UNIVERSIDADE GAMA FILHO PROCET DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA Disciplina de Princípios de Prof. MC. Leonardo Gonsioroski da Silva
O Curso Ementa Introdução aos sistemas de Análise de Sinais (Transformada de Fourier) Modulação em Amplitude Modulação em Ângulo Modulação Pulsada e a Transição do Analógico para o Digital Transmissão de dados em Banda Base Objetivo do Curso Apresentar noções de sistemas de comunicações e, principalmente, como os sinais são representados, analisados e processados tendo em vista a sua transmissão e recepção. Ao final do curso, o aluno deverá ter plena compreensão sobre as formas de representação de sinais nos domínios do tempo e da freqüência (e a relação entre elas) e sobre os processos de modulação mais comumente utilizados na prática. Requisitos principais A matéria pode ser considerada uma matéria de "trigonometria aplicada" e, como tal, os alunos devem ter forte embasamento matemático em trigonometria, particularmente sobre as relações entre as funções trigonométricas e de integração de funções exponenciais.
O Curso Bibliografia básica do curso 1. A.B. CARLSON: Communication Systems, 3 Ed., McGraw-Hill, 1986 2. S. HAYKIN: Introdução aos Sistemas de Comunicação, Bookman, 2 Ed. 2008 3. B.P. LATHI - Sistemas de Comunicações, Guanabara Dois, 1979 (tradução de livro de 1968) 4. Notas de Aula no site do professor. www.prof-leonardo.com.br
O Curso Critérios de Avaliação GQ1 Dia 31/03 Matéria: Introdução aos Sistemas de, Análise de sinais e Modulação em amplitude. Avaliação Escrita (Peso 0,90) Trabalho em MatLab (Peso 0,10) GQ2 Dia 26/05 Matéria: Modulação em ângulo, Modulação Pulsada e Transmissão Banda Base Avaliação Escrita (Peso 0,8) Trabalho em MatLab (Peso 0,2) GQ3 (09/06) e GQE (16/06) Toda a matéria, apenas avaliação Escrita (Prova)
O Curso Assiduidade e pontualidade Dicas Importantes Evitar Faltar a aula, pois a matéria é complexa e a participação em sala de aula é dependente da assiduidade. Evitar chegar depois das 19:00 Evitar ficar saindo durante a aula Evitar estudar para outra matéria durante a aula (principalmente no dia em que houver outras provas) Nível de dificuldade Não é uma matéria para se estudar de véspera. A GQ3 deve ser evitada, pois cai toda a matéria que é longa e complexa. Sugiro dedicação para o aprendizado das Transformadas de Fourier.
COMUNICAÇÃO TRANSMISSÃO DE INFORMAÇÃO DE UM PONTO A OUTRO, ATRAVÉS DE UMA SUCESSÃO DE PROCESSOS.
TELE COMUNICAÇÃO TELE Do grego têle - longe, a distância O termo telecomunicações se refere à transmissão, emissão ou recepção de sinais elétricos através do uso de guias de ondas ou do espaço livre como meio físico de comunicação.
Elementos de um sistema de Um sistema de comunicação simples é formado pelos seguintes blocos: Fonte Transmissor Canal Receptor Destino
Elementos de um sistema de
Elementos de um sistema de O Transmissor processa o sinal de entrada a fim de adaptá-lo ao canal de comunicação desejado ou disponível. Normalmente envolve um processo de modulação e eventualmente codificação. O Canal de Comunicação é o meio de comunicação entre o transmissor e o receptor. Ex: par de fios, cabo coaxial, enlace de rádio, feixe de luz, cabos de fibras ópticas, etc. O canal de comunicação normalmente envolve perdas ou atenuação do sinal e contaminação por ruído. Além disso, ocorrem interferências que provocam mudanças na forma do sinal transmitido. distorções e
Elementos de um sistema de O Receptor processa o sinal recebido para entrega ao transdutor de saída tendo como funções básicas: Aspectos Introdutórios das a ampliação do sinal (para compensar as perdas no canal), a demodulação e a decodificação (processos que revertem os de modulação e codificação no transmissor) a filtragem (para reduzir efeitos de ruído e interferência - em freqüências diferentes da do sinal - e, eventualmente, de distorções - através de filtros equalizadores - na faixa de freqüências do sinal).
