Trasmissão de sinal de Tv

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LINK DE TRANSMISSÃO UHF PARA TELEVISÃO DE LUANDA - CAXITO

1.INTRODUÇÃO

1.1 OBJECTIVO

Neste projecto vamos apresentar a construção de um link de transmissão em UHF para televisão de Luanda à Caxito.

1.2 BREVE HISTORIAL SOBRE TELEVISÃO

A história e o desenvolvimento da televisão misturam-se aos grandes descobrimentos dos séculos XIX e XX nas mais diversas áreas das ciências. Desde os primórdios do século XIX, cientistas e pesquisadores se esforçavam para transmitir imagens a distância. Descobertas como a do selénio em 1817 pelo químico sueco Jons Jakob Berzelius, propiciou o estudo e desenvolvimento de transmissão de imagens por meio de corrente eléctrica.

Pode-se dizer que o pontapé inicial para os estudos e posteriormente o invento da televisão deu-se pelo estudante de engenharia alemão Paul Nipkow. Nipkow estudava a ideia de enviar imagens à distância, sua ideia consistia em decompor a imagem em pontos que seriam posteriormente transformados em impulsos eléctricos por uma célula fotoeléctrica e enviados por um fio. Quando esses impulsos chegassem a um receptor, ocorreria o processo inverso de composição da imagem. Nipkow então criou um disco com furos em expirais o qual "varriam" uma imagem gerando cada furo uma luz a qual era convertida em corrente eléctrica através de uma célula de selénio. Esta corrente eléctrica acenderia uma lâmpada que iluminaria outro disco oposto ao primeiro, e geraria a imagem num ecrã. Esse invento foi denominado de "Disco de Nipkow" e serviu de pilar para o desenvolvimento da televisão. Por este invento, Nipkow é considerado como o "pai" da TV.

Oficialmente a televisão indicou-se na Alemanha e posteriormente na França tendo a Torre Eiffel como ponto emissor, mas já na década de 20 as primeiras transmissões já eram realizadas em carácter de testes pelo escocês John Logie Baird. Baird utilizou-se de um sistema mecânico baseado no invento de Nipkow. Também na década de 20 nos Estados Unidos, dois cientistas trabalhavam numa mesma ideia: transmitir imagens a distância. Embora não soubessem da existência um do outro, o russo Wladimir Zworykin e o americano Philo Farnsworth são considerados os inventores da televisão. Em 1925, Philo Farnsworth concebeu através de fórmulas o diagrama de uma válvula transmissora de imagens.

Wladimir Zworykin foi convidado pela RCA para produzir o primeiro tubo de televisão o qual ficou conhecido como Orticon e passou a ser produzido em escala industrial a partir de 1945. Este tubo foi apresentado primeiramente em 1936 em Nova York.

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Nas décadas seguintes houve uma grande movimentação em torno do desenvolvimento de novas tecnologias, como a implantação da TV em cores a qual já havia estudos desde 1929, mas apenas em 1954 começaram as transmissões a cores nos Estados Unidos utilizando o padrão NTSC. Em 1967, a Alemanha coloca em funcionamento uma variação do padrão americano o qual foi baptizado de PAL (Phase Alternation Line), que corrige algumas deficiências do NTSC. No mesmo ano entra em funcionamento no França o SECAM.

Para tal, vamos determinar o cumprimento de onda, fazer o estudo da radiovisibilidade tendo em conta a distância de 53 km, de modos a garantir-mos a transmissão que será feita com antenas que possuem linhas de vista.

Deste modo, vamos verificar as difracções e interferências que podem intervir nesta mesma transmissão de forma a garantir-mos a zona de cobertura e de serviço. Para tal, vamos determinar o campo electrico na recepção, apresentar como se obtém as zonas de radiovisibilidade, cobertura e serviço, bem como definir tais zonas que serão determinadas deste modo.

Zona de radiovisibilidade: é a zona que nos dá a percepcao do diagrama de irradiacao da antena, permitindo-nos através dele mandar o fabricante elaborar a antena com características adequadas para funcionar no transmissor . A zona de radiovisibilidade e a zona mais afastada do transmissor, nesta zona os receptores não tem sensibilidade suficiente para captar qualquer sinal.Por este motivo é que o grafico acima demostra que é zona em relacao as outras.

Zona de cobertura: é a zona que nos dá garantia do sinal com calculo de difraccao,isto e,levam em conta a existência de obstáculos ao longo do perfil.

Zona de servico: é a zona que nos dá garantia com calculo da difraccao e interferências,nela estão reunidas todas as condicoes para que se consiga obter boa recepcao do sinal.

Tratando-se de um projecto que constitui um link de televisão, faremos também a apresentação sobre o estudo do diagrama de blocos do transmissor de TV aplicando as modulações AM-VSB e FM sabendo que:

1.3 MODULAÇÃO AM-VSB (vestigial side banda)

A modulação AM-VSB é utilizada na transmissão da porção de vídeo do sistema público de televisão. Os sinais de televisão têm modulação em frequência e amplitude simultaneamente.

A informação de vídeo ocupa uma largura de faixa de 4.2 MHz. Para uma modulação AM DSB seria inviável pois a banda modulada seria de 8.4 MHz.

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Uma transmissão em AM SSB seria inviável na construção de filtros que produzem distorções nas fases de baixas frequências.

A transmissão em AM VSB consiste em transmitir a banda superior (USB) por completo e um vestígio da banda inferior (LSB) de aproximadamente 0.75 MHz.

1.4 ESPECTRO DO SINAL AM-VSB

Já para transmitir o sinal de rádio, utiliza-mos a modulação FM. A modulação em frequência, é o processo de modulação analógica no qual a frequência de um sinal portador de frequência constante (Portadora pura), é variada em função do valor instantâneo da frequência do sinal modulante (Sinal de Informação), como se pode observar no gráfico abaixo.

Para transmissão deste sinal seguiremos a sequência da ligação apresentada no bloco com relação ao vídeo isto é para: o amplificador, oscilador, modulador e o filtro até ao misturador. Falaremos ainda do divisor de frequência

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1.5 Modulação em Frequência (FM)

Observamos que quando o valor instantâneo do sinal modulante é máximo positivo, a frequência da onda FM também é máxima. Quando o valor instantâneo do sinal modulante é máximo negativo, a frequência da onda FM é mínima. Matematicamente, esta modulação é descrita como se segue:Equação de uma onda não modulada ou portadora:

X(t) = A sen (ωt + ɸ)

A frequência instantânea “ f ” da onda modulada em frequência é dada por:

)cos1()( tEKftf mmfc

A sua amplitude instantânea será dada por:

).()( mcFM fAsente

Para transmissão deste sinal seguiremos a sequência da ligação apresentada no bloco com relação ao vídeo isto é para: o amplificador, modulador em frequência, limitador até ao misturador.

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2. DESENVOLVIMENTO

Para construção deste projecto vamos começar por calcular o cumprimento de onda (λ) a utilizado dentro da faixa requerida para transmissão deste sinal. λ= c/f onde: c – Velocidade da luz e f – frequência

λ= 3*108/2,5*109 = 0.12 m

Fazendo o estudo da radiovisibilidade vamos efectuar a aplicação da elipsoide de Freznel para verificarmos as áreas de cobertura e de serviço na qual o mesmo sinal será transmitido. Para tal faremos esta avaliação tendo em conta a visada da antena, medindo os eixos de interferências e difracções mediante a distância entre as duas antenas.

2.1 Feixe Herteziano

O sistemas por feixe hertziano, também designados de feixes de microondas, devido ao pequeno comprimento de onda utilizado nos actuais sistemas, em que as bandas de operação se situam acima dos 2 GHz. Este tipo de ligações suporta‐se na transmissão atmosférica de ondas de rádio, com propagação em linha de vista entre o emissor e o receptor. Entre as estações terminais poderá ser necessário intercalar repetidores intermédios para assegurar a linha de vista e o adequado nível de sinal. As bandas mais utilizadas actualmente são de 2 GHz, 4 GHz, 6GHz, 11 GHz e 18 GHz. As elevadas frequências permitem a realização de antenas de elevado ganho com dimensões aceitáveis. Por exemplo, a 2 GHz .O comprimento de onda é 0,15m um reflector de 10 comprimentos de onda, isto é, um parabolóide de 1,5 m, é aceitável. As estações terminais têm de estar situadas em pontos de cota elevada para permitir linha de vista. Por outro lado, têm de estar próximos dos centros de origem e destino do tráfego, aos quais estão ligadas por sistemas suportados em linhas de cobre ou fibra óptica. Ele é utilizado para:

