Sistemas de Comunicação Flashcards
Modulação analógica. Transmissão digital em banda base. Modulação digital. Sincronismo em comunicação digital. Transmissão digital em canais com desvanecimento. Espalhamento espectral. Modulação codificada. Transmissão e difusão de sinais digitais de áudio e vídeo.
O que é estudado em modulação digital em banda passante?
Para cada modulação, são analisadas as representações matemáticas das formas de onda, o espaço de sinais, a geração e detecção de sinais, a eficiência espectral e perfomance em canal com ruído.
O que é modulaçao com detecção coerente e suas características nas modulações digitais?
Além da temporização de simbolo, existe o sincronismo de fase entre transmissor e receptor, levando em conta os deslocamentos de fase causados pelo canal.
O que é modulaçao com detecção não coerente e suas características nas modulações digitais?
Também é necessario a temporização de simbolos, mas não é necessário coerência de fase na portadora de transmissão para a detecção.
Quais as diferenças entre coerência de fase e não coerencia em relação aos equipamentos e à performance de transmissão e recepção.
Para detecção coerente,o receptor deve ser provido de um circuito complexo de extração de sincronismo de portadora, elevando o custo e a complexidade. Na detecção não coerente, este circuito não é necessário, porem o desempenho é inferior ao proporcionado pela detecção coerente.
Relação entre DEP de sinais em banda base e banda passante.
Para um sequencia binaria aleatoria de pulsos, a DEP é dada pela equação abaixo. Ao conhecer a energia em banda base, utilizamos a relação para encontrar a DEP do sinal modulado.
O que é sincronismo de simbolo?
é necessário para identificar o instante correto de amostragem na recepcão do sinal
Qual a largura minima de banda de um sinal modulado?
Exceto para MFSK, Bmin = 1/T (1 + a), com a = 0
O que é sincronismo de portadora
É necessario no receptor de modulações com detecção coerente de fase. É obtido de um circuito complexo que extrai a fase inicial do sinal recebido.
O que é eficiência espectral?
rô = Rb/B
Indica como está sendo aproveitada a banda utilizada na transmissão
O que é solução de compromisso?
É a decisão em utilizar uma modulação com maior eficiencia de potencia ou maior eficiencia espectral, dado que são grandezas inversamente proporcionais.
O que pode se afirmar das dimensões das familias de modulações PSK e QAM?
Com excessão da BPSK que é unidimensional, todas são bidimensionais com dimensões ortogonais.
Qual a diferença entre as modulações FSK e PSK de mesma ordem com relação a eficiencia de potencia, para uma mesma relação sinal/ruido.
A modulação FSK necessita do dobra da energia (potencia) da modulação PSK.
O que deve ser observado em relação a função erro complementar erfc(x)
Os valores de x são dados em Neper
Qual a relação entre o numero de simbolos M, a largura de banda B, a eficiencia espectral rô e a probabilidade de erro de simbolos Pe para as familias PSK, QAM e FSK?
PSK - QAM: Quando M aumenta, rô aumenta, Pe aumenta e B diminui.
FSK - Quando M aumenta, B aumenta, rô diminui, e Pe diminui.
Seja um sistema de transmissão binária com potência de transmissão de 2 W, perdas no percurso de 90 dB e densidade espectral de potência unilateral de ruído de 10−15 W/Hz. A probabilidade de erro deve ser no máximo 10−4.
a) Determine as máximas taxas para as modulações DBPSK e BFSK não coerente (BFSKnc).
b) Para as modulações do item (a), encontre as respectivas eficiências espectrais considerando que o sinal transmitido ocupa o lobo principal. Considere que a separação entre tons é 1/Tb para a modulação BFSKnc.