Modos de Comunicação Aspectos Introdutórios das Broadcasting Utilização de um único transmissor e vários receptores. A informação flui em um único sentido. Ex.: Comunicações Celulares Comunicação ponto a ponto A comunicação acontece entre um único emissor e um único receptor. Normalmente o fluxo é bidirecional.
Modos de Comunicação Aspectos Introdutórios das
Exemplo de Integração de Redes sem Fio Inicialmente com Sinal 3G- WWAN 3G WWAN Zona 1 Zona2 Zona 3 A Interface Wi-Fi é iniciada Sinal Wi-Fi forte Terminal conecta-se com a nova rede Wi-Fi Zona 4 Zona 5 Zona 6 Conectado ao Wi-Fi Continua Conectado ao Wi-Fi Casa do Usuário A operadora muda o sinal para WiMAX O terminal é completamente desligado da rede Wi-Fi Wi-Fi. Link Going Down Airport Continua ligado ao 3G WWAN Bateria Baixa Desliga-se do WiMAX Troca para o 3G WWAN Radio Sinal Rádio State 3G WWAN Wi-Fi WiMAX GPS Zona 7 WiMAX Zona 8 WiMAX Zona 9
Comunicação por Satélites Aspectos Introdutórios das
Recursos primários dos sistemas de comunicação Os dois recursos primários são empregados: Largura de faixa do canal Banda de freqüências alocadas para a transmissão do sinal da mensagem; Potência Transmitida Potência média transmitida do sinal. Objetivo: Utilizar estes dois recursos da forma mais eficiente possível.
Largura de Banda ou largura de faixa A Largura de faixa está relacionada com a velocidade de transmissão da informação. Quanto maior a largura de faixa, maior será a taxa de transmissão. Os sinais que variam rapidamente apresentam um conteúdo de freqüências, descrito pelo seu espectro de freqüências. A largura de faixa, a grosso modo, é a diferença entre as freqüências máxima e mínima do sinal. Exemplos: Telefonia - 3100 Hz (faixa de 300 Hz a 3400 Hz) Áudio em rádio AM - 5 khz Áudio em rádio FM - 15 khz Vídeo em TV - 4,2 MHz
Potência Relacionada com a energia utilizada para transmitir uma informação Quanto maior a potência, menos o Ruído do canal irá influenciar o símbolo transmitido Na entrada de Receptores sempre haverá a presença do Ruído somado ao sinal recebido. Deve-se então estabelecer uma relação inteligente entre a potência do sinal recebido e a potência do Ruído. A essa relação damos o nome de Relação Sinal- Ruído (SNR).
Ruído Ruído pode ser definido como, ondas eletromagnéticas que tendem a perturbar a transmissão e o processamento de sinais de mensagem em um sistema de comunicação. Suas fontes podem ser internas ou externas ao sistema. Medida quantitativa do ruído é S/R(Signal Signal Noise Ratio). S / R = 10.log Potência do sinal Potência do ruído
Ruído Aspectos Introdutórios das Ruído pode ser definido como todo e qualquer tipo de interferência externa que exercida sobre o sinal capaz de distorcê-lo lo. Problemas surgem quando a relação S/N é "baixa", isto é, quando o nível de "contaminação do sinal pelo ruído é significativo, mascarando o sinal. A noção de baixa ou alta S/N, depende da aplicação e do sistema. Por exemplo, uma S/N de 1.000 (30 db) é "boa" para recepção de rádio AM mas para um CD de áudio esta relação deve ser maior que 100.000 000 (50 db). Considerando os limites em largura de faixa e S/R, Shannon (1948) estabeleceu um limite superior para a transmissão de informação (Capacidade de canal) como sendo: onde: S C = B log 1 + N bits/s B é a Largura de Faixa S/N é a relação entre potências do sinal e do ruído (gaussiano)
O Decibel (db) O decibel é a ordem de grandeza da razão entre duas instâncias da mesma espécie. Por isso é adimensional (ou seja não possui unidade de medida). Quando, por exemplo, comparamos a potência de saída com a potência de entrada de um sistema de áudio, queremos saber quanto a potencia foi aumentada (ganho) ou reduzida (atenuação). Essas quantidades de Ganho ou de Atenuação podem vir a ser muito grandes ou muito pequenas. p.ex.: 1.000.000 ou 0,00005 Para dar mais significado prático e intuitivo a esses valores, expressamos em Decibéis.
O Decibel (db) O Decibel é o logaritmo na base 10 da razão entre as medidas que estão sendo comparadas O Decibel surgiu da necessidade de representar números muito grandes ou muito pequenos sem a necessidade de colocar muitos "zeros". Em engenharia, o decibel é uma unidade padrão para medir os níveis relativos de corrente, tensão, e conseqüentemente medição de potência de sinais. Um sinal de menos antes do db indica uma perda (Atenuação) e um sinal de mais ou nenhum sinal antes do db indica um ganho.
O Decibel (db) Aspectos Introdutórios das O decibel é dado pela expressão: Lembrando que: n logb x = n b = x
O Decibel (db) Por exemplo um sinal é gerado com uma potência de 30W, passa por um amplificador e passa a ter uma potência de 60 W, qual foi o ganho dado pelo amplificador em db? x( decibéis) = 10 log( P P 0 ) 60 = 10 log( ) 30 = 10 log(2) x( decibéis) = 10 0,3001 = 3,00 Verificamos que o ganho oferecido pelo amplificador foi de 3 db o que representou o dobro do sinal potencia de entrada. Pela tabela ao lado podemos verificar o a representatividade de ganho para cada valor de decibel apresentado.
Outras unidades logarítmicas usadas em transmissão dbm O dbm é utilizado na comparação de um valor fixo de referência de potência de sistemas. O valor de referência para esta unidade é 1mW, com isso teremos um valor absoluto de potência, indicando o número de db abaixo ou acima de 1mW, ou seja, significa dizer que quando temos 0dBm teremos uma potência de 1mW. A sua equação é dada por: Potência ( em dbm) = 10log Potência ( em W ) 1mW Exemplo 1:Um amplificador tem uma potência de 20W. Qual será sua potência em dbm? Exemplo 2: A entrada de um sistema possui uma potência de 0,0004W. Qual a sua potência em dbm?
Outras unidades logarítmicas usadas em transmissão dbw Possui a mesmas características do dbm, contudo ao invés de utilizarmos a potência de referencia 1mW utilizaremos a potência de 1W. Sua equação é dada por: Exercício de Fixação: Potência ( em dbw ) = 10log Potência ( em W ) 1W Os sinais de rádio de um avião tinham 1mW de potência e chegaram à antena do aeroporto enfraquecidos de 58dB. Sendo que o sistema de rádio-recepção do aeroporto amplificou esses sinais para 2W, pede-se o ganho do sistema antena do n aeroporto+amplificador do aeroporto. 1 mw Perda no espaço livre - 58 db Amplificação da Antena do Aeroporto? 2W 1.10-8,8 W? 91 db logb x = n b = x Antena do Avião Antena do Aeroporto
Aplicação do Teorema de Shannon
Análise de um sinal senoidal no tempo V ( t) = V sen(2π ft + ϕ) p V ( t) = 2 sen(4πft) Ciclo - uma oscilação completa; Período (segundos) - tempo que dura um ciclo; Freqüência (Hertz) - o numero de ciclos em um segundo, ou seja, inverso do período(1/t) /T); Fase (radianos) - defasagem do sinal; Amplitude (Volts) - valor máximo da forma de onda.
Relação entre tempo e freqüência Freqüência (Hertz) - o numero de ciclos em um segundo, ou seja, inverso do período(1/t) /T); Aspectos Introdutórios das f 1 = T Domínio do Tempo Domínio da freqüência Transformada de Fourier
Relação entre tempo e freqüência