos de fase na portadora de 0/90/180/270 º. Serão observadas formas de ondas similares àquelas da FIG. 981.6. Figura 981.5. Q1 Observe as formas de onda nos pontos TP4, TP6 e TP7. O que se pode dizer sobre estes sinais? Grupo A B 1 4 Existe um sinal I no ponto TP6 e um sinal Q no ponto TP7, ambos fornecidos pelo gerador Dibit. I e Q são iguais. 2 1 Existe uma portadora de 1.200 Hz/0 o no ponto TP6 e uma portadora de 1.200 Hz/90 o no ponto Tp7.

DIDATEC Lição 981: Modulação 4-PSK (I) 107 3 2 Existe um sinal I no ponto TP6 e um sinal Q no ponto TP7 ambos fornecidos pelo gerador Dibit. Considerando o sinal de entrada de dados (TP4) divididos em pares de bits, o sinal I assume o valor do primeiro bit do par e o sinal Q assume o valor do segundo bit. 4 3 Existe um sinal I no ponto TP6 e um sinal Q no ponto TP7 ambos fornecidos pelo gerador Dibit. O sinal I é igual ao sinal na entrada de dados (TP4) e o sinal Q é sempre o nível lógico 1. Q2 Observe o sinal modulado (TP16). O que se pode dizer? Grupo A B 1 4 A portadora modulada assume 4 valores de fase. Em cada fase é transmitido um símbolo. Cada bit dos dados corresponde a uma fase. 2 1 A portadora modulada assume 2 valores de fase. Em cada fase é transmitido um símbolo. Cada bit dos dados corresponde a uma fase. 3 2 A portadora modulada assume 4 valores de fase. Em cada fase é transmitido um símbolo. Existe uma fase determinada (símbolo) para cada par de bits. A velocidade de transmissão dos símbolos (Baud) é o dobro da velocidade de transmissão dos dados (bit/s). 4 3 A portadora modulada assume 4 valores de fase. Em cada fase é transmitido um símbolo. Existe uma fase determinada (símbolo) para cada par de bits. A velocidade de transmissão dos símbolos (Baud) é a metade da velocidade de transmissão dos dados (bit/s).

DIDATEC Lição 981: Modulação 4-PSK (I) 108 Q3 Observe as formas de onda nos pontos TP14 e TP15. O que se pode dizer? Grupo A B 1 2 O ponto TP14 é a saída do modulador 1 e TP15 é a saída do modulador 2. Existe um sinal 2-PSK no ponto TP14 e um sinal FSK no ponto TP15. A soma desses dois sinais produz um sinal 4-PSK. 2 3 Existe um sinal 2-PSK nos pontos TP14 e TP15. As portadoras dos dois sinais estão deslocadas entre si de 180 º 3 4 Existe um sinal 2-PSK nos pontos TP14 e TP15. As portadoras dos dois sinais apresentam a mesma fase. 4 1 Existe um sinal 2-PSK nos pontos TP14 e TP15. As portadoras dos dois sinais estão deslocadas entre si de 90 º 981.2.2 Formas de onda do modulador 4-PSK diferencial Ajuste o circuito para o modo 4-PSK diferencial, com uma fonte de dados de 24-bit, sem codificação dos dados (J1b J3c J4, J5 e J6c; SW2 = Differential, SW3 = DS, SW4 = 1.200, SW5 = 1.200/90 o, SW6 = QPSK, como apresentado na FIG. 981.5 com SW2 = Differential); Ajuste uma seqüência de dados 00 10 11 01 00 10 11 01 00 00 00 00 (isto facilitará a identificação das fases na forma de onda detectada por meio de um osciloscópio) e, em seguida, pressione o botão START; Conecte o osciloscópio nos pontos TP4 e TP16 e observe o sinal de dados e o sinal 4-PSK diferencial. Ajuste o potenciômetro PHASE para obter o deslocamento de fase da portadora correspondente a 0/90/180/270 o ;

DIDATEC Lição 981: Modulação 4-PSK (I) 109 Figura 981.6 Formas de onda do modulador 4-PSK.

DIDATEC Lição 981: Modulação 4-PSK (I) 110 As formas de onda obtidas são similares àquelas apresentadas na FIG. 981.7. O deslocamento de fase introduzidas na portadora será na seqüência: 0 o, 90 o, 180 o e 270 o, etc.; Ajuste todos os bits de dados em 1 e, em seguida, pressione o botão START. Selecione a modulação absoluta (SW2 = Normal) ou modulação diferencial (SW2 = Differential) algumas vezes e observe o sinal 4-PSK (ponto TP16) nos dois casos. Q4 O que se pode dizer? Grupo A B 1 2 Modulação absoluta: o sinal 4-PSK varia de 90 o a cada intervalo do bit. Modulação diferencial: o sinal 4-PSK nunca altera sua fase. 2 5 Modulação absoluta: o sinal 4-PSK varia de 180 o a cada intervalo do bit. Modulação diferencial: o sinal 4-PSK varia de 180 o a cada intervalo do bit. 3 4 Modulação absoluta: o sinal 4-PSK nunca varia sua fase. Modulação diferencial: o sinal 4-PSK varia de 180 o a cada intervalo do bit. 4 1 Modulação absoluta: o sinal 4-PSK varia de 180 o a cada par de bit dos dados. Modulação diferencial: o sinal 4-PSK nunca varia sua fase. 5 3 Modulação absoluta: o sinal 4-PSK nunca varia sua fase. Modulação diferencial: o sinal 4-PSK varia de 180 o a cada par de bit dos dados.

DIDATEC Lição 981: Modulação 4-PSK (I) 111 Figura 981.7. FIP Insira INS Q5 O sinal 4-PSK no ponto TP16 não está correto. Qual é a razão para isso? Grupo A B 1 3 O modulador 1 não fornece sinal. 2 4 A portadora de 1.800 Hz está ausente. 3 1 A portadora de 1.200 Hz/0 o está ausente. 4 2 O sinal de dados está ausente. 5 6 A portadora de 1.200 Hz/90 o está ausente.

