PPT - CONCEITOS BÁSICOS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO DE SINAIS DIGITAIS PowerPoint Presentation - ID:3912031
CONCEITOS BÁSICOS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO DE SINAIS DIGITAIS - PowerPoint PPT Presentation
CONCEITOS BÁSICOS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO DE SINAIS DIGITAIS PowerPoint Presentation
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CONCEITOS BÁSICOS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO DE SINAIS DIGITAIS. TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO DE SINAIS DIGITAIS. DIGITALIZAÇÃO DO SINAL DE VOZ. CODIFICAÇÃO DE VOZ COM BOA QUALIDADE. 64 KBPS. PCM. 32 KBPS. ADPCM. CODIFICAÇÃO DE VOZ COM QUALIDADE ACEITÁVEL. 13 KBPS. RPE.
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TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO DE SINAIS DIGITAIS
DIGITALIZAÇÃO DO SINAL DE VOZ
CODIFICAÇÃO DE VOZ COM BOA QUALIDADE 64 KBPS PCM 32 KBPS ADPCM
CODIFICAÇÃO DE VOZ COM QUALIDADE ACEITÁVEL 13 KBPS RPE 8 KBPS VSELP / ACELP
PULSE AMPLITUDE MODULATION - PAM AMOSTRAGEM DO SINAL DE VOZ NA TAXA DE 8000 AMOSTRAS POR SEGUNDO: TRANSMISSÃO PAM
RECEPÇÀO PAM DEPOIS DO HOLDING APÓS O FILTRO PASSA BAIXAS
DIFICULDADES DA COMUNICAÇÃO PAM 1 - O MEIO DE TRANSMISSÃO DEFORMA OS PULSOS MODIFICANDO SEUS NÍVEIS E PROVOCANDO INTERFERÊNCIAS ENTRE AS AMOSTRAS DEVIDO AO ALARGAMENTO DAS MESMAS. ESTE ALARGAMENTO DOS PULSOS SE DEVE AO FATO DE QUE A LARGURA DE FAIXA DE TRANSMISSÃO É LIMITADA E NÃO CONSEGUE TRANSMITIR AS TRANSIÇÕES BRUSCAS DO SINAL PULSANTE. 2 - O RUÍDO, NA RECEPÇÃO, PROVOCA ALTERAÇÕES NOS NÍVEIS DE AMOSTRAGEM.
PULSE CODE MODULATION - PCM A MELHOR MANEIRA DE SE TRANSMITIR O NÍVEL DE CADA AMOSTRA É NA FORMA NUMÉRICA. O NÚMERO TRANSMITIDO REPRESENTA O VALOR DA AMPLITUDE DE CADA AMOSTRA. ESSE NÚMERO É TRANSMITIDO NA FORMA DIGITAL, OU SEJA, EM UMA SEQÜÊNCIA DE BITS.. ESTE PROCESSO É DENOMINADO PCM - "PULSE CODE MODULATION" NO PCM UTILIZAM-SE 8 BITS PARA QUANTIZAR CADA AMOSTRA.
DEFORMAÇÕES NO SINAL DIGITAL O MEIO DE TRANSMISSÃO, TAMBÉM, DEFORMA E ACRESCENTA RUÍDO AOS PULSOS DO SINAL DIGITAL. ENTRETANTO ESSAS DEFORMAÇÕES , NA QUASE TOTALIDADE DAS VEZES, NÃO IMPEDEM A IDENTIFICAÇÃO CORRETA DE CADA BIT. MESMO QUE OCORRAM ALGUNS ERROS, DE IDENTIFICAÇÃO DE BITS, OS CÓDIGOS CORRETORES DE ERROS MINIMIZAM ESSAS OCORRÊNCIAS, TANTO QUANTO SE ACHAR NECESSÁRIO.
EQÜIVALÊNCIA DE AMOSTRAGENS A AMOSTRAGEM QUANTIZADA EQUIVALE À AMOSTRAGEM ANALÓGICA SOMADA AOS ERROS DAS AMOSTRAS. A SEQÜÊNCIA DE ERROS DAS AMOSTRAS EQUIVALEM À AMOSTRAGEM DE UM SINAL ALEATÓRIO ( RUÍDO ).
PARA N BITS TEREMOS NÍVEIS DE QUANTIZAÇÃO. SUPONDO QUE A MÁXIMA AMPLITUDE DAS AMOSTRAS ANALÓGICAS SEJA DIVIDIMOS ESTA GRANDEZA EM INTERVALOS. ERROS DE QUANTIZAÇÃO QUANDO AS AMOSTRAS SÃO QUANTIZADAS COM PALAVRAS DE N BITS.
