37181942 Apostila de Transmissao de Sinais

Escola Técnica SENAI Areias

Apostila de Transmissão de Sinais – Técnico em Telecomunicações 1


1. Introdução às Telecomunicações

O objetivo dos sistemas de telecomunicações é provê a troca de informações através de

uma rede, relacionando diferentes usuários: pessoas, sistemas de tratamento de sinais, etc.

As principais divisões dos sistemas de telecomunicações são:

- Parte responsável pelas funções de transmissão:

• Emissão e recepção de sinais;

• Modulação e demodulação;

• Correção das degradações ocorridas no sinal de informação;

• Multiplexação;

- Parte responsável por relacionar as partes:

• Comutação;

• Controle de acesso a rede;

• Roteamento de informação;

2. Meios de Transmissão

O meio de transmissão de sinais serve para oferecer suporte ao fluxo de dados entre dois

pontos. Usamos o termo linha para designar o meio de transmissão usado entre esses pontos.

Essa linha pode ser de um par de fios, um cabo coaxial, fibras óticas, comunicação por rádio

freqüência ou até mesmo por satélites.

Nesse tópico serão abordados os meios de transmissão mais comuns utilizados. Esses meios

são citados a seguir:

1. Par de Fios

2. Cabo Coaxial

3. Fibras Óticas

4. Sistemas de Radioenlace



2.1 Par de Fios

O par de fios, também chamado de par trançado, foi um sistema originalmente

produzido para transmissão telefônica analógica. Interessante observar que utilizando o

sistema de transmissão por par de fios aproveita-se esta tecnologia que já é tradicional por

causa do seu tempo de uso e do grande número de linhas instaladas.

A taxa de transmissão varia de acordo com as condições das linhas telefônicas

utilizadas, podendo variar entre 9600 a 19200 bps.

Considerando enlaces ponto a ponto, essas taxas são bem aceitáveis, porém, quando

se trata de enlace multiponto, a taxa de transmissão decresce significativamente.

Todo o meio físico de transmissão sofre influências do meio externo acarretando em

perdas de desempenho nas taxas de transmissão. Essas perdas podem ser atenuadas

limitando a distância entre os pontos a serem ligados.

A qualidade das linhas de transmissão que utilizam o par de fios depende, basicamente,

da qualidade dos condutores empregados, bitola dos fios (quanto maior a bitola, mais corrente

passa pelo condutor), técnicas usadas para a transmissão dos dados através da linha e

proteção dos componentes da linha para evitar a indução dos condutores.

A indução ocorre devido a alguma interferência elétrica externa ocasionada por

osciladores, motores ou geradores elétricos, mau contato ou contato acidental com outras

linhas de transmissão que não estejam isolados corretamente ou até mesmo tempestades

elétricas ou proximidades com linhas de alta tensão.

A vantagem principal na utilização do par de fios ou par trançado é seu baixo custo de

instalação e manutenção, considerando o grande número de bases instaladas.


Tipos de Cabo Par Trançado


2.2 Cabo Coaxial

O cabo coaxial possui vantagens em relação aos outros condutores utilizados

tradicionalmente em linhas de transmissão por causa de sua blindagem adicional, que o

protege contra o fenômeno da indução, causado por interferências elétricas ou magnéticas

externas.

Essa blindagem constitui-se de uma malha metálica (condutor externo) que envolve um

condutor interno isolado.

Os cabos coaxiais geralmente são empregados na ligação de pontos próximos um do

outro (rede local de computadores, por exemplo). A velocidade de transmissão é bastante

elevada devido a tolerância aos ruídos graças a malha de proteção desses cabos.

Os cabos coaxiais são divididos em duas famílias:

• Banda base

• Banda larga

As dificuldades de conexão com cabos coaxiais são um pouco maiores do que se fosse

utilizado o par trançado. A conexão dos cabos é feita através de conectores mecânicos, o que

também encarece sua instalação em relação ao par trançado, porém, os benefícios

compensam com larga vantagem a utilização deste método.

2.2.1 Banda Base

Nesta tecnologia de transmissão, o sinal digital é injetado diretamente no cabo. A

capacidade de transmissão dos cabos nesta modalidade varia entre alguns Mbps/km, no caso

dos cabos mais finos, até algumas dezenas de megabits por segundo no caso de cabos

grossos.

A impedância utilizada nesta modalidade de transmissão é de 50 ohms.


Cabo coaxial banda base


2.2.2 Banda Larga

Nesta tecnologia de transmissão, os cabos coaxiais suportam uma banda passante de

até 400Mhz. Devido a esta grande tolerância, esse cabo é muito utilizado para a transmissão

do sinal de vídeo em TV a cabo e, na transmissão de vídeo também em computadores, para a

integração de imagens transmitidas para várias estações de rede local.

A impedância utilizada nesta modalidade de transmissão é de 75 ohms.

2.3 Fibra Ótica

Fibras óticas são elementos de transmissão que utilizam sinais de luz codificados para

transmitir os dados. A luz que circula pela fibra ótica situa-se no espectro do infra-vermelho e

seu comprimento de onda está entre 10xE14 a 10xE15 Hz.

A fibra ótica pode ser feita de plástico ou de vidro, revestida por um material com baixo

índice de refração. Além destes dois materiais, a fibra possui também um revestimento plástico

que lhe garante uma proteção mecânica contra o ambiente externo.

Para a transmissão dos sinais, além do cabo precisa-se de um conversor de sinais elétricos

para sinais óticos, um transmissor e um receptor óticos, e um conversor dos sinais óticos para

os sinais elétricos.

Nas linhas de fibras óticas, a taxa de transmissão é muito mais alta do que nos

sistemas físicos convencionais (cabo coaxial e par trançado).

Isto se deve ao fato de que a atenuação das transmissões não depende da freqüência

utilizada.

A fibra ótica é completamente imune a interferências eletromagnéticas, portanto, não

sofre indução, podendo ser instalada em lugares onde os fios e cabos não podem passar.

Também não precisa de aterramento e mantém os pontos que liga eletricamente isolado um do

outro.


Cabo Coaxial banda larga


Do ponto de vista da capacidade de transmissão, a tecnologia atual de fibras óticas

caracteriza-se por três tipos distintos a seguir:

• Multimodo com índice degrau

• Multimodo com índice gradual

• Monomodo

O alto custo da instalação e manutenção das fibras óticas constitui atualmente no maior

obstáculo para utilização desta modalidade de transmissão de dados.

2.3.1 Multimodo com índice degrau

Esse tipo de fibra ótica possui sua capacidade de transmissão limitada basicamente

pela dispersão modal, que reflete os diferentes tempos de propagação da onda luminosa.

Devido a alta dispersão, o desempenho destas fibras não passam de 15 a 25 Mhz.Km.

2.3.2 Multimodo com Índice Gradual

Esse tipo de fibra ótica possui sua capacidade de transmissão limitada pela dispersão

modal, que reflete os diferentes tempos de propagação da onda luminosa. No entanto, essas

fibras são menos sensíveis a esse fenômeno do que as fibras multimodais.

A taxa de transmissão neste tipo de fibra é de 400 MHZ/km em média.


Multimodo com índice degrau

Multimodo com índice gradual


2.3.3 Monomodo

Estas fibras são insensíveis a dispersão modal, que é a reflexão da onda luminosa em

diferentes tempos. Devido a esta característica, esta fibra pode atingir taxas de transmissão na

ordem de 100 GHz/Km.

2.4 Sistemas de Rádio Enlace

Este sistema consiste na transmissão de dados por ondas de rádio freqüência.

Para que a transmissão de dados neste sistema tenha êxito é importante que certos

requisitos sejam respeitados. São estes os requisitos:

• Potência de transmissão;

• Mínima distorção na propagação do sinal;

• As condições anteriores devem ser mantidas dentro de parâmetros suficientes para

garantir a integridade dos dados transmitidos.

Existem algumas características peculiares na transmissão de dados por esta

modalidade. São elas:

- Atenuação e propagação

- Composição da atmosfera

- Espectro de freqüência

- Sistemas em visibilidade

- Sistemas em tropodifusão

- Sistemas de satélite


Cabo ótico monomodo


2.4.1 Sistemas de Satélite

Para freqüências muito altas (acima de 3Ghz) as ondas de rádio ultrapassam a

atmosfera não refletindo na troposfera. Faz-se necessário o uso de satélites artificiais para

retransmitir o sinal transmitido de volta para a Terra.

Abaixo temos um esquema de transmissão por satélite:

Questionário:

Depois de ler o texto, aproveite para responder estas perguntas.

1)Qual dos tipos de fibra ótica existentes possui maior velocidade no transporte dos dados?

2)Qual a vantagem de se usar par de fios (par trançado) na transmissão de dados?


Sistema de Satélites


1. Noções de Sinais

Sinais podem descrever uma larga gama de fenômenos físicos, eles podem ser

representados de diversas formas, mas em todos os casos a informação está contida em

variações da sua característica.

Pode-se classificar os sinais em duas categorias:

• Sinais contínuos;

• Sinais discretos;

1.1 Sinais contínuos

São sinais em que a variável independente é contínua.

Ex: Seja a função

1.2 Sinais discretos

São aqueles que existem apenas em determinados momentos, ou seja, são aqueles em

que a variável independente é discreta.

1.3 Representação Matemática

• Sinais contínuos: f (x), g(x), etc.


f(x)

x

y = f(x)

Variável dependente

Variável independente

y

x


• Sinais discretos: f [n], h [n], etc.

OBS: Os sinais discretos terão suas amostras distanciadas sempre por “ T ”, logo se

quisermos falar da amostra 3T representaremos por g[3].

EXERCÍCIO

1 Represente graficamente os sinais abaixo:

a) f (t) = 1; -1≤ t ≤ 1;

0; caso contrário;

b) h [n] = 1; -1≤ t ≤ 1;

0; caso contrário;

1.4 Manipulação e transformação de sinais

A transformação de um sinal é um conceito central na análise de sistemas, pois não haveria

sentido falar de um sistema se este apresentasse em sua saída um sinal idêntico àquele da

entrada, ou seja, um sistema tem a finalidade de transformar os sinais a ele apresentado.

2.4.1 Transformação na variável independente


g

xT 2T 3T 4T

T


É frequentemente interessante determinar o efeito de transformações na variável

independente de um dado sinal x (t) para obter um sinal da forma x (t + ), onde e são

constantes.

As transformações na variável independente têm a característica de preservar a forma de

x(t), o sinal original, exceto pelo fato de que o sinal resultante pode ser uma versão

comprimida, expandida e/ou deslocada do sinal original a depender dos valores e .

• Deslocamento no tempo

Seja x (t):

Logo x ( t-1):

• Reversão no tempo

Seja x (t):

Logo x (-t):


x(t)

x0 2

1

x(t-1)

x0

1

1 32

OBS: O sinal determina para qual lado será o deslocamento, se o sinal na expressão for positivo o deslocamento será para a esquerda, caso o sinal seja negativo o deslocamento será para a direita, como no exemplo ao lado.

x(t)

x0 2

1

x(-t)

x0-2

1

x (t)= 1; 0≤ t≤ 2; 0; caso contrário;


• Escalonamento no tempo

Seja x (t):

Logo x (2t):

EXERCÍCIOS

2.1 Seja o sinal x [n]=

a) x [n-3]

b) x [n+4 ]

c) x[-n]

d) x[2n]

e) x[0,5n]

2.2 Se g(t)=


x(t)

x0 2

1

x(t)

x0 1/2

1

OBS: Quando o valor de na expressão (t) for:>1: o sinal será comprimido;<1: o sinal será expandido:

1; -2 < n < 4; 0; caso contrário;

1; -1 ≤ t ≤ 1; 0; caso contrário;

Realize as transformações:

Ache g (-2t) e g (3/2t).


2.3 Seja o sinal:

3. Análise espectral de sinais

3.1 Série de Fourrier

Fourrier, matemático francês, afirmou que uma função periódica poderia ser

expressa por uma soma de infinitos senos e co-senos com freqüência e amplitude bem

definidas.

Como pode-se perceber, as freqüências dos senos e co-senos são sempre múltiplos

inteiros de x que é a freqüência fundamental do sinal, ou freqüência mais baixa.

Um sinal periódico qualquer é composto de (ou pode ser decomposto em) uma serie

de ondas senoidais com freqüência múltiplas inteiras da freqüência fundamental f, cada

uma com uma determinada amplitude e uma determinada fase, mais uma componente

continua (de freqüência zero).