DIDATEC Lição 981: Modulação 4-PSK (I) 112 981.3 Questões Q6 As seguintes sentenças referem-se à modulação 4-PSK. Qual delas é verdadeira? Grupo A B 1 5 A portadora é uma onda senoidal, que é transmitida com 4 diferentes fases como função do par de bits da entrada. Duas portadoras (com a mesma freqüência e deslocadas de 180 o ) devem ser regeneradas no receptor. Ela é usada em sistemas de transmissão de dados de média velocidade. 2 1 A portadora é uma onda senoidal, que é transmitida com 4 diferentes fases como função do par de bits da entrada. Duas portadoras (com a mesma freqüência e deslocadas de 90 o ) devem ser regeneradas no receptor. Ela é usada em sistemas de transmissão de dados de média velocidade. 3 2 A portadora é uma onda senoidal, que é transmitida com 2 diferentes freqüências como função do par de bits da entrada. O demodulador pode ser construído empregando um circuito PLL. Ela não é muito empregada em sistemas de transmissão de dados de baixa velocidade. 4 3 A portadora é uma onda senoidal, que é transmitida com 2 diferentes fases como função do par de bits da entrada. A modulação pode ser obtida com o emprego de um modulador balanceado. Não é necessário regenerar a portadora. Ela é usada em sistemas de transmissão de dados de média velocidade. 5 4 A portadora é uma onda senoidal, que é transmitida com 2 diferentes fases como função do par de bits da entrada. A portadora deve ser regenerada no receptor. Ela é usada em sistemas de transmissão de dados de média velocidade.

DIDATEC Lição 981: Modulação 4-PSK (I) 113 Q7 Qual dos seguintes modems para transmissão de dados emprega a modulação 4-PSK? Grupo A B 1 2 ITU-T V21, ITU-T V34, BELL 103 2 3 ITU-T V22, ITU-T V32, BELL 103 3 4 ITU-T V22, ITU-T V26, BELL 201 4 5 BELL V21, BELL V23, ITU-T 201 5 1 ITU-T V22bis, ITU-T V22, BELL 209

DIDATEC Lição 982: Modulação 4-PSK (II) 114 Lição 982: Modulação 4-PSK (II) Objetivos: Estabelecer uma conexão 4-PSK (Phase Shift Keying Chaveamento por alternância de fase) com modulação absoluta e diferencial; Observar as formas de ondas do demodulador; Observar o efeito do ruído sobre essa conexão; Observar o diagrama de constelação. Material: Unidade base para o sistema MSU (mod. EP4 fonte de energia, cartão proprietário, unidade mod. FIP Unidade de controle e de inserção de defeitos); UTT4 Cartão de prática; Osciloscópio. 982.1 Noções teóricas 982.1.1 Demodulação 4-PSK A demodulação de um sinal 4-PSK é realizada por meio de 2 demoduladores de produto (detector de produto), que são alimentados pelo sinal 4-PSK e 2 portadoras individuais de mesma freqüência empregadas na transmissão, e deslocadas entre si de 90 º. As portadoras são detectadas do sinal 4-PSK como descrito no capítulo 982.1.2. A FIG. 982.1 apresenta um diagrama de blocos do demodulador 4-PSk, com as relações matemáticas explicitando como o processo de demodulação acontece a

DIDATEC Lição 982: Modulação 4-PSK (II) 115 título de exemplo. Nesse exemplo vê-se ter um sinal 4-PSK instantâneo obtido pela soma de duas ondas senoidais Φ [ ( w )] e Φ [ cos( )] um par de bits Q = 1 e I = 0. sin c 0 t +, geradas por 90 w c t Figura 982.1 Demodulação 4-PSK. 982.1.2 Regeneração da portadora O circuito para a regeneração da portadora deve extrair um sinal coerente (mesma freqüência e fase) com a portadora do sinal 4-PSK que chega, e, além disso, gerar uma Segunda onda senoidal deslocada de 90 o em relação à primeira portadora. O método empregado é explicado como se segue (FIG. 982.2): Um duplo conformador (squarer) remove os deslocamento de fases de 180 o presentes na portadora modulada, para facilitar a regeneração dessa mesma portadora pelo próximo circuito, um PLL; O PLL gera um sinal de forma de onda quadrada com freqüência quatro vezes a freqüência do sinal 4-PSK; Um circuito defasador proporciona o ajuste de fase da portadora regenerada;

DIDATEC Lição 982: Modulação 4-PSK (II) 116 Um divisor de freqüência divide por 2 a onda quadrada, fornecida pelo PLL, gerando duas ondas quadradas com fase oposta entre si; Dois divisores de freqüência dividem por2 a última onda quadrada, e assim as duas portadoras regeneradas são obtidas, desfasadas entre si de 90 º Figura 982.2 Regeneração das duas portadoras do sinal 4-PSK. 982.1.3 Demodulador 4-PSK O diagrama de blocos do demodulador 4-PSK está apresentado na FIG. 982.3, enquanto que a FIG. 982.4 mostra os pontos utilizados nas seções do cartão de prática para essa proposição. O demodulador inclui os seguintes circuitos: O circuito regenerador de portadora descrito anteriormente; Dois demoduladores 2-PSK (indicados no diagrama como I-DEM e Q-DEM), cada um consistindo de um duplo circuito de amostragem. Se as fases das portadoras regeneradas estão corretas, a saída dos circuitos de amostragem contém apenas a metade positiva da meia onda quando o sinal 4-PSK tem uma determinada fase, apenas a metade negativa da meia onda quando a fase é oposta; Dois filtros passa-baixa;

DIDATEC Lição 982: Modulação 4-PSK (II) 117 Um circuito extrator de clock e dois circuitos de retenção de dados. Os sinais I e Q são fornecidos nos pontos de saída TP31 e TP35. Figura 982.3 Diagrama de blocos de um demodulador 4-PSK. Figura 982.4 Demodulador 4-PSK montado no cartão de prática.

