ETEC Getúlio VargasCurso de eletrônica Conceitos Básicos de Telecom - NTINCBT (Sistemas de telecomunicações) Ipiranga – São Paulo 06/06/2011 Sumário 1. Sistemas de Comunicação..................................................... 1.1. Comunicação.............................................................................................. 1.2. Sistema de Comunicação............................................................................ 1.3. Condições para ocorrer comunicação......................................................... 1.4. Códigos e Sinais.......................................................................................... 1.5. Chave.......................................................................................................... 1.6. Sinal elétrico............................................................................................... 1.7. Repetidores................................................................................................. 1.8. Comunicação entre pessoas....................................................................... 1.9. Telefone...................................................................................................... 1.10. Comunicação entre computadores........................................................... 2. Onda.................................................................................... 2.1. Forma de onda senoidal.............................................................................. 2.2. Frequência.................................................................................................. 2.3. Fase............................................................................................................ 2.4. Largura e Banda......................................................................................... 2.5. Comprimento de onda................................................................................ 3. Sinais Eletromagnéticos....................................................... 3.1. Campo eletromagnético.............................................................................. 3.2. Onda Eletromagnética................................................................................ 4. Sinal Digital.......................................................................... 4.1.Representação no Domínio da Frequência.................................................. 4.2. Largura de Banda Digital............................................................................ 4.3. Codificação de canal................................................................................... 4.4. Códigos de linha......................................................................................... 4.5. Códigos para detecção e correção de erro................................................. 5. Modulação............................................................................ 5.1. Modulação de Sinais Analógicos................................................................. 5.1.1. Modulação em Frequência: FM (Frequency Modulation)................................... 5.2. Modulação de Sinais Digitais...................................................................... 5.2.1. ASK (Amplitude Shift Keying)........................................................................... 5.2.2. FSK (Frequency Shift Keying)........................................................................... 5.2.3. PSK (Phase Shift Keying).................................................................................. 5.3. Banda do Sinal Modulado............................................................................ 5.3.1. Quadrature Phase Shift Keying (QPSK)............................................................. 5.3.2. Quadrature Amplitude Modulation................................................................... 6. Enlace de Comunicação......................................................... 6.1. Fatores de Degradação............................................................................... 6.1.1. 6.1.2. 6.1.3. 6.1.4. Atenuação........................................................................................................ Distorção.......................................................................................................... Interferência..................................................................................................... Ruído................................................................................................................ 6.2. Enlace Analógico......................................................................................... 6.3. Enlace Digital.............................................................................................. 6.4. Dimensionamento....................................................................................... 6.5. dB............................................................................................................... 7. Meios de Transmissão........................................................... 7.1. Par de fios trançados.................................................................................. 7.2. Cabo Coaxial............................................................................................... .........3...............................6...................... 8.....................................6............3............. Espaço Livre...............5 Multiplexação...1.............................. 1xRTT................................................... 1.................................1...................................................................2.... 8...........................................1........ animais ou.......... FDM.............. Introdução. 7.............................. WCDMA..3............ CDMA..... como vem ....... 8.................................. 7........................................................................................3.................... 7.............3................................................................................................. Perda no espaço livre.......................................1.........5........ 8....................4................. Tecnologia HSPA........................................................................................ CDMA..................................................... Sistemas de Comunicação 1...... 8................................. 7............. 7...................................................... Múltiplo Acesso.................................... 7...................................... 8........................................2.......... Tecnologias de 2... 7.......... 8..................................................... 8..................................................................................................... 8........3...........................................................................................5... 7................... Tecnologias 3G................ GPRS..3.......2.....2.................................................. Comunicação Comunicação é o processo pelo qual informação é transferida de uma pessoa para outra............................................................ Em um sentido mais amplo comunicação pode se dar entre duas entidades........................1...............................6......... 8............... Tecnologias de 2G................ GSM.................4................ TDMA...... Fibra Óptica........................6............... 7.......................3....................................2.......1........... sejam elas pessoas...... Tecnologia HSDPA.............................2.............5G..... Tecnologias de Telefonia Móvel....... 8.............................................................. Antenas. 8..................................2..............1..................................................................4..............4........ TDM....................3................ 8.................................... FDMA..................................................6..........................................................2......... EDGE.................5..........7...............................................................1.......................... 8.2.................. 7............................................................... CDMA 1xEVDO.................................................... Este conjunto de regras que possibilita a comunicação é chamado de protocolo de comunicação. É necessário que a atuação conjunta destes garanta que a informação seja compreendida no destino da mesma forma que na fonte. Condições para ocorrer comunicação Para ocorrer a comunicação não é suficiente a existência dos componentes de um sistema de comunicação. até formas complexas que diminuíram as distâncias e transformaram o mundo. Sistema de Comunicação A comunicação pode ser modelada como um sistema que permite que a informação seja transferida de uma fonte para o seu destino. No passado.3. surdas (Receptor OK). 