ligação ponto‐a‐ponto em linha de vista modulações em banda de canal frequências típicas de portadora: 2‐20 GHz (superiores no futuro) Estações terminais sistemas de emissão / recepção de sinal antenas directivas (parabolóides) colocadas numa torre ou mastro espiado sistemas de operação e manutenção (OAM) Meio de transmissão camadas baixas da atmosfera: troposfera

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2.2 AS ZONAS PARA TRANSMISSÃO DO SINAL

As 3 zonas são :

-Zona de radiovisibilidade: é a zona que nos dá a percepção do diagrama de irradiação da antena, permitindo-nos através dele mandar o fabricante elaborar a antena com características adequadas para funcionar no transmissor . A zona de radiovisibilidade é a zona mais afastada do transmissor, nesta zona os receptores não têm sensibilidade suficiente para captar qualquer sinal. Por este motivo é que o gráfico ácima demonstra que é zona em relação as outras.

-Zona de cobertura: é a zona que nos dá garantia do sinal com cálculo de difracção, isto é, levam em conta a existência de obstáculos ao longo do perfil.

-Zona de servico: é a zona que nos dá garantia com cálculo da difracção e interferências, nela estão reunidas todas as condicoes para que se consiga obter boa recepção do sinal.

2.3 EXPLICAÇÃO DE COMO ACHAR AS ZONAS

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20

40

60

80

100

20 40 60 80 100

Z. De Radiovisibilidade

Z. De Cobertura

Z. De serviço

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Para acharmos as zonas graficamente necessitamos programas específicos. Mas apartir de dados específicos ou software podemos calcular as zonas conforme as seguintes explicações:

Para achar a zona de radiovisibilidade necessitamos da potência de irradiacão, e da distância. No fundo adicionamos nos dois comandos do software os seguintes dados: potencia de irradiação, a distância, as cotas do gráfico a potência e a frequência. A partir dai ele nos dá o diagrama de irradiação.

Para achar a zona de cobertura temos que adicionar no comando do software os mesmos parâmetros que a zona de radiovisibilidade mais as somas das difrações. A partir deste obtemos a zona de cobertura

Para achar a zona de serviço temos que adicionar no comando do software os mesmos parâmetros mais as das interferências. Apartir dai ele nos da a zona da serviço.

Carta Cartográfica Digitalizada

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Levantamento topográfico

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Representação da Elipsoide de Freznel

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Raio de Direcção

CMargem de Desobstrução

Tx

Rx

HT

HT

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2.4 ESTUDO DA RADIOVISIBILIDADE

Dados: Resolução:

Ge = 20 dB EIRP = Pe + Ge – Ae

f = 2,5 GHz EIRP = 47 + 20 - 1

Pem = 47 dB EIRP = 66dB

Ae = 1 dB Ao = 92,4 + 20 log f(GHz) + 20 log D(Km)

D = 53 Km Ao = 92,4 + 20 log 2,5 + 20 log 53

N = 0,56 Ao = - 134,85dB

Pout = 1Kw Glinear= antilog G

Fx (O) = 1,2 G = 1020/10 = 102 = 100

Fy (O) = 0,5 Pirr = 1,64*Pout*N*G* Fx(O)* Fy(O)

∑ ∆i = 2,75 Pirr = 1,64*103*0,56*102*1,2*0,5

∑ Si = 1,75 Pirr = 55,104 Kw

EIRP = ? Eo = =

Ao = ? Eo = 24μV

Pirr = ? Er = Eo*∑∆i *∑Si = 24.10-6*2,5*1,75

Eo = ? Er = 11 mV

Er = ?