Solução a: Rb = 235 kbps
Solução b:
Para a modulação BFSK não coerente p = 1/3 bits/s/Hz
Para a modulação DBPSK p = 1/2 bits/s/Hz
A primeira e a segunda formas de onda da figura a seguir correspondem aos tons usados por um modulador BFSK que opera segundo o princípio de chaveamento (o bit 1 seleciona o tom de frequência f2 para ser encaminhado à saída do modulador e o bit 0 faz o mesmo para o tom de frequência f1). A terceira forma de onda é a sequência de bits de entrada do modulador e a última é o sinal modulado. Qual a razão para as descontinuidades observadas no sinal modulado? Justifique matematicamente
Pela figura a duração de um bit é Tb = 1 ms, o que significa que 1/Tb = 1000. Também da figura, a frequência f1 = 1/1ms = 1000 Hz e a frequência f2 = 1/(2/5 ms) = 2500 Hz. Então a separação entre os tons é de 1500 Hz, que não é um múltiplo inteiro de 1/Tb. Esta é a razão para a existência de descontinuidade de fase no sinal FSK quando o mesmo é implementado por chaveamento dos tons.
Um sistema com modulação FSK binária com detecção coerente transmite dados binários a uma taxa de 4 Mbit/s. Durante a transmissão, um ruído gaussiano branco de média nula e densidade espectral de potência N0 = 10-20 W/Hz é
adicionado ao sinal. Na ausência de ruído, a amplitude de pico do sinal senoidal recebido para os bits 0 e 1 é igual a 1 µV. Determine a probabilidade de erro de símbolo média.
Um modulador 4-FSK transmite 600 bit/s e utiliza chaveamento de frequência para gerar os tons empregados na modulação.
a) Determine o mínimo espaçamento entre os tons para que o sinal modulado não apresente descontinuidade de fase nos instantes de transição entre os símbolos.
b) Utilizando o espaçamento mínimo encontrado e sabendo que o tom de frequência mais baixa é dado por (2E/T)1/2cos(30300πt), em que E é a energia de símbolo e T e a duração de símbolo, encontre a frequência da
portadora nominal desta modulação.
Pretende-se projetar um sistema de comunicação digital com um transmissor que utiliza um filtro do tipo raiz de cosseno elevado com roll-off igual a 0,3. É necessário que o sistema consiga dar vazão a 1 Mbit/s e que a modulação utilizada leve a uma taxa de erro de bit de, no máximo, 1,11×10−5. a) Escolha, dentre as modulações QPSK com mapeamento Gray e BPSK, a que seja capaz de operar em uma banda máxima de 1,5 MHz. Apresente os cálculos. b) Calcule os valores de Eb/N0, em dB, de forma que a modulação BPSK atenda à taxa de erro de bit imposta.
Solução a:
Em banda-passante, Bmin = 1/T. Então B = Bmin(1 + α) = (1/T)(1 + 0,3) = 1,3/T. Para o sinal BPSK 1,3/T = 1,3/Tb = 1,3Rb = 1,3 MHz. Para o sinal QPSK 1,3/T = 1,3/(2Tb)= 0,65Rb = 650 kHz. Então ambas as modulações atendem à banda especificada.
Solução b:
A modulação digital cuja densidade espectral de potência (DEP) é aquela mostrada na figura a seguir opera a 1 Mbit/s. O modulador utiliza o processo de chaveamento (seleção de tons) e utiliza o mínimo espaçamento de frequências que mantém ortogonalidade entre os símbolos e continuidade de fase. a) Determine a que modulação a DEP acima se refere. b) Determine as frequências das funções base utilizadas pela modulação. c) Admita que o filtro de transmissão tenha por objetivo atenuar tanto quanto possível os lóbulos secundários do sinal modulado. Qual será a eficiência espectral da modulação? Apresente os cálculos ou justificativas.
