Multiplexação e Modulação

Volnys B. Bernal (c)

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Transmisso da Informao MultiplexaoVolnys Borges [email protected] http://www.lsi.usp.br/~volnys


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Agenda? ? ? ?

Sinal de Voz Multiplexao Tcnicas de modulao Tcnicas de transmisso


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Sinal de Voz


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Sinal de Voz?

Espectro da voz humana? 100 Hz a 8.000 Hz ? Apesar da energia do sinal se concentrar nas baixas freqncias a importncia para manter a inteligibilidde est entre 700 Hz a 3.000 Hz

db 40 30 20 10

100

300

1000

2000

3000 freq (Hz)


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Sinal de Voz?

Espectro da voz humana102Sinal de Voz

100 f (Hz)

104

108Radio

1010

1012

1014

1016UV

1018

1020

1022

1024

Microondas

Infra vermelho

Raios X

Raios Gama

luz visvel

104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016par tranado coaxial maritimo radio AM Banda LF MF TV radio FM satlite microondas fibra tica

HF VHF UHF SHF EHF THF


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Sinal de Voz?

Canal de voz? Faixa entre 300 Hz e 3400 Hz ? Suficiente para garantir a inteligibilidade Canal de Voz

db 40 30 20 10

100

300

1000

2000

3000

freq (Hz)


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Sinal de Voz?

Sensibilidade do ouvido humano? 20 Hz a 20.000 Hz ? Chamada de faixa de udio ? Freqncias nela contida so chamadas de freqncia de udio


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Sinal de Voz?

Exerccio(1) A voz humana um sinal de audio? (2) Qual a largura de banda da voz humana? (3) Qual a largura de banda de um canal de voz? (4) Qual a largura de banda de um canal de audio?


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Multiplexao


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Multiplexao?

?

Sempre que a banda passante de um meio fsico for maior ou igual banda passante necessria para um sinal, podemos utilizar este meio pra a transmisso do sismal. Na prtica, a banda passante necessria para um sinal , em geral, bem menor do que a banda passante dos meios fsicos disponveisbanda passante necessria para o sinal banda passante do meio fsico 0 freqncia (Hz)


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Multiplexao?

Multiplexao? Tcnica que permite a transmisso de mais de um sinal em um emsmo meio fsico ? Existem dois tipos de multiplexao ?Multiplexao na freqncia FDM - Frequency Division Multiplexing Sobre o mesmo canal de transmisso so criados subcanais cada um utilizando uma faixa de freqncias ?Multiplexao no tempo TDM - Time Division Multiplexing Sobre um mesmo canal de transmisso so criados subcanais cada um utilizando um determinado momento do tempo


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Multiplexao?

Multiplexao na freqncia? Exemplo: ?Rdio AM, ?TV ?Celular ?TV a Cabo

Sinal A

Sinal B

Sinal C

banda passante do meio fsico 0 freqncia (Hz)


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Multiplexao?

Multiplexao no tempo

Sinal B Sinal A 0

Sinal C Sinal A

Sinal B

Sinal C

tempo


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Multiplexao na Freqncia?

Exemplo:? O problema da passagem de sinais de voz por um mesmo canal de comunicao. ? A banda passante necessria para um canal de voz de 3 KHz.Sinal C Sinal B Sinal A banda passante do meio fsico 0 3K freqncia (Hz)


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Multiplexao na Freqncia? Transmisso: Passo 1: Passagem de um filtro nos sinais de forma a preservar somente a faixa relativa banda passante necessria a cada um deles.Voz Voz Voz

0 Filtro

4K freq. (Hz)

0 Filtro

4K freq. (Hz)

0 Filtro

4K freq. (Hz)

0 Voz

4K freq. (Hz)

0 Voz

4K freq. (Hz)

0 Voz

4K freq. (Hz)

0

4K freq. (Hz)

0

4K freq. (Hz)

0

4K freq. (Hz)


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Multiplexao na Freqncia? Transmisso: Passo 2: Desolcamento da faixa de freqncias (modulao)Voz Voz Voz

0

4K freq. (Hz)

0

4K freq. (Hz)

0

4K freq. (Hz)

Voz

Voz

Voz

0

12K 4K 8K banda passante do meio fsico

freq. (Hz)


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Multiplexao na Freqncia? Recepo: Passo 1: O receptor de um determinado canal, desloca o sinal a fim de ocupar a faixa original (neste caso de 0 a 4K Hz) (demodulao). ? Recepo: Passo 2: O sinal demodulado filtrado a fim de conter somente o sinal original.