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n=1

i - 1n=1

i - 110-3√30Pirr 10-3√30*55,104*103

rR 53*103

n=1 n=1

i - 1 i - 1

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2.5 MODULAÇÃO AM-VSB

Esta modulação emprega um filtro cujo a atenuação é suave e gradual em função da frequência, sendo simétrico em relação à frequência da portadora. Podemos apresentar a obtenção de uma modulação AM-VSB/SC a partir do AM-DSB/SC, para sinais complexos no tempo e para sinal modulante cossenoidal.

Figura 1.2 Elaboração do AM/VSB/SC – sinal modulante complexo

É interessante observar que, em troca de um pequeno acréscimo de faixa ocupada no espectro, tem-se um sistema mais barato e cujo o conteúdo de potência é identico ao AM-SSB, pois como o filtro é simétrico, o conteúdo que se perdeu na banda transmitida é compensado pelo conteúdo que se transmite da banda rejeitada.

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W

W

WWO

WO

WO

et

AM-VSB/SC

AM-VSB/SC

FILTRO

e

AV

WW

WWO

WOWO

et

AM-VSB/SC

AM-VSB/SC

FILTROe

AV

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Figura 1.3 Elaboração do AM/VSB/SC – sinal modulante cossenoidal

A demodulação do sinal AM-VSB é idêntica a do AM-DSB/SC, através reinjeção da portadora, contendo inclusive com os mesmos incovenientes quanto ao sincronismo de fase e frequência.

Podemos citar como principal aplicação do AM-VSB seu emprego na modulação do sinal de vídeo de televisão, como medida e economia da faixa de espectro reservada para os canais de TV. Para facilitar a demodulação, a portadora é transmitida integralmente, como mostra o diagrama da figura 1.4

Figura 1.4 Obtenção do AM-VSB com portadora integral

No caso especifico de um sinal de vídeo de televisão, o espetro do sinal modulado em VSB é mostrado na figura abaixo.

Figura 1.5 Espectro de um sinal de vídeo

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MODULADOR BALANCEADO

FILTRO SIMETRICO

SOMADOR

e0 (t)

em (t) e (t) AM-VSB

fv – 0,75 fv + 0,75fv

Ev

fv + 4f (MHZ)

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Nesse caso, a demodulação é normalmente feita por um detector de envoltória, apesar de apenas a faixa de 0 - 0,75MHZ do sinal de vídeo ser modulada em AM-DSB e a faixa 0,75MHZ - 4MHZ ser modulada praticamente em AM-SSB, os detalhes mais importantes do sinal de vídeo, por serem mais visiveis ao espectador, encontra-se na porção inferior, que será demodulada com precisão.

A demodulação que resulta distorcida corresponde aos contornos da imagem, onde não é necessário uma precisão tão grande, pois o espectador não irá percebe-las claramente.

2.5.1 ESTUDO DOS BLOCOS DE MODULAÇÃO AM

O diagrama em blocos do circuito elétrico que produz a modulação em amplitude com faixa lateral dupla e portadora suprimida (AM-DSB-SC) é composto de:

um oscilador a cristal para gerar a onda portadora cossenoidal de alta freqüência F,

um misturador que realiza o produto m(t) da onda cossenoidal pelo sinal modulador,

um filtro passa-faixa que elimina sinais indesejáveis gerados pelo misturador, e

um amplificador de potência que permite a transmissão do sinal modulado z(t) por longas distâncias, seja via rádio.

O diagrama em blocos do circuito elétrico que restaura o sinal modulador a partir do sinal AM-DSB-SC é formado por

um amplificador de baixo ruído que amplifica o sinal modulado recebido z'(t) sem adicionar ruído em excesso ao estágio seguinte,

um oscilador a cristal para gerar localmente a onda portadora cossenoidal,

um misturador que realiza o produto da onda cossenoidal pelo sinal modulado de forma a produzir um sinal m'(t) que possui componentes de baixa freqüência, e

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um filtro passa-baixas que elimina os sinais indesejáveis de alta freqüência gerados pelo misturador

Como a onda portadora não é transmitida no sinal modulado, o oscilador no circuito do demodulador faz o papel da onda portadora a fim de viabilizar a demodulação. Deve ser notado que tanto a frequência como a fase deste oscilador pode não corresponder aos respectivos valores no circuito modulador, gerando distorções de freqüência e fase no sinal demodulado.