1.ocorrendo mais recentemente. Esta capacidade evoluiu através dos tempos de formas simples. as pessoas não podem ser mudas (Transmissor OK). a transmissão de informação entre locais distantes era feita por mensageiros que levavam mensagens escritas de um lugar para outro. Receptor Ouvido 1. Transmissor Mecanismo de Receptor . computadores. Ou seja. devem falar a mesma língua e estarem a uma distância que permita a comunicação com o nível de ruído ambiente (barulho). como sons e gestos. ondas sonoras se propagando através do ar. A figura a seguir apresenta os componentes básicos de um sistema de comunicação simples.2. Exemplo: Comunicação por voz entre duas pessoas Transmisso r Boca Mecanismo de Transporte Voz. A capacidade de se comunicar foi sem dúvida um dos componentes principais para o desenvolvimento do homem. Neste exemplo a informação teve que ser processada e colocada em uma forma adequada ao mecanismo de transporte (forma escrita) antes de ser transmitida. como tem acontecido mais recentemente. Os sistemas de comunicação que utilizam como mecanismo de transporte de informação sinais elétricos. a escrita ou a voz (ondas sonoras). Os sistemas de telecomunicações buscam na maior parte das vezes estabelecer a comunicação entre duas pessoas ou. Este tipo de comunicação é denominado ponto a ponto. A palavra Telecomunicações vem da combinação do prefixo grego "tele" que significa distante com a palavra comunicação. como por exemplo. Os sistemas de Telecomunicações foram desenvolvidos para possibilitar a comunicação a distância e é esta a origem do termo. Pode-se dizer que a informação foi codificada.4. eletromagnéticos ou ópticos que se propagam em um meio. Códigos e Sinais A comunicação ocorre pelo transporte de sinais. A comunicação pode ser também ponto-multi ponto como no caso do rádio e da televisão em que a difusão da informação (broadcasting) ocorre para várias pessoas. ou sobre o processo de recuperação da forma original de sinais modificados. Os sistemas e redes de telecomunicações são formados por enlaces de comunicações como o representado na figura a seguir: . Esta é uma técnica muito empregada em sistemas de comunicação. são denominados sistemas de telecomunicações. O elemento constitutivo básico de um sistema de telecomunicações é o que viabiliza o transporte da informação de um ponto a outro através de sinais elétricos. Código é uma convenção sobre o significado de sinais. entre dois computadores. eletromagnéticos ou ópticos.Transporte Pessoa que escreve a mensagem e a entrega ao mensageiro. Mensageiro Pessoa que recebe e lê a mensagem. 1. .. C _. 1.Exemplo: Telégrafo O Telégrafo foi o primeiro sistema de telecomunicações desenvolvido pelo homem._ .__ 0 1 2 3 4 ____ _ . _. __.._ _.___ _ . inventor do código Morse.. .. 9 ____.._. 8 ___..._ L . O ___ P ._.. ._ . A .__ .. U V W X Y .__ _ D _. E .. J .._ R . K _..___ . I ._ _ ...__._.. N _. Q __. B _. Foi inventado no século XIX por Samuel Morse._ 7 __. .._.. que desenvolveu um sistema em 1835..5. Chave No Telégrafo utiliza-se um circuito elétrico como o da figura acima para apagar e acender uma lâmpada a quilômetros de distância através de uma chave. A informação é enviada em código Morse onde as letras são representadas por pontos e traços conforme a tabela...__ _._ H .. . Entende-se sinal como uma quantidade flutuante.... Recepto r Lâmpad a 1. Modelando o Telégrafo como um sistema de comunicação tem-se: Transmissor Chave Mecanismo de Transporte Corrente elétrica no par de fios._... Este gráfico é a representação de um sinal elétrico. Assim.. Podemos representar a corrente que passa pela lâmpada como variável no tempo conforme o gráfico apresentado a seguir. tal como o valor de uma corrente ou tensão.. Entre palavras é feita uma pausa. 5 6 . _. S T .6. No telégrafo uma piscada curta significa ... Este sinal elétrico se propaga da chave para a lâmpada através dos fios que são o meio de transmissão destes sinais. M __ G __. Experimente utilizar o interruptor que acende uma lâmpada comum em uma sala para enviar informações em código Morse. Sinal elétrico Ao utilizar o código Morse para enviar informação estamos produzindo variações na corrente elétrica do circuito. Ou seja. _ Z 6 __. (ponto) e uma piscada longa _ (traço)._ F .. o mecanismo de ... _. cujas variações representam informação..__. ? .. a informação em forma escrita pode ser representada (codificada) por estes novos símbolos passíveis de serem transmitidos na forma de acender uma lâmpada por um tempo curto ou longo.. . O Telégrafo como sistema de telecomunicações pode ser constituído de vários enlaces. Trata-se de um sinal digital.transporte neste sistema de telecomunicações pode ser descrito como um sinal elétrico que se propaga em um meio de transmissão (par de fios). O primeiro sistema de telecomunicações desenvolvido pelo homem era digital. Qual informação o sinal elétrico da figura está transportando? Note que no Telégrafo a informação é transportada por um sinal que pode assumir apenas dois estados. Para viabilizar a transmissão a longa distância é preciso utilizar vários enlaces como apresentado na figura.7. Repetidores A transmissão de informações através de um enlace de comunicações como o descrito para o telégrafo é possível até uma distância limitada. 1. Quanto maior a distância maior a atenuação que sofre o sinal até o ponto em que passa ser difícil distinguir entre o valor zero e um. Telefone O grande avanço que permitiu o desenvolvimento do telefone. Esta transformação é representa pelo circuito elétrico apresentado na figura a seguir. foi a descoberta de um mecanismo que permitia a transformação da informação contida na Voz (ondas sonoras) em variações de corrente em um circuito elétrico (sinal elétrico) e vice-versa. Estes sistemas eram na sua origem sistemas analógicos como exemplificaremos a seguir com o sistema telefônico. A transmissão de imagens associadas ao áudio deu origem aos sistemas de TV aberta existentes hoje.8. Estes sistemas eram na sua origem sistemas analógicos . A transmissão de imagens associadas ao áudio deu origem aos sistemas de TV aberta existentes hoje. onde a chave do telégrafo foi substituída por um microfone e a lâmpada pelo autofalante. 1. A comunicação entre pessoas através de sistemas de telecomunicações desenvolveu-se principalmente na forma de comunicação de voz e sons dando origem ao sistema telefônico e ao rádio. Comunicação entre pessoas A comunicação entre pessoas através de sistemas de telecomunicações desenvolveu-se principalmente na forma de comunicação de voz e sons dando origem ao sistema telefônico e ao rádio. patenteado por Alexander Graham Bell em 1875.9.1. O modelamento deste circuito telefônico como um sistema de telecomunicações é: Trans missor microf one Mecanismo de Transporte Sinal elétrico analógico utilizando pares de fios como meio de transmissão. sendo que os sinais analógicos são mais susceptíveis a perda ou distorção da informação transmitida. Recep tor Autof alant e As distorções em amplitude. termo utilizado para descrever a área do conhecimento que trata da transmissão de voz e outros sons através de um sistema de .como exemplificaremos a seguir com o sistema telefônico. Este processo pode ser representado pela figura a seguir para um circuito telefônico simples. Neste circuito telefônico a informação é transportada como variações no valor da corrente que é análogo a informação que representa. A corrente no circuito varia de forma análoga a variação da resistência produzindo um sinal elétrico. O microfone nada mais é que um dispositivo cuja resistência varia de acordo com as ondas sonoras que recebe. A possibilidade de converter voz em sinal elétrico deu origem a Telefonia. Neste caso a comunicação se dá através de um sinal elétrico analógico e a comunicação é dita analógica. No alto-falante a corrente produz um campo magnético variável no tempo que faz vibrar uma membrana reproduzindo o som original. ruído e interferência produzem alterações no sinal elétrico transmitido. Comunicação entre computadores O termo computador será utilizado aqui em um sentido amplo. como representado na figura a seguir.10. O prefixo grego "tele" significa distante e fonia som ou (timbre de) voz.American Standard Code for Information Exchange. significando qualquer dispositivo eletrônico que processe informações. A necessidade de comunicação entre computadores. sinais de pontuação e símbolos especiais) em um sistema binário de 0s e 1s é o ASCII . No ASCII cada caractere é representado por uma sequência de 8 bits também chamada de byte como apresentado na tabela para alguns caracteres. Caract ere a b Representação Binária 0110 0001 0110 0010 . 1. abriu um novo capítulo no desenvolvimento dos sistemas de telecomunicações.telecomunicações. As informações codificadas para serem utilizadas por computadores são chamadas de dados. Os dados são normalmente codificados em um sistema binário onde um sinal digital pode assumir dois estados: 0 e 1. números. O código utilizado pela maioria dos computadores para representar caracteres (letras. Onda Na comunicação não se transportam objetos físicos e sim informação. . Ocorre também entre os vários módulos de software em processamento no computador. Estas flutuações no sinal elétrico podem ser entendidas como perturbações que se propagam no circuito elétrico. Para que esta comunicação seja possível é necessário que seja definido um protocolo de comunicação entre estes computadores. cujas variações representam informação. as unidades de armazenamento de dados e as de entrada e saída. é estendida pelo envio de mensagens utilizando sistemas de telecomunicações. Exemplo Ao falarmos em um microfone produzimos uma perturbação na corrente elétrica que percorre o circuito telefônico. principalmente entre módulos de software. Uma perturbação que se propaga é chamada de onda. Na comunicação entre computadores esta comunicação. O Sinal elétrico é uma quantidade flutuante. tal como o valor de uma corrente ou tensão. 2.c d e 0110 0011 0110 0100 0110 0101 A comunicação interna a um computador é intensa. Esta perturbação é denominada forma de onda do sinal elétrico. Ela ocorre entre a CPU (microprocessador). 7 mês). Forma de onda senoidal O sinal elétrico pode assumir vários tipos de formas de onda. 2.1. A principal forma de onda de um sinal analógico é a forma de onda senoidal representada na figura a seguir. Sinais com forma de onda senoidal são importantes por que: •São caracterizados por uma frequência (1/T).2. Exemplo: Corrente alternada A corrente elétrica que chega a sua casa é uma corrente alternada com a forma de onda da figura acima. . Ou seja o período T em que a forma de onda se repete é de 1/60 seg. É uma corrente (ou tensão) periódica com frequência no Brasil de 60 Hertz ou 60 ciclos por segundo. Frequência A frequência é medida em Hertz. ou ciclos por segundo. onde T é o período com que o sinal se repete e 1/T é a frequência do sinal. (aproximadamente 16. •Sinais senoidais com frequências diferentes podem ser separados através de filtros.2. •Qualquer sinal analógico pode ser decomposto na soma de vários sinais senoidais com amplitudes e frequências diferentes. Fase Fase é a posição de um sinal alternado em um determinado tempo. F e F/2 representadas em gráficos no tempo e em frequência.3.Qual a frequência das formas de onda Senoidais da figura a seguir? Resposta 1 Hz e 10 Hz. pois elas tem respectivamente 1 ciclo e 10 ciclos no intervalo de tempo de 1 segundo. Em um sinal senoidal a amplitude nula corresponde a 0 grau e a máxima a 90 graus. . Largura e Banda Se vários sinais senoidais com frequências diferentes estiverem se propagando em um meio de transmissão é possível separá-los utilizando filtros como exemplificado na figura a seguir para formas de onda com frequências 3F/2.4. 2. 2. Estes filtros permitem a passagem de uma pequena faixa de frequências (banda) ao redor da frequência principal. O sinais que utilizam uma faixa de frequências. cuja frequência mais baixa está próxima de 0 Hz. Ou seja. mas testes demonstraram que se considerarmos apenas os sons com frequências na faixa de 300 a 3400 Hz consegue-se uma reprodução aceitável da voz. A utilização de filtros em um enlace de telecomunicações define uma largura de banda que pode ser transmitida caracterizando um canal de comunicação. É possível então a convivência de vários sinais em um único meio de transmissão. o filtro que irá separar os sinais que representam a voz humana em um sistema de telecomunicações deve ter uma largura de Banda de . são chamados de sinais na banda básica. desde que utilizando frequências diferentes. Estas frequências variam de 20 HZ a 20 KHz. Exemplo: Canal de Voz A Voz Humana é um conjunto de sons ou ondas acústicas com forma senoidal em várias frequências diferentes. Esta força depende da posição de uma carga em relação a outra. conforme havia previsto Maxwell em 1864.5. A força é devida à presença de outras cargas naquela região. Uma carga elétrica em movimento produz. Sinais Eletromagnéticos No final do século dezenove. 3. Campo eletromagnético Uma corrente elétrica consiste num fluxo de partículas ou íons carregados (cargas elétricas) e produz um campo elétrico e um campo magnético também denominado campo eletromagnético. Abriu-se desta forma a porta para utilização de ondas eletromagnéticas para transmissão de sinais de telecomunicações. além do campo elétrico. .300 a 3400 Hz. Esta é a banda de um canal de voz em um sistema telefônico. um campo magnético. Para se evitar interferências adotou-se uma banda de 4 KHz (0-4KHz). 2. Comprimento de onda A figura a seguir representa a forma de onda senoidal em um gráfico em que o eixo horizontal é a distância e não o tempo como nos gráficos anteriores. Qualquer região onde uma carga elétrica experimenta uma força é chamada campo elétrico. O campo total é denominado campo eletromagnético. É medido geralmente de crista a crista de ondas sucessivas. Magnetismo é uma manifestação de cargas elétricas em movimento. Comprimento de onda é a distância percorrida por uma onda em um intervalo de tempo correspondente ao seu período. Uma carga elétrica em repouso produz uma força sobre outra carga. 3. o físico alemão Heinrich Hertz demonstrou que o campo eletromagnético se propaga no vácuo com a velocidade da luz.1. do ponto de vista de um enlace de telecomunicações. levou a utilização gradativa de frequências nas mais variadas aplicações como apresentado na figura. A antena é caracterizada por um Ganho (G) sendo utilizada tanto na transmissão quanto na recepção de sinais. Onda Eletromagnética Onda eletromagnética é uma perturbação do campo eletromagnético que se propaga. Assim. As características da propagação das ondas eletromagnéticas em um . A antena é um dispositivo para irradiar ou captar de forma eficiente ondas eletromagnéticas no espaço.3. captada por um receptor que a converte novamente em um sinal elétrico. um sinal elétrico produz um campo eletromagnético variável no tempo (onda eletromagnética) que se propaga com a informação. A possibilidade da utilização de ondas eletromagnéticas para transmissão de vários sinais em um mesmo ambiente. Assim. se a corrente que produz um campo eletromagnético é variável ela produz uma onda eletromagnética que se propaga. desde que em frequências diferentes. portanto.2. Esta informação pode ser. Sinal Digital Um sinal digital é aquele que assume valores discretos como apresentado na figura a seguir. São exemplos: o Rádio. o que facilita a sua recepção. Como a onda se propaga no espaço livre com a velocidade da luz (c) têm-se que: Distância = velocidade x tempo. Enlaces de Rádio Ponto a Ponto e a TV. Estas transições de estado do sinal (que podem ocorrer ou não) são chamadas de símbolos. A taxa de transmissão é medida em símbolos . 4. ou Comprimento de onda = c x T (período).meio variam conforme a frequência o que explica a associação de faixas de frequências com aplicações específicas. No telégrafo o sinal digital que transportava a informação era gerado pelo acionamento manual de uma chave. Este envio pode ser automatizado estabelecendo-se uma periodicidade no envio destas informações. Os sistemas Wireless (Sem Fio) utilizam as ondas eletromagnéticas para transmissão de sinais. Em um sistema que transmite sinais digitais de forma periódica as transições do sinal elétrico de um estado para outro ocorrem a cada período de tempo T. O uso do chamado espectro de frequências eletromagnéticas é controlado por órgãos reguladores como a UIT e a Anatel no Brasil. Os sistemas de telecomunicações que utilizam ondas eletromagnéticas se propagando no espaço livre para o transporte de informação são conhecidos como Sistemas Wireless. ou Comprimento de onda = c / Frequência. 1. ou seja. Para um sinal digital que só pode assumir dois estados. a taxa de informação medida em bits/segundo é igual a taxa de sinalização (baud). Se. Cada símbolo pode assumir 4 estados: 0. Cada estado pode ser representado por um conjunto de 2 bits com valores 0 ou 1 conforme a tabela: Estado do Símbolo 0 1 2 3 Conjunto de 2 bits 00 01 10 11 Cada símbolo representa dois bits. 2 e 3. no entanto o sinal puder assumir mais de um estado estas taxas serão diferentes. A taxa de informação é de 20 bits/s. ou 10 Bauds. Exemplo O sinal digital da figura transmite 10 símbolos em 1 segundo. denominada taxa de sinalização ou taxa do sinal. O número (M) de estados de um símbolo necessário para representar um padrão de n bits é dado pela expressão: M = 2n estados de um símbolo .por segundo ou baud. a sua taxa de sinalização é de 10 símbolos por segundo. Ou seja. 011. pode ser decomposto na soma de vários sinais senoidais com amplitudes e frequências diferentes. 01. Seria. Isto implicaria em ocupar todo o espectro de frequências em um dado meio de transmissão. no entanto necessário um número infinito de sinais senoidais para representar com exatidão um sinal digital.. 10 ou 11 000. a taxa de informação transportada por este sinal será de n x taxa de símbolos. um somatório de ondas senoidais com frequências harmônicas como representado na figura do espectro apresentada a seguir. ..n 1 2 3 Padrão de Bits 0 ou 1 00.Representação no Domínio da Frequência Qualquer sinal analógico. 001. 100. 010.1. 4. Exemplo: Onda Quadrada Pode-se demonstrar matematicamente que uma onda quadrada pode ser representada pela expressão: sen(2¶ F t) +(1/3) sen(2¶ 3F t) + (1/5) sen(2¶ 5F t) + (1/7) sen(2¶ 7F t) + . como a voz.. E um sinal digital? O que acontece quando um sinal digital passa através de um filtro? Um sinal digital periódico também pode ser decomposto na soma de vários sinais senoidais. 101. 110 ou 111 M 2 4 8 Para um símbolo que pode assumir M estados representando um padrão de n bits. Na figura acima uma onda quadrada ao passar por um filtro que só deixa . Como a informação a ser transmitida está representada por níveis discretos a banda necessária para transmissão deste sinal digital depende da capacidade do receptor em detectar corretamente este nível apesar das flutuações no sinal. em função dos componentes de frequência que estão na banda do filtro. A figura a seguir apresenta a forma de onda de uma onda quadrada.Para transmitir este sinal em um meio é preciso limitar o seu espectro através de um filtro. após passar por um filtro. Dependendo da largura de banda do filtro o sinal terá uma forma. e regenerar o sinal original. Exemplo: Transmissão de dados através de um canal de voz . Em sistemas de telecomunicações. O seu espectro é formado por um conjunto discreto de valores. Um sinal digital periódico pode ser decomposto na soma de vários sinais senoidais. maior a distorção. pois os pulsos não se repetem e a duração da comunicação é limitada no tempo. no entanto os sinais não são periódicos. Critério de Nyquist Para um sinal digital com uma dada taxa de símbolos (Ts) a questão que se coloca é: Qual a banda do filtro (B) de modo a que o sinal possa ser reconstruído pelo receptor? Nyquist demonstrou que: B >Ts/2 Ou seja.passar as frequências F e 3F se transforma em um sinal que pode ser depois regenerado recuperando-se a forma de onda quadrada original. Um sinal digital tem uma largura de banda infinita. e maior o potencial de erro no receptor. Por razões econômicas e práticas todo sinal digital para ser transmitido em um sistema de telecomunicações é aproximado por um sinal de banda limitada. A capacidade de um canal de comunicações é portanto: C = 2 B log2 M bits/s O que acontece se for transmitido um sinal com taxa de símbolos maior que duas vezes a banda? Como o filtro provoca o espalhamento da forma retangular dos pulsos do sinal. A máxima taxa de símbolos que pode ser transmitida em uma banda B é de 2B pulsos/seg. Este tipo de interferência é chamada de interferência Inter símbolo. Quanto mais limitada a banda. um pulso começa a interferir no outro o que pode provocar erros na recepção do sinal. o que torna a interpretação do sinal recebido mais difícil. Limitar a banda de um sinal digital cria distorções. Estes sinais também podem ser representados no espectro de frequências só que por um contínuo de frequências ocupando certa banda. Está aí a origem da expressão banda larga aplicada a sistemas com altas taxas de transmissão de dados. . algumas pessoas chamam a taxa de transmissão de dados medida em bits/s de largura de banda digital. pelo critério de Nyquist. A taxa de bits depende no número de estados por símbolo assim: n 1 2 3 4 5 6 7 8 M (Estados) 2 4 8 16 32 64 128 256 Taxa de bits 8 kbit/s 16 kbit/s 24kbit/s 32kbit/s 40kbit/s 48 kbit/s 56 kbit/s 64 kbit/s 4. pelo critério de Nyquist a maior taxa de símbolos que pode ser utilizada é de 8 Kbaud. Largura de Banda Digital Como. Suponha que se deseje utilizar este canal para transmitir dados.Um Canal de voz em um sistema de telecomunicações tem uma banda de 4 KHz. a taxa de transmissão de dados está relacionada com a largura de banda do sinal.2. Pergunta-se: •Qual a maior taxa de símbolos que pode ser utilizada neste canal? •É possível utilizar este canal para comunicação com uma taxa de 64 kbit/s? Resposta: Como a frequência mais alta da banda é de 4 KHz. Informações geradas por uma fonte na forma de sinais analógicos precisam ser digitalizadas para serem transportadas por um sistema digital. Na recepção a onda quadrada que representa o sinal de voz é recuperada. Quanto maior for a frequência de amostragem e o número de níveis em amplitude que este sinal pode assumir (quantuns) melhor será esta aproximação. no entanto na necessidade de uma maior taxa de bits para sua transmissão. que diz que a frequência de amostragem do sinal analógico tem que ser no mínimo duas vezes a frequência do sinal analógico. O sinal digitalizado passa a ter o formato de pulsos e é uma aproximação do sinal analógico original. O PCM estabeleceu a seguintes condições para amostragem do sinal de voz de forma a garantir uma boa qualidade na conversação. Taxa de = 8000 amostras por segundo . O sinal de voz analógico é amostrado a intervalos de tempo periódicos sendo aproximado por valores constantes neste intervalo. É possível desta forma transportar voz e vídeo por exemplo. em sistemas digitais. Exemplo: Digitalização da voz Como um sinal de voz pode ser convertido em formato digital e depois recuperado como sinal analógico? O método mais utilizado é o PCM (Pulse Code Modulation). Com relação a taxa de amostragem existe um critério. A amplitude pode assumir valores dentro de uma faixa pré-determinada. Este valores numéricos podem ser representados por 0 e 1 sendo o sinal digitalizado convertido em um trem de bits para transmissão.Esta conversão do analógico para digital é feita na origem e revertida no destino da informação. Isto implicará. conhecido como critério de Nyquist. 3. = 64 kbit/s = 8.000 amostras x 8 bits Existem outros padrões de digitalização de voz que buscam reduzir a taxa de transmissão de dados. Apresenta-se aqui um sumário dos tipos de códigos utilizados. 4.4. que pode ser representado por um sinal de 8 bits. Códigos de linha Códigos de linha são os códigos referentes ao formato do sinal digital. Eles são utilizados na transmissão de um sinal digital de modo a eliminar uma longa sequência de 0’s ou 1’s reduzindo a probabilidade de erro na transmissão. Codificação de canal A codificação é utilizada em um canal de comunicação de modo a melhorar a confiabilidade com que a informação é transmitida. permitindo que erros na transmissão sejam detectados e corrigidos.amostragem Níveis de quantização Taxa de dados = 2 x 4 KHz (frequência máxima em um canal de voz) = 256. Na telefonia celular por exemplo utilizamse codificadores de voz (Vocoder) que conseguem transmitir a voz com taxas menores (9 a 14 kbit/s). 4. Os principais são: Nonreturn to Zero (NRZ) Nonreturn to Zero Inverted (NRZI) Manchester 1= nível alto 0= nível baixo 0= nenhuma transição no início do intervalo 1= transição no início do intervalo 0= transição de alto para baixo no início do intervalo 1= transição de baixo para alto no meio do . 5. Uma outra categoria de códigos são os que detectam e corrigem os erros também chamados de FEC (Forward Error Correction). envie uma solicitação para que a informação seja transmitida novamente. A detecção de erros através de códigos permite que sejam implementados em um enlace um protocolo de comunicações que em caso de erro. 011010 Palavra de dados com 8 bits 10 011010 Palavra com um bit a mais para paridade 100 par O Check de paridade permite detectar 1 erro. Existem dois tipos principais de FEC's: •Códigos de Bloco. para paridade par.intervalo 0= nenhum sinal AMI Exemplo: 1= nível positivo ou negativo alternando para 1s sucessivos. 4. outros códigos permitem detectar mais de um erro. para paridade ímpar. Códigos para detecção e correção de erro Estes códigos adicionam bits aos dados permitindo que erros sejam detectados e corrigidos no receptor. onde um grupo (ou bloco de bits) é processado . Exemplo: Parity Check (Verificação de Paridade) É um bit único (0 ou 1) adicionado a uma palavra de dados de tal modo que o número de 1's na nova palavra de dados é par. ou ímpar. A principal função da modulação é permitir que estes sinais de banda básica sejam transmitidos em frequências mais altas possibilitando a ocupação do espectro eletromagnético. Existe uma família geral de códigos de bloco conhecida como BCH (Bose-Chaudhuri-Hocquenhem). descoberta entre 1959 e 1960. Modulação é a sistemática alteração de uma onda portadora de acordo com o sinal que contém a informação (sinal modulante).como um todo de modo a criar um novo (maior) bloco codificado para transmissão. Modulação Em um sistema de telecomunicações as informações são originalmente representadas por sinais na banda básica. 5. A figura a seguir representa de forma simplificada um sistema em que um sinal modulante (analógico ou digital) modula uma portadora gerando um sinal modulado na banda de transmissão. Como este tipo de códigos acrescenta bits aos dados a serem transmitidos a taxa de informação útil ou do usuário transmitida passa a ser menor que a taxa de bits do enlace. Este sinal ao ser . •Códigos Convolucionais. que operam em um trem de bits gerando em tempo real um novo trem de bits codificado. e que engloba códigos deste tipo como o Código de Hamming e o Reed-Solomon. Sinais na banda básica são aqueles que utilizam uma faixa de frequências. Para cumprir esta função a modulação faz uso de uma senóide como portadora (carrier) com a forma de onda representada na figura a seguir. cuja frequência mais baixa está próxima de 0 Hz. O principal algoritmo utilizado para decodificação de código convolucionais é o algoritmo de Viterbi. Modulação em Amplitude: AM (Amplitude Modulation) .recebido no receptor é demodulado recuperando-se o sinal original na banda básica. 5. O que é possível variar em uma portadora de modo a transportar informação? A amplitude. a fase ou uma combinação delas. Apresenta-se a seguir as técnicas de modulação utilizadas para sinais analógicos e digitais. a frequência. Modulação de Sinais Analógicos Uma portadora pode ser modulada por sinais analógicos como a voz dando origem às modulações apresentadas a seguir.1. A banda ocupada por um sinal modulado é maior que a banda de um sinal na banda básica. A melhor qualidade das transmissões em FM se deve ao fato deste tipo de modulação ser menos sensível a distorções e ruído que a modulação em Amplitude.1. 5. . Na Banda de 1 MHZ para os rádios AM e na Banda de 100 MHz para os rádios FM. Exemplo: Rádio AM e FM Nas transmissões de Radiodifusão o sinal em banda básica é modulado e transmitido em uma frequência mais alta. Os sinais podem ser também modulados em fase sendo este tipo de modulação conhecida como PM (Phase Modulation). Modulação em Frequência: FM (Frequency Modulation) Na Modulação FM a frequência da portadora varia com a frequência do sinal Modulante.Na modulação AM a envoltória do sinal modulado tem o mesmo formato do sinal modulante.1. 3. 5. 5. 5.2.2. FSK (Frequency Shift Keying) Modulação em frequência onde o "0" corresponde a transmissão da frequência f1 e o "1" a frequência f2. onde o "0" corresponde a nenhuma transmissão e o "1" a transmissão em uma frequência f (portadora). Modulação de Sinais Digitais Uma portadora pode também ser modulada por um sinal digital como o da figura acima dando origem às modulações apresentadas a seguir.2.2. PSK (Phase Shift Keying) Modulação em fase onde a transmissão é feita em uma frequência f1 .1.5.2. ASK (Amplitude Shift Keying) Modulação em amplitude. Banda do Sinal Modulado A banda ocupada pelo sinal modulado é maior que a banda do sinal na banda básica conforme apresentado na tabela a seguir. Modula Banda Ocupada ção ASK FSK PSK 2 Banda Básica Depende da diferença f1 f2 mesma que ASK Os esquemas de modulação para sinais digitais apresentados aplicam-se a sinais binários.3.mas a fase do sinal é diferente para os valores 0 e 1. portanto. Para aumentar a taxas de dados transmitida em uma banda é necessário utilizar esquemas de modulação com mais estados. Trata-se. Os principais esquemas utilizados são: 5. Esta é uma área de desenvolvimento constante. 5.1. Este tipo de modulação PSK é também conhecida como BPSK (Binary PSK). onde se procura desenvolver esquemas de modulação que façam um uso mais eficiente do canal de comunicação.3. Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) O QPSK faz uso de uma propriedade de ortogonalidade dos sinais que faz com que se forem transmitidos simultaneamente em um canal dois sinais PSK defasados de 90º (seno e cosseno) é possível detectar cada um independentemente do outro. de um esquema de modulação com 4 estados nas . 6. A figura a seguir apresenta a representação de um enlace de comunicação analógico.fases 0º. . a modulação QPSK deu origem a uma família de esquemas que inclui o DQPSK. Quadrature Amplitude Modulation Neste esquema de modulação procura-se combinar variações de amplitude e fase para gerar os estados. Se a amplitude tiver também 4 estados existirão 16 estados possíveis. Considere por exemplo um sinal QPSK com 4 estados.3. Enlace de Comunicação No módulo 1 de introdução deste curso foi apresentado um diagrama simplificado de um enlace de comunicação. Nos módulos seguintes foi apresentado como este sinal é processado de modo a ser transmitido de uma forma mais adequada em um meio de transmissão. Nesta representação o Transmissor e o Receptor incluem a antena quando aplicável. ¶/4 QPSK e OQPSK entre outros. a fonte de informação gera um sinal analógico que é modulado e transmitido através do meio de transmissão. 180º e 270º. 90º. 5. o que é conhecido como 16-QAM. Neste caso. O que significa que na mesma banda de um sinal PSK é possível transmitir uma taxa de dados duas vezes maior utilizando modulação QPSK.2. como será apresentado no módulo sobre multiplexação. . Neste caso. antes de serem modulados.Para um enlace de comunicação digital a informação tem que ser codificada antes de ser modulada como representado na figura a seguir. caso existam vários canais de comunicação em um enlace ou sistema de telecomunicações. os dados em forma analógica ou digital são inicialmente codificados em formato digital e codificados novamente de modo a permitir a detecção e correção de erros na transmissão. A representação acima dos enlaces de comunicação analógicos e digitais pode ser utilizada também para representar canais de comunicação analógicos e digitais. 6. Exemplo: No transmissor e no receptor são utilizados amplificadores que podem apresentar variações de ganho com a frequência. Distorção Pode ocorrer no transmissor.1. frequência ou fase. 6. Fatores de Degradação Para ocorrer a comunicação é necessário que a informação transmitida seja compreendida no destino da mesma forma que na fonte. Os sinais transmitidos em um enlace de comunicação podem ser distorcidos e sofrer interferência de modo a que o sinal recebido não é exatamente igual ao transmitido. linhas de transmissão ou máquinas. Interferência Contaminação do canal de comunicações no enlace por sinais estranhos gerados por outros sinais de comunicações ou outros sistemas como sistemas de partida de carros.1. . receptor ou canal pelas variações no nível do sinal. 6. amplificam a amplitude do sinal de forma diferente dependendo da frequência.1.1.1. o que pode prejudicar a comunicação.6.1.2. Atenuação Uma das degradações que o sinal sofre em um enlace de comunicação é sua atenuação ou diminuição de potência. Exemplo: ruído atmosférico e ruído térmico. Ruído Ruído aleatório gerado por sinais elétricos não previsíveis de fontes naturais.3.4. Devido a estes fatores o sinal analógico no receptor de um enlace de comunicações nunca é exatamente igual ao sinal transmitido. Os principais fatores de degradação são: 6. Ela ocorre devido a perdas no meio em que o sinal se propaga. ou seja. 2. .6. Para facilitar o dimensionamento dos sistemas foi criada uma unidade de medida dB para a relação entre duas potências definida como 10 log10 (P1/P2). 6. é preciso considerar a contribuição de cada enlace na degradação do sinal através do sistema. Enlace Digital Em um sistema digital o que se procura é reconstituir o sinal em termos de níveis digitais. Em um sistema de telecomunicações analógico com vários enlaces. Como em um sistema digital é possível regenerar o sinal original em cada enlace digital. dB Normalmente a diferença entre a potência transmitida e recebida é muito grande (> 1000 vezes). onde P1 é a potência do transmissor e P2 a do receptor.4. que está também relacionada a relação entre a potência do sinal e o ruído na banda do sinal recebido. 6. a qualidade da comunicação pode ser mantida através de vários enlaces de um sistema. 6.5. Conhecido este nível mínimo é possível dimensionar o sistema e determinar a potência do sinal no transmissor. Enlace Analógico Em um enlace analógico o nível aceitável de reprodução do sinal na recepção é caracterizado pela relação entre a potência do sinal e o ruído na banda deste sinal. O parâmetro que mede a performance é a taxa de erros por bit recebido ou BER. Este nível é determinado em função da relação entre a potência do sinal e do ruído necessária para garantir a reprodução do sinal original no destino. Dimensionamento Para não haver perda de informação em um enlace de telecomunicações é necessário garantir que o sinal seja recebido com um nível mínimo de potência. O sistema é dimensionado para trabalhar com estes valores considerando margens devido a ruído que podem prejudicar a comunicação.3. O circuito telefônico entre um assinante e a Central Telefônica.10 dBm = 50 dB.P1/P2 1 2 10 100 1000 dB 0 3 10 20 30 Quando P2 é igual a 1 mW o resultado é chamado de dBm. Exemplo: Um sinal é transmitido com 60 dBm e chega ao receptor com 10 dBm. Meios de Transmissão Os principais meios de transmissão utilizados em sistemas de telecomunicações: 7. Os fios são trançados de modo a reduzir a radiação de campos eletromagnéticos evitando a . Par de fios trançados O par de fios trançados é um dos meios de transmissão mais utilizados em sistemas de telecomunicações devido a seu baixo custo e facilidade de manuseio. Quando P2 é igual a 1 W o resultado é chamado de dBW. por exemplo. Qual a perda no canal de comunicação? Resposta: 60 dBm .1. cobertos por isolantes plásticos e enrolados em espiral. 7. Um par de fios trançados é formado por 2 fios de cobre. é implementado utilizando um par de fios trançados. Enlaces de Rádio. 7.3. e uma cobertura. um material isolante conhecido com dielétrico. um outro condutor utilizado como blindagem em volta do isolante. Sistemas Celulares.2. maior o campo eletromagnético gerado por uma corrente em um fio. 7.interferência em outros pares conhecida como linha cruzada (crosstalk). O guia de onda mais popular é o cabo coaxial representado na figura a seguir. Quanto maior a frequência. O cabo coaxial apresenta uma imunidade a ruído maior do que a do par trançado e perdas típicas de 7 dB/Km. e redes locais (LAN) de computadores. Rádio e TV são exemplos de sistemas wireless. O cabo coaxial é composto por um condutor interno geralmente de cobre. Cabo Coaxial Guias de onda são estruturas desenvolvidas para concentrar a energia de ondas eletromagnéticas. que distribuem canais de TV em frequências de até 500 MHz. Os guias de onda procuram confinar estes campos evitando interferências. Suas aplicações principais são as redes de TV por cabo (CATV). Os sistemas wireless fazem uso do espectro de frequências representado na figura a seguir: . Satélites. Espaço Livre Os sistemas de telecomunicações que utilizam o espaço livre como meio de transmissão são conhecidos como sistemas "wireless" ou sem fio. A utilização do espectro eletromagnético é controlada pelos vários países, sob coordenação mundial da UIT, de modo a promover uma ocupação ordenada, possibilitando o compartilhamento entre vários sistemas. No Brasil a Anatel dispõe de uma tabela de alocação de frequências para os vários tipos de serviços e é responsável por autorizar o uso para uma aplicação particular. 7.3.1. Antenas Em um enlace "wireless" as ondas eletromagnéticas são irradiadas no espaço livre por dispositivos denominados antenas, que são também utilizadas para captar estas ondas como apresentado na figura a seguir. A capacidade de uma antena em irradiar ou captar ondas eletromagnéticas é caracterizada pelo seu Ganho. 7.3.2. Perda no espaço livre Um enlace "wireless" além de estar sujeito a ruído e interferência apresenta uma atenuação intrínseca denominada de perda no espaço livre. As ondas eletromagnéticas se propagam no espaço como ondas esféricas sendo esta a forma com que a energia se dispersa. Este fenômeno introduz uma perda que varia com a frequência e o inverso do quadrado da distância (d), sendo igual a: Esta perda em dB pode ser calculada pela seguinte expressão com d em Km e f em MHz: Perda no espaço livre = 32,5 + 20 log10 (d) + 20 log10 (f) Exemplo: Perda no espaço livre em sistemas Celulares Os sistemas Celulares das bandas A e B operam na faixa de 800 MHz e os da Banda D e E na faixa de 1800 MHz. Qual dos sistemas apresenta um enlace mais desfavorável? Qual a diferença em dB? Resposta: Para distâncias iguais a diferença entre os valores de perda no espaço livre para estas faixas será: Perda Banda A e B - Perda Banda D e E = 20 log10 (800) - 20 log10 (1800) = 38,06 - 65,1= - 27,04 dB Ou seja, um sistema nas Bandas D e E apresenta uma desvantagem de 27 dB no enlace em relação a um sistema na Banda A ou B. 7.4. Fibra Óptica A fibra óptica é um cilindro de SiO2 (vidro) com núcleo e revestimento com índices de refração diferentes. Utilizada para transmissão de informações, apresenta atenuação extremamente baixa possibilitando a transmissão de alta capacidade. A fibra óptica é considerada o meio de transmissão ideal. Permite a transmissão de altas taxas de dados, é imune a interferência, apresenta baixa atenuação (0,2 a 04 dB/km), tem isolamento elétrico, não emite radiação eletromagnética e é pequena e leve. Apresenta, no entanto um custo elevado principalmente pela dificuldade de manuseio e exigência de cuidados especiais em emendas e conexões. A fibra óptica é o meio de transmissão utilizado pelos sistemas de transmissão de alta capacidade que interligam por terra ou por mar as várias partes do mundo. 