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Exerccio? Seja o sistema de transmisso mostrado abaixo. Responda: (a) Qual a topologia fsica? (b) Qual a topologia lgica? (c) Qual a forma de utilizao da linha? (simplex, half-duplex, full-duplex) (c) Comente o custo desta soluo.

freq x freq x

freq y


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WDM - Wavelength Division Multiplexing? Variao da multiplexao por diviso de freqncia para fibras ticas ? No exemplo a seguir esto sendo multiplexados canais OC-48 (2.4 Gbps)

OC-48 OC-48 OC-48 OC-48 WDWFibra Fibra Fibra

OC-48 OC-48 OC-48 OC-48 WDW


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Tcnicas de modulao


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Tcnicas de modulao?

Tcnicas bsicas de modulao? Modulao por Amplitude ?Amplitude Modulation (AM) ? Modulao por Freqncia ?Frequency Modulation (FM) ? Modulao por Fase ?Phase Modulation (PM)


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Tcnicas de modulao?

Tcnicas bsicas de modulao de sinal digital? Modulao por chaveamento de amplitude ?Amplitude Shift Keying (ASK) ? Modulao por chaveamento de freqncia ?Frequency Shift Keying (FSK) ? Modulao por chaveamento de fase ?Phase Shift Keying (PSK)


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Tcnicas de modulao? Modulao por chaveamento da amplitude - ASK0 1 0 0 T 0 1 1 0 1 1 1 0

Sinal Digital Onda Portadora

Sinal ASK


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Tcnicas de modulao? Modulao por chaveamento da freqncia - FSK0 1 0 0 T 0 1 1 0 1 1 1 0

Sinal Digital

Onda Portadora

Sinal ASK


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Tcnicas de modulao? Modulao por chaveamento da Fase - PSK0 1 0 0 T 0 1 1 0 1 1 1 0

Sinal Digital Onda Portadora

Sinal ASK


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Tcnicas de transmisso


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Tcnicas de transmisso?

Baseband - Transmisso em banda bsica? Tambm chamada de sinalizao digital ? O sinal colocado no meio sem utilizar qualquer tipo de modulao. Todo o espectro (banda) de freqncia utilziado para produzir o sinal.

?

Broadband - Transmisso em banda larga? Tambm chamada de sinalizao analgica ? Realiza a multiplexao em freqncia (FDM). ? O espectro de freqncia do meio dividido em vrios canais, cada qual podendo suportar diferentes trfegos.


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Baseband?

Transmisso em banda bsica? Sinal colocado no meio sem qualquer tipo de modulao ? No necessita de modens ? Possibilita a transmisso em alta velocidade ? No adequada para transmisses em longa distncia ? No adequada para locais sujeitos a ruidos


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Broadband?

Transmisso em banda larga? Utiliza multiplexao em freqncia (FDM) ? O meio dividido em canais, cada canal podendo suportar diferentes trfegos ? Utilizada geralmente em topologia fsica em barra (barramento) ? Utilizada em ?LAN ?MAN - TV a Cabo ? A forma de transmisso de cada canal FDM simplex.


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Broadband?

Classificao quanto ao nmero de canais? Banda Larga FDM (FDM Broadband) ?Possui vrios canais FDM ? Banda Larga de nico canal (single-chanel Broadband) ?Possui um nico canal FDM

?

Classifio quanto ao nmero de cabos? De cabo duplo ?Utiliza dois cabos coaxiais Um para transmisso Um para recepo ? De cabo nico ?Utiliza apenas um cabo coaxial ?Alguns canais de freqncia so exclusivos para recepo, outros exclusivoes para transmisso


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Broadband de cabo duplo?

So utilziados dois cabos coaxiais? Um para transmisso ? Um para recepo

?

Utiliza uma central repetidora (HeadEnd)? Repete o sinal recebido para o cabo de recepo

recebe Repetidora transmite


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Broadband de cabo nico? ?

?

utilizado um nico cabo coaxial Canais de freqncia da banda inferior so utilizados para retorno e os canais de freqncia superior para transmisso Utiliza uma central de converso (HeadEnd)? Repete o sinal recebido para o cabo de recepo

Conversor


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Broadband de cabo nico?