As ondas senoidais múltiplas inteiras n da fundamental são chamadas harmônicos de

ordem n.


t

h(t)

3

-2 2

Ache:a) h (2t+1)b) h (1/4t-1/2).


Qual é a conseqüência prática do teorema de Fourier ?

A onda senoidal é a onda mais simples ou pura que existe, pois se origina da projeção

sobre uma reta de um ponto girando em circulo. A senóide tem uma única freqüência, e para

completar a sua descrição basta indicar a sua amplitude (valor absoluto máximo atingido) e a

sua fase.

O espectro de uma senóide é uma raia (pois ocupa uma única freqüência), com altura

igual a amplitude. No espectro, não é possível representar a fase da raia. (Em estudos

teóricos, as vezes se representam raias com fase oposta e relação a outra para baixo do eixo

de freqüência).

Para analisar um sinal complexo, basta decompô-lo em suas componentes senoidais e

trabalhar com uma componente por vez. Portanto, é uma ferramenta importante para analise

de sinais complexos.

Definições:

ESPECTRO : é a representação das componentes (ou raias ou termos) num gráfico que

mostra suas amplitudes versus freqüência.

FORMA DE ONDA : é a representação dos valores instantâneos em função do tempo.

HARMÔNICOS: Quando uma freqüência é múltipla de outra se diz que ela é um harmônico

daquela primeira freqüência.

Exemplo: Sinais sonoros

Características: 1. Altura do som;

2. Intensidade do som;

3. Timbre;

1. Relaciona-se com a freqüência (audível 20Hz – 20KHz). Um som mais baixo ( baixas

freqüências) é mais grave e um som mais alto ( altas freqüências) é mais agudo.

2. Relaciona-se com a amplitude.

3. Especifica a combinação gerada, ou seja, o que diferencia um dó de um piano de um dó de

uma flauta é o numero de harmônicos que ele possui.

3.2 Espectro do Sinal ( Spectrum [ latim] = fantasma, por Isaac Newton)



É a representação de um sinal no domínio da freqüência. A maior parte dos

sistemas de comunicação são estudados e interpretados no domínio de “f”. A representação do

espectro é feita de modo a fornecer informações sobre a amplitude e fase das várias

componentes da freqüência de um sinal.

Sinais periódicos possuem um espectro discreto, já os sinais aperiódicos possuem

um espectro contínuo.

EXERCÍCIO

3.1 Represente graficamente o espectro do sinal abaixo:

3.2 Seja o seguinte espectro:

3.3 A partir do sinal dado a seguir:

3.4 Dada a expressão:


e(t)= 2,5 + (10/π). sen (10πt) + (10/3π). sen (30πt) + (10/5π). sen (50πt)

76

9

5

0 10π 30π 50π

I (mA)

W(rd/s)

Determinar a expressão de I.

2 4 6 8 10 12 14 16 18

e(v)

t(μs)

Determinar a expressão de e(v).

5I(t)= 5 cos (2π.10 t + π/2) em (mA)


Determinar a forma de onda e os espectros de amplitude e de fase.

4. Fontes de Ruído

O ruído é classificado de acordo com o processo que lhe dá origem. As fontes de ruído

podem ser classificadas em:

Ruído Disparo

Tem a ver com o fato de a carga elétrica ser discreta e em certas situações a corrente é

resultado de carga passando por uma barreira de potencial.

Ex: Junção PN presente em diodos e transistores bipolares.

Obs.: Os resistores não apresentam este tipo de ruído.

Ruído Térmico ou Ruído de Johnson

Este ruído está associado ao movimento aleatório dos elétrons e um condutor.

Ex: Resistor.

Obs.: 1- Para reduzir este tipo de ruído deve-se reduzir o valor dos resistores.

2- Tanto o ruído disparo quanto o ruído térmico apresentam uma densidade espectral

constante, por este motivo estes ruídos são denominados de ruído branco.

Ruído em excesso

Este ruído está associado à presença de defeitos no dispositivo causados por

contaminação e outros defeitos do cristal. Quando este defeito tem a capacidade de aprisionar

ou liberar elétrons de maneira aleatória.

Obs.: Sua densidade espectral decresce com a freqüência, por isso é denominado ruído rosa.



Ruído Pipoca

É associado à presença de contaminação por metais pesados, como o ouro.

4.1 Relação Sinal - Ruído

S= Potência do Sinal;

N= Potência do Ruído;

5. Interferência

Não tem origem física intrínseca, mas está ligada a disposição geométrica dos componentes.

Pode ser: - Capacitiva: devido à proximidade.

Solução: Afastamento.

- Indutiva: Ocorre quando há indução, causadas por sobrecargas.

Solução: Diminuir;

Blindagem;

Aterramento

EXERCÍCIO

4.1 Quais os tipos de ruídos existentes?

4.2 Diferencie ruído de interferência.


FdB = 10 log (S/N)


6. Noções de Filtros Lineares

Filtros lineares podem ser implementados apenas como elementos passivos, tais como,

capacitores, resistores e indutores. A utilização adicional de elementos ativos permite a

construção de filtros ativos.

Neste caso, a implementação de amp-ops e valores padronizados de resistores e

capacitores, de modo a não incluir indutores, pois indutores são elementos de difícil

construção.

Denomina-se filtro um circuito que seleciona freqüências.

Existem basicamente 4 tipos de filtros ativos.

Filtro Passa - Baixa (LPF)

Filtro Passa – Alta (HPF)

Filtro Passa – Faixa (PBF)


fc

Resposta ideal

0f

Simbologia

Simbologia

fc

Resposta ideal

0f

Simbologia


Filtro Rejeita – Faixa (SPF)

Freqüência de Corte

É a freqüência em que a amplitude do sinal cai 3dB com relação a amplitude no meio da faixa.

Faixa do Filtro: Região compreendida entre as freqüências de corte (∆f).

Fator de qualidade de um filtro (Q)

Definição:


f1

Resposta ideal

0ff2

Resposta ideal

f10ff2

Simbologia

fcentral∆f

Q=

fc1 fc2fc

-3dB

0dB

f(KHz)

∆f


Diz quanto seletivo é um filtro.

Exemplo: fcentral = 100KHz

∆f1=20KHz

∆f2=10KHz , então teremos Q1= 5 e Q2= 10

Exercício

1) Observe o sinal abaixo:

a) Qual o resultado se este sinal passar por um LPF com fcorte=300Hz, 500Hz e 1,5KHz?

b) E Por um BSF com fcentral de 10KHz e banda de 5Khz?

c) Se o sinal passar por um HPF com fcorte= 8KHz, qual o resultado?

OBS: Desenhe o espectro do sinal resultante

7. Modulação


5

3

7

4

6

Amplitude

f(Hz)


“Consiste na transmissão de informação através da variação de características, por

exemplo, amplitude, fase e freqüência, de uma portadora irradiada”.

Para entendermos melhor a necessidade do emprego da modulação, observemos a

transmissão de sinais de voz ( áudio).

Faixa de freqüências: 300Hz – 4KHz

1. Se várias estações transmitem simultaneamente diferentes sinais de voz, fica

claro que cada receptor captaria simultaneamente todas as diferentes estações.

È necessário, portanto, a alocação de uma faixa de freqüência diferente para

cada estação através da modulação, de forma que o receptor possa selecionar

aquela do seu interesse.

2. Outro motivo está relacionado a construção de antenas, pois suas dimensões

devem ter a mesma ordem de grandeza do comprimento de onda. Vejamos um

exemplo:

Um sinal de 1KHz tem λ ( comprimento de onda):

λ = c/f, onde c é o comprimento de onda da luz no vácuo e f é a freqüência do

sinal.

λ = 3x10 / 10³ = 300 km.

Assim, a construção de antenas na faixa de áudio é inviável!

3. Um terceiro aspecto que torna a modulação atraente é que ela permite a

irradiação eficiente do sinal no espaço.

Uma ilustração para esclarecer o objetivo da modulação é mostrada abaixo:

Neste caso o coeficiente atrito não permite que o bloco se mova, para solucionar

o problema colocou-se o bloco em cima de um carrinho.

No caso elétrico, o sinal de informação é o bloco e um outro sinal elétrico de alta

freqüência é o carrinho, ou seja, é quem carrega a informação. O resultado, sinal de

informação + portadora é chamado de sinal modulado.

7.1 Modulação em Amplitude

Um processo de modulação consiste em modificar o formato da informação elétrica com o

objetivo de transmiti-la com:



• A menor potência possível,

• A menor distorção possível,

• Facilidade de recuperação da informação original, e

• O menor custo possível.

Modular em amplitude é variar a amplitude a onda portadora em função do sinal modulante.

Alterar a amplitude de uma onda co-senoidal de alta freqüência proporcionalmente ao sinal

que contém a informação a ser transmitida é o processo de modulação mais antigo que data de

1890, alguns anos após a comprovação física da existência da onda eletromagnética por

Heinrich Hertz.

O processo de modulação em amplitude resulta no deslocamento do espectro do sinal que

contém a informação para uma freqüência mais elevada de forma a viabilizar a transmissão do

sinal resultante via ondas eletromagnéticas, pois freqüências mais elevadas permitem a

construção de antenas eficientes com dimensões reduzidas.

Os processos de modulação em amplitude foram diversificados com o passar do tempo:

• Faixa lateral dupla (AM-DSB amplitude modulation with double side-band);

• Faixa lateral vestigial (AM-VSB amplitude modulation with vestigial side-band);

• Faixa lateral dupla e portadora suprimida (AM-DSB-SC AM-DSB with supressed carrier);

• Faixa lateral vestigial e portadora suprimida (AM-VSB-SC AM-VSB with supressed

carrier);

• faixa lateral simples (AM-SSB amplitude modulation with single side-band);

O tipo de informação analógica mais comumente transmitidos via modulação em amplitude

são:

• Sinal de voz: de 0,4 kHz a 3,4 kHz

• Sinal de áudio: de 0,01 kHz a 20 kHz

• Sinal de vídeo: de 0,01 kHz a 4,2 MHz

7.1.1 Modulação AM- DSB ( Baixa Lateral Dupla)

O princípio da modulação AM-DSB consiste no fato de que o sinal modulante interfere

exclusiva e diretamente na amplitude da portadora. Sejam:

PORTADORA: Eo(t) = Eo cos wot

MODULANTE: Em(t) = Emcos wmt

SINAL MODULADO:

e(t) = [Eo + Em (t) ] . Cos wot

e(t) = [Eo + Em Cos wmt] Cos wot

e(t)= Eo [1 +Em/Eo Cos wmt] Cos wot



Chamamos a relação Em/Eo de " ÍNDICE DE MODULAÇÃO" e é simbolizada por "m".

Logo,

e(t) = Eo (1 + m Cos wmt) Cos wot

e(t) = Eo [Cos wot + m Cos wmt Cos wot]

Da relação trigonométrica:

Cos A .Cos B = 1/2 cos(A+B) + 1/2 cos(A-B)

Teremos:

e(t) = Eo cos wot + mEo/2 cos (wo+ wm)t + mEo/2 cos (wo - wm)t

FORMAS DE ONDAS

7.1.2 ESPECTRO DE FREQUÊNCIA

Observe que o sinal mensagem modula a amplitude do sinal da portadora. Analisando o

espectro de freqüência dos sinais teremos os seguintes gráficos.

6.1.3 MEDIDA DE ÍNDICE DE MODULAÇÃO



Observando a forma de onda do sinal modulado:

Do gráfico de sinal modulado temos:

A = ( Eo - Em ) - (- Eo + Em ) = 2Eo - 2Em

B = ( Eo + Em ) - ( - Eo - Em ) = 2Eo + 2Em

B + A = ( 2Eo + 2Em ) + ( 2Eo - 2Em ) = 4Eo

B - A = ( 2Eo +2Em ) - ( 2Eo - 2Em ) = 4Em

Logo,

B - A / B + A = 4Em / 4Eo = Em / Eo = m

m = B - A / B + A

6.1.4 INFLUÊNCIA DO ÍNDICE DE MODULAÇÃO NO SINAL MODULADO

Sabemos que o índice de Modulação é a relação entre as amplitudes do sinal

modulante e da portadora. Sabemos também que as amplitudes do sinal modulado são

funções daquelas duas outras amplitudes. Desta forma, a relação dada pelo índice de

modulação é extremamente importante na determinação da forma de onda do sinal modulado.

A) 0 < 1>Em <EO< p>

O gráfico fica como mostrado anteriormente. Este é o caso mais comum de transmissão em

AM – DSB

B) m = 1 = > Eo = Em

Existe o tangenciamento da envoltória no eixo dos tempos.