7.5 Multiplexação No contexto de sistemas de telecomunicações, multiplexação é a técnica utilizada para permitir a existência de vários canais de comunicação em um mesmo meio de transmissão. A multiplexação pode ser por frequência (FDM) ou por tempo (TDM). 7.5.1. FDM A primeira forma de compartilhar um meio de transmissão entre vários canais de comunicação é a multiplexação por divisão de frequência que consiste no estabelecimento de frequências diferentes para cada canal como mostrado na figura. O equipamento que faz a multiplexação e demultiplexação, representado como Mux e De-Mux, é chamado de Multiplex. O multiplex FDM compartilha o meio de transmissão “somando” as frequências dos diversos canais de entrada. 7.5.2. TDM Uma outra forma de compartilhar o meio de transmissão é a multiplexação por divisão no tempo, em que são alocados intervalos de tempo periódicos (slots) para cada canal. Os vários canais são transmitidos através de um sinal de maior taxa, conforme mostra a figura. Em um multiplex TDM. No exemplo da figura. a cada 4 slots de tempo é transmitido 1 bit de um determinado canal. Ele transmite 1 bit de cada canal em um determinado slot de tempo. cabeçalho com informações de controle da transmissão. organizados através de slots de tempo. A informação útil contém os canais de entrada multiplexados. canal é a sequência de slots dedicada a uma determinada fonte. Os canais de entrada/saída são denominados tributários. De forma geral cada frame contém indicadores de início e fim de frame. conforme mostra a figura a seguir. Além da multiplexação por intercalamento bit a bit apresentada. A informação útil (ou payload) é composta pelos dados obtidos a partir da multiplexação dos canais de entrada. Desta forma. . a cada slot de tempo é transmitido um byte (ou caractere) de cada canal. conforme mostra a figura abaixo. O frame ou quadro é o intervalo de tempo em que cada sequência é repetida. frame a frame. Desta forma. a informação útil propriamente dita e a informação de verificação de validade do frame. num dado meio de transmissão o envio de uma sequência de frames ao longo do tempo configura um canal de transporte de um sistema de comunicação de dados. Os outros campos do frame contêm as informações de controle e verificação que implementam e organizam o sistema de comunicação.O multiplex TDM faz a multiplexação e a demultiplexação (Mux e DeMux). e o canal de transmissão é denominado agregado. esse processo pode ser feito por intercalamento byte a byte. Estabelecer o sincronismo entre esses sinais representa uma forma importante para garantir a sua transmissão sem perder ou causar erros na leitura de cada sinal.Dado um canal de comunicação de dados com banda e relação sinal ruído fixas. embora os sinais tenham a mesma velocidade de transmissão. Os dados dos canais de entrada podem ou não ser gerados de forma sincronizada. Considere o enlace de comunicação representado na figura a seguir: . eles podem ser gerados em instantes distintos. ou seja. 7. a capacidade do sistema é a taxa máxima na qual a informação pode ser transmitida por esse sistema.6. Múltiplo Acesso A necessidade de aumentar a capacidade de comunicação dos sistemas levou ao compartilhamento crescente de meios de transmissão por vários canais de comunicação. Existem várias formas de canais compartilharem um mesmo meio de transmissão. tais como: •Vários enlaces em um meio ocupando bandas de frequências diferentes. •Vários canais multiplexados em um mesmo enlace. Exemplos clássicos de múltiplo acesso são encontrados em sistemas celulares e em comunicação via satélite como apresentado na figura a seguir: . como na figura a seguir: Outra forma de compartilhamento de meio de transmissão ocorre em sistemas ponto multiponto em que vários transmissores utilizam um mesmo meio de transmissão para acessar um receptor como representado na figura: Múltiplo acesso é uma forma de compartilhamento de um meio de transmissão em que vários transmissores se comunicam com um mesmo receptor. Elas serão apresentadas a seguir. . Exemplo: Sistema AMPS de telefonia Celular.6.1. •TDMA: Time Division Multiple Access ou Múltiplo Acesso por Divisão no Tempo.As principais formas de múltiplo acesso empregadas nesses sistemas são: •FDMA: Frequency Division Multiple Access ou Múltiplo Acesso por Divisão de Frequência. •CDMA: Code Division Multiple Access ou Múltiplo Acesso por Divisão de Código. FDMA A forma mais simples de múltiplo acesso é o Múltiplo Acesso por Divisão de Frequência (FDMA). 7. No FDMA a banda de frequências do receptor é dividida em vários canais que são utilizados pelos vários transmissores. 2. 7. Utilizam o múltiplo acesso por divisão no tempo (TDMA) em canais com bandas de 200 KHz e 30 KHz respectivamente. Exemplo: Sistemas Celulares TDMA (IS-136) e GSM.O AMPS é o sistema de telefonia celular analógico que foi adotado no Brasil. onde cada canal consiste de um par de frequências (Transmissão e Recepção) com 30 kHz de banda cada. Um destes canais é alocado e permanece dedicado a uma chamada durante toda a sua duração. O GSM e o TDMA (IS-136) são uma combinação de FDMA e TDMA. utilizada para a comunicação entre o terminal celular e a Estação Rádio Base (ERB). A exemplo da multiplexação por divisão no tempo (TDM) são alocados slots de tempo em um frame para os vários canais de transmissão. é dividida em canais de RF. Esta Banda. Um sistema Celular AMPS utiliza uma faixa de frequências em 800 MHz (Banda A ou B) alocada a uma operadora. TDMA No TDMA os vários transmissores utilizam a mesma banda de frequências em intervalos de tempo diferentes.6. . 625 ms que é dividido em 8 intervalos de tempo (slots) com 576. A informação é extraída destes canais conhecendo-se a chave específica com a qual cada canal é codificado. O múltiplo acesso é feito pela utilização de códigos diferentes pelos vários canais. A técnica de codificação mais utilizada em sistemas CDMA é o espalhamento espectral (spread spectrum). na qual o sinal de informação é codificado utilizando-se uma chave de código que provoca o seu espalhamento espectral em uma banda transformando-o . CDMA No Múltiplo Acesso por Divisão de Código (CDMA) os vários transmissores utilizam ao mesmo tempo uma mesma banda de frequências. Cada chamada telefônica utiliza dois intervalos de tempo sendo. possíveis até 3 conversações utilizando a mesma banda de 30 kHz de um canal de voz do AMPS. Estes códigos permitem que seja possível a recuperação do sinal original no canal na presença de outros sinais utilizando a mesma banda.6. No GSM cada canal tem um frame de 4. portanto. A estrutura de transmissão de dados é implementada através de um frame de 40 ms com 6 intervalos (slots) de tempo com 6.66 ms cada. 7.9 µs cada.3.O TDMA (IS-136) mantém toda a estrutura de canalização do AMPS mas permite que um canal seja compartilhado no tempo por vários usuários através de múltiplo acesso por divisão no tempo (TDMA). Um bit deste tipo de código é conhecido como "chip" e a taxa de bits deste código é chamada de “chip rate”. Os códigos do CDMA são como as várias línguas utilizadas nesta analogia. Este tipo de espalhamento espectral é denominado espalhamento espectral por sequência direta. Considere uma sala onde várias pessoas conversam. Existirá um ponto em que o nível de ruído é muito alto. e será impossível a comunicação. Os códigos utilizados podem ser ortogonais (Walsh) ou PN (“Pseudonoise”). Uma analogia utilizada para explicar o CDMA é a seguinte. mas cada grupo utiliza uma língua diferente.25 MHz de banda e códigos de (Walsh) ou PN (“Pseudo-noise”) para que seja possível a comunicação simultânea de vários terminais móveis com uma ERB. muitas pessoas falando ou algumas falando muito alto. . No CDMA cada sinal contribui para aumentar o nível de ruído na banda o que estabelece um limite de canais como apresentado na figura a seguir. O CDMA (IS-95) utiliza canais de 1. Exemplo: Sistema Celular CDMA (IS-95).aparentemente em ruído. Cada pessoa estará sintonizada na língua do seu interlocutor e desconsiderará o que é falado pelos demais (ruído). a popularização proporcionou a esses sistemas alcançarem sua máxima capacidade. . Tecnologias de Telefonia Móvel 8. MMS etc. tendo como seus principais padrões as tecnologias TDMA (Time Division Multiple Acess) e CDMA (Code Division Multiple Access).). Tabela 1: Evolução dos Sistemas de Telefonia Móvel. padrão de 3G desenvolvido para evolução de sistemas de 2G baseados na tecnologia CDMA. Alguns destes sistemas ainda estão em uso. Introdução Os sistemas de telefonia móvel surgiram na década de 80. possibilitando o aumento da capacidade de usuários no sistema e o da quantidade de serviços (SMS. A migração das operadoras para um novo sistema de 3G envolve grandes investimentos. de modo a minimizar custos nesta transição.1. Eram analógicos em seus diversos formatos e desenvolvidos em um ambiente onde a única necessidade era a de tráfego de voz e foram chamados de primeira geração (ou 1G). buscou-se o desenvolvimento de padrões que facilitassem a evolução a partir dos padrões de 2G já existentes. dando origem a duas grandes linhas de evoluções tecnológicas: o UMTS (“Universal Mobile Telecommunications System” ou Sistema de Telefonia Móvel Universal).8. adotado como padrão de 3G desenvolvido para evolução de sistemas de 2G baseados na tecnologia GSM e o CDMA-2000. Os esforços para expansão desta capacidade levaram ao desenvolvimento dos sistemas de telefonia móvel de segunda geração (ou sistemas de 2G). que passam a utilizar modulação digital. Em pouco tempo. A crescente demanda por serviços para transmissão de dados em altas velocidades para dispositivos móveis foi a justificativa para o desenvolvimento dos sistemas de terceira geração (ou 3G). que é considerado de 2G e usa uma técnica de acesso múltiplo de espalhamento espectral chamada Sequência Direta (DS). A informação é extraída desses canais conhecendo-se a chave especifica com que cada canal é codificado. O primeiro protocolo CDMA para redes de telefonia móvel é o IS-95.1. A separação entre usuários é feita com a utilização de diferentes códigos que representam os canais do sistema.2. exceto o seu correspondente receptor. O sinal codificado de cada usuário aparece como ruído para todos os outros usuários do sistema.8. permitindo que diversos usuários compartilhem a mesma portadora ou a mesma banda de frequência. e todos os usuários usam a mesma portadora. . todo o tempo. Não há divisão de tempo. CDMA O CDMA (Code Division Multiple Access) é uma tecnologia que utiliza técnicas de espalhamento espectral como meio de acesso.2. Tecnologias de 2G 8. e em todos os setores de uma célula. Quando uma chamada está na condição de soft handoff. Outro parâmetro muito importante que permite o aumento da capacidade do CDMA é o controle de potência. a mesma frequência da portadora é usada em todas as células.25 milissegundos. os quais são usados em todos os outros tipos de sistemas celulares. Isto aumenta a eficiência do espectro para a comunicação. um telefone é monitorado por duas ou mais células locais e o circuito compara a qualidade do sinal das duas células. a célula mede continuamente o sinal recebido do móvel. A meta principal do projeto de um sistema de CDMA é manter todos os usuários conectados à estação base com o mesmo nível de potência. Os algoritmos de controle de potência dos CDMA são todos projetados para reduzir o nível forte do sinal global para descobrir o mínimo requerido para manter uma qualidade de chamada. O sistema pode tirar vantagem desse momento usando o canal da célula que possui o melhor sinal. Assim. . Qualquer potência a mais do que a necessária aumenta o nível de ruído global no canal CDMA. No CDMA. Nos handoffs tradicionais.Figura 1: Espectro CDMA. e então toma a decisão de aumentar ou diminuir o nível de potência do terminal móvel uma vez a cada 1. o terminal móvel perde um canal antes de pegar outro canal. que deve ser tão baixo quanto possível. quanto mais preciso o controle de potência. os sinais podem ser recebidos na presença de altos níveis de interferência. maior a capacidade. O termo Handoff se refere à mudança de canal ou de ERB feita por um telefone celular durante uma chamada. Um dos pontos básicos de um sistema celular é o reuso da mesma frequência em uma mesma região geográfica. e ainda assim manter uma chamada de alta qualidade. compara com o nível de potência desejado. No CDMA. O controle de potência do CDMA não somente aumenta a capacidade mais também aumenta a qualidade de áudio através da minimização e superação da interferência. O MSK (Minimum Shift Keying) é um tipo especial da modulação FSK (Frequency Shift Keying) onde 1’s e 0’s são representados por deslocamentos na frequência da portadora de RF. A arquitetura de hardware do circuito de Radiofrequência (RF) nos terminais móveis pode suportar uma ou mais faixas de frequência do GSM.833 kbps. consegue-se minimizar o espectro e a modulação é chamada de MSK.2. 1800 MHz e 1900 MHz.2. 1900 MHz e também com circuito para WCDMA em 2100 MHz). O GSM900 é o sistema original. utilizando-se do mesmo conceito e operam nas faixas de 850 MHz. diminuindo-se significativamente as chances de uma perda de conexão de RF. quando o modelo suporta todas as faixas disponíveis. atuando em terminais móveis com potências de saída de 1 a 8 W. sendo que. O GSM utiliza um formato de modulação digital chamado de 0. As portadoras dos canais de RF são moduladas em 0. a numeração de ordenação dos canais de RF é conhecida como ARFCN (Absoluted Radio Frequency Channel Number). utilizando frequências na faixa de 900 MHz. As Bandas do GSM são divididas em canais de RF. 1800 MHz.3GMSK por um sinal digital com taxa de 270. Quando a taxa de bits do sinal modulante é exatamente quatro vezes o deslocamento da frequência da portadora.3GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying).833 kbps foi escolhida para ser exatamente quatro vezes o deslocamento da . onde cada canal consiste num par de frequências (Transmissão e Recepção) com 200 kHz de banda cada. No GSM. 1800 MHz e 1900 MHz) e Nokia E61 (“Quadri Band”: 850 MHz. DCS1800 e o PCS1900 são variações do GSM900. Alguns exemplos de telefones Nokia podem demonstrar essa diferença de hardware de RF: Nokia 1110 (“Dual Band”: 900 MHz e 1800 MHz). dependendo apenas do acordo de roaming de sua operadora padrão. O CDMA no final de 2007 atingiu a marca de aproximadamente 320 milhões de assinantes (2G e/ou 2. desenvolvidos para ampliar a concorrência no mercado de telefonia móvel. ele tem capacidade para ser usado em qualquer rede GSM disponível no mundo. GSM O padrão GSM (Global System for Mobile) é fundamentado no acesso múltiplo por divisão de frequência e tempo (similar ao sistema TDMA). respectivamente. 900 MHz. O GSM850.5G) representando cerca de 10 % do total de assinantes de telefonia móvel em todo o mundo.No CDMA. 8. A taxa de dados de 270. uma chamada pode ter uma condição de soft handoff com até três células ao mesmo tempo. Nokia 6111 (“Tri Band”: 900 MHz. 3 indica a relação da largura de banda do filtro gaussiano com a taxa de bit. . A eficiência de utilização do espectro ou capacidade de um sistema GSM é maior que a do AMPS e menor que a do sistema TDMA (IS-136). O 0. os sistemas GSM utilizam um maior reuso de frequências causando um melhor aproveitamento do espectro. O GSM. Como cada usuário utiliza um “time slot” do canal. é uma combinação de FDMA e TDMA. Devido a esta necessidade. por apresentar menos interferência entre canais. foi criada uma máscara de amplitude na qual os limites para início e fim da transmissão do time slot estão definidos. Em compensação. não interferindo assim em outros usuários. Figura 2: O canal GSM. Figura 3: Máscara de Amplitude.833 kbps é dividido no domínio do tempo em 8 intervalos (time slots) possibilitando o múltiplo acesso por divisão no tempo (TDMA) dos terminais Móveis. Este sinal digital de 270. o transmissor de cada usuário deve estar ativo apenas no momento necessário. assim como o TDMA (IS-136).frequência da portadora de RF (67.708 kHz). portanto. Cada canal físico utiliza uma banda de largura de 200 KHz. 3. . GPRS O GPRS (General Packet Radio System) é derivado do sistema GSM. números de discagem rápida e agenda). proporciona taxas de transmissão de dados de até aproximadamente 150 kbps (valor teórico).3. 8. 8.5G são soluções com custos de implantação relativamente baixos e performances consideráveis. o usuário passa a dispor de um SIM card que ao ser inserido em qualquer terminal GSM fornece as informações relacionadas ao assinante (IMSI “Identificação Internacional de Assinante Móvel”.1. Há também SIM cards especiais para testes que permitem que as unidades móveis entrem em um modo especial de loopback para o teste de BER do receptor. 8.3.2.25 MHz que juntamente com aperfeiçoamentos em seu processo de codificação e com a modulação BPSK (Binary Phase Shift Key).5G Desenvolvidos para possibilitar o tráfego de dados através das redes de 2G já estabelecidas. EDGE O EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) também é derivado do GSM. mantendo a portadora de 200 kHz e introduzindo a modulação 8PSK para fornecer taxas de transmissão de dados de até 470 kbps (valor teórico). os sistemas de 2. a mesma modulação GMSK e fornecendo taxas de transmissão de dados de até aproximadamente 170 kbps (valor teórico). 8. Fazem parte deste sistema as tecnologias GPRS e EDGE (introduzidos no sistema GSM) e 1xRTT (introduzido no CDMA). Tecnologias de 2. mantendo a portadora de 200 kHz.3.3.Uma vez contratado o serviço junto a uma operadora. tendo em vista operarem dentro de padrões desenvolvidos para tráfego de voz. Nesse caso o termo “1x” significa a utilização de 1 única portadora de 1. 1xRTT O 1x RTT (1x Radio Transmission Technology) é implementado no CDMA IS-95. 850MHz e 1. O resultado é um canal com a mesma largura de banda que o canal da tecnologia CDMA. a redundância dos dados também é transmitida. O EVDO está preparado para operar nas faixas de frequência de 450MHz. A modulação utilizada no sentido de downlink (da ERB para o móvel) é a do tipo 16-QAM (16 States Quadrature Amplitude Modulation ou Modulação em Amplitude de Quadratura de 16 estados) que introduz a possibilidade do envio de até 15 códigos simultaneamente. Tecnologias 3G 8.8. O H-ARQ (Hybrid – Automatic Repeat reQuest ou Mecanismo Híbrido de Requisição e Repetição Automática) é o mecanismo utilizado para diminuir o tempo de atraso na comunicação da retransmissão de informações corrompidas.9GHz facilitando a implementação por operadoras que já tenham licenças nessas bandas. Como a informação pode se deteriorar entre o momento do envio e o da entrega do pacote. Ele usa o Protocolo da Internet (IP) como transporte. mas também gera ineficiências na rede. estabelecida como evolução para o sistema CDMA de 2G (IS-95). especialmente em situações onde essa redundância não é necessária. CDMA 1xEVDO O CDMA 1xEVDO (1x Evolution Data Optmized) Corresponde ao padrão de interface de radiofrequência (RF) entre o terminal móvel e a infraestrutura da tecnologia CDMA-2000. O HSDPA também .25MHz utilizada no CDMA. O H-ARQ permite que a central de base pare de transmitir informações redundantes quando o terminal móvel tiver decodificado o pacote (e não mais precisa dos dados). mesmo se já tivesse sido decodificado. o pacote inteiro seria retransmitido.4. porém mais eficiente devido a aperfeiçoamentos introduzidos no processo de codificação. suportando assim todas as aplicações e protocolos que sejam compatíveis com IP. diminuindo os impactos com a escassez no espectro de frequência. o sistema procura oferecer a maior velocidade de transmissão de dados. O EVDO mantém a mesma portadora de 1. O padrão da interface de RF entre o terminal móvel e a infraestrutura do sistema é baseado na tecnologia CDMA. Na ausência do H-ARQ.4. Essa redundância assegura a entrega dos dados. Especificamente.1. definindo qual o setor que oferece o melhor serviço a cada momento. WCDMA O WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) é o padrão da interface de RF entre o Terminal Móvel e a infraestrutura do padrão UMTS e foi desenvolvido para a evolução de sistemas de 2G baseados em GSM. ele informa a rede que quer receber o serviço daquele setor. A tecnologia EVDO não usa o soft handoff no sentido de downlink. conhecido como soft handoff assegura uma comutação tranquila e contínua.usa H-ARQ no sentido de downlink. Normalmente.). um móvel se comunica simultaneamente com múltiplas ERB´s na medida em que se movimenta de célula em célula. com vários usuários compartilhando a mesma portadora (ou o mesmo canal físico). o termo canal significa uma combinação da frequência da portadora e de um determinado código. Push to Talk etc. o domínio de tempo e separados por códigos. Esse processo. Atualmente há disponibilidade de redes operando com o WCDMA em algumas outras faixas de frequência. que vão de encontro com o interesse de operadoras que já possuem . Nesse sistema. VoIP. Ao invés disso. uma vez que múltiplos recursos são usados para apoiar o mesmo tráfego. onde cada código equivale a um determinado usuário e é considerado ruído aos outros. com exceção de seu receptor correspondente.4. Esse processo é denominado “Soft Handoff Virtual”.2. 8. embora ainda os use no sentido de uplink. proporcionando taxas de tráfego de dados cada vez mais elevadas em ambos os sentidos (downlink e uplink) e com isso. a possibilidade de agregar cada vez mais aplicações na rede (por ex: otimizações no sentido de downlink proporcionam uma melhor navegação na internet e otimizações no sentido de uplink proporcionam melhor desempenho em envio de e-mails. O EVDO teve inicio com a revisão “0” e atualmente encontra-se na revisão “B”. numa rede CDMA de 2G. ou seja. Essas revisões significam implementações de hardware e software para oferecer continuamente otimização de espectro. mas também cria ineficiências na rede. há um mecanismo que mede a C/I (Carrier/Interference ou Portadora/Interferência) em cada setor. Utiliza como método de acesso os princípios da tecnologia CDMA. No instante em que o dispositivo detecta um setor com um C/I mais alto. O WCDMA original opera em frequências na faixa de 2100 MHz (denominado WCDMA I). . os dados são transportados pelos canais em forma de “timeslots” e “frames”. No WCDMA. Essas opções são descritas a seguir (ver Tabela 2): Tabela 2: Faixas de Operação disponíveis no WCDMA.100 1.espectro disponível para faixas de frequência já em operação com sistemas de 2G (sobretudo o GSM. esse código é formado por uma combinação de duas sequências de códigos denominados: Scrambling Code (ou Código Embaralhado) e OVSF (Orthogonal Variable Spreading Factor ou Fator de Espalhamento Variável Ortogonal). Cada timeslot tem a duração de 666. No FDD. O canal no WCDMA é formado pela combinação da frequência da portadora e um determinado código. 1800 e 1900 MHz). o uplink (comunicação no sentido do terminal móvel para a BS) e o downlink (comunicação no sentido da BS para o terminal móvel) compartilham a mesma portadora em intervalos de tempo diferentes. quinze timeslots são agrupados para a formação de um frame de 10ms. No modo TDD. Conforme observado na figura 4. possui hardware de RF para WCDMA I e V (2100 e 850 MHz respectivamente). o uplink e o downlink utilizam portadoras diferentes separadas por uma banda de 190 MHz. Categoria WCDMA I WCDMA II WCDMA V WCDMA VIII Faixa de Frequência (MHz) 2. que é a unidade de tempo fundamental do WCDMA associado com a codificação e o entrelaçamento do canal.667 µs. quanto em downlink. além de ser “Quadri Band” em GSM (opera em 850. 900. tanto em uplink. que é seu alvo evolutivo).900 850 900 O modelo Nokia E51. que é equivalente a 2650 chips. o TDD (Time Division Duplex) e o FDD (Frequency Division Duplex). O WCDMA possui dois modos básicos de operação. por exemplo. principalmente no sentido de uplink. . independente da distância entre o terminal móvel e a ERB na célula. O controle de potência em malha aberta não possui a mesma precisão do controle em malha fechada e é usado no WCDMA apenas para fornecer um ajuste inicial da potência dos terminais móveis no momento em que estão se conectando ao sistema. Há também o “controle de potência em malha aberta”. O controle de potência é um aspecto de grande importância no WCDMA. Sem ela. a potência excedente de um único terminal móvel poderia ocupar toda a banda do canal físico. que procura fazer uma estimativa da perda de potência no sentido de uplink através da perda de potência medidas pelo terminal móvel no sentido de downlink. reduzindo de forma drástica a capacidade do sistema. Esse sistema de controle é denominado “controle de potência em malha fechada”. comandos periódicos de controle da potência transmitida pelos telefones (uplink) de modo que garanta o mesmo nível de sinal recebido na ERB de todos os terminais. a ERB envia na frequência de 1500 vezes por segundo. Para que isso não ocorra.Figura 4: Estrutura do Frame no WCDMA. a unidade de tempo é formada pela associação de 3 timeslots que se caracterizam como o frame do HSDPA (com duração de cerca de 2ms).4 Mbps. que são divididos em 12 diferentes categorias. O HSDPA utiliza o mesmo timeslot do WCDMA (666.667 ms).5. No HSDPA. proveniente do WCDMA e incorpora a modulação do tipo 16-QAM (16 States Quadrature Amplitude Modulation ou Modulação em Amplitude de Quadratura de 16 estados) que introduz a possibilidade do envio de até 15 códigos simultaneamente.8. que de acordo com seu hardware empregado. A otimização do link é feita pela mudança do tipo da modulação (de QPSK para 16-QAM). . podem oferecer taxas máximas de transmissão que variam de 0.9 Mbps a 14. Figura 5: Constelação das Modulações QPSK e 16 QAM. porém. O HSDPA utiliza a modulação QPSK (Quadrature Phase Shift Key ou Modulação por Deslocamento de Fase e Quadratura). aumentando assim amplamente a taxa de transmissão de dados (no QPSK se transmite até 5 códigos simultaneamente). A totalidade das características presentes no HSDPA é opcional aos terminais móveis. conhecido como TTI (Trasmission Time Interval ou Intervalo de Tempo de Transmissão). Tecnologia HSDPA O Conceito chave da tecnologia HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) são alterações dentro da arquitetura do sistema WCDMA de modo a obter um aumento na velocidade do envio de pacotes de dados no sentido de downlink. o FPC (Fast Power Control ou Controle Rápido de Potência) e o VSF (Variable Spreading Factor ou Fator de Espalhamento Variável). A diminuição do TTI em relação ao WCDMA minimiza os efeitos da variação da qualidade do canal (o frame do WCDMA tem duração de 10 ms). duas das principais características da tecnologia WCDMA são desabilitadas. Tabela 3: Categoria de telefones HSDPA x Taxa de Transmissão de dados. O seu diferencial para os mecanismos de outras tecnologias se dá ao fato de sua funcionalidade estar localizada na ERB.2 QPSK/16QAM 1. São as chamadas informações de IR (Incremental Redundancy ou Redundância Incremental). evitando atrasos provenientes de seus outros componentes. As retransmissões também incluem informações adicionais que são incrementadas no caso de falha na primeira tentativa de decodificação.8 O H-ARQ (Hybrid – Automatic Repeat reQuest ou Mecanismo Híbrido de Requisição e Repetição Automática) é o mecanismo utilizado no HSDPA para diminuir o tempo de atraso na comunicação na retransmissão de informações corrompidas. não envolvendo o restante da infraestrutura da tecnologia e consequentemente.8 QPSK/16QAM 1. Número de Códigos Paralelos Empregados 5 5 5 5 5 5 10 10 15 15 5 5 Intervalo de TTI 3 3 2 2 1 1 1 1 1 1 2 1 Taxa de Dados (Mbps) Categorias Modulação 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 QPSK/16QAM 1.2 QPSK/16QAM 10.2 QPSK/16QAM 1.4 QPSK QPSK 0.9 1.6 QPSK/16QAM 3.6 QPSK/16QAM 7. . que utilizam os recursos de armazenagem de dados dos telefones para reduzirem o numero de retransmissões.2 QPSK/16QAM 14.8 QPSK/16QAM 3.2 QPSK/16QAM 7. um novo canal de transporte de downlink.8. . que melhora o desempenho em aplicações de alto trafego de dados. Embora a maioria do tráfego de dados ocorra no sentido downlink. como por exemplo. O padrão HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) acrescenta no WCDMA um canal de transporte de uplink aperfeiçoado nos mesmos moldes do HSDPA disponibilizando taxas de transmissão de dados maiores e maior capacidade de transporte de dados possibilitando trafego de dados de até 5. entre a ERB e o terminal móvel. Push to Talk etc.6. O HSPA (High Speed Packet Access) nada mais é do que a combinação das duas tecnologias HSDPA e HSUPA. ainda há um número considerável de aplicações que também necessitam da existência de um canal de uplink de alto desempenho. Há uma diminuição de custos. Essa implementação. a tecnologia HSDPA acrescenta no WCDMA. o envio de e-mail com arquivos em anexo.8 Mbps. entre outras novidades. Tecnologia HSPA Como vimos anteriormente. quando comparado com o downlink do WCDMA possibilitando taxas de transmissão de dados de até 14 Mbps. já que o canal de downlink melhorado permite um aumento considerável da capacidade de transporte. que tem como sigla o HSDPA. é o primeiro passo na evolução do desempenho do WCDMA. Voip.