Exemplo: Sub-Split? Retorno: 5 a 32 MHz ? Transmisso: 54 a 300 MHz ? Utilizado nas TV a Cabo mais antigas

retor5

canais analgicos canais trasnm. analgicos de 6 MHz canais analgicos de 6 MHz300 MHz

Cabo de 400 MHz

32 54


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Exemplo: Mid-Split? 17 canais de retorno: de 5,75 a 106,75 MHz ? 17 canais de transmisso: de 162 a 300 MHz ? Utilizado em redes locais, por possuir mesmo nmero de canais de transmisso e recepo

canais analgicos retorno5,75 106,75 162 180 216

trasnm.300 MHz

Cabo de 400 MHz


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Exemplo: Mid-Split (cont.)Canais Retorno T7 T8 T9 T10 T11 T12 T13 T14 2 3 4 4A 5 6 FM1 FM2 FM3 Freq (MHz) 5,75 11,75 17,75 23,75 29,75 35,75 41,75 47,75 53,75 59,75 65,75 71,75 77,75 83,75 89,75 95,75 101,75 Canais Transm H I 7 J K L M N O P Q R S T U V W Freq (MHz) 162 168 174 216 222 228 234 240 246 252 258 264 270 276 282 288 294


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TV a cabo Brasil? Cabos modernos de 1GHz ? Permite canais analgicos e canais digitais

canais analgicos de 6 MHz midia analgica mdia digital5 50 canal 2 558 canal 78

no utilizado750 1 GHz

retorno modulao QPSK (imune a ruidos de retorno)

Canais analgicos de 6 MHz

cada canal analgico com 4 canais digitais


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Tcnicas de Transmisso?

Broadband? Vantagens ?Permite estabelecimento de canais ponto a ponto e multiponto. ?Permite o transporte de sinal analgico e digital ?Permite o uso de canais dedicados e chaveados ? Desvantagens ?Custo do modem


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Codificao analgica para digital


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Codificao analgica para digital?

A transmisso digital , em geral, mais vantajosa do que a analgica principalmente porque:? possibilita a restaurao do sinal original mesmo na presena de falhas ou rudos

?

A transmisso digital vem substituindo a analgica sempre que possvel, inclusive na prpria rede telefnica, com a instalao de novas centrais e cabos de fibra tica. Dispositivo capaz de codificar informaes analgicas em sinais digitais denominado CODEC? CODEC = CODer / DECoder

?


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Codificao analgica para digital?

Tcnica de codificao PCM? PCM = Pulse Code Modulation ? Principal tcnica utilizada por CODECs ? Para transformao de um sinal analgico em sinal digital atravs da tcnica de codificao PCM so necessrios os seguintes passos ?(a) Converso do sinal original em pulsos PAM ?(b) Converso dos pulsos PAM em pulsos PCM ?(c) Converso dos pulsos PCM em sinal digital PCM ? Baseada no teorema de Nyquist (uma amostragem de 2W vezes por segundo suficiente para recuperar o sinal com banda passante de W Hz)


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Codificao PCM?

(a) Converso do sinal em pulsos PAM

Sinal Original

Pulsos PAM0,0 4,7 4,2 3,9 5,3 3,7 2,6 4,9 5,0 5,1 6,1 5,2 1,8


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Codificao PCM?

(a) Converso do sinal em pulsos PAM (cont.)? PAM = Pulse Amplitude Modulation ? Utilizado a uma traxa de amostragem maior ou igual a 2 W. ? Para cada amostra associado um valor proporcional amplitude do sinal


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Codificao PCM?

(b) Converso dos pulsos PAM em pulsos PCM

Pulsos PAM0,0 4,7 4,2 3,9 5,3 3,7 2,6 4,9 5,0 5,1 6,1 5,2 1,8

111 110 101 Pulsos 100 PCM 011 010 001 000 000

100

100

011

101

011

001

100

101

101

110

101

001


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Codificao PCM?

(b) Converso dos pulsos PAM em pulsos PCM? Os valores PAM so aproximados para um inteiro de n bits. ? Nmero de nveis = 2n


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Codificao PCM?

Converso dos pulsos PCM e sinal digital PCM

111 110 101 Pulsos 100 PCM 011 010 001 000 000

100

100

011

101

011

001

100

101

101

110

101

001

Sada PCM

000 100 100 011 101 011 001 100 101 101 110 101 001


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Codificao PCM?

Exerccio? Qual a taxa (em bps) gerada pela transmisso de um sinal de voz utilizando a tcnica de codificao PCM supondo uma amostragem com 256 nveis. Considere a largura de banda do canal de voz W=4000.


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Bibliografia deste mdulo


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Bibliografia deste mdulo?

Livros? SOARES, LUIZ F. G. ?Redes de computadores:das LANs MANs e WANs s redes ATM. ?Editora Campus. 1995 ? TANENBAUM, ANDREW S. ?Computer Networks. 3rd edition. ?Prentice Hall 1996. ? MONTORO, FBIO ?Modem ?Editora Erica, 1995

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