DIDATEC Lição 982: Modulação 4-PSK (II) 118 982.2 Exercícios UTT4 Desconecte todos os jumpers. FIP Insira o código da lição: 982 982.2.1 Formas de onda do demodulador 4-PSK Energize o cartão de prática; Ajuste o circuito no modo 4-PSK absoluto, com uma fonte de dados de 24-bit e sem codificação dos dados (conecte J1b J3c J4, J5 e J6c; ajuste SW2 = Normal, SW3 = 24-bit, SW4 = 1.200, SW5 = 1.200/90 o, SW6 = QPSK, SW7 = Squaring Loop, Sw8 = Dibit, ATT = min, NOISE = min, como apresentado na FIG. 982.5); Ajuste uma seqüência de dados cíclica 11.00.01.10 (isso facilitará a identificação dos ângulos de fase na forma de onda detectada pelo emprego de um osciloscópio) e, em seguida, pressione o botão START; Conecte o osciloscópio nos pontos TP16 e TP20 para observar o sinal 4-PSK antes e depois do canal de comunicações. Ajuste o potenciômetro PHASE para obter o defasamento da portadora em 0/90/180/270 º. As formas de onda obtidas devem ser similares àquelas da FIG. 982.6; Observe o efeito do canal de comunicações sobre o sinal 4-PSK. Como o canal de comunicações apresenta limitação na Banda (largura de faixa), a transição das fases do sinal 4-PSK na saída do canal estarão levemente achatados; O demodualdor 4-PSK é realizado com dois demoduladores PSK, I-DEM e Q- DEM. Cada demodulador PSK consiste em dois circuitos de amostragem, que fazem a amostragem nos semi-ciclos positivo e negativo do sinal 4-PSK de entrada. A amostragem do clock consiste na regeneração das portadoras de 1.200 Hz na seção Carrier Recovery do cartão de prática;

DIDATEC Lição 982: Modulação 4-PSK (II) 119 Q1 Como são regeneradas as portadoras observadas nos pontos TP21 e TP22? Grupo A B 1 3 Formas de onda senoidais de 2.400 Hz deslocadas de 90 o entre elas. 2 4 Formas de onda senoidais de 1.200 Hz deslocadas de 180 o entre elas. 3 1 Formas de onda quadrada de 1.200 Hz em posição de fase. 4 2 Formas de onda retangular de 1.200 Hz, deslocadas de 90 o entre elas. 5 6 Formas de onda retangular de 2.400 Hz, deslocadas de 90 o entre elas. 6 5 Formas de onda retangular de 1.200 Hz, deslocadas de 180 º. Os sinais fornecidos pelos demoduladores 2-PSK (TP23 e TP25) aos filtros passa-baixa cruzados, remove a portadora residual de 1.200 Hz. Na saída desses filtros existe a forma de onda dos sinais I e Q detectados (TP24 e TP26); Pode acontecer que os sinais recebidos I e Q estão modificados (ou com sinais trocados) em relação àqueles transmitidos. Isso pode ser entendido como que o demodulador não reconhece que ângulo de fase de 0 o ou 180 o, e essa ambigüidade podem ocorrer na inversão dos dados demodulados. A ambigüidade é superada pela utilização da codificação diferencial antes da modulação. Nesse caso, pressione o botão Phase Sync para obter os sinais I e Q com sinais adequados.

DIDATEC Lição 982: Modulação 4-PSK (II) 120 Q2 Em qual ponto de medida pode-se verificar o sinal dos dados recebidos? Grupo A B 1 5 Em TP29, após o circuito conformador (threshold circuit squaring) do sinal de dados vindo do filtro passa-baixa. 2 4 Em TP35, após o circuito conformador (threshold circuit squaring) do sinal de dados I + Q. 3 1 Em TP10, após o circuito de recombinação do Dibit (sinais I somado ao Q ) dentro do fluxo de bit. 4 2 Em TP29, após o circuito somador de tensão dos sinais I e Q. 5 3 Em TP9, após o circuito combinador de Dbit (sinais I somado ao Q ) dentro do fluxo de bit. Pressione o botão Phase Sync para obter os dados recebidos iguais àqueles transmitidos (TP4). FIP Pressione INS

DIDATEC Lição 982: Modulação 4-PSK (II) Figura 982.5. 121

DIDATEC Lição 982: Modulação 4-PSK (II) 122 Q3 Os dados recebidos no TP9 não estão corretos. Qual é a razão disso? Grupo A B 1 3 As portadoras regeneradas não estão defasadas de 90 o entre elas. O PLL da seção Carrier Recovery não fornece o sinal com freqüência quatro vezes o valor da freqüência da portadora 2. 2 4 A componente de 1.200 Hz/0 o está ausente na transmissão. 3 1 O demodulador I não opera adequadamente. 4 2 O modulador Q (Modulador 2) fornece um sinal com erro. 5 6 O filtro passa-baixa do demodulador I não fornece sinal. 6 5 O demodulador Q não fornece sinal. 982.2.2 4-PSK diferencial A codificação diferencial dos dados a serem transmitidos faz o par de bits ser transformados em uma variação de fase da portadora. Dessa forma, o receptor reconhece o par cada vez que ele detecta a mudança de fase da portadora modulada, independentemente de sua fase absoluta. A ambigüidade da modulação 4-PSK absoluta que pode acontecer na inversão dos dados demodulados, é resolvida dessa maneira. Estabeleça uma conexão 4-PSK (não diferencial) como descrita no último capítulo (J1b J3c J4, J5 e J6c; SW2 = Normal, SW3 = 24-bit, SW4 = 1.200, SW5 = 1.200/90 o, SW6 = QPSK, SW& = Squaring Loop, SW8 = Dibit, ATT = min, NOISE = min, como na FIG. 982.5);

DIDATEC Lição 982: Modulação 4-PSK (II) 123 Figura 982.6 Demodulador 4-PSK.