Solução a: Trata-se de uma modulação 4-FSK, devido às informações do enunciado e ao fato de haver 4 raias espectrais na DEP dada. Solução b: Como fc = 2,4 MHz e a separação entre as raias na DEP é de 1/T = 1/(Tblog2M)= Rb/log2M = 500 kHz = 0,5 MHz, teremos: f1 = 1,65 MHz, f2 = 2,15 MHz, f3 = 2,65 MHz e f4 = 3,15 MHz. Solução c:Pela DEP dada e sabendo que o espaçamento entre os tons é de 1/T = 1/(Tblog2M)= Rb/log2M = 500 kHz, a banda
ocupada (lobo principal) será B = 5/T = 2,5 MHz e a eficiência espectral será ρ = Rb/B = 1/2,5 = 0,4 bit/s/Hz.
O que é um sinal com espalhamento espectral?
é aquele que ocupa uma largura de faixa muito maior do que a necessária, sendo que essa largura de faixa independe da taxa de bits da informação quando o tempo de bit é muito maior que o tempo de chip. ( Tb = NTc )
O que é uma sequência Pseudo aleatória?
é uma sequencia de bits aleatória ( sequencia PN ), que se repete a cada N períodos.
Como é feito o espalhamento espectral por sequencia direta?
É obtitido fazendo o produto dos bits de informação codificados em linha por uma sequencia de bits ( demoninada de chip) de período muito menor que o período de bit fazendo com que o sinal ocupe uma banda muito maior que o necessário.
Quais os principais atributos de um sinal espalhado no espectro?
- baixa densidade espectral de potencia,
- baixa probabilidade de interceptacao,
- maior imunidade à interferencia,
- possibilidade de uso em multiplo acesso.
O que significa baixa densidade espectral de potencia de um sinal espalhado?
como o sinal espalhado utiliza uma banda muito maior que o necessario, sua dep é baixa, o que o torna menos sensível a interferencia faixa estreita, podendo até ficar abaixo do patamar de ruido.
o que significa baixa probabilidade de interceptacao de um sinal espalhado?
a baixa densidade espectral pode tornar o sinal espalhado invisivel a um receptor não intencional, pois quanto maior a sequencia N, menor sao as chances de interceptacao. A probabilidade é de 1/2^N
O que significa maior imunidade à interferencia de um sinal espalhado?
Um sinal espalhado dificilmente pode sofrer uma interferencia intencional, pois está imerso no patamar de ruido e sofre pouca interferencia em faixa estreita.
O que significa a possibilidade de uso em multiplo acesso de um sinal espalhado?
O sinais espalhados podem ocupar perfeitamente, um mesmo espectro de frequencias, utilizando sequencias código distintas, desde que ortogonais entre si. Isso forma a base da técnica CDMA.
Qual é o objetivo do estudo da representação geométrica do espaço de sinais em sistemas de comunicação digital?
Permite construi um conjunto de ferramentas matemáticas que auxilia no projeto e na análise do receptor ótimo generalizado, projetado para detectar e decidir de maneira ótima os símbolos de uma sinalização M qualquer.
Quais são os N-elementos que compõe um espaço de sinais euclidiano N-Dimensional?
Possui N-vetores ortogonais (funções base), associados a N-eixos ortogonais entre si, normalizados de tal forma que tenham comprimento unitário.
O que significa ortonormalidade (Ŷ)?
É uma propriedade dada a vetores ortogonais normalizados estes formam uma base ortonormal. Estes vetores geralmente são denominados de funções base.
Qual a relação entre a correlação entre dois sinais no domínio do tempo e o dominio vetorial?
A correlação no tempo equivale ao produto interno no domínio vetorial entre dois vetores correspondentes.
Qual a importancia de se conhecer os coeficientes de um sinal e as funções base na representação de sinais?
É o suficiente para conhecer as próprias formas de onda do sinal, gerado pela combinação linear destes.
O que é uma constelação de sinais?
É uma representação de sinais em um espaço euclidiano através de pontos, para evitar a poluição visual ocasionada pela representação por vetores partindo da origem.
O que representa a norma ou magnitude de um vetor sinal?
A norma, magnitude ou distancia de um sinal ate a origem do espaço de sinais representa a raiz quadrada da energia da forma de onda que este vetor-sinal representa.
O que representa a subtração vetