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1 – ITRODUÇÃO AOS SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO
1.1. COMUNICAÇÕES
No sentido elétrico básico, o termo comunicações refere-se a transmissão, recepção e processamento de informações por meios elétricos. Assim, ela se inicia no com o telégrafo por fio no século 18, desenvolvendo-se com o telefone algumas décadas depois e rádio no início desse século. Comunicação via rádio foi possível devido a invenção da válvula triodo, estimulada enormemente pelos trabalhos durante o fim da Segunda Guerra Mundial. Posteriormente ela tornou-se mais largamente usada e aprimorada através da invenção e uso do transistor, circuito integrado e outros dispositivos semicondutores. Mais recentemente, o uso de satélites e fibras óticas tem feito as comunicações sempre mais difundidas, com uma grande ênfase sobre computadores e outras comunicações de dados.
Um sistema moderno de comunicação é prioritariamente preocupado com a seleção, processamento e armazenamento da informação antes da transmissão. A transmissão atual então segue, com processamento avançado e filtragem de ruído. Finalmente nós temos a recepção, que pode incluir passos de processamento assim como decodificação, armazenamento e interpretação. Nesse contexto, formas de comunicação incluem rádio-telefonia e telegrafia, radiodifusão, comunicações ponto-a-ponto e móveis (comercial e militar), comunicações de dados, radar, radiotelemetria e rádio para auxílio a navegação. Todos esses voltarão a ser tratados nos capítulos seguintes.
Com o objetivo de tornar-se familiar com estes sistemas, é necessário, primeiramente, o conhecimento de amplificadores e osciladores, os blocos de construção de todos os processos e equipamentos eletrônicos. Tendo isso como base, os conceitos comuns de comunicação tais como o de ruído, modulação e teoria da informação, assim como os próprios vários sistemas podem ser aproximados. Qualquer ordem lógica pode ser usada, mas a adotada nesse texto, isto é, a de sistemas básicos, processos e circuitos de comunicação, e sistemas mais complexos é considerada a mais adequada. Também é importante considerar os fatores humanos que influenciam um sistema particular, uma vez que tais fatores sempre afetam seu projeto, planejamento e uso.
1.2. SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO
Antes de investigarmos sistemas individuais temos que definir e discutir termos importantes, tais como informação, mensagem e sinal, canal, ruído e distorção, modulação e demodulação, e, finalmente, codificação e decodificação. Para correlacionar estes conceitos, um diagrama de blocos de um sistema de comunicação geral é mostrado na figura 1-1.
1.2.1. Informação
Os sistemas de comunicação existem para comunicar uma mensagem. Essa mensagem vem da fonte de informação que a origina de forma a selecionar uma mensagem dentre um grupo de mensagens. Embora isso se aplique mais à telegrafia do que à transmissão de entretenimento, tal sistema pode ser mostrado como aplicável em todas as formas de sistemas de comunicação. O conjunto, ou número total de mensagens, consiste de mensagens individuais que podem ser distinguidas uma das outras. Podem ser palavras, grupos de palavras, códigos de símbolos ou qualquer outro padrão combinado.
FIGURA 1-1 Diagrama de blocos de um sistema de comunicações.
A própria informação é aquela que é transmitida. A soma de informações contidas em qualquer mensagem dada é medida em bits ou em dits, os quais são tratados no cap. 13, e dependem do número de escolhas que devem ser feitas. Quanto maior o número total de seleções possíveis, maior é a quantidade de informação transmitida. Por exemplo, para indicar a posição de uma palavra nesta página, pode ser suficiente dizer que ela está acima ou abaixo, à esquerda ou à direita, duas escolhas consecutivas de uma saída de duas possibilidades. Se esta palavra deve aparecer em qualquer uma dentre duas páginas, é necessário então dizer em qual delas está a palavra e, assim, mais informação deve ser fornecida. O significado da informação não importa, deste ponto de vista; apenas a quantidade é importante. Entretanto, deve ser entendido que nenhuma informação real é transmitida por uma mensagem redundante (totalmente previsível). Todavia a redundância não é desperdiçável sob todas as condições. Ao lado de seu uso óbvio no entretenimento, ensino e qualquer apelo a emoções ela também ajuda uma mensagem a permanecer inteligível sob condições difíceis ou ruidosas.
1.2.2. Transmissor
A menos que a mensagem que vem da fonte de informação seja elétrica por natureza, ela será inadequada para envio imediato. Mesmo que um grande trabalho deva ser feito para tornar tal mensagem adequada. Isso pode ser demonstrado na modulação em banda lateral simples (SSB – single-sidedband modulation) – a ser tratada no cap. 4 – na qual é necessário converter o sinal de som de entrada em variações elétricas, para restringir a faixa de freqüências de áudio e então para comprimir sua faixa de amplitude. Tudo isso é feito antes da modulação. Na telefonia a fios pode não ser requerido nenhum processamento, mas em comunicações a longas distâncias um transmissor é necessário para processar, e possivelmente codificar, com a finalidade tornar a informação na entrada adequada para a transmissão e subseqüente recepção.
Eventualmente, em um transmissor, a informação modula a portadora, i.e., é inserida em uma onda senoidal de alta freqüência. O método atual de modulação varia de um sistema para outro. Assim a modulação pode ser em alto nível ou em baixo nível, e o próprio sistema pode empregar modulação em amplitude (AM), modulação em freqüência (FM), modulação em pulso ou em alguma variação ou combinação destes, dependendo das necessidades. A figura 1-2 mostra um transmissor de rádio nível alto, modulado em amplitude do tipo que será discutido detalhadamente no cap. 6.
Entrada de modulação
(informação)
FIGURA 1-2 Diagrama de blocos de um transmissor típico.
1.2.3. Canal – Ruído
O canal audível (isto é, berros!) não é usado em comunicações a longas distâncias, e também não era usado o canal visual até o advento do laser. “Comunicações”, neste contexto, será restrito canais de rádio, fio e fibra ótica. Bem separadamente, deve também ser notado que o termo canal é freqüentemente usado para referir-se à faixa de freqüência alocada para um serviço ou transmissão em particular, tal como um canal de televisão.
É inevitável que o sinal vá se deteriorar durante o processo de transmissão e recepção como um resultado de uma soma de distorções no sistema, ou porque a introdução de ruído, o qual é energia indesejada, usualmente de natureza aleatória, presente em um sistema de transmissão, devido a qualquer causa. Uma vez que o ruído será recebido junto com o sinal, ele obviamente implica em uma limitação ao sistema de transmissão, como uma regra. Quando o ruído é forte, ele pode afetar tanto um dado sinal que o mesmo se torna impossível de ser reconhecido e, portanto, inútil. Na figura 1-1, apenas uma fonte de ruído é mostrada, não porque existe apenas uma, mas para simplificar o diagrama de blocos. Ruídos podem interferir com um sinal em qualquer ponto dos sistemas de comunicações, mas terão seu maior efeito quando o sinal é fraco; isto significa que ruídos no canal ou na entrada do receptor são os mais perceptíveis. Isso também será detalhadamente tratado no cap. 2.
1.2.4. Receptor
Há uma grande variedade de receptores em sistemas de comunicações, uma vez que a forma de um receptor particular é influenciada por um grande número de requisitos. Entre os mais importantes requisitos estão o sistema de modulação usado, a freqüência de operação e sua faixa e o tipo de exibição requerido, o qual depende do destino da informação recebida. Entretanto, a maioria dos receptores são, de um modo geral, do tipo super-heteródino1
, como o receptor simples de radiodifusão cujo diagrama de blocos é mostrado na fig. 1-3.
Receptores cumprem toda a faixa de complexidade desde um receptor de cristal muito simples, com fones de ouvido, até uma bem mais complexo receptor