DIDATEC Lição 982: Modulação 4-PSK (II) 124 Figura 982.7 Regenerador da portadora do sinal 4-PSK. Ajuste uma seqüência de dados cíclica 11.00.01.10 (isso facilitará a identificação dos ângulos de fases da forma de onda detectada pelo emprego de um osciloscópio) e, em seguida, pressione o botão START; Com o osciloscópio observe os dados transmitidos (TP4, antes da codificação diferencial) e os mesmos dados recebidos (TP9, após o decodificador diferencial);

DIDATEC Lição 982: Modulação 4-PSK (II) 125 Pressione o botão Phase Cync (ou abra a linha desconectando e conectando J5) e observe que os dados recebidos podem estar invertidos (ou completamente diferentes) daqueles dados transmitidos; Selecione o modo de operação diferencial (SW2 = Differential); Observe que os dados recebidos (TP9) agora estão sem o sinal de ambigüidade e sempre estarão iguais aos dados transmitidos (TP4), mesmo se a linha é momentaneamente desconectada (desconectando e conectando J5). FIP Pressione INS Q4 Os dados recebidos não estão corretos no ponto TP9. Qual é a razão disso? Grupo A B 1 3 O sinal de dados está ausente na transmissão. 2 4 O circuito conformador da seção Carrier Recovery não fornece um sinal. 3 1 O divisor de freqüência da seção Carrier Recovery não opera adequadamente. 4 2 O modulador 4-PSK fornece um sinal errado. 5 6 O filtro passa-baixa do canal I não fornece um sinal. 6 5 O conformador do canal I não fornece um sinal.

DIDATEC Lição 982: Modulação 4-PSK (II) 126 982.2.3 Diagrama de constelação e efeito do ruído Mantenha as condições estabelecidas no último exercício (J1b J3c J4, J5 e J6c; SW2 = Differential, SW3 = 24-bit, SW4 = 1.200, SW5 = 1.200/90 o, SW6 = QPSK, SW7 = Squaring Loop, SW8 = Dibit, ATT = min, NOISE = min, seqüência de dados cíclica 00110110); Ajuste o osciloscópio como se segue: Modo X-Y; Sensibilidade: Entrada DC, 1V/div. Conecte os pontos TP27 e TP28 nas entradas X e Y do osciloscópio; Na tela do osciloscópio, compare a constelação do sinal 4-PSK (FIG. 982.8); Gradualmente insira um nível de ruído (NOISE). Q5 Porque os pontos da constelação movem-se quando existe um certo nível de ruído? Grupo A B 1 2 O ruído provoca variações na amplitude do sinal 4-PSK. 2 1 O ruído provoca variações de amplitude e de fase no sinal 4-PSK. As variações movem os pontos lateralmente, e as variações de fase movem os pontos na diagonal. 3 4 O ruído provoca variações de amplitude e de fase no sinal 4-PSK. As variações de fase movem os pontos lateralmente e as variações de amplitude movem os pontos na diagonal. 4 3 Não existem deslocamentos dos pontos na constelação.

DIDATEC Lição 982: Modulação 4-PSK (II) 127 Q6 Quais os circuitos na recepção são afetados negativamente pelos efeitos do ruído? Grupo A B 1 4 Apenas o regenerador analógico da portadora em 1.200 Hz (TP21 e TP22). 2 1 Apenas o regenerador de dados do clock (TP33). 3 2 Apenas os demoduladores I e Q. 4 3 Todos os últimos circuitos. Figura 982.8 Constelação 4-PSK (sem e com ruído).

DIDATEC Lição 983: Modulação QAM 128 Lição 983: Modulação QAM Objetivos: Descrever a modulação e a demodulação QAM; Estabelecer uma conexão 8-QAM; Observar o efeito do ruído sobre essa conexão. Material: Unidade base para o sistema MSU (mod. EP4 fonte de energia, cartão proprietário, unidade mod. FIP Unidade de controle e de inserção de defeitos); UTT4 Cartão de prática; Osciloscópio. 983.1 Noções teóricas 983.1.1 Modulação em amplitude em quadratura - QAM (Quadrature Amplitude Modulation) O QAM é uma modulação digital onde a informação está contida na fase bem como na amplitude da portadora transmitida. 8-QAM Na modulação 8-QAM os dados são divididos em grupos de 3 bits (Tribit) um dos quais varia a amplitude da portadora e os dois últimos a sua fase. O sinal modulado pode assumir 4 fases diferentes e 2 amplitudes diferentes, perfazendo um total de 8 estados diferentes (FIG. 983.1).

DIDATEC Lição 983: Modulação QAM 129 16-QAM Na modulação 16-QAM os dados são divididos em grupos de 4 bits (Quadbit Quadribit). As 16 combinações possíveis modificam a amplitude e a fase da portadora que pode assumir 16 estados diferentes (FIG. 983.1). n-qam No momento alcançamos uma subdivisão dos dados em grupos de 9 bits, obtendo constelações com 512 pontos de modulação ou estados. Aspectos principais Os aspectos principais que caracterizam a modulação QAM são: Aplicação em modems para a transmissão de dados em alta velocidade (ITU-T V22bis, V29, V32, V32bis, V33, V34, V34bis, BELL 209) e na transmissão de rádio digital; Ela necessita de circuitos de alta complexidade; A possibilidade de erros na transmissão é maior do que na modulação PSK; Denominando de F B a velocidade de transmissão do bit e n o número de bits considerados para a modulação, o espectro mínimo Bw de um sinal modulado é igual à F B /n; A eficiência de transmissão, definida como a relação entre F B e Bw, é igual a n. O Baud ou Baud rate, definido como a velocidade de modulação ou velocidade dos símbolos, é igual à F B /n.

DIDATEC Lição 983: Modulação QAM 130 Figura 983.1 Diagrama de constelação para os sinais 8-QAM e 16-QAM. Figura 983.2 Diagrama funcional de um modulador 8-QAM.

DIDATEC Lição 983: Modulação QAM 131 Figura 983.3 Modulador 8-QAM montado no cartão de prática. 983.1.2 Modulador 8-QAM O diagrama funcional do modulador 8-QAM está apresentado na FIG. 983.2, enquanto que o diagrama em blocos do modulador montado no cartão de prática está apresentado na FIG. 983.3. O sinal 8-QAM pode ser visto como um sinal 4-PSK cuja amplitude pode assumir 2 valores diferentes. Desse modo, cada intervalo de modulação depende do estado de 3 bits de dados ( I, Q e C ): os dois primeiros ( I e Q ) determinam o ângulo de fase do sinal de saída e o terceiro ( C ) a amplitude. No exemplo utilizado no cartão de prática a amplitude do sinal 4-PSK, gerado como visto na lição 981, é reduzida à metade por um atenuador de saída, ativado quando o bit C é 1. A portadora, como no caso do sinal 4-PSK, é de 1.200 Hz.