ERROS DE QUANTIZAÇÃO QUANDO AS AMOSTRAS SÃO QUANTIZADAS COM PALAVRAS DE N BITS. A AMPLITUDE DE CADA INTERVALO FICA: COMO O MAIOR ERRO DE AMOSTRAGEM É MEIO INTERVALO DE QUANTIZAÇÃO, RESULTA: OU
QUANTIZAÇÃO NO PCM CONVENCIONAL PARA O PADRÃO INTERNACIONAL DE PCM RECOMENDADO PELA UIT SÃO UTILIZADOS 8 BITS PARA SE TER UMA BOA QUALIDADE NA TRANSMISSÃO DA VOZ. NESTE CASO O CANAL DE VOZ É TRANSMITIDO NA TAXA DIGITAL:
QUALIDADE DO PCM EM DEPENDÊNCIA DA TAXA DIGITAL A MEDIDA QUE SE DIMINUI OS BITS DE QUANTIZAÇÃO A TAXA DIGITAL DIMINUI NA MESMA PROPORÇÃO. ENTRETANTO O RUÍDO DE QUANTIZAÇÃO AUMENTA, PIORANDO A QUALIDADE ( MEAN OPINION SCORE - MOS )
CODIFICAÇÃO DO SINAL DE VOZ EM BAIXAS TAXAS
TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO RESIDUAL
TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO RESIDUAL QUANTIZADA: RESIDUAL EXCITED LINEAR PREDICTOR - RELP
QUALIDADE DO RELP VIMOS QUE NO PCM O ERRO MÁXIMO DE QUANTIZAÇÃO É DADO POR: OU PARA O RELP TEM-SE: PORTANTO:
QUALIDADE DO RELP ( continuação ) æ ö r ç ÷ max ç ÷ e V è ø = max VIMOS QUE NO RELP, TEM-SE: max + 1 N V 2 max SE O PREDITOR FOR EFICIENTE SERÁ MUITO MENOR QUE . PORTANTO PODEMOS MANTER A MESMA RELAÇÃO , DO PCM, UTILIZANDO UM N MENOR. NO ESTADO DA ARTE OBTEM-SE A MESMA QUALIDADE DO PCM UTILIZANDO-SE APENAS 4 BITS PARA QUANTIZAR OS RESÍDUOS ( 16 NÍVEIS DE QUANTIZAÇÃO ). ISTO RESULTA A TAXA DE 32 kbit/s
GERAÇÃO DE UM CODE BOOK • Sabemos que um bloco de 40 bits pode representar até • palavras digitais. • Seleciona-se apenas 1024 dessas palavras de 40 bits. O principal • critério para a seleção é que as palavras escolhidas sejam bem • diferentes entre si. • As palavras selecionadas são gravadas em 1024 endereços em • uma memória denominada code book. • Tanto o transmissor como o receptor CELP possuem esse mesmo • code book. CELP - CODED EXITED LINEAR PREDICTOR CODE BOOK
CODE BOOK CODED EXCITED LINEAR PREDICTOR - CELP ( continuação ) PARTE-SE DO RELP CONVENCIONAL. CADA BLOCO DE 40 BITS, GERADO PELO RELP, É COMPARADO COM AS PALAVRAS DO CODE BOOK. ESCOLHE-SE A MAIS PARECIDA E TRANSMITE-SE SEU ENDEREÇO
CODE BOOK O RECEPTOR RETIRA A PALAVRA DE 40 BITS ARMAZENADA NAQUELE ENDEREÇO RECEBIDO, E A UTILIZA PARA EXCITAR O DISPOSITIVO DE RECEPÇÃO. CADA ENDEREÇO É TRANSMITIDO COM 10 BITS ( POIS ) . ISTO REDUZ A TAXA PARA UM QUARTO QUANDO COMPARADA AO SISTEMA QUE TRANSMITE TODOS OS BITS DO RESÍDUO. PORTANTO ESTE SISTEMA SUBSSTITUI A TRANSMISSÃO DE 40 BITS POR APENAS 10 BITS ISTO SIGNIFICA UMA REDUÇÃO DE 4 VEZES NA TAXA DIGITAL TRANSMITIDA. NO ESTADO ATUAL DA ARTE EXISTEM SISTEMAS QUE SE CONSTITUEM APERFEIÇOAMENTOS DO CELP. ENTRE ELES PODEMOS CITAR O VSELP E O ACELP. ESTES DISPOSITIVOS CODIFICAM A VOZ, COM BOA QUALIDADE, NA TAXA DE 8 kbit/s. CODED EXCITED LINEAR PREDICTOR - CELP ( continuação )
CONCEITOS SOBRE TRANSMISSÃO DE SINAIS DIGITAIS
CONVENÇÕES PARA O SINAL DIGITAL
CONVENÇÕES PARA O SINAL DIGITAL ( CONTINUAÇAO ) O SINAL NRZ ( NON RETURN TO ZERO) , É USADO NOS PROCESSAMENTOS DA INFORMAÇÃO DIGITAL, UTILIZANDO CIRCUITOS LÓGICOS. EXEMPLOS: COMPUTADORES PROCESSAMENTOS LÓGICOS DA BANDA BÁSICA
CONVENÇÕES PARA O SINAL DIGITAL ( CONTINUAÇAO ) O SINAL NRZ POLAR É USADO QUANDO SE TRANSMITE O SINAL DIGITAL MODULANDO UMA PORTADORA. EXEMPLOS: MODEM DE LINHA DE ASSINANTE RÁDIO CELULAR DIGITAL.
