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Elementos de sistema Caracterizac¸a˜o de canal Princ´ıpios de Comunicac¸o˜es Aula 2 do Mo´dulo 1 Prof. Leocarlos Bezerra da Silva Lima Universidade Federal de Campina Grande – UFCG Departamento de Engenharia Ele´trica – DEE Tema: Componentes de um sistema de comunicac¸o˜es. Caracterizac¸a˜o de canal. Elementos de sistema Caracterizac¸a˜o de canal Suma´rio Elementos de um sistema de comunicac¸a˜o Caracterizac¸a˜o de canal Elementos de sistema Caracterizac¸a˜o de canal Suma´rio Elementos de um sistema de comunicac¸a˜o Caracterizac¸a˜o de canal Elementos de sistema Caracterizac¸a˜o de canal Elementos de um sistema de comunicac¸a˜o Fonte Transdutor Transmissor Canal ReceptorTransdutorDestino x(t) y(t) • Transdutores abstra´ıdos → Considerar sinais ele´tricos em fonte e destino. Elementos de sistema Caracterizac¸a˜o de canal Diagrama geral de um sistema de comunicac¸a˜o Transmissor Receptor Fonte Codificadorde Fonte Codificador de Canal Modulador Canal Ruído Interferência Distorção Desvanecimento Efeito Doppler DemoduladorDecodificadorde Canal Decodificador de FonteDestino Elementos de sistema Caracterizac¸a˜o de canal Elementos dos sistemas de comunicac¸a˜o Codificador de fonte • Reduz redundaˆncias da mensagem (emprega menos bits); • Realiza conversa˜o AD (para fonte analo´gica); • Realiza compressa˜o do sinal (com perda de informac¸a˜o) ou compactac¸a˜o do sinal (sem perda de informac¸a˜o). Codificador de canal • Introduz redundaˆncias a` mensagem (acrescenta bits); • Estrutura redundante criada permite detectar e corrigir erros; • Possui capacidade limitada → Erros em excesso causam erros de decodificac¸a˜o. Elementos de sistema Caracterizac¸a˜o de canal Elementos dos sistemas de comunicac¸a˜o Modulador • Ade´qua sinal a transmitir a`s caracter´ısticas do canal; • Modulac¸a˜o → Translac¸a˜o de frequeˆncias; • Amplitude e/ou fase de senoide (portadora) em func¸a˜o de mensagem (sinal modulante). Vantagens da modulac¸a˜o • Permite emprego de antenas de dimenso˜es pra´ticas; • Permite aproveitar espetro de frequeˆncias dispon´ıvel; • Permite transmitir diversos sinais simultaneamente (FDM – frequency division multiplexing); • Permite compensar relac¸a˜o sinal-ru´ıdo (SNR) com largura de faixa. Elementos de sistema Caracterizac¸a˜o de canal Suma´rio Elementos de um sistema de comunicac¸a˜o Caracterizac¸a˜o de canal Elementos de sistema Caracterizac¸a˜o de canal Efeitos do canal sobre o sinal transmitido • Atenuac¸a˜o → Reduc¸a˜o da energia do sinal pela propagac¸a˜o (na˜o representa degradac¸a˜o); • Atraso → Tempo decorrido pela propagac¸a˜o (na˜o representa degradac¸a˜o); • Ru´ıdo → De natureza te´rmica, aditivo, esta´ sempre presente; • Interfereˆncia → De fonte identifica´vel, aditivo, pode ser evitado; • Distorc¸a˜o → Resposta na˜o ideal em circuito e linha de transmissa˜o; • Linear → Resposta em amplitude na˜o uniforme ou resposta em fase na˜o proporcional a` frequeˆncia; • Na˜o linear → Componentes de frequeˆncia espu´rias; • Desvanecimento → Fortes e ra´pidas variac¸o˜es do canal devido a multipercursos; • Efeito Doppler → Deslocamento de frequeˆncias devido a movimento relativo entre transmissor, receptor e obsta´culos. Elementos de sistema Caracterizac¸a˜o de canal Exemplos de canais de comunicac¸a˜o Par tranc¸ado Largura de faixa estreita (centenas de kHz). Usado para voz e dados. Forte distorc¸a˜o de amplitude e fase, ale´m de forte ru´ıdo e interfereˆncia intercanal; Cabo coaxial Largura de faixa me´dia (centenas de MHz). Usado para voz, dados e imagem. Menor distorc¸a˜o e interfereˆncia; Fibra o´ptica Largura de faixa larga (alguns GHz). Usado em aplicac¸o˜es diversas. Baixa atenuac¸a˜o, imunidade a` interfereˆncia eletromagne´tica e baixa distorc¸a˜o em versa˜o monomodo; Radiodifusa˜o Configurac¸a˜o depende do meio e da faixa de frequeˆncias. Emprega antenas maiores que 110 de λ. Meio subaqua´tico Alta atenuac¸a˜o para ondas eletromagne´ticas, mas baixa para ondas acu´sticas. Largura de faixa muito estreita. Utilizado em sonares; Armazenamento Caracter´ısticas dependem do dispositivo de leitura e escrita e da m´ıdia. Elementos de sistema Caracterizac¸a˜o de canal Largura de faixa • De sinal passa-baixas, ou em banda ba´sica → Maior componente de frequeˆncias com energia significativa do sinal; • De sinal passa-faixa, ou modulado → Intervalo de frequeˆncias em que esta´ compreendida a energia do sinal; fc − 1T fc fc + 1T |sinc [pi(f − fc)T ]| f Bt B90% B3dB • De canal → Intervalo de frequeˆncias em que canal permite passagem de sinal (banda passante). Elementos de sistema Caracterizac¸a˜o de canal Capacidade de canal • Trabalho de Claude Elwood Shannon em 1948, A Mathematical Theory of Communication ⇒ • Criou a teoria da informac¸a˜o e codificac¸a˜o; • Principiou as comunicac¸o˜es digitais modernas; • Entropia → Quantidade de informac¸a˜o de sinal; H(x) = ∑ i P(xi ) log2 1 P(xi ) (bits) • Capacidade de canal (canal AWGN) → Limitante superior do throughput; C = B log2 (1 + SNR) (bits/s) • SNR → Limita no de n´ıveis de sinal (bits/pulso); • B → Limite taxa de pulsos. Elementos de um sistema de comunicação Caracterização de canal
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