Fundamentos de Telecomunicações

1. Fundamentos de Telecomunicações Aula 1: Introdução

2. Sumário • Introdução • Informação, Mensagens, Sinais • Elementos de um sistema de comunicação • Sinais de Comunicação • Limitações Fundamentais • Modulação e Codificação

3. Introdução • Início da era das comunicações eléctricas: • Samuel Morse, 1838, linha de 16Km • Actualmente • Emissão a partir de naves espaciais • Telefone, Rádio, TV • Redes de Computadores com cobertura intercontinental

4. Introdução • Sinergias entre Serviços de Telecomunicações = Teleinformática • Técnicos de comunicações devem estudar ciências da computação • Engenheiros de informática devem ter conhecimentos de • Comunicações eléctricas à distância: estado de arte, possibilidades e limitações.

5. Sistemas de Comunicações • Objectivo: transporte de informação da fonte ao destinatário • Domínios de aplicação são variados • Detalhes de constituição do sistema envolvidos na área da engenharia electrotécnica…

6. Informação, Mensagens e Sinais • Informação • conceito essencial em comunicações • Conotações semânticas e filosóficas de difícil definição • Para evitar estas dificuldades usamos mensagens em vez de informação

7. Mensagem • Manifestação física da mensagem tal como produzida pela fonte • O sistema de comunicação quer reproduzir no destino uma cópia aceitável da mensagem

8. Mensagem • analógica : grandeza física que varia suave e continuamente no tempo • Fala, posição angular de instrumento de medida, intensidade de luz • digital: sequência ordenada de símbolos de um alfabeto finito

9. Sistema de Comunicação: Transdutores Poucas são as fontes de mensagens inerentemente eléctricas Sinal é sinónimo de mensagem

10. Elementos de um Sistema de Comunicação

11. Elementos de um sistema de comunicação: Transmissor • processa o sinal de entrada e produz um sinal adequado ao meio de transmissão • Processamento envolve quase sempre: • Modulação • Codificação de Linha

12. Elementos de um sistema de comunicação: Canal de Transmissão • Meio físico que o sinal percorre deste a fonte até ao destino • Par de fios condutores, cabo coaxial, espaço livre • Servem de suporte à transmissão de ondas electromagnéticas • Todos os meios físicos introduzem no sistema perdas de transmissão ou atenuação no sinal • A potência do sinal decresce com a distância

13. Elementos de um sistema de comunicação: Canal de Transmissão • Distorção : perturbação da forma de onda por uma resposta imperfeita do sistema • Distorção desaparece quando o sinal desaparece • Ao contrário da interferência e ruído

14. Elementos de um sistema de comunicação: Canal de Transmissão • Interferência • Contaminação com sinais estranhos de origem humana • linhas de transporte de energia eléctrica, comutadores, maquinas eléctricas, etc… • Ocorre mais frequente/ em canais rádio cujas antenas capturam simultanea/ vários sinais • A interferência Rádio-Frequência também ocorre se os fios ou o rx captam sinais de fontes próximas • Pode ser eliminada com a filtragem

15. Elementos de um sistema de comunicação: Canal de Transmissão • Ruído • Sinais aleatórios e imprevisíveis produzidos por processos naturais internos ou externos ao sistema de comunicação • Pode corromper parcial ou totalmente a mensagem • Filtragem reduz parcialmente o ruído • Ruído residual e inevitável é uma das limitações fundamentais do sistema de comunicação

16. Elementos de um sistema de comunicação: Receptor • Opera sobre o sinal do canal preparando-o para entrega ao transdutor • Operações consistem na amplificação, desmodulação e descoficação • Processamento inverso do transmissor

17. Elementos de um sistema de comunicação • Tipo de Comunicações • Simplex (SX): Transmissão apenas num sentido • Full-Duplex (FDX): Transmissão nos 2 sentidos simultaneamente • 1 TX e um RX em cada lado • Half-Dulpex (HDX): Transmissão nos 2 sentidos alternativamente • TX e um RX em cada lado

18. Sinais de Comunicação • Microfone produz um sinal eléctrico a partir da pressão acústica da fala • Todos meios de transmissão afectam os sinais de forma diferente. • No receptor basta uma aproximação do sinal original

19. Formas de onda de sinais típicos e respectivos espectros

20. Sinais de comunicação • Sistema de comunicação deve possibilitar uma boa transmissão na banda de frequência na qual o espectro de potência do sinal é mais significativo. • Sinais apresentados são de banda base • Largura de banda= fmax-fmin • Sinais de banda passante: obtidos dos outros usando a modulação.

21. Limitações Fundamentais • Problemas tecnológicos • Disponibilidade de hardware • Factores económicos • Limitações físicas fundamentais • Ditadas pelas leis da natureza • Limitações fundamentais • Largura de Banda • Ruído

22. Limitações Fundamentais • Voz – 300 Hz a 4.3 KHz • Música de alta fidelidade – 20Hz a 20KHz • Televisão – 5 MHz

23. Largura de banda • Conceito aplicado quer aos sinais como aos sistemas de transmissão • Um sinal que varia rapidamente no tempo tem uma grande largura de banda • Facilidade com que um sistema de comunicação consegue acompanhar as variações do sinal de entrada

24. Largura de Banda para sinais digitais • Sinal digital com um ritmo • Largura de Banda não inferior a rs/2 • Ritmo de Nyquist

25. Onda de sinal quaternário

26. Capacidade do Canal • Relação Sinal Ruído • Capacidade do Canal

27. Modulação e Codificação • O transmissor efectua duas operações extremamente importantes para uma transmissão rentável e fiável • Modulação • Codificação

28. Técnicas de Modulação • Envolve duas formas de onda • Sinal modulador • Portadora • O modulador altera sistematicamente a portadora de acordo com as suas variações • Desta forma é transportada a informação • A modulação deve ter operação inversa - desmodulação

29. Tipos de modulação • Analógica de onda continua • AM • FM • Digital de onda contínua • ASK • FSK • PSK • Modulação de impulso • PAM

30. Modulação analógica de Onda Contínua

31. Modulação Digital de Onda Contínua

32. Modulação de Impulso em Amplitude

33. Modulação: Vantagens e Aplicações • Gerar um sinal adaptado às características do meio de transmissão • O rendimento dum meio físico depende da frequência do sinal que a percorre • Pode-se transmitir o sinal modulado em que a frequência da portadora tenha sido seleccionada criteriosamente para o meio desejado

34. Modulação: Vantagens e Aplicações • Transmissão desde uma antena de transmissão até uma de recepção em linha de vista • Para que haja radiação na emissão a dimensão da antena tem que ser 1/10 do comprimento de onda

35. Modulação para Multiplexagem • Combinação de vários sinais para transmissão simultânea pelo mesmo canal • FDM • TDM • No receptor as amostras de sinais diferentes têm ser separadas para reconstituir cada sinal original

36. Modulação para Multiplexagem • Cabo coaxial : 1800 canais de voz • Multiplexagem permite aumentar o rendimento das comunicações • Aumentar ao máximo a capacidade de transmissão do canal físico disponível

37. Utilização do espectro electromagnético

38. Técnicas de Codificação • Modulação é uma operação de processamento do sinal • A codificação é uma operação de processamento do símbolo • Destina-se a melhorar a comunicação quando a informação é digital e pode ser representada por símbolos discretos. • A modulação e a codificação são necessárias para conseguir uma transmissão fiável a longa distância

39. Codificação • Transforma uma mensagem digital numa nova sequência de símbolos • A descodificação obtém, a mensagem original a menos dos erros de transmissão • Codificação para controlo de erros.