OTIMIZAÇÃO DA LARGURA ESPECTRAL HÁ ALGUMAS DÉCADAS ATRÁS, O ENGENHEIRO NYQUIST, DO BELL LABS, FICOU ENCARREGADO DE ESTUDAR O PROBLEMA DA DIMINUIÇÃO, OTIMIZADA, DA LARGURA DE FAIXA OCUPADA POR UM SINAL DIGITAL.
0 R R 2 ELE CONCLUIU QUE O MELHOR COMPROMISSO SERIA A LIMITAÇÃO DA FAIXA ESPECTRAL NA METADE DA TAXA DIGITAL: R 2 BW = ONDE BW = LARGURA DE FAIXA EM Hz R = TAXA DIGITAL EM BPS FILTRO
EFEITOS DO MULTIPERCURSO NO SINAL DIGITAL TRANSMITIDO
EFEITO DA PROPAGAÇÃO MULTIPERCURSO NA INFORMAÇÃO TRANSMITIDA O SINAL QUE CHEGA ATRAZADO, AO SE COMPOR COM O PRIMEIRO SINAL, PODE PROCOCAR INTERFERÊNCIA ENTRE SÍMBOLOS. ISTO TENDE A PROVOCAR ERROS NO SINAL REGENERADO. ESTE EFEITO É TANTO PIOR QUANTO MAIOR A TAXA DIGITAL, POIS, O INTERVALO ENTRE DOIS BITS CONSECUTIVOS DIMINUI NA MESMA PROPORÇÃO.
"DELAY EQUALIZER" O SISTEMA TRANSMITE, PERIODICAMENTE, UMA PALAVRA DIGITAL CONHECIDA. ESTA INFORMAÇÃO, CUJO NOME É "PALAVRA DE TREINAMENTO", SERVE DE BASE PARA A ADAPTAÇÃO DO FILTRO DIGITAL, ATÉ QUE SE TENHA UM SINAL COM INTERFERÊNCIA ENTRE SÍMBOLOS MINIMIZADA.
NOÇÕES DE CÓDIGOS DETECTORES E CORRETORES DE ERROS
CÓDIGOS DE BLOCO DIVIDE-SE A MENSAGEM ORIGINAL EM BLOCOS DE N BITS. ESSES BLOCOS SÃO CHAMADOS "PALAVRAS DA MENSAGEM" ACRESCENTA-SE R BITS A CADA PALAVRA DA MENSAGEM. OS R BITS ACRESCENTADOS SÃO CHAMADOS DE BITS DE REDUNDÂNCIA RESULTAM AS PALAVRAS DE CÓDIGO CONTENDO N+R BITS DESSA MANEIRA TEM-SE O CÓDIGO DE HAMMING ( N+R, N ). CÓDIGO DE HAMMING ( 7 , 4 ) N = 4 E R = 3: EXEMPLO DE MENSAGEM =0011 PALAVRA DE CÓDIGO=0011001
CÓDIGOS DE BLOCO TABELA DO CÓDIGO DE HAMMING ( 7, 4 ) ENTRADA BLOCO DE 4 BITS SAÍDA BLOCO DE 7 BITS 00000000000 00010001111 00100010110 00110011001 . . . . 1111 1111111 NOTE-SE QUE, NA SAÍDA, SELECIONOU-SE APENAS 16 PALAVRAS ENTRE AS 128 PALAVRAS POSSÍVEIS DE SEREM EXPRESSAS POR ESSES 7 BITS. TEM-SE 16 PALAVRAS PERMITIDAS E 112 PROIBIDAS AS PALAVRAS PERMITIDAS DIFEREM, ENTRE SI DE, PELO MENOS, TRÊS BITS.