DIDATEC Lição 983: Modulação QAM 132 983.1.3 Demodulador 8-QAM O demodulador 8-QAM montado no cartão de prática emprega o demodulador 4- PSK para detectar os sinais I e Q, enquanto que o sinal C é obtido detectando os valores positivo da amplitude do sinal I. Essa amplitude pode assumir 2 valores positivos ou dois valores negativos, em função dos valores do sinal C na transmissão. O demodulador do sinal C detecta qual dos dois níveis está presente no sinal que chega. Se o nível é o maior, obtêm-se o valor 1, se o valor é o menor, obtêm-se o valor 0. O diagrama de blocos do demodulador 8-QAM está apresentado na FIG. 983.4, enquanto que a FIG. 983.5 mostra a seção do cartão de prática utilizado para este propósito. O demodulador inclui os seguintes circuitos: Os regeneradores de portadoras a 0 o e 90 o (o mesmo do demodulador 4- PSK); Dois demoduladores 2-PSK (indicados no diagrama como I-DEM e Q-DEM); Dois filtros passa-baixa; Um circuito discriminador de amplitude do sinal I. Este circuito permite a detecção do sinal C ; Um circuito extrator de clock dos dados e três circuitos de retenção. Os sinais I, Q e C são fornecidos nos pontos de saída TP31, TP35 e Tp39.

DIDATEC Lição 983: Modulação QAM 133 Figura 983.4 Diagrama de blocos do demodulador 8-QAM. Figura 983.5 Demodulador 8-QAM montado no cartão de prática.

DIDATEC Lição 983: Modulação QAM 134 983.2 Exercícios UTT4 Desconecte todos os jumpers. FIP Insira o código da lição: 983. 983.2.1 Formas de onda do modulador 8-QAM Energize o cartão de prática; Ajuste o circuito no modo 8-QAM absoluto, com uma fonte de dados de 24- bits e sem codificação dos dados (conecte J1a J3c J4, J5 e J6c; ajuste SW2 = Normal, SW3 = 24-bit, SW4 = 1.200, SW5 = 1.200/90 o, SW6 = QAM, SW7 = Squaring Loop, SW8 = Tribit, ATT = min, NOISE = min, como na FIG. 983.6); Ajuste uma seqüência de dados cíclica 111.001.010.011.100.101.110 (isso facilitará a identificação dos ângulos de fase na forma de onda detectada por meio de um osciloscópio) e, em seguida, pressione o botão START; Conecte o osciloscópio nos pontos Tp4 e TP6 e observe o sinal de dados e o sinal 8-QAM. Ajuste o potenciômetro PHASE para obter os deslocamentos de fase da portadora correspondentes a 0/90/180/270 º. As formas de onda obtidas serão similares àquelas apresentadas na FIG. 983.7.

DIDATEC Lição 983: Modulação QAM 135 Q1 Observe as formas de onda nos pontos TP4, TP6, TP7 e TP8. O que se observa? Grupo A B 1 4 Existe o sinal I no ponto TP6 e o sinal C no ponto TP7 ambos fornecidos pelo gerador Tribit. I e C são iguais. 2 3 Existe a portadora de 1.200 Hz/0 o no ponto TP6, e a portadora de 1.200 Hz/90 o no ponto TP7. 3 2 Existe o sinal I no ponto TP6, o sinal Q no ponto TP7, o sinal C no ponto TP8, todos fornecidos pelo gerador Tribit. Considerando o sinal de dados da entrada (TP4) dividido em grupos de três bits, o sinal I assume o valor do primeiro dos três bits, o sinal Q assume o valor do segundo dos três bits, e o sinal C é sempre o nível lógico 1. 4 1 Existe o sinal I no ponto TP6, o sinal Q no ponto TP7, o sinal C no ponto TP8, todos fornecidos pelo gerador Tribit. Considerando o sinal de dados da entrada (TP4) dividido em grupos de três bits, o sinal I assume o valor do primeiro dos três bits, o sinal Q assume o valor do segundo dos três bits, e o sinal C assume o valor do terceiro bit.

DIDATEC Lição 983: Modulação QAM 136 Figura 983.6.

DIDATEC Lição 983: Modulação QAM 137 Q2 Observe o sinal modulado (TP16). O que se observa? Grupo A B 1 4 A portadora modulada assume 8 valores de fase. Cada fase transmite um símbolo. Cada bit de dados corresponde a uma fase. 2 1 A portadora modulada assume 8 valores de amplitude. Cada amplitude transmite um símbolo. Cada três bits de dados correspondem a uma amplitude. 3 2 A portadora modulada assume 4 valores de fase e 2 valores de amplitude. Cada combinação de fase e amplitude transmite um símbolo. Existe uma combinação particular (símbolo) para cada gripo de três bits. A velocidade de transmissão dos símbolos (Baud) é três vezes a velocidade de transmissão dos dados (bit/s). 4 3 A portadora assume 4 valores de fase e 2 valores de amplitude. Cada combinação de fase e amplitude transmite um símbolo. Existe uma combinação particular (símbolo) para cada grupo de três bits. A velocidade de transmissão dos símbolos (Baud) é um terço da velocidade de transmissão dos dados (bit/s). 5 4 A portadora assume 4 valores de amplitude e 2 valores de fase. Cada combinação de fase e amplitude transmite um símbolo. Existe uma combinação particular (símbolo) para cada grupo de três bits. A velocidade de transmissão dos símbolos (Baud) é um terço da velocidade de transmissão dos dados (bit/s).

DIDATEC Lição 983: Modulação QAM 138 Q3 Qual é a duração de um bit e de um símbolo? Grupo A B 1 5 Bit 1,1 ms; símbolo 3,33 ms. 2 1 Símbolo 0,55 ms; bit 1,67 ms. 3 2 Bit 1.800 ms; símbolo 600 ms. 4 3 Bit 0,55 ms; símbolo 1,67 ms. 5 4 Bit 0,55 Hz; símbolo 1,67 Hz. 983.2.2 Formas de onda do demodulador QAM Mantenha as últimas condições (J1a J3c J4, J5 e J6c; SW2 = Normal, SW3 = 24-bit, SW4 = 1.200, SW5 = 1.200/90 o, SW6 = QAM, SW7 = Squaring Loop, SW8 = Tribit, ATT = min, NOISE = min, como apresentado na FIG. 983.6); Ajuste uma seqüência de dados cíclica 111.001.010.011.100.101.110.000 e, em seguida, pressione o botão START; Conecte o osciloscópio nos pontos TP16 e TP20, para observar o sinal 8-QAM antes e depois do canal de comunicação. Ajuste PHASE para obter o deslocamento de fase da portadora correspondente aos ângulos de fase de 0/90/180/270 o ;

DIDATEC Lição 983: Modulação QAM 139 Figura 983.7 Formas de onda do modulador e demodulador 8-QAM. Observe o efeito do canal de comunicação sobre o sinal 8-QAM. Como o canal de comunicação apresenta uma banda (largura de faixa) limitada, a transição de fase do sinal 8-QAM na saída pode apresentar ligeiro achatamento; O demodulador 8-QAM emprega o demodulador 4-PSK para detectar os sinais I e Q, enquanto, para o sinal C, ele é obtido pela detecção da amplitude dos valores positivo do mesmo sinal I. Sua amplitude pode assumir 2 valores positivos e dois valores negativos, em função do valor do sinal C transmitido. O demodulador C detecta qual dos dois valores está presente no sinal que chega. Se o nível for alto o valor é 1, se o nível for baixo o valor é 0 ;

DIDATEC Lição 983: Modulação QAM 140 Em detalhes: O demodulador I-DEM consiste de um duplo circuito de amostragem que amostra os semiciclos positivo e negativo do sinal 8-QAM que chega, fornecendo o sinal apresentado na FIG. 983.7 (TP23). A amostragem do clock consiste de regenerador de portadora de 1.200 Hz na seção Carrier Recovery; O filtro passa-baixa remove a portadora residual de 1.200 Hz. Na saída do filtro (TP24) obtém-se um sinal com 4 possibilidades de amplitude, 2 positiva e 2 negativas; O circuito seguinte amostra o sinal no centro do intervalo do símbolo. Adquire-se uma forma de onda quadrada, sempre com 4 níveis de amplitude (TP27); O sinal I (TP31) é detectado por um circuito conformador que fornece um sinal, nível alto (bit 1 ), quando há tensão positiva no ponto TP27 e um sinal, nível baixo (bit 0 ) quando há uma tensão negativa no ponto TP27; O sinal C (TP30) é obtido por um detector seguido por um circuito comformador. Esse fornece um nível alto (bit 1 ) quando a tensão no ponto TP24 é alta e um nível baixo (bit 0 ) quando a tensão é baixa; O sinal Q é obtido de forma análoga ao sinal I, empregando o demodulador Q-DEM e os circuitos seguintes a ele.

DIDATEC Lição 983: Modulação QAM 141 Q4 Qual é a amostragem de clock do símbolo recebido? Qual é o clock dos bits? Grupo A B 1 2 Clock do símbolo = 1.800 Hz, TP32; clock dos bits = 600 Hz, TP34. 2 5 Clock do símbolo = 600 Hz, TP32; clock dos bits = 1.800 Hz, TP34. 3 1 Clock do símbolo = 600 Hz, TP32; clock dos bits = 1.200 Hz, TP33. 4 3 Clock do símbolo = 1.200 Hz, TP33; clock dos bits = 600 Hz, TP32. 5 4 Clock do símbolo = clock dos bits = 600 Hz, TP32. Pode acontecer que os sinais recebidos I e Q estejam modificados (ou com sinal trocado) em relação àqueles transmitidos. Isso pode ser entendido como que o demodulador não reconhece qual é a fase que está chegando se é 0 o ou 180 o, e essa ambigüidade aparece como a inversão dos dados demodulados. A ambigüidade é superada pelo emprego de uma codificação diferencial dos dados antes da modulação. Nesse caso, pressione o botão Phase Sync para obter os sinais I e Q com os sinais adequados; Observe os dados recebidos no ponto TP9. Pressione o botão Phase Sync para obter os dados recebidos iguais aos dados transmitidos (Tp4). FIP Pressione INS

DIDATEC Lição 983: Modulação QAM 142 Q5 Os dados recebidos no ponto TP9 não estão corretos. Qual é a razão para isso? Grupo A B 1 2 As portadoras regeneradas não estão deslocadas de 90 o entre elas. O PLL da seção Carrier Recovery não fornece o sinal com o quádruplo da freqüência da portadora. 2 4 A componente 1.200/0 o está ausente na transmissão. 3 1 O demodulador I não opera adequadamente. 4 2 O Modulador Q (Modulador 2) fornece um sinal errado. 5 6 O transmissor não fornece sinal. 6 5 O demodulador C não fornece sinal. 983.2.3 8-QAM diferencial A codificação diferencial dos dados a serem transmitidos cria o par de bits que serão transformados em variações de fase da portadora. Desse modo, o receptor detecta o par a cada instante e detecta o deslocamento de fase da portadora modulada, independentemente de sua fase absoluta. A ambigüidade da modulação absoluta de fase, que pode proporcionar a inversão dos dados demodulados, é superada. Estabeleça uma conexão 8-QAM (não diferencial) como descrito no último capítulo (J1a J3c J4, J5 e J6c; SW2 = Normal, SW3 = 24-bit, SW4 = 1.200, SW5 = 1.200/90 o, SW6 = QAM, SW7 = Squaring Loop, SW8 = Tribit, ATT = min, NOISE = min, como apresentado na FIG. 983.6);

DIDATEC Lição 983: Modulação QAM 143 Ajuste uma seqüência de dados cíclica 111.001.010.011.100.101.110.000 e, em seguida, pressione o botão START; Observe os dados transmitidos empregando um osciloscópio (TP4, antes do codificador diferencial) e os dados recebidos (TP9, após o decodificador diferencial); Pressione o botão Phase Sync (ou abra a linha desconectando e conectando J5) e veja que os dados recebidos podem aparecer invertidos (ou completamente diferentes) em relação as dados transmitidos; Selecione o modo de operação diferencial (SW2 = Differential); Veja que os dados recebidos (TP9) agora estão sem o sinal de ambigüidade e sempre estarão iguais aos dados transmitidos (TP4), embora momentaneamente a linha seja aberta (desconecte e conecte J5). 983.2.4 Diagrama de Constelação e Efeito do Ruído Mantenha as condições do último exercício (J1a J3c J4, J5 e J6c; SW2 = Normal, SW3 = 24-bit, SW4 = 1.200, SW5 = 1.200/90 o, SW6 = QAM, SW7 = Squaring Loop, SW8 = Tribit, ATT = min, NOISE = min, como apresentado na FIG. 983.6); Ajuste uma seqüência de dados cíclica 111.001.010.011.100.101.110.000 e, em seguida, pressione o botão START; Ajuste o osciloscópio como se segue: Modo X-Y; Entrada DC, sensibilidade 1V/Div; Conecte os pontos TP27 e TP28 às entradas X e Y do osciloscópio;

DIDATEC Lição 983: Modulação QAM 144 A constelação de um sinal 8-QAM aparece na tela do osciloscópio (FIG. 983.8); Gradualmente aumente (NOISE) e verifique o deslocamento dos pontos da constelação na tela do osciloscópio. Q6 - Como os circuitos podem ser ajustados para realizar a medida da taxa de erro num sistema de comunicação QAM? Grupo A B 1 2 J1a J3c J4, J5 e J6c; SW2 = Normal, SW3 = 24-bit, SW4 = 1.800, SW5 = 1.200/90 o, SW6 = QAM, SW7 = Squaring Loop, SW8 = Tribit, SW9 = Read, ATT = min, NOISE = min, pressione o botão START. 2 3 J1a J3c J4, J5 e J6c; SW2 = Differential, SW3 = 24-bit, SW4 = 1.200, SW5 = 1.200/90 o, SW6 = QAM, SW7 = Squaring Loop, SW8 = Dibit, SW9 = Read, ATT = min, NOISE = min, pressione o botão START. 3 4 J1a J3c J4, J5 e J6a; SW2 = Differential, SW3 = 64-bit, SW4 = 1.200, SW5 = 1.200/90 o, SW6 = QAM, SW7 = Costas Loop, SW8 = Tribit, SW9 = Read, ATT = min, NOISE = min, pressione o botão START. 4 1 J1a J3c J4, J5 e J6c; SW2 = Differential, SW3 = 64-bit, SW4 = 1.200, SW5 = 1.200/90 o, SW6 = QAM, SW7 = Squaring Loop, SW8 = Tribit, SW9 = Read, ATT = min, NOISE = min, pressione o botão START. Ajuste o circuito segundo a última resposta; Gradualmente aumente o nível de ruído; Verifique o movimento dos pontos da constelação e, simultaneamente o aumento do número de bits errados na recepção.

DIDATEC Lição 983: Modulação QAM 145 FIP Pressione INS Q7 Os dados recebidos no ponto TP9 não estão corretos. Qual a razão para isso? Grupo A B 1 3 As portadoras regeneradas não estão deslocadas de 90 o entre elas. O PLL da seção Carrier Recovery não fornece um sinal com a freqüência quatro vezes maior que a freqüência da portadora. 2 4 A componente de 1.200Hz/0 o está ausente na transmissão. 3 1 O demodulador I não opera adequadamente. 4 2 O modulador Q (modulador 2) fornece um sinal errado. 5 6 O transmissor não fornece nenhum sinal. 6 5 O modulador I (modulador 1) fornece um sinal errado. Figura 983.8 Constelação 8-QAM (sem e com ruído).

DIDATEC Lição 984: Transmissão de Dados 146 Lição 984: Transmissão de Dados Objetivos: Descrever as principais características da interface RS232C-V24; Estabelecer um sistema de transmissão de dados entre computadores pessoais, utilizando os circuitos do cartão de prática como um modem. Material: Unidade base para o sistema MSU (mod. EP4 fonte de energia, cartão proprietário, unidade mod. FIP Unidade de controle e de inserção de defeitos); UTT4 Cartão de prática; Osciloscópio; Computador pessoal. 984.1 Noções teóricas 984.1.1 Interface V24 / RS232C A interface serial V24/V28 (nome ITU, International Telecommunication Union União Internacional de Telecomunicações) ou RS232C (nome EIA Electronics Industries Association Associação das Indústrias Eletrônicas) é empregada na transmissão de dados (FIG. 984.1) para conectar equipamentos terminais (DTE, Data Terminal Equipament Equipamento Terminal de Dados) e equipamentos de transmissão (DCE, Data Communication Equipament Equipamento de Comunicação de Dados). Na interface serial V24/RS232D os dados binários são representados pelos seguintes níveis elétricos: 0 lógico = tensão na faixa entre +3 e +15 V;