2.6 MODULAÇÃO FM

Um sinal modulado em FM tem a largura de faixa(B) calculada em função do número de bandas laterais, que se concentram ao redor da portadora, resultando de uma maneira geral:

B = 2 . n . fm

Onde:

n - é o número de bandas laterais para cada lado da portadora (por isso também o factor 2)

fm – é a frequência do sinal modulante.

Para limitar a largura de faixa, fazemos n = β + 1 Então:

B = 2 . (β + 1) . fm

O índice de modulação FM é, por definição dado por:

β = = =

Assim:

B = 2 . + 1 . fm

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∆w

Wm

2π . ∆f

2π . fm ∆f fm

∆f fm

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B = 2 . (∆f + fm)

A equação acima relaciona, portanto, a largura de faixa ocupada por um sinal modulado FM com frequência do sinal mod ulante e o desvio por ele provocado na frequência da portadora.

Os valores limites para os parâmetros de uma transmissão FM são designados pela FCC (Federal Communication Comission – Comissão Federal de Comunicação) dos Estados Unidos, tendo sido estipulado que a máxima frequência do sinal modulante seria de 15 KHz e o desvio de frequência máximo para radiofusão comercial de FM seria de 75 KHz. Na verdade, convém esclarecer que o som das transmissões de televisão é modulado em FM (a imagem, como já foi citado, é modulado em AM-VSB) e que nesse caso, o desvio máximo de frequência é de apenas 25 KHz.

Em vista dessas considerações, podemos calcular a largura de faixa máxima a ser ocupada por um sinal modulado em FM, tanto para o caso de radiodifusão como para o som de televisão:

- Radiofusão comercial:

B = 2 . (∆f + fm) = 2 . (75 + 15) = 2 * 90 = 180 KHz

B = 2 . (∆f + fm) = 2 . (25 + 15 = 2 * 40 = 80 KHz

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2.7 PREÊNFASE

A transmissão de sinais por meio de ondas eectromagnéticas sofre ação de vários tipos de ruido, tendo sido constatado que a maior incidência se dá na região das frequências mais altas de áudio, como simboliza a figura abaixo mencionada.

Figura 2. Ruido na comunicação em função da frequência.

Com o intuito de manter uma boa relação sinal/ruído ao longo de toda faixa audível, foi desenvolvida a técnica de preênfase que, sendo usada na transmissão do sinal, consiste em reforçar o ganho da amplificação do sinal modulante na região de mais alta frequência.

O circuito tipico usado na preênfase é visto na figura abaixo.

(a)

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f mMáx

f

eN= Noise (RUÍDO)eN

C

R1 R2Vi Vo

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(b)

(a) Circuito de Preênfase

(b) Resposta em frequência do circuito.

2.7.1 ESTUDO DOS BLOCOS DE MODULAÇÃO FM

O demodulador FM por discriminação em frequência é formado por dois estágios:

estágio limitador e estágio diferenciador.

O estágio limitador é formado por

um amplificador de baixo ruído, um circuito limitador que ceifa os valores máximo e mínimo do sinal FM a fim

de manter a amplitude constante

e um filtro passa-faixa para eliminar as frequências indesejáveis geradas pelo circuito limitador.

Através do circuito acima garante-se que não há vairação de amplitude no sinal w'(t), a menos que a amplitude do sinal recebido seja tão baixa que o circuito limitador não realiza o ceifamento do sinal. Nota-se que este primeiro estágio no demodulador FM dispensa o circuito de controle automático de ganho existente nos demoduladores AM.

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Gof2f1

- 3dB

Go +3dBGo

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O estágio diferenciador poderia ser formado por

um circuito diferenciador com função de transferência H(f) = j.2.p.(f - F).KDIF que realiza a derivada do sinal w'(t) em relação ao tempo de forma a produzir uma variação de amplitude do sinal modulado proporcional ao sinal modulador, resultando numa conversão de FM para AM,

um circuito retificador para gerar um sinal de baixa frequência proporcional à variação da amplitude do sinal

e um filtro passa-baixas para eliminar as altas frequências indesejáveis geradas no detetor.

A função de um divisor de frequência é separar o sinal em seções ou bandas de sinal, antes de enviá-lo aos alto falantes.Isto assegura que cada alto falante receba somente as frequências para as quais foi designado.Existem dois tipos de divisores, o passivo e o ativo. O passivo é composto de capacitores e bobinas, já o ativo através de um circuito eletrônico.

Os divisores de freqüências são utilizados para separar as freqüências que interessam a um determinado tipo de alto-falante, ou seja, um médio-grave deve receber apenas freqüências compreendidas na faixa de 80 a 5.000 Hz, neste caso temos de utilizar um divisor de freqüências que limite em 80 e 5.000 Hz a resposta em freqüência.Para isto são utilizados os filtros. Os filtros podem ser ativos ou passivos.

Ativos - são compostos de circuitos eletrônicos

Passivos - são compostos de capacitores e indutores

A vantagem do divisor ativo é que ele não acarreta perdas. Isto ocorre pelo simples fato de que o corte é sempre feito antes do amplificador, ou seja, não existe nenhum componente que faz com que a tensão de saída do amplificador seja dividida.Já no caso do passivo existem perdas. Isto se deve ao fato de o capacitor e o indutor possuírem reatâncias e, como são utilizados após a saída do amplificador e antes do alto-falante, eles acabam fazendo com que a tensão de saída do amplificador seja dividida entre capacitor, indutor e alto-falante.

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3. CONCLUSÃO

Após os estudos efectuados para este link de transmissão de 53 Km de luanda-Caxito. Vericamos que utilizando a elipsoide de Freznel conseguimos ter conhecimento sobre a zona de cobertura e serviço, e ainda, com auxilio da carta cartográfica podemos verificar o percurso de tal modos a facilitar-nos os cálculos de difrações e interferências ao longo do percurso, o que nos levou a concluir que nesta rota não existem difrações, mas sim interferências, o que nos leva a dizer que podemos fazer o link em linha de vista, tendo em conta os efeitos de atenuação que podemos encontrar ao longo do percurso.

Calculados tais dados, podemos medir a potência a ser transmitida e estabelecer se será necessário utilizarmos um regenerador para dar a forma original do sinal na recepção por causa das atenuações calculadas ao longo do trajecto.

Definidas as zonas de cobertura e serviço, podemos verficar que utilizarmos um demodulador feito por um detector de envoltória, apesar de apenas a faixa de 0 - 0,75MHZ do sinal de vídeo ser modulada em AM-DSB e a faixa 0,75MHZ - 4MHZ ser modulada praticamente em AM-SSB, os detalhes mais importantes do sinal de vídeo, por serem mais visiveis ao espectador, encontra-se na porção inferior, que será demodulada com precisão. E poderemos ter um bom sinal na recepção. Quanto ao sinal de áudio de deverá chegar simultâneamente utilizaremos o processo de preênfase com o intuito de manter uma boa relação sinal/ruído ao longo de toda faixa audível, foi desenvolvida esta técnica de preênfase para que, sendo usada na transmissão do sinal, possa reforçar o ganho da amplificaçãodo sinal modulante na região de mais alta frequência.

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O sinal de vídeo é produzido a partir de um esquema que obedece um processo que passa por um corrector de fase, oscilador, modulador em amplitude e um filtro que irá permitir a passagem de apenas a faixa necessária para mesma transmissão.

E o sinal de áudio obedece também um esquema que passa pelo processo de amplificação, modulação em frequência limitação para suprimir os efeitos idesejavéis até a transmissão do dito sinal.

Ao enviar-mos tal sinal, que deve chegar em simultâneo usaremos um misturador que permitir que os sinai de vídeo e áudio sejam transmitidos em sincronia utilizando uma portadora com o auxilio de um divisor de frequência que trabalha em ligação com um oscilador de frequência de modos a utilizar-mos o canal desejado para a transmissão do dado link utilizando a frequência intermédia.

4. BIBLIOGRÁFIA

Telecomunicações -Transmissão e Recepção (Eng.Alcide T. Gomes)

Manual de Telecomunicações – WJR/99

www.Google Earth.com

CNEC – Angola Telecom

Divisor de Frequência - Autor: RPSOMEIMAGEM (11092)

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