DETECÇÃO DE ERROS NO RECEPTOR - COMO A DIFERENÇA MÍNIMA, ENTRE AS PALAVRAS DE CÓDIGO, É DE 3 BITS, SE HOUVER ERROS DE 1 OU 2 BITS, EM UMA PALAVRA RECEBIDA, ESTA PALAVRA SE TORNA UMA PALAVRA PROIBIDA. DESTA MANEIRA É DETECTADA A PRESENÇA DE ERROS 0000000 0001111 0010110 0011001 . . 1111111 - SE A QUANTIDADEDE ERROS, NA PALAVRA, FOR 3 OU MAIS BITS, É POSSÍVEL QUE RESULTE OUTRA PALAVRA PERMITIDA. PORTANTO, NESTE CASO, OS ERROS NÃO SÃO DETECTADOS.
DETECÇÃO DE ERROS NO RECEPTOR ( CONTINUAÇÃO ) - ENTRETANTO A PROBABILIDADE DE ERRAR 3 OU MAIS BITS SIMULTÂNEOS, EM UMA MESMA PALAVRA, É BEM MENOR DO QUE ERRAR ATÉ 2 BITS SIMULTÂNEOS. - EXEMPLO: PARA UM SINAL DE ENTRADA ERRANDO UM BIT A CADA 100.000, TEREMOS UMA PALAVRA ERRADA, NÃO DETETADA, A CADA PALAVRAS RECEBIDAS.
CORREÇÃO DE ERROS 0000000 0001111 0010110 0011001 . . 1111111 - COMO NO CÓDIGO EXEMPLIFICADO, A DIFERENÇA ENTRE AS PALAVRAS DE CÓDIGO É DE, PELO MENOS, 3 BITS, RESULTA: - SE HOUVER ERRO DE APENAS 1 BIT, NA PALAVRA CORRETA ESTA PALAVRA PROIBIDA DIFERE APENAS DE UM BIT DA PALAVRA ORIGINAL E DIFERE DE 2 OU MAIS BITS DAS DEMAIS PALAVRAS DO CÓDIGO.
CORREÇÃO DE ERROS ( CONTINUAÇÃO ) - O ALGORÍTIMO DE CORREÇÃO CONSISTE EM ADOTAR, COMO CORRETA, A PALAVRA DE CÓDIGO QUE DIFERE DE APENAS 1 BIT DA PALAVRA ERRADA QUE SE RECEBEU. 0000000 0001111 0010110 0011001 . . 1111111 - SE HOUVER DOIS BITS ERRADOS NA PALAVRA RECEBIDA, ESTA PALAVRA DIFERIRÁ DE APENAS 1 BIT DE OUTRA PALAVRA DE CÓDIGO DIFERENTE DAQUELA QUE FOI, REALMENTE, TRANSMITIDA. NESTE CASO SERÁ FEITA UMA CORREÇÃO ERRADA. DA MESMA FORMA, O SISTEMA NÃO TEM CAPACIDADE DE CORRIGIR PALAVRAS RECEBIDAS COM MAIS DE DOIS BITS ERRADOS.
CORREÇÃO DE ERROS ( CONTINUAÇÃO ) - ENTRETANTO, A PROBABILIDADE DA OCORRÊNCIA DE 2 OU MAIS BITS ERRADOS SIMULTÂNEOS, NA MESMA PALAVRA RECEBIDA, É MUITO MENOR DO QUE A OCORRÊNCIA DE APENAS 1 ERRO NESSA PALAVRA. - EXEMPLO: PARA UM SINAL DE ENTRADA ERRANDO UM BIT A CADA 100.000, TEREMOS UMA PALAVRA ERRADA, NÃO CORRIGIDA, A CADA QUINHENTOS MILHÕES DE PALAVRAS RECEBIDAS. - ISTO SIGNIFICA QUE, NO CÓDIGO DE HAMMING ( 7,4 ), AO SE RECEBER, QUINHENTOS MILHÕES DE PALAVRAS, A QUASE TOTALIDADE DAS PALAVRAS ERRADAS RECEBIDAS SERA CORRIGIDA CORRETAMENTE. APENAS UMA, DESSAS PALAVRAS ERRADAS, CONTINUARÃO ERRADAS.-