C) m > 1 = > Em > Eo

Ocorre a passagem da envoltória através do eixo dos tempos.



Para este tipo de caso não existe demodulador que consiga recuperar a informação a partir do

sinal modulado.

OBSERVAÇÕES IMPORTANTES:

1) Em AM o espectro do sinal não é alterado, mas apenas transladado para freqüência wc

da portadora ( nova origem). Desta forma o espectro pode ser alocado e várias rádios

podem transmitir simultaneamente.

Comercialmente tem – se 540KHz < fc <1600KHZ

Obs.: Um filtro BPS deve ser utilizado no receptor para selecionar a estação que deseja captar.


f

Ф

fc1 fc3fc2


2) Como podemos perceber acima os sinais modulantes de vem ter banda limitada para

que não haja superposição do espectro de duas estações adjacentes.

Obs.: Em AM o sinal modulante tem banda limitada de 5KHz, o que é suficiente par a voz, mas

não para o som de alta fidelidade

3) A modulação AM dobra a largura de banda exigida para o sinal original.

6.1.5 Circuitos Moduladores AM-DSB

É responsável por gerar um sinal AM-DSB a partir de um sinal de informação e de uma

onda portadora

(a) MODULADOR SÍNCRONO A DIODO

Seu princípio de funcionamento é baseado no fato de que um sinal amostrado por uma

função do tipo "chave síncrona" gera uma série de harmônicos, que podem ser

convenientemente recuperados por uma filtragem passa-faixas. A figura abaixo mostra um

circuito típico que executa a modulação síncrona AM-DSB, onde R1,R2eR3 formam um

somador resistivo, o diodo D1 executa o papel de chave síncrona de freqüencia fo e o conjunto

de indutores e capacitores a seguir formam um circuito sintonizado em w o que retira, de todo o

espectro disponível no sinal chaveado, as raias necessárias para a formação do AM-DSB.

A análise do circuito pode ser feita facilmente a partir das formas de ondas nos

principais pontos, destacados na figura acima por 1,2,3 e 4. Na figura (A) temos o sinal da

portadora aplicado ao ponto 1 e na figura (B) o sinal modulante aplicado ao ponto 2. Esses dois


f

Ф

fc1 fc2


sinais somados ponto-a-ponto são observados no ponto 3 e mostrados pela figura (C). A

função chave síncrona executada po D1, em conjunto com o efeito de oscilação sintonizada em

w o feita pelo filtro pass-faixa resulta no sinal modulado em AM-DSB do ponto 4 apresentado

na figura (D).

(b)MODULADOR SÍNCRONO A TRANSISTOR

Obedece a um princípio de funcionamento absolutamente idêntico ao do modulador

síncrono a diodo, com única ressalva que o chaveamento síncrono com a frequência da

portadora é agora feito pela junção base-emisor de um transistor. A figura abaixo mostra um

circuito típico de aplicação de um modulador síncrono a transistor.

O transistor da figura acima é não-polarizado com nível DC propositadamente , pois o

efeito de chaveamento só pode ser obtido se o transistor funcionar em estados de

corte/condução, o que não seria possível se houvesse uma pré-polarização. Uma rápida

análise das formas de onda nos pontos estratégicos do circuito permite compreender seu

funcionamento com uma certa facilidade.



A figura (A) mostra um sinal da portadora, aplicado à base de T1 e a figura (B) mostra o

sinal de informação, aplicado ao emissor de T1. Assim, a tensão VBE será a diferença entre os

sinais, mostrados na figura (C).

Quando o transistor recebe entre base e emissor um tensão do tipo da figura (C), a sua

operação resume-se praticamente à de um diodo, gerando uma corrente de coletor composta

por pulsos proporcionais à diferença entre eo(t) e em(t). Estes pulsos de corrente excitam o

circuito LC formado por L/C3 e L/C4, dando a tensão de saída mostrada na figura (D).

Uma observação interessante é que caso tivéssemos no lugar do filtro LC um resistor,

tanto no modulador a diodo quanto no modulador a transistor, teríamos o espectro mostrado a

seguir, porém com a ação do filtro LC(passa-faixa) na saída do circuito teremos apenas a parte

separada pelo pontilhado no desenho, onde vemos que este é um sinal AM-DSB.



6.1.6 TRANSMISSOR AM-DSB

O diagrama de blocos proposto a seguir é, a princípio, a base sobre a qual se apoiam a

maioria dos transmissores comerciais de AM-DSB, encontrados nas emissoras de rádio.

A figura acima mostra um bloco já conhecido, o modulador AM-DSB, que pode ser a

princípio qualquer um dos dois tipos estudados. O amplificador e o Pré-Amplificador de Áudio

são blocos de análise relativamente fáceis por ser resumirem a transmissores em operação

com amplificadores de pequenos sinais, que devem ser de conhecimento do leitor. O oscilador

de Rádio já foi estudado anteriormente. Já os Amplificadores de radiofreqüência merecerão

uma análise mais detalhada no item que diz respeito aos receptores AM-DSB.

A análise do diagrama de blocos como um todo é bastante simples e rápida: o oscilador

gera um sinal senoidal de alta freqüência e pequena amplitude. O microfone capta o sinal de

áudio de informação e assim temos os dois elementos básicos para gerar o sinal modulado.

Ocorre que o modulador funciona como carga tanto para o oscilador como para o microfone

(que por si só já necessita uma pré-amplificação). Uma carga dinâmica na saída do oscilador

pode causar alteração na freqüência de oscilação e como essa freqüência é a própria

portadora qualquer oscilação seria indesejável. Justamente, por isso, é colocado um

amplificador de RF na saída do oscilador, pois ele consegue isolá-lo da carga e adaptar os

níveis de tensão entre oscilador e modulador. Da mesma forma, é necessária a utilização de

um amplificador para a o sinal de áudio, a fim de tornar o nível de saída do pré-amplificador de

microfone compatível com o nível de entrada do circuito modulador.

Em algumas aplicações seria suficiente a amplificação dada ao sinal pelo próprio

circuito modulador, sendo que nesses casos, sua saída seria ligada diretamente à antena .

Ocorre que em muitos casos, a potência entregue à antena é bastante elevada, tornando-se

necessária a colocação de um ou mais estágios de amplificação de potência, sintonizados na

frequência da portadora. Esses estágios de amplificação são normalmente valvulares,



conseguido potências da ordem de algumas Kilowatts e as técnicas de construção dos

equipamentos de transmissão chegam a usar inclusive trocadores de calor para a refrigeração

das válvulas amplificadoras de radiofreqüência.

6.1.7CIRCUITO DEMODULADOR AM-DSB

Um circuito demodulador é responsável por recuperar um sinal de informação, ou sinal

modulante, a partir de um sinal modulado AM-DSB recebido na antena.

a) Detetor de envoltória

É um dispositivo cujo circuito é mostrado na figura abaixo:

Nesse circuito, o papel da chave síncrona é executado pelo diodo detetor e o circuito

RC colocado a seguir cumpre seu papel de filtro passa-baixas. Uma análise mais detalhada do

funcionamento do circuito é feito pela figura (A), onde temos o sinal modulado em AM-DSB, na

figura (B) temos o que aconteceria com aquele sinal ao passar pela retificação imposta pelo

diodo, sem a colocação do capacitor C. Na figura(C) temos a tensão que se observa nos

terminais de saída, já com a colocação do capacitor e na figura (D), a tensão de saída

idealizada pois como a frequência da portadora é muito maior que a do sinal modulante, a

tensão de saída pode ser suposta uma cossenóide pura, somada a um nível DC (valor médio)

que pode ser facilmente eliminado por um acoplamento capacitivo feito em um estágio

posterior do receptor, como será visto adiante.



Um cuidado deve ser tomado no cálculo da constante de tempo RC do filtro passa-

baixas do detetor, pois se tivermos a constate de tempo muito alta, a envoltória sofrerá um

descolamento na demodulação e se RC for muito baixo teremos uma filtragem insuficiente da

envoltória.

Uma regra prática que permite o cálculo da constante de tempo do filtro passa-baixas é

dada pela equação abaixo, onde a presença do índice de modulação na fórmula tende a

adequar a sensibilidade do filtro à porcentagem de modulação efetuada.

Como o índice de modulação é normalmente igual a 1(100%), a equação se reduz, via

de regra, a um simples cálculo de freqüência de corte de um filtro passa-baixas.

onde fmmáx é a máxima freqüência do sinal modulante, que em

radiodifusão comercial AM-DSB. é de 5KHz.

6.1.8 O RECEPTOR AM-DSB

É natural imaginar que apenas o demodulador ou detetor de envoltória seria suficiente

para recuperar o sinal de informação modulado em amplitude. Só não se pode deixar de

lembra que isso só seria possível se apenas uma estação estivesse transmitido. Se várias

estações transmissoras enviarem sinais AM-DSB para o espaço, o detetor, sozinho, não terá

condições de selecionar uma dentre as várias emissoras e recuperaria um sinal praticamente

ininteligível .

Desta forma, um receptor AM-DSB básico consiste de 3 etapas : uma etapa seletora,

capaz de escolher dentre várias estações, uma etapa detetora , capaz de recuperar o sinal de

informação a partir do sinal modulado e uma etapa amplificadora, para tornar o sinal

recuperado audível para a pessoa que recebe a informação.

Com base nessa linha de raciocínio, foi dado o primeiro passo no sentido de se realizar um

receptor AM-DSB, criando-se o:



6.1.9 Receptores Am

RECEPTOR DE RÁDIO-FREQUÊNCIA SINTONIZADA (RFS)

O receptor de RFS ou regenerativo é apresentado no diagrama de blocos da figura

abaixo:

É importante observar que os dois estágios de amplificação de rádio-frequência são

estágios sintonizados em uma frequência definida, correspondente à estação que se deseja

receber. Desta forma,é necessário o uso de um filtro passa-faixas em cada um dos

amplificadores de RF, sendo esse filtro passa-faixas composto de um circuito LC.

Sabemos que o fator de qualidade de um filtro LC não pode ser maior que o fator de qualidade

de cada um dos seus componentes e que é normalmente o indutor quem limita o fator de

qualidade (Q) do filtro LC . Temos que, para um indutor:

Podemos afirmar que num filtro de RF o fator de qualidade Q permanece praticamente

constante em toda a faixa de recepção. Isto parece um tanto absurdo, pois se a freqüência

aumentar XL também aumentará e, com Rs constante, Q ficará cada vez maior. É exatamente

aí que se situa o grande engano, pois na faixa de RF a freqüência é suficiente alta para que

comece a surgir o 'efeito pelicular' que consiste na passagem da corrente elétrica pela periferia

do condutor, ficando sua porção central sem função alguma. Isso diminui a secção transversal

útil do condutor e assim sua resistência própria, ou seja, Rs aumentará com o aumento da

freqüência.

A partir dessa explanação, podemos citar o primeiro ( e talvez o fundamental ) problema

do receptor de RFS, que é o fato da seletividade variar ao longo da faixa. A gama de

frequências reservadas para rádio-difusão comercial AM-DSB é de 535 KHz a 1650 KHZ e a

faixa reservada para cada estação é de 10 KHz. Se observarmos que a relação entre ao

frequências de cada extremo da faixa é:

Podemos determinar um 'Q'para que, no extremo inferior da faixa, a banda passante

esteja de 10 KHz. Como a relação:



é válida se multiplicarmos a freqüência de ressonância por 3,1 chegamos ao extremo superior

da faixa com uma banda passante de 3,1 X 10 = 31 KHz, o que possibilita a passagem de três

estações simultaneamente!

Naturalmente, nos primórdios das transmissões AM, a quantidade de estações era

suficientemente pequena para que esse fato não fosse relevante, mas com aumento de

estações transmissoras, esse inconveniente foi se fazendo sentir cada vez mais.

O segundo problema do receptor regenerativo (RFS) reside no fato do ganho dos

amplificadores aumentar com o aumento da freqüência, pois como o filtro LC é a carga do

amplificador transistorizado, na ressonância sua impedância será igual a Rp e já que Rp

aumenta juntamente com a freqüência, o ganho do estágio amplificador tende aumentar

também..

Um terceiro problema do receptor no fato de se usarem dois (ou as vezes até mais)

estágios sintonizados de RF, pois se usássemos apenas um estágio, seu ganho e sua

seletividade não seriam suficientes e ao se usar mais de um estágio torna-se bastante difícil

fazer com que os vários filtros operem exatamente na mesma freqüência ao longo de toda a

faixa de recepção, mantendo a viabilidade prática e econômica do projeto do receptor.

Em vista dessa razoável quantidade de inconvenientes, surgiu a necessidade de se criar um

novo tipo de receptor, um pouco mais sofisticado, que foi chamado:

RECEPTOR SUPER-HETERODINO

É uma

evolução do receptor de RFS e que hoje permanece como padrões em receptores comerciais

AM-DSB. A figura abaixo mostra um diagrama de blocos típicos desse tipo de receptor.

A fim de evitar a alteração da banda passante com a variação da freqüência, neste tipo

de receptor a maioria dos circuitos sintonizados funciona em uma freqüência fixa e pré-

determinada, chamada freqüência intermediária (FI). Isso é possível já que a etapa de RF é um

filtro que seleciona a estação desejada e, em conjunto com ela (como mostra a linha tracejada

da fig. acima), é variada a freqüência de oscilação do oscilador local. Essa variação simultânea



é conseguida utilizando-se um capacitor variável de dupla seção, onde os eixos que efetuam a

variação das duas capacitâncias são mecanicamente interligados.

A função executada pelo misturador é de simplesmente de efetuar o produto entre as

duas tensões por ele recebidas, ou seja, o produto entre o sinal da emissora recebida e o

selecionado pelo oscilador local. Como a frequência do sinal gerado pelo oscilador local varia

juntamente com a frequência de sintonia da etapa RF é possivel manter a diferença entre elas

sempre constante e igual à freqüência intermediária. Desta forma teremos sempre:

foL= fRF + FI

Onde:

fol = freqüência do oscilador local

fRF = freqüência de sintonia da etapa RF

RI = freqüência intermediária

Desta forma, se na etapa de RF sintonizarmos um sinal cuja expressão é:

e ( t ) = [ Eo + em ( t ) ] . cos w ot

e cujo espectro é dado na figura ( A ), teremos o oscilador local gerando em sinal do

tipo:

eoL(t ) = EOL . cos w OL ( t )

cujo espectro é dado pela figura ( B ). O misturador vai gerar, em sua saída, o sinal:

emix ( t ) = E ( t ) . EOL ( t )

emix ( t ) = [ EO + em ( t ) ] . cos w ot . EOL . cos w OLt

emix ( t ) = EOL . [ EO + em ( t ) ] . cos w OLt . cos w ot

6.2 MODULAÇÃO AM - DSB/SC

A modulação AM - DSB/SC surgiu como uma forma de se economizar a potência

utilizada pela portadora no sistema AM-DSB, que é no mínimo 67% da potência total do sinal

modulado.

O sistema AM-DSB/SC tem por princípio para economia de potência, a supressão da

portadora, fazendo com que a potência do sinal modulado seja destinada às raias de

informação.

A obtenção desse sinal é simples e baseia-se na propriedade trigonométrica de que um

produto entre duas cossenoides gera outro par de cossenoides com freqüência da soma e da

diferença entre as freqüências das cossenoides originais.

Assim:

onde:

K = constante do modulador, que permite a multiplicação de duas tensões resultar em outra

tensão.

Expressão do sinal modulado em AM – DSB/SC



Exemplo do sinal modulado em AM – DSB/SC

Análise dos Espectros

6.3 AM-SSB-SC ou SSB.

Como a informação contida nas duas bandas é exatamente a mesma, basta transmitir

apenas uma delas, por meio de um filtro (ou outros meios), resultando numa transmissão

chamada AM-SSB (Amplitude Modulation Single Side Band).

Como a portadora não contém nenhuma informação, também pode ser eliminada (com

uso de modulador de produto ou modulador balanceado), resultando em economia de potência

no transmissor, e numa transmissão chamada AM-SSB-SC (Single Side Band-Suppressed

Carrier), ou simplesmente SSB, podendo a banda ser a USB ou a LSB. É evidente que neste

caso a portadora deverá ser reconstituída no receptor e na posição (freqüência) exata para

poder fazer a transposição espectral inversa, ou seja, demodular o sinal, recolocando-o na

posição original no espectro. Por isso, o receptor SSB é mais complexo que um receptor AM

que não precisa reconstituir a portadora, pois ela é transmitida junto com as bandas laterais.


1) Sinal modulante 2) Portadora

3) Sinal modulado 4) Potência do sinal AM-DSB/SC


A modulação AM, portanto permite fazer uma transposição espectral da

informação, mudando o seu espectro de baixas freqüências para freqüências maiores, em

torno da freqüência da portadora. A demodulação consiste em fazer a transposição inversa,

recolocando a informação na posição original no espectro:

Conclusão interessante sobre AM: Quando pretendemos modular a amplitude de uma

onda chamada portadora, na verdade a amplitude desta onda portadora permanece

constante e aparecem duas novas ondas, as raias ou bandas laterais, que somadas a

portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantâneo

do sinal modulante, ou seja, modulada em amplitude. Portanto, não é a portadora que está

modulada em amplitude, mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais

as bandas laterais.



7. Modulação em Freqüência

A modulação em freqüência consiste e alterar a freqüência da portadora de acordo com

o sinal modulante. O FM faz parte de uma classe de esquemas de modulação conhecidos por

modulação angular. Um sinal modulante senoidal de freqüência fm e amplitude máxima Am ,

modula uma portadora FM gerando o seguinte sinal modulado :

onde :

Ac - amplitude máxima da portadora

wc - freqüência angular da portadora

kf - constante relativa ao modulador

A relação entre a amplitude máxima da mensagem e a banda (W, usualmente sua

freqüência máxima) do sinal modulante (que, no caso geral, não é senoidal) é dada pelo índice

de modulação, β f : [1]

(2-0)



onde ∆ f é o máximo desvio de freqüência do sinal modulado em torno da freqüência da

portadora.

A banda de transmissão é dada, aproximadamente, por :

B = 2(β f + 1).W (2- 28 )

De ) surgem duas possibilidades : [7]

- se β f << 1 → B ≅ 2W → chamado FM faixa estreita

- se β f >> 1 → B ≅ 2∆ f → chamado FM faixa larga

No FM faixa larga, mais bandas laterais (em relação à portadora) são necessárias para

compor o sinal modulado. O FM faixa estreita é especialmente interessante em comunicações

móveis (se comparado ao FM faixa larga), onde é crítica a limitação de espectro.

A modulação em freqüência oferece muitas vantagens sobre a modulação em

amplitude, o que a torna a melhor escolha para sistemas celulares analógicos. O FM apresenta

maior imunidade a ruído se comparado ao AM. Como os sinais são representados por

variações de freqüência, e não de amplitude, os sinais FM são menos susceptíveis a ruídos

tanto gaussianos como impulsivos, que tendem a causar flutuações na amplitude do sinal.

Essa característica da modulação FM também pode explicar sua vantagem no que se refere a

desvanecimentos por multipercurso, que causam flutuações rápidas no sinal, gerando efeitos

mais sérios em sinais AM.

Em sinais FM é possível se estabelecer um compromisso entre banda ocupada e

desempenho quanto a ruído. O índice de modulação, que possui ligação direta com a banda

que será ocupada pelo sinal modulado, pode ser alterado para que se obtenha uma melhor

relação sinal-ruído na saída do receptor. Sob certas condições, a relação sinal-ruído pode

aumentar em 6 dB a cada duplicação da banda ocupada pelo sinal FM. Essa é talvez a maior

vantagem da modulação FM sobre a AM. [1]

Por ser um sinal de envelope constante (pois a variação está na freqüência, e não na

amplitude), a potência transmitida em um sinal FM é constante independente do nível do sinal

modulante. Essa característica permite o uso de amplificadores eficientes para a amplificação

de potência dos sinais de RF, uma grande vantagem quando se pensa em economia de bateria

no terminal móvel. [1]

A modulação FM também apresenta o chamado efeito de captura (capture effect). Se

dois sinais na mesma faixa de freqüências são recebidos, apenas o que possuir maior nível de

recepção será aceito e demodulado. Essa característica torna sistemas FM muito robustos

quanto a interferência co-canal. [1]

Entre as desvantagens estão: maior banda necessária para se obter as vantagens de

melhoria na relação sinal-ruído na saída do receptor e de efeito de captura; os equipamentos

de transmissão e recepção FM são mais complexos que os de AM; em algumas situações, o

AM pode superar o desempenho do FM em condições de baixos níveis de recepção, uma vez



que, no FM, os sinais devem chegar ao receptor com um nível acima de um nível mínimo

(limiar) de recepção, determinado pela qualidade desejada.

7.1 FM faixa estreita

Quando o índice de modulação é muito pequeno, a variação da frequência

instantânea da onda portadora não é percebida no gráfico no domínio do tempo, mas as

faixas laterais superior e inferior são visíveis no gráfico no domínio da frequência.

Para b < 0,1, a largura de faixa ocupada pelo sinal FM é a mesma do sinal AM para

o mesmo sinal modulador. Neste caso tem-se o sinal FM faixa estreita

7.2 FM faixa larga

Quando o índice de modulação é muito pequeno, a variação da freqüência

instantânea da onda portadora não é percebida no gráfico no domínio do tempo, mas as faixas

laterais superior e inferior são visíveis no gráfico no domínio da freqüência.

Para b < 0,1, a largura de faixa ocupada pelo sinal FM é a mesma do sinal AM para

o mesmo sinal modulador. Neste caso tem-se o sinal FM faixa estreita



8. Técnicas de Modulação Digital

Quando se transmite um feixe digital, o sinal original é convertido em uma forma

analógica A(t) cos (wt + θ ). As características desse sinal são amplitude, freqüência e fase;

dessa forma, pode-se alterar qualquer uma dessas três características para se formular um

esquema de modulação (como nas modulações analógicas). As três formas básicas de

modulação usadas na transmissão de sinais digitais são :

- Chaveamento de amplitude (amplitude shift keying) – ASK;

- Chaveamento de freqüência (frequency shift keying) – FSK;

- Chaveamento de fase (phase shift keying) – PSK.

Se w e θ permanecem inalterados, tem-se ASK. Quando A(t) e θ não são

modificados, tem-se o FSK binário, ou M-ário. Finalmente, quando A(t) e w não são alterados,

é obtido o PSK binário, ou M-ário. Há ainda os esquemas híbridos, onde duas características

são alteradas a cada novo símbolo. O método híbrido mais comum é obtido fixando-se w e

fazendo variar A(t) e θ . O esquema assim produzido é conhecido por Modulação de Amplitude

em Quadratura (Quadrature Amplitude Modulation) – QAM. Cada um dos esquemas de

modulação obtidos resultam em diferentes mecanismos de transmissão e recepção (mais ou

menos sofisticados), diferentes larguras de banda ocupada e diferentes taxas de erro.

ASK

Na técnica ASK, a modulação ocorre através de mudanças na amplitude da portadora.

É transmitido um de dois sinais: s0(t) = 0, para o binário “0” e s1(t) = A cos (w0t), para o binário

“1”. É possível agrupar-se bits em símbolos, de forma a se obter esquemas ASK M-ários,

porém esses esquemas não são muito usados pelo

fato de outros esquemas apresentarem melhor

desempenho quanto à taxa de erros.


Características:

• Facilidade de modular e

demodular;

• Baixo custo de implementação;

• Sensível à ruídos;


PSK

Esse esquema baseia-se na alteração da fase da portadora, de acordo com a

informação a ser transmitida. O esquema de modulação PSK oferece boa flexibilidade em

termos de compromisso entre banda necessária e taxa de erro, gerando assim uma grande

variedade de esquemas de modulação com base no PSK original.

No PSK binário, a representação dos bits se dá da seguinte forma: s0(t) = A cos (wt),

para o bit “0” e s1(t) = A cos (wt + π ), para o bit “1”. Em um esquema de modulação PSK M-

ário, são necessárias M diferentes fases, sendo que a cada log2M bits é gerado um símbolo,

transmitido através de um sinal da forma A cos (wt + θ j ), j = 1, ..., M.

A seguir são apresentadas algumas técnicas que se usam do conceito PSK.

BPSK

Esse é o esquema PSK binário já citado. Apresenta o mesmo desempenho quanto à

taxa de erros obtido pelo esquema ASK. Isso pode ser explicado pelo fato de que,

representando-se os sinais BPSK da seguinte maneira: s0(t) = A cos (wt) e s1(t) = -A cos

(wt) , nota-se que o BPSK é constituído de sinais ASK com amplitude A e –A. [8]

QPSK

Esquema PSK em quadratura. É criado através da definição de quatro sinais, defasados

de 900. Cada uma das quatro fases possíveis representa dois bits de informação (22 = 4), ou

seja, há dois bits por símbolo. A representação geral de um conjunto de sinais com modulação

QPSK é da forma : [5]

si (t) = A cos [ wt + (i-1)π /2 + λ ] (2-0)

onde :

i = 1, 2, 3, 4

λ - fase inicial.



São gerados, dessa forma, sinais com fases λ , λ +π /2, λ +π e λ +3π /2.

Definindo φ i como sendo a fase instantânea :

(2-0)

Assim,

si (t) = A cos (wt + φ i) (2-0)

e expandindo o cosseno da equação, tem-se

si (t) = Ii A cos (wt) – Qi A sen (wt) (2-0)

onde :

(2-0)

O sinal pode ser visto então como duas portadoras em quadratura, com amplitudes A

cos φ i e A sen φ i . [5]

A probabilidade de erro no esquema QPSK é a mesma do esquema BPSK. Então, se

comparado ao BPSK, o QPSK provê o dobro de eficiência de uso da banda (insere dois bits em

um símbolo) e a mesma eficiência de energia (mesma probabilidade de erro). [5]

Esquemas QPSK melhoram a eficiência de uso da banda, porém, requerem deteção

coerente (recuperação de informação de freqüência e fase da portadora [1]). Em ambientes

sujeitos a desvanecimentos multipercurso (típico dos ambientes de comunicação celular), o uso

de demodulação coerente resulta, em geral, em um pobre desempenho se comparado a

demodulação não-coerente. [8]

Através da simples rotação da constelação, pode-se obter diferentes conjuntos de sinais

QPSK.



9. Sistemas Pulsados

9.1 Digitalização de sinais analógicos

Amostragem – consiste em se tomar amostras de um sinal tipo trem de pulso.

9.2 Sinal PAM ( Pulse Amplitude Modulation)

Modular em amplitude um sinal trem de pulsos com base num sinal de informação.

• PAM/AM – Consiste na modulação AM de um sinal PAM.

• PAM/FM – Consiste na modulação FM de um sinal PAM

9.3 Sinal PWM ( Pulse Width Modulation)

O valor da amostra dá a largura do pulso

10. HIERARQUIAS DE MULTIPLEXAÇÃO DIGITAL -SDH / PDH

O PCM primário (2Mbps) é adequado em pequenas distâncias. Para maiores distâncias é

necessário maior multiplexação a fim de agregar maior número de canais.


AMOSTRAGEM QUANTIZAÇÃO CODIFICAÇÃO

fa ≥ 2fm

fa = 2fm + B.G. ( banda de guarda)

fa = freqüência de amostragemfm = freqüência máxima do sinal amostrado

Vantagem : O sinal não é digital, por isso é útil para multiplexação por divisão no tempo ( TDM).Desvantagem : É suceptível a ruído;Tem grande conteúdo em baixa freqüência, por isso não é habitualmente transmitido.


Os sistemas de comunicação digital atuais integram técnicas de transmissão e comutação

digitais, por isto também são chamados de RDI (Rede Digital Integrada). As hierarquias de

multiplexação associadas a esses sistemas, conforme a recomendação G.702, são o PDH

(Plesyochronous Digital Hierarchy) e o SDH (Synchronous Digital Hierarchy), na Europa, ou

SONET (Synchronous Optical Network), nos EUA. Esses sistemas são descritos brevemente a

seguir. Vale observar que o Brasil segue a norma do padrão Europeu.

• PDH: os diversos tributários possuem relógios independentes e com freqüência

aproximadamente igual (plesio, do grego, quase igual ).

• SDH / SONET: é um sistema totalmente síncrono que vem substituindo gradativamente o

PDH. Algumas das recomendações da série G do ITU-T que tratam das características da

hierarquia de multiplexação digital pública estão descritas a seguir.

• G.701: Definição de um vocabulário de termos para aplicação em Transmissão

Digital,

• G.702: Hierarquias Digitais e taxas de bit associadas.

• G.703: Características físicas e elétricas das interfaces na Hierarquia Digital.

• G.704: Estruturas de quadros síncronos dos níveis 1 e 2 da Hierarquia Digital.

• G.706: Procedimentos relacionados com alinhamento de quadros e CRC, em estruturas

básicas de quadro.

• G.711: Multiplexação e Pulse Code Modulation (PCM).

Das recomendações sobre características principais de equipamentos de multiplexação

primária, destacam-se as seguintes:

• G.734: Características de um equipamento multiplex digital síncrono operando a 1544 kbit/s

• G.735: Características de um equipamento multiplex PCM primário, operando a 2048kbit/s,

com acesso digital síncrono a 384 kbit/s e/ou 64 kbit/s.

• G.736: Características de um equipamento multiplex digital síncrono operando a 2048 kbit/s.

A seguir serão detalhados os principais aspectos dessas hierarquias.

A multiplexação consiste em utilizar um mesmo meio de transmissão para enviar um

grande número de canais simultaneamente.

Os dois tipos principais de multiplexação digital são o PDH e o SDH, que usam

como quadro básico de suas estruturas o PCM.



10.1 Hierarquia Digital Plesiócrona (PDH)

A tabela a seguir mostra, de acordo com a recomendação G.702, a designação de cada

hierarquia atual no sistema PDH, bem como suas taxas de bit e número de canais de voz

digitais (64Kbps) de cada uma.

A figura a seguir mostra graficamente:

Em cada nível de multiplexação é levado em conta o fato de que os relógios dos

tributários, além de serem distintos, não são exatamente iguais, mas quase iguais dentro de

certa tolerância, por isso chamado sinais plesiócronos (ou seja, plesio, do grego, quase igual).

A figura a seguir ilustra isso.



O multiplexador amostra cada tributário a uma taxa máxima de relógio permitida e,

quando não há nenhum bit no registrador de entrada, porque os bits vêm a uma taxa um pouco

menor, é adicionado um bit de enchimento (stuff bit) no fluxo de bits agregado. É claro que

existe um mecanismo que sinalizará ao demultiplexador que foi feito um "enchimento" e que

este bit deverá ser retirado do fluxo na recepção.

O quadro do E2 é mostrado a seguir [MOE 97]. Possui um total de 848 bits (4x212).

♦

♦ PAQ: Palavra de Alinhamento do Quadro: 1111010000

♦ BS: Bits de Serviço

♦ BI: Bits de Informação (dividido igualmente para cada entrada: 50 bits, 52 bits ou 51

bits)

♦ C1 a C4: Bits de controle de justificação do tributário 1 a 4. Ci em “1” indica que Ji

contém bit de enchimento. Ci em “0” indica que Ji contém bit de informação. Os bits de

controle são triplicados a fim de criar uma certa tolerância a falhas. O receptor assume

que a maioria está correta.



♦ J1 a J4: Bits de justificação do tributário 1 a 4. Pode significar enchimento (caso a taxa

do tributário seja mais lenta que a taxa de saída) ou informação (caso a taxa do

tributário seja mais rápida que a taxa de saída).

Exercício 1: qual o overhead (em bit/s) de sinalização e sincronismo no PDH Europeu

para os canais E1?

Exercício 2: No E2, calcule o número de quadros por segundo e a duração

aproximada de cada quadro.

10.2 Hierarquia Digital Síncrona SDH / SONET

Tendo em vista as diferenças entre os sistemas PDH europeu, americano e japonês,

tornase difícil a interligação desses sistemas num sistema de comunicação digital mundial

unificado.

Esse fato, além de outros fatores (como a dificuldade de conseguir altas taxas de

transmissão com relógios “quase iguais”), contribuíram para a definição de um novo sistema de

comunicação digital, que desse suporte para a transmissão em altas taxas, além de perfeita

compatibilidade entre as diversas hierarquias de multiplexação digitais existentes. Também

foram fatores decisivos a necessidade de maior flexibilidade e confiabilidade desses sistemas,

além de facilidades de gerenciamento, reconfiguração e supervisão, enfim, um sistema dentro

do conceito de Rede Inteligente.



Esse novo sistema é conhecido como Hierarquia Digital Síncrona, SDH (Synchronous

Digital Hierarchy) (europeu), ou SONET (Synchronous Optical Network) (americano). A

principal característica dele, como diz o próprio nome, é o fato de que é totalmente síncrono

baseado em um relógio mestre universal com precisão atômica.

Para compatibilização, os canais digitais do sistema PDH, após passarem por um processo de

adaptação, podem trafegar pelos canais síncronos de alta velocidade do sistema SDH/SONET.

Por volta de 1985, o comitê T1X1 da ANSI, desenvolveu as primeiras interfaces para troncos

óticos de alta velocidade baseados em fibra ótica, conhecidas como SONET. A partir de 1988,

muitos dos estudos, interfaces e propostas da SONET foram acolhidas pelo ITU-T através das

recomendações G.707, G.708, e G.709, tornando-se desta forma um padrão mundial

conhecido como SDH do ITU-T.

Na tabela a seguir tem uma comparação entre a Hierarquia Digital Síncrona SDH

européia e o SONET americano equivalente. A principal diferença entre os dois sistemas é em

relação à estrutura do quadro do canal básico, a partir do qual é estruturada a hierarquia de

multiplexação, e à designação dos diversos canais. Enquanto o SONET inicia com um canal

chamado STS-1, de 51,84 Mbit/s, o sistema SDH começa com um canal designado de STM-1,

de 155,52 Mbit/s.

Na figura a

seguir é apresentado

a estrutura genérica de um quadro STS-n do SONET, em que n indica o número de canais

básicos multiplexados em cada nível da hierarquia de multiplexação digital, conforme é

mostrado na tabela acima. A duração de um quadro STS ou STM é sempre de 125 μs, e seu

tamanho em octetos varia de acordo com o nível de multiplexação. Tanto o STM como o STS

possui um campo de informação útil chamado de Synchronous Transport Envelope (SPE), que

é inserido de forma variável em relação ao tempo, dentro da estrutura síncrona do STM/STS.



Além do campo de informação útil (payload), os quadros STM/STS possuem mais três

campos de informação ou cabeçalhos, os quais contêm informação para cada um dos

protocolos dos três níveis da rede síncrona: rota, linha e seção, e que por isso também são

chamados de:

♦ section overhead (SOH): informações de sincronismo de quadro entre outras;

♦ line overhead (LOH): utilizado para multiplexar e demultiplexar as Unidades Administrativas

(utilizado para compatibilizar SDH e PDH)

♦ path overhead (POH): O POH e o payload formam o campo do SPE, cujo início pode flutuar

em relação à estrutura síncrona fixa do SDH/SONET. Os cabeçalhos LOH e o SOH estão

localizados na parte fixa do quadro STM/STS. No nível de linha é feita a multiplexação e por

isso os ponteiros (bytes H1, H2, H3), que implementa o mecanismo de adaptação entre o

relógio do tributário e o relógio mestre do sistema SDH, estão localizados neste cabeçalho.

O número de bytes associados a um determinado quadro, e o número de bytes dos

diversos campos que o compõem, varia em cada nível de multiplexação de acordo com o valor

de n. Assim, por exemplo, com n=1, obtemos o quadro STS-1 básico, que é mostrado na figura

a seguir.



Já um quadro STS-3, n=3, possui um total de 3x90x9=2430 bytes e um campo de SPE

de 3x87x9=2349 bytes como pode ser observado na figura a seguir. Para os diferentes

cabeçalhos teremos; POH=3x9=27 bytes, o campo LOH=3x3x6=54 bytes, e o campo

SOH=3x3x3=27. A eficiência do STS-3 pode ser calculada então como sendo; ((2430-108)/

2430)*100 = 95,55 %.

Como se observa, o STS-3 é uma versão multiplexada de 3 STS-1. Todos os quadros SONET

são derivados de SPEs de quadros básicos STS-1 (STS-12, STS-24 ...etc.).

10.3 Compatibilização entre SONET e SDH

Para que houvesse compatibilização entre o SDH (estruturas STM) e o SONET

(estruturas STS) foi definido o STS-3c que é praticamente equivalente ao STM-1 do SDH.

Lembramos que o STM-1 é o quadro básico do SDH, como mostra a figura a seguir.

A cada quadro STS-3c está associada uma banda de 155,52 Mbit/s (cada byte fornece

uma banda de 64 kbit/s). O quadro STS-3c é formado por 2430 bytes, destes, 90 são

consumidos pelo TOH (Transport Overhead), constituído pelo SOH e o LOH, o que implica que

2349 bytes são ocupados pelo SPE (Synchronous Payload Envelope) que é formado pelo POH



(9 bytes) mais o payload propriamente dito (2340 bytes). A eficiência do STS-3c será portanto

2340/ 2430).100 = 96,296 %, superior portanto ao STS-3.

A compatibilização entre o sistema americano SONET, e o europeu SDH, se dá através

do quadro básico STM-1 do SDH (155,52 Mbit/s) e o quadro STS-3c do SONET (155,52

Mbit/s). Basicamente as duas estruturas são idênticas, a menos de diferenças menores

referentes à interpretação dos cabeçalhos SOH e LOH.

Para saber a composição de um quadro STM-n pode-se usar a seguinte expressão de

equivalência: STM-n = STS-3n

Por exemplo, o quadro STM-1 possui um total de 3x90x9=2430 bytes e um campo de

SPE de 3x87x9=2349 bytes.

10. Redes Satélites

Breve Histórico

Idéia original de Arthur C. Clarke: colocação em órbita de 3 repetidores separados a

120o sob a linha do equador a 36000 km de altitude (Geo). Os repetidores teriam a finalidade

de realizar a comunicação de rádio e tv a todo globo.

Primeiros experimentos (U. S. Army) de propagação de radiocomunicações entre 1951 e 1955

utilizando a lua, como refletor passivo. Não houve sucesso devido a grande distância entre a

terra e a lua e à falta de tecnologia para operar com sinais de baixíssima amplitude e relação

sinal/ruído.

Sputnik 1, realiza a 1a. experiência de transmissão e recepção de sinais do espaço. O

Sputnik 1 enviava para Terra sinais nas freqüências de 20 e 40 MHz, o que provava a

possibilidade de uma comunicação à longa distância.

No final de 1960, com a troca das baterias por células solares realizou-se uma

retransmissão de dados enviados da Terra.

Telstar 1 (1o. satélite de comunicações) lançado em 1962. Tinha órbita baixa e foi o

primeiro satélite de utilização comercial, patrocinado pela Corporation AT&T (American

Telephone and Telegraph).

No Brasil, a expansão da telecomunicação, começou com a família de satélites

Brasilsat, atualmente formada pelo A2 - de primeira geração - e pelos B1, B2 e B3 – de

segunda geração, lançados pela Embratel a partir de 1985.

Na década de 90, o sistema VSAT (Very Small Aperture Terminal) surgiu e se firmou no

espaço como mais um meio físico para o uso das comunicações. Utiliza uma menor banda nos

transponders, antenas menores e, em conseqüência, mais potência no enlace de subida e de

descida.

As principais aplicações globais são: Meteorologia; Fins Militares; Transmissão de

emissões rádio e TV; Comunicação e localização (ex: GPS ); Telecomunicações; Conexões de

telefones globais, etc.



10.1 Tipos de Satélites

LEO (LowEarthOrbit – baixa órbita elíptica terrestre): abaixo dos 2000 km;

MEO (MediumEarth Orbit –média órbita elíptica terrestre): entre 5000 km e 15000 km;

HEO (High EarthOrbit – alta órbita elíptica terrestre): a partir de 20000 km (satélites

geoestacionários – GEO).

10.2 Bandas

♦ Banda ka - Faixa de freqüência de micro-onda que corresponde, no enlace de descida

dos satélites, ao intervalo de 17700 a 21200 MHz e, no enlace de subida, de 27500 a

31000 MHz.

♦ Banda ku – Faixa de freqüência de micro-onda que corresponde, no enlace de descida

dos satélites, ao intervalo de 10700 a 12750 MHz e, no enlace de subida, de 12750 a

14500 MHz.

♦ Banda L – Faixa de freqüência de micro-onda, que corresponde, ao intervalo de 1400 a

1725 MHz.



♦ Banda C – Faixa de freqüência de micro-onda que corresponde, no enlace de descida

dos satélites, ao intervalo de 3400 a 4800 MHz e, no enlace de subida, de 5725 a 7075

MHz. Dentro desses intervalos, os satélites com transponders de Banda C comumente

utilizam a faixa de 3700 a 4200 MHz, no enlace de descida e de 5725 a 6275 MHz no

enlace de subida.

♦ Banda S – Faixa de freqüência de micro-onda que, nas transmissões por satélite,

corresponde ao intervalo de 2 a 4 GHz.

♦ Banda X – Faixa de freqüência de micro-onda, geralmente de uso militar, que

corresponde, no enlace de descida dos satélites, ao intervalo de 7250 a 7750 MHz e, no

enlace de subida, de 7925 a 8425 MHz.

10.3 Composição Básica

O Satélite é uma estação repetidora de sinal. O dispositivo responsável por essa

retransmissão é chamado de Transponder. Conjunto de componentes eletrônicos que recebe o

sinal da Terra (uplink) e após algum processamento o retransmite para o planeta (downlink).

Uplink – Transponder – Downlink

Um enlace via satélite é definido pela estação terrena transmissora, o satélite de

comunicações (transponder), o par de frequências de uplink-downlink e a estação receptora.



Sistemas de comunicação via satélite nas Bandas Ku e Ka constituem uma tecnologia moderna

e de grande potencial em termos de serviços de telecomunicações.

Devido à freqüência elevada, serviços de telecomunicações como telefonia, dados e

televisão podem ser realizados através de redes com topologia em estrela constituídas de

estações terminais de pequeno porte denominadas de VSAT (“Very Small Aperture Terminal”),

acopladas a uma estação central mestre (“master” ou “HUB”).

Configuração Básica de um Sistema Via Satélite

O segmento terrestre compreende estações terrenas destinadas exclusivamente à

manutenção e operação do satélite e outras para o fim principal do sistema que é o serviço de

comunicação entre usuários.

♦ ET (Estação Terrena de Comunicação): destinadas aos serviços de telefonia,

comunicações de dados, transmissão e recepção de TV, etc. Constituem os

principais objetivos do sistema, sendo geralmente classificada como:

♦ HUB ou MASTER: estação central coletora e/ou distribuidora de informações de

uma determinada rede de estações remotas;

♦ REMOTA: estação terminal de usuário, classificada em:

♦ TVRO: para recepções de TV exclusivamente e VSAT: estação

transmissora e/ou receptora para telefonia, dados e TV, equipada com

antena de pequena abertura.

Redes VSAT



Refere-se a qualquer terminal fixo usado para prover comunicações interativas ou

somente de recepção. Constituídas por 3 componentes fundamentais:

• Estações remotas (terminais VSAT)

• Uma estação master opcional (HUB)

• Satélite de retransmissão.

Os sinais recebidos do satélite são muito fracos e precisam ser amplificados. Para

minimizar a geração de ruídos no processo de recepção, é utilizado um módulo LNA (Low

Noise Amplifier). A amplificação e conversão para a freqüência adequada ao uplink são

realizadas pelo módulo Power Amplifier/Frequency Converter. Exemplos de protocolos usados

nas redes VSAT: ATM, Frame Relay, IP, X25, ISDN.

1) Transmissão VSAT1 para o satélite;

2) Transmissão do satélite para o HUB;

3) Transmissão do HUB para o satélite;

4) Transmissão do satélite VSAT2;

O outro tipo de arquitetura, menos usual, é a topologia de malha ou mesh onde

qualquer um dos terminais VSAT se comunica, por intermédio somente do satélite, diretamente

com um ou mais terminais. Este tipo de topologia é extremamente útil quando se deseja



diminuir o tempo de atraso de uma transmissão, já que há somente um salto entre os dois

pontos.

O compartilhamento do transponder exige o uso de técnicas e protocolos de múltiplo acesso.

Algumas delas: P-ALOHA (Pure ALOHA), S-ALOHA (Slotted ALOHA), DAMA (consignação por

demanda), TDMA, FDMA e CDMA.

Técnicas e Protocolos de Múltiplos Acessos

♦ P-ALOHA: quando um dado terminal tem um quadro a ser transmitido, ele o transmite

instantaneamente, mesmo se o canal estiver sendo utilizado. O terminal “ouve” o

meio e, caso esteja ocupado, respeitando o tempo de atraso inerente, assume que

a mensagem foi enviada com sucesso. Caso contrário ele aguarda um tempo

aleatório para retransmitir o quadro. Alguns sistemas reconhecem se o quadro foi

devidamente transmitido por um ack vindo do HUB.

♦ Slotted-Aloha: tem como objetivo reduzir a taxa de colisões comparativamente com o

processo P-ALOHA se sobreponham o máximo possível. O método utilizado faz com

que as transmissões dos quadros só possam ocorrer em períodos determinados. Um

quadro não pode interferir com o outro que já esteja na metade de sua transmissão.

Este sistema praticamente dobra a eficiência em relação ao anterior. A sincronização se

dá através do relógio do HUB.

♦ O TDMA se caracteriza pela divisão no tempo do sinal processado pelo transponder. O

método mais utilizado dentro desta técnica é o TDMA-DA (Demand Assignment) onde o

HUB fica responsável por alocar o slot para a transmissão de cada terminal VSAT de

acordo com a transmissão previamente requerida. TDMA é o método mais utilizado nas

redes VSAT comerciais.

♦ Na técnica FDMA cada terminal VSAT transmite com uma portadora exclusiva. Assim,

se obtém para cada transponder a divisão em freqüência dos canais. Nas redes VSAT

que utilizam a técnica CDMA, cada terminal recebe um número pseudo-randômico (PN)

único, utilizado para codificar e decodificar suas transmissões. Vários VSAT podem

transmitir simultaneamente na mesma freqüência, sendo o sinal separado na recepção

pelo HUB.

♦ A transmissão do HUB também é codificada da mesma forma, porém um único PN é

atribuído a ele, o que permite a recepção por todos os terminais. Com o protocolo



DAMA (Demand Assignment Multiple Access), se um terminal VSAT deseja realizar

uma transmissão, este terminal faz uma requisição de um slot no tempo ou freqüência

para fazê-la. A atribuição do slot é feita pelo NMS (NetworkManagement System) e este

somente é liberado após a conclusão da transmissão.

♦ A transmissão do HUB também é codificada da mesma forma, porém um único PN é

atribuído a ele, o que permite a recepção por todos os terminais. Este protocolo de

acesso por demanda é a técnica utilizada para os serviços de telefonia. Área de

transferência e de sinal, ou seja, um setor onde o sinal pode estar sendo captado por

um setor (neste caso um satélite).

Handover em Sistemas Satélites

Existem 4 tipos de Handover:

• Intra Satellite Handover

• Inter Satellite Handover

• Inter System Handover

• Gateway Handover



Intra satellite handover: Ocorre quando um usuário se move de um spot beam de um satélite

para outro spot beam do mesmo satélite, esta situação ocorre uma vez que um satélite cria

vários spot beams dentro do seu footprint. O mesmo caso acontece quando o satélite se move.

Inter satellite handover: No caso de um usuário ter se movido de um footprint para outro, ou

quando o movimento do satélite provoca essa mesma situação, pode ser considerado

hardhandover ou soft-handover, no caso de a conexão anterior e a nova conexão estarem

ativas em simultâneo, situação só possivel em sistemas CDMA.

Inter system handover: Handover utilizado quando um dado usuário que possua um terminal

que suporte tanto a comunicação por satélite como a comunicação móvel terrestre, possa

comutar para a rede que em dado momento passou a estar disponível.

Gateway Handover: Situação em que o satélite e o usuário móvel possuem bom contato, mas

o satélite e o gateway não, tendo o satélite que procurar outra gateway. Os códigos Reed-

Solomon são códigos de bloco corretores de erro com uma vasta aplicação na comunicação

digital e no armazenamento de dados.

Detecção e Correção de Erros

O decodificador Reed-Solomon insere bits “redundantes” extras em um bloco de dados.

Durante a transmissão ou o armazenamento há a ocorrência de erros por inúmeras razões (por

exemplo, ruído ou interferência). O decodificador RS processa cada bloco e procura corrigir

erros e recuperar os dados originais. O número e o tipo de erros que podem ser corrigidos

dependem das características do próprio código RS.

Um código RS é especificado como RS (n,k) com s-bits. Isto significa que o codificador

utiliza k símbolos com s bits cada um, e adiciona símbolos de paridade para fazer uma palavra

de código com n símbolos. Existem n – k símbolos de paridade com s bits cada um. Cabe

esclarecer que as denominações n, k e s são inerentes a definição do código RS. O código RS

pode corrigir até t símbolos errados em uma palavra código, onde 2t = n–k, conforme a figura:

11. Sistemas de TV



2. A Técnica: A luz e a formação da imagem na TV

2.2 - A formação da imagem na televisão

Com o conhecimento da formação da imagem no olho humano e com a união de várias

descobertas da física o homem pode dar seu passo para a invenção da TV.

As dimensões 4 para 3 da tela foram herdadas do cinema, que na época utilizava o filme de 16

mm, e apresentava este formato.

Com o tempo o cinema evoluiu para a dimensão 9 x 5, cinemascope, cinerama e outros, porém

a TV só vislumbra a mudança de formato com o surgimento da TV de alta definição.

O princípio de tudo é a luz. Tanto no cinema quanto na fotografia, a câmera possui um conjunto

de lentes que projeta sobre um elemento sensível os raios de luz refletidos pelos objetos

enquadrados. Os elementos sensíveis à luz estão dispostos no filme ou película.

Na câmera de TV, ou cinema, a córnea e o cristalino foram substituídos pelo conjunto de

lentes. A íris do olho humano nomeou a íris do conjunto de lentes, com a mesma função:

controlar a quantidade de raios luminosos que penetram nos elementos sensíveis. A retina deu

lugar à película, no caso do cinema e fotografia, e ao tubo de imagem ou CCD no caso da

televisão.

Na película, tanto do cinema quanto da fotografia, os raios luminosos sensibilizam os

elementos quimicamente fotossensíveis registrando assim a cena com seus tons de claro e

escuro. Quando na projeção, novamente uma fonte de luz passa seus raios luminosos pela

película projetando na tela os tons de claro e escuro reproduzindo as cenas registradas.

A película tem seus elementos fotossensíveis formados por minúsculos pontos dispostos lado a

lado, como se fosse um mosaico onde cada elemento é sensibilizado por um ponto da imagem

captada. Quanto mais pontos, maior número de detalhes podem ser registrados.

A televisão funciona com o mesmo princípio. A câmera de TV é composta pelo conjunto de

lentes, pelo corpo processador da luz e pelo sistema de monitoração do vídeo chamado

"viewfinder".

A luz refletida pelos objetos enquadrados é projetada através das lentes para um conjunto de

elementos sensíveis da câmera que transforma os sinais luminosos em sinais elétricos. A

semelhança com o cinema e fotografia terminam neste ponto.

Na TV estes sinais, a partir do momento que a luz é transformada em sinais elétricos, passam

a ser processados eletricamente através de amplificadores, redutores de ruído e filtros

eletrônicos, de tal forma que possam ser gravados ou transmitidos ao vivo.

Mas qual é o processo da formação da imagem na TV?

Para que a imagem possa ser formada eletronicamente, a luz projetada sobre os elementos

que transformam a luz em sinais elétricos são varridas ponto a ponto.

Vamos falar primeiro do sistema de transformação da luz em sinais elétricos utilizando o tubo

de imagem. O Tubo de Imagem, ou Tubo de Raios Catódicos - CRT, foi o primeiro sistema



utilizado, hoje substituído com muitas vantagens pelo CCD - Charge Couple Device. Porém

para melhor compreensão deixaremos para falar do CCD quando o sistema estiver claro com o

Tubo de Imagens.

Fig. 33: Desenho esquemático do tubo da

câmera

Fig, 34: Feixe de elétrons fazendo a

varredura

Como no olho humano, a imagem não pode ser formada como um todo. Ela é varrida ponto a

ponto, onde cada ponto registra a intensidade de luz que aquele ponto representa no todo da

imagem. É como a pintura com a técnica do pontilhismo. Se olharmos bem de perto veremos

apenas pontos claros e escuros com seus tons intermediários. A distanciarmos o olhar da tela

percebemos que o conjunto de pontos forma uma imagem. Quanto mais pontos forem

colocados, mais detalhes percebemos na imagem.

O Tubo de Imagens é formado por um cilindro de vidro onde, de um lado tem uma superfície

construída com muitos elementos químicos individuais dispostos lado a lado formando uma

linha. Cada ponto, também chamado "pixel", é um elemento sensível à luz. A TV brasileira

trabalha com o padrão americano denominado "M", que utiliza 525 linhas para formar uma

imagem, sem movimento, completa, chamado "quadro" ou no seu termo original "frame". O

padrão de 525 linhas por quadro é utilizado devido ao sincronismo da nossa rede de energia

elétrica que trabalha com 60 Hz (sessenta hertz) como freqüência, Países onde a energia

elétrica é gerada com a freqüência de 50 Hz como Alemanha, Argentina, e outros

principalmente na Europa, o sincronismo da imagem é formada por 625 linhas por quadro e 25

quadros por segundo para dar a sensação de movimento.

Quando a luz refletida pelo objeto enquadrado é projetada sobre os elementos sensíveis, cada

elemento, ou pixel, é sensibilizado com maior ou menor intensidade, conforme a luz que bate

naquele ponto. Luz mais clara, maior sensibilização, luz mais escura, menor sensibilização.

Do outro lado do cilindro é colocado um filamento que aquece quando submetido à uma

alimentação elétrica. Logo a frente do filamento há um metal chamado cátodo, que emite

elétrons quando submetido ao calor gerado pelo filamento. Entre o cátodo e a superfície

sensível à luz há um conjunto eletromagnético chamado grade, que atrai os elétrons liberados

pelo cátodo, dando-lhes velocidade. Quando a grade dá velocidade aos elétrons, eles passam



a se movimentar organizadamente em uma mesma direção formando um raio ou um feixe de

elétrons. Existem ainda dois eletroimãs do lado de fora do tubo, dispostos horizontalmente e

verticalmente. Estes eletroimãs tem a função de desviar o feixe de elétrons para cima e para

baixo, para direita e para a esquerda.

Quando a luz refletida pelos objetos enquadrados pelas lentes é projetada sobre o conjunto de

pixels, cada ponto é sensibilizado isoladamente desequilibrando a carga elétrica positiva e

negativa. Quanto mais clara a luz que atinge determinado pixel, maior o grau de desequilíbrio

entre cargas, quanto menor a intensidade de luz que atinge o pixel, menor o desequilíbrio de

cargas. Em seguida o feixe de elétrons em forma de raio varre cada linha passando por todos

os elementos sensíveis provocando uma compensação de cargas elétricas de tal forma a

equilibrar novamente a quantidade de cargas positivas e negativas de cada elemento.

Neste momento o diferencial de cargas de cada pixel é descarregado por um circuito elétrico

gerando diferentes níveis elétricos para cada ponto, seqüencialmente, sendo que para sinais

claros, que provocaram maior desequilíbrio de cargas, maior a intensidade elétrica; para sinais

escuros que provocaram menor desequilíbrio de carga, menor a intensidade elétrica.

Este processo, chamado de "modelo de varredura", começa no alto da tela e "varre" ponto a

ponto em cada linha, da esquerda para a direita, de cima para baixo. Cada varredura desta,

forma um quadro parado da imagem.

Fig. 35: Modelo de varredura no televisor

Esta varredura acontece uma vez a cada 1/30 de segundo e se repete 30 vezes no intervalo de

tempo de um segundo dando então a impressão do movimento, que como no cinema, é uma

sucessão de quadros parados.

A impressão que temos ao observar o movimento da imagem na TV só ocorre por uma

característica da visão chamada "persistência da visão". No olho humano, quando a retina é

sensibilizada pela luz, o cérebro recebe esta informação como se fosse uma imagem sem

movimento e imediatamente as células da retina se renovam sendo sensibilizadas pela nova

imagem que foi projetada sobre ela. Este processo demora um pequeno intervalo de tempo. É



o tempo suficiente para que o cérebro não perceba a imagem como vários quadros parados,

mas sim como uma seqüência de movimento.

O cinema adota a projeção de 24 quadros por segundo, que já e suficiente para o olho não

perceber os quadros parados. No entanto a televisão utiliza-se de varredura eletrônica,

alimentada pela rede elétrica que é gerada a 60 ciclos por segundo ou a 50 ciclos por segundo,

conforme o país. Como os circuitos elétricos dependem de sincronização de varredura, foi

necessário criar uma padronização.

Por isso, em países como Brasil, Estados Unidos, e todos que tem sua energia elétrica gerada

por usinas onde o gerador elétrico gera energia a 60 ciclos por segundo, ou 60 Hertz, a

imagem é formada por 525 linhas de elementos sensíveis e o movimento com a projeção de 30

quadros parados para cada 1 segundo de movimento. Em países onde o gerador elétrico gera

energia a 50 ciclos por segundo, ou 50 Hz, como o Paraguai, França, Alemanha, o mosaico de

elementos sensíveis é formado por 625 linhas, sendo que são varridos 25 quadros parados

para cada 1 segundo de movimento.

Isto ocorre porque o feixe de elétrons que varre os elementos sensíveis são sincronizados para

ler a primeira linha em tempo pré-determinado tendo por base a ciclagem da energia elétrica

que alimenta o sistema. Caso esta sincronização não fosse respeitada, a imagem seria

formada com faixas escuras passando pela tela, chamadas de "batimento". Este batimento

pode ser visto com facilidade quando utiliza-se uma câmera de TV enquadrando uma tela de

computador. Como o sincronismo é diferente, surgem faixas passando pelas imagens que não

são percebidas a olho nu.

Depois que a imagem foi captada pela câmera de TV, transformadas em sinais elétricos, ela

pode ser gravada, processada ou transmitida.

No televisor ocorre o processo inverso da câmera. O tubo de imagem da TV é formado por

uma superfície de vidro banhada por um produto químico, o fósforo, que brilha quando atingido

por um feixe de elétrons. Como no tubo da câmera, o tubo da TV possui um filamento que

aquece um cátodo, que por sua vez libera elétrons quando aquecido, tem uma grade que

acelera os elétrons em uma mesma direção formando um feixe de elétrons e conta com dois

eletroímãs que movimentam o feixe de elétrons de cima para baixo e da esquerda para a

direita. A varredura que a câmera fez no momento de transformar a luz em sinais elétricos é

sincronizada no televisor. O feixe de elétrons na câmera começou a varrer os elementos

fotossensíveis na primeira linha superior, lendo linha a linha até a última linha na parte de baixo

da tela. Sincronizado com a câmera, o televisor joga o feixe de elétrons na primeira linha da

tela e varre linha a linha até a última linha na parte de baixo da tela. Como cada ponto no tubo

da câmera gerou uma intensidade elétrica, esta intensidade vai se reproduzir gerando feixe de

elétrons mais fortes ou mais fracos no tubo da TV. Para cada ponto, o feixe de elétrons toca na

camada sensível da tela, de forma que, para sinais com maior intensidade elétrica o ponto

brilha mais, para menor intensidade elétrica, o ponto brilha menos. Na visão do todo, a imagem



passa a ser formada pela união de todos os pontos da tela como um só conjunto, sendo que os

pixels mais brilhantes formam as partes claras e os pixels menos brilhantes formam as partes

escuras de uma cena. Entre o todo claro e o todo escuro para cada ponto, estão os níveis

intermediários de luz, que formam as nuances dos tons de cinza.

A televisão trabalha com até 30 níveis distintos entre o preto e o branco. É a chamada relação

de brilho e contraste de 1:30 (de um para trinta). O cinema consegue trabalhar entre 50 e 70

níveis de cinza enquanto o olho humano distingue entre 100 e 150 níveis de cinza. Este

conceito é um componente importante para sabermos como trabalhar a iluminação,

respeitando as características técnicas da TV e que veremos mais tarde, quando explanarmos

as questões de diferença de qualidade de iluminação e fotografia entre TV e cinema.

Fig. 36: Pixels formando linhas

Mas, voltando a falar da formação da imagem, já sabemos que um quadro parado é formado

por 525 linhas, sendo cada linha formada por uma sucessão de pixels.

Mas quantos pixels formam uma linha?

A televisão transmite em torno de 450 pontos por linha. No entanto cada tipo de equipamento

de TV tem sua característica. Por exemplo, o VT doméstico VHS trabalha com

aproximadamente 180 pontos por linha; o sistema de VT profissional U-Matic trabalha entre

260 e 340 pontos por linha dependendo do modelo. Já o sistema Betacam tem em torno de

500 pontos por linha. Quanto mais pontos por linha, mais detalhes podem ser registrados, pois

são mais pixels para registros individuais do todo.

Em outras palavras, quanto mais pontos um equipamento consegue registrar, armazenar e

processar, mais qualidade técnica ele oferece para produção.

A quantidade de pontos por linha é chamada de "Resolução Horizontal". É uma característica

importante, pois sabendo o tipo de equipamento que vamos utilizar, conhecendo qual a

resolução horizontal dele, teremos como determinar o tipo de iluminação mais adequada para

registrar uma determinada cena.

Sistemas e padrões de vídeo.

Quando ligamos o nosso sistema de vídeo e observamos a imagem na tela do televisor ou

monitor colorido, não imaginamos o que está ocorrendo em termos de sinais elétricos para que



a imagem seja transportada com um mínimo de perda na qualidade até chegar em nosso

olhos. Para chegarmos ao que existe hoje, cientistas e técnicos em diversos países

desenvolveram e aperfeiçoaram métodos próprios, que tentamos descrever de forma simples,

neste trabalho.

É de nosso conhecimento que diversos países usam diferentes formatos para transmissão

de imagens de vídeo, incompatíveis entre si, impossibilitando, por exemplo, que um aparelho

de dvd ou vídeocassete americano reproduza uma fita ou um disco gravado em outro aparelho

europeu. Da mesma forma um televisor europeu não funciona aqui no Brasil, e vice-versa;

porque os sinais emitidos pelas nossas estações de televisão adotam um padrão de

transmissão de imagem diferente do padrão usado nos países europeus, ao qual o aparelho de

TV está preparado para receber.

Atualmente, são três os sistemas para transmissão TV de cores: NTSC, PAL e SECAM,

além de diversas variações e sub-sistemas: PAL-M, PAL-N, NTSC4.43, SECAM D/K/L,

MESECAM e outros, que são na realidade, adaptações para o padrão de transmissão de TV já

em uso no país ou região. Esclarecendo: Durante o desenvolvimento da televisão(preto e

branco), foram necessárias diversas obediências; uma delas, era a dependência com a

freqüência 'ciclagem' da rede de energia elétrica local. Como a maioria dos paises europeus

adotam a freqüência de 50Hertz para a rede elétrica, ou seja, a 'polaridade' da corrente elétrica

muda de direção 50 vezes por segundo, fazendo com que a iluminação elétrica sofra variação

na intensidade na mesma freqüência(as lâmpadas 'piscam' na ciclagem da rede elétrica), a

imagem deve ser formada na tela do televisor, seguindo esta mesma freqüência, ou uma

fração desta. Isto é necessário para evitar a cintilação da imagem. Imagine uma fonte de luz,

no caso a tela do televisor, 'pulsando' 60 vezes por segundo, em um ambiente iluminado por

lâmpadas, porém alternando em 50 vezes por segundo; teremos uma diferença 'batimento' de

10, que será a freqüência da cintilação(bastante incômoda) na imagem do televisor. Para evitar

este efeito, o padrão de televisão na Europa gera 50 campos de imagem por segundo. Como

nos Estados Unidos a 'ciclagem' da rede elétrica é de 60Hertz, o processo para transmissão de

televisão deve gerar 60 campos de imagem por segundo para evitar o efeito da cintilação. Esta

característica entre outras do sistema de transmissão de televisão norte-americana, faz parte

das normas estabelecidas pela RMA(Radio Manufacturers Association) ou simplesmente "M", e

acabou sendo adotadas por outros países, como o Brasil e Japão. Infelizmente, os dois

padrões de transmissão de TV(americano e europeu) são incompatíveis entre si.

Para complicar, em 1953 um comitê formado pelas maiores indústrias norte-americanas de

eletrônica, denominado de "National Television System Committee", criou uma forma para a

transmissão de TV a cores, compatível com o já existente padrão de TV preto e branco, o que

permitia aos possuidores destes televisores(preto e branco), assistir aos programas

transmitidos a cores(sem cor, naturalmente). O processo passou a ser chamado no meio

técnico pela sigla o comitê: NTSC. Porém, este processo estava longe de ser perfeito. Não



mantinha a fidelidade na transmissão, e havia constantes alterações na intensidade e na matiz

das cores(chegou a ser chamado de Never The Same Color). A gota d'água, foi uma

transmissão da visita da Rainha da Inglaterra aos Estados Unido, onde muitos telespectadores

a viram totalmente 'verde', na telinha. Isto fez os peritos europeus pesquisarem e

desenvolveram dois sistemas, que apesar de serem derivados do NTSC, corrigiam o efeito das

alterações das cores no NTSC. Em 1957 a França cria o sistema SECAM(Sequential Couleur

Avec Memoire) e a Alemanha no mesmo ano, o sistema PAL(Phase Alternation Line).

Atualmente, graças à tecnologia digital e outros processos, o sistema NTSC está 'vacinado'

contra o efeito 'Never The Same Color'.

Nos últimos anos os três sistemas têm sido estudados e aperfeiçoados de maneira profunda

no plano internacional, e os resultados destes testes relatados em numerosos relatórios e

documentos, têm formado a base das discussões sobre qual tem o melhor retorno funcional.

O sistema de cores adotado no Brasil é o PAL, com características de transmissão de

imagens(em preto e branco) de 60 Hertz como nos Estados Unidos; por esta razão, a

designação 'M'(PAL-M).

O quadro abaixo faz uma comparação entre os diversos sistemas de TV a cores.

Classificação de sistema de TV a cores por país:

>NTSC----------- Coréia, Estados Unidos, Canadá, Japão, Taiwan, Filipinas.

>PAL------------- Reino Unido, Alemanha, Oeste Europeu, China, Singapura.

>SECAM-------- França, Leste Europeu, e Rússia(CIS).

>PAL-M--------- Brasil.

>PAL-N---------- Argentina (fitas de vhs são as mesmas PAL da Europa).

>NTSC4.43----- Sinal NTSC transmitido em 50 Hertz e com alterações na 'freqüência da sub



portadora de cores'

(não é um padrão oficial, mas muito usado na Europa para reprodução de VHS NTSC em

vídeocassetes

e televisores PAL modificados).

>MESECAM--- Padrão de gravação em VHS do padrão SECAM.

Tabela demonstrativa dos sistemas de transmissão de televisão(broadcast).

Sistema de

geração

de

vídeo(Broadcast)

Sistema de

transmissão de

TV(RF) EM

VHF(CANAIS 2 A

13)

País

M MEstados Unidos, Canadá,

Coréia, Japão, Brasil

N MUruguai, Argentina,

Paraguai,..

B/G GAlemanha, Itália, Espanha,

Portugal,..

I I Reino Unido, Hong-Kong,...

D/K K China, Rússia(CIS), ...

As designações do quadro acima referem a diferença nos processos de

transmissão das diversas informações, como freqüência da sub-portadora de áudio e croma,

largura da banda de F.I., e outras características.

11.1 O MMDS (Multipoint Multichannel Distribution System)

É também chamado nos EUA de wireless cable. No MMDS, os sinais são

distribuídos aos assinantes por meio de microondas terrestres, de forma semelhante aos

canais da TV aberta.

O sistema foi regulamentado no Brasil como uma das modalidades do Serviço

Especial de Telecomunicações. Os sinais do MMDS cobrem uma área com raio de até 50

quilômetros, levando a programação tanto às áreas urbanas quanto às periféricas.

Permite também a transmissão de programação local, pois o headend está situado

no local da prestação do serviço. Sua capacidade é de até 31 canais analógicos ou de cerca de

180 canais digitais, mas novas tecnologias demonstram a viabilidade de ampliar-se ainda mais

o número de canais digitais transmitidos. Uma de suas principais vantagens é a portabilidade

proporcionada pelo sinal de microondas, que permite a recepção do sinal em qualquer ponto

da área de cobertura, em geral toda a cidade.

O headend de MMDS funciona de forma semelhante a uma emissora de televisão.



Ele recebe, codifica e transmite os sinais das programadoras aos receptores por

meio de microondas terrestres. Para compensar a perda de intensidade do sinal com a

distância percorrida e com obstáculos, como prédios ou acidentes geográficos, são instalados

amplificadores e beam benders, equipamentos que refletem o sinal e tornam possível a visada

das antenas.

A capacidade de canais do MMDS é menor que a do cabo porque o sistema dispõe

de uma faixa mais estreita do espectro de radiofreqüências. Essa capacidade pode ser

aumentada, entretanto, com a digitalização dos sinais. Por outro lado, a instalação de um novo

sistema de MMDS em uma cidade tem custo menor que o sistema de cabo porque não há o

custo da cabeação e as antenas e receptores são colocados nas residências apenas na

medida em que surgem novos assinantes.

11.2 O DTH (Direct to Home)

É um sistema de TV paga no qual o assinante instala em casa uma antena

parabólica e um receptor/decodificador, chamado IRD (Integrated Receiver/Decoder), e

recebe os canais diretamente de um satélite geoestacionário. Entre suas vantagens está a

cobertura nacional ou mesmo continental, com mais de 180 canais digitais, e a rápida

implantação.

Contrariamente às tecnologias de cabo e MMDS, o DTH não viabiliza a inserção de

programas de conteúdo local, pois a programação é a mesma para todos os assinantes, em

toda a área de cobertura.

O headend de um sistema de DTH é chamado de uplink center porque é de lá que

os sinais recebidos pela operadora sobem para o satélite (uplink). O custo inicial do

sistema é elevado, pois envolve o aluguel de espaço em satélites e montagem de uma rede

nacional de distribuição e de venda. Em compensação, o serviço cobre praticamente todo

o território nacional, variando um pouco de acordo com a pegada (footprint) de cada

satélite.

Todos os serviços de DTH no Brasil - DirecTV, Sky e Tecsat na banda KU, e Digisat

na banda C - , usam sinais digitais, o que permite, além de excelente qualidade de som e

de imagem, melhor aproveitamento do caro espaço que ocupam nos satélites.



Os primeiros serviços de DTH no Brasil usavam a banda C, a mesma faixa de

freqüências usada pelas emissoras de TV aberta para levarem seu sinal às afiliadas em

todo o País, com o mesmo tipo de antena parabólica. Hoje se calcula que haja mais de 5

cinco milhões de parabólicas instaladas no País para captar estes sinais.

A maioria dos assinantes usa o sistema de banda KU, com antena parabólica bem

menor, que pode ser instalada com facilidade mesmo dentro das residências. Serviços de

acesso à Internet via satélite já existem nos EUA, mas sempre com o canal de retorno por

telefone. Serviços de acesso bidirecional via satélite ainda estão em teste.

11.3 HDTV (do inglês High-definition television)

É um sistema de transmissão televisiva com uma resolução de tela

significativamente superior ao dos formatos tradicionais (NTSC, SECAM, PAL).

Com exceção de formatos analógicos adotados na Europa e Japão, o HDTV é

transmitido digitalmente e por isso sua implementação geralmente coincide com a

introdução da televisão digital (DTV): esta tecnologia foi lançada inicialmente nos EUA

durante a década de 1990 por um consórcio envolvendo AT&T, General Instrument, MIT,

Philips, Sarnoff, Thomson e Zenith[1].

Apesar de vários padrões de televisão de alta definição terem sidos propostos ou

implementados, os padrões HDTV atuais são definidos pelo ITU-R BT.709 como 1080i

(interlaced), 1080p (progressive) ou 720p usando uma proporção de tela de 16:9.

O termo "alta definição" pode se referir à própria especificação da resolução ou mais

genericamente ao meio (ou mídia) capaz de tal definição, como filme fotográfico ou o

próprio aparelho de televisão.


http://pt.wikipedia.org/wiki/Filme_fotogr%C3%83%C2%A1fico

http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=ITU-R&action=edit

http://pt.wikipedia.org/wiki/Estados_Unidos_da_Am%C3%83%C2%A9rica


No contexto da HDTV, os formatos de transmissão são descritos conforme a seguinte

nomenclatura:

♦ O número de linhas verticais de resolução de tela.

♦ O uso de progressive scan (p) ou interlaced scan (i).

♦ O número de quadros (frames) ou campos (fields) por segundo.

♦ Os formatos 1080i e 1080p são iguais em resolução.

O que acontece é que no formato 1080i as linhas são atualizadas ordenadamente,

uma vez a linha "par" e no momento seguinte as linhas "impares". Já no formato 1080p

todas as linhas são atualizadas simultaneamente, evitando que em uma cena de rapido

movimento uma das sequências de linhas se atrasem.


http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=1080p&action=edit

http://pt.wikipedia.org/wiki/1080i

http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=1080p&action=edit

http://pt.wikipedia.org/wiki/1080i

http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Interlaced_scan&action=edit

http://pt.wikipedia.org/wiki/Progressive_scan

http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Resolu%C3%A7%C3%A3o_de_tela&action=edit

37181942 Apostila de Transmissao de Sinais

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