DIDATEC Lição 984: Transmissão de Dados 147 1 lógico = tensão na faixa entre 3 e 15 V. O equipamento de transmissão (DCE) normalmente emprega circuitos TTL (ou CMOS). Para a transmissão de dados coma a interface V24/RS232C começa, por exemplo, a partir de um computador pessoal ou um terminal de dados, é necessário transformar os níveis V24/RS232C em níveis TTL ( 0 lógico = 0 V; 1 lógico = +5 V) e vice-versa. O casamento dos sinais V24/RS232C para os níveis TTL é obtido com o circuito da FIG. 984.2. No conector da interface os circuitos (+12 V) o CTS (Clear to Send Limpar para Enviar), DRS (Data Set Ready Ajuste de dados para Leitura) e DCD (Data Carrier Detect Detector de Dados da Portadora) são ajustados para nível alto como usualmente é exigido para um DTE estabelecer a transmissão de dados. Os sinais relacionados para a transmissão de dados (TD) e os dados recebidos (RD) são levados para o nível adequado por circuitos integrados. Os primeiros são transformados, via inversão Line Receiver, de +12/-12 V para 0/5 V. Os segundos são transformados, via inversão Line Driver de 0/5 V para +8/-8 V. Para uma análise detalhada da Transmissão de Dados, refere-se ao Sistema de Transmissão de Dados e ao Software Multimídia para a Transmissão de Dados e Telemática. 984.1.2 Estabelecendo uma conexão para a Transmissão de Dados O equipamento transmissor (DCE) empregado para estabelecer uma conexão de dados passando através de linhas telefônicas são comumente conhecidos como Modem (Modulator/demodulator Modulador/demodulador). Como foi descrito na lição 976, a principal função desenvolvida por cada equipamento é transladar os sinais de dados para dentro da banda ou largura de faixa da voz, empregando as modulações ASK, FSK, PSK ou QAM dentro dessa proposta.

DIDATEC Lição 984: Transmissão de Dados 148 Com os circuitos montados no cartão de prática pode-se implementar um modem para a transmissão de dados assíncrona, empregando a modulação ASK ou 2- PSK. É possível estabelecer uma conexão de dados entre os equipamentos terminais (DTE). Figura 984.1 Sistema de Transmissão de Dados. Figura 984.2 Interface V24/RS232C. 984.2 Exercícios UTT4 Desconecte todos os jumper. FIP Insira o código da lição: 984

DIDATEC Lição 984: Transmissão de Dados 149 984.2.1 Transmissão para Computador Pessoal A proposta desse exercício é estabelecer uma transmissão de dados assíncrona no formata V24/RS232C. Um computador pessoal é empregado como terminal de transmissão/recepção que: Fornece os Transmitted Data dados de transmissão no pino 3 de um conector serial; Recebe o Received Data dados recebidos no ponto 2. O diagrama da conexão está apresentado na FIG. 984.3. O caminho dos sinais é o seguinte: Os Data Transmitted dados transmitidos pelo PC (TD, pino 3 do conector serial) são aplicados a uma Line Receiver Linha de recepção, que os converte no formato TTL; O próximo modulador converte os níveis de +5V e 0V correspondentes aos bits dos dados para uma portadora modulada; O sinal modulado é transmitido através do canal de comunicação; Na recepção, o demodulador detecta o sinal de dados e fornece-os no formato TTL; Os dados no formato TTL são convertidos no formato V24/RS232C pelo próximo estágio Line Driver driver de linha e alimenta o PC no pino 2 do conector serial (RD, Received Data Dados Recebidos).

DIDATEC Lição 984: Transmissão de Dados 150 Figura 984.3 Transmissão de dados entre um computador pessoal. Estabelecendo a conexão As modulações ASK ou 2-PSK podem ser utilizadas, com uma velocidade dos dados no máximo de 1.200 bit/s. Se a modulação FSK for empregada poderá provocar erros na recepção; os dados (assíncronos) fornecidos pelo PC não sintonizados com a variação de freqüência do sinal FSK (não existe continuidade de fase na passagem de uma freqüência para outra) e isso compromete a operação adequada do demodulador PLL; Energize o cartão de prática; Ajuste o circuito no modo ASK assíncrono (conecte J1f J3d J4, J5 e J6a; ajuste SW1 = RS2232, SW2 = Normal, SW4 = 1.200, SW6 = ASK, ATT = min, NOISE = min, como na FIG. 984.4) ou no modo 2-PSK assíncrono (conecte J1f J3b J4, J5 e J6c; ajuste SW1 = RS232, SW2 = Normal, SW4 = 1.200, SW6 = PSK, SW7 = Squaring Loop, ATT = min, NOISE = min, como na FIG. 984.5); Ajuste do Terminal Conecte a porta serial (9 pinos) do PC ao conector do cartão de prática UTT4 por meio de um cabo adequado;

DIDATEC Lição 984: Transmissão de Dados 151 Carregue o software de emulação de terminal no PC (por exemplo, Terminal of Windows Terminal do Windows); Ajuste o software com os seguintes parâmetros: velocidade máxima de 1.200 bit/s; Controle de fluxo: nenhum ou RTS/CTS. Troca de dados Agora, pode-se estabelecer a transmissão de dados. Digite alguns caracteres no teclado e verifique que os mesmos caracteres são recebidos (após percorrer todo o caminho por diferentes circuitos e o canal de comunicação) no monitor; Se a modulação 2-PSK for empregada podem-se receber os dados completamente errados. Isso pode ser devido à ambigüidade na regeneração da portadora na recepção. Pressione Phase Sync para obter os dados de forma adequada; Com o osciloscópio observe as formas de ondas em: TP36: sinal dos dados transmitidos (no formato V24/RS232C, amplitude em torno de +/-9 V; TP4: sinal dos dados transmitidos (no formato TTL, amplitude de 0 V / +5 V); TP29: sinal dos dados recebidos (no formato TTL, amplitude de 0 V/+5 V); TP37: sinal dos dados recebidos (no formato V24/RS232C, amplitude em torno de +/-8 V). Efeito do Ruído Gradualmente aumente o nível de ruído até que o terminal de recepção mostre na tela do monitor caracteres diferentes daqueles transmitidos (digitados

DIDATEC Lição 984: Transmissão de Dados 152 no teclado). Isso indica que o ruído está provocando erros nos dados transmitidos. 984.2.2 Transmissão de dados síncronos Se a fonte de dados for um terminal síncrono, um clock interno do cartão de prática será utilizado (TX CK, TP1) como o clock de transmissão para esse terminal. O cartão de prática deve ser ajustado com o jumper J1 na posição EXT Data/Sync.

DIDATEC Lição 984: Transmissão de Dados Figura 984.4. 153

DIDATEC Lição 984: Transmissão de Dados Figura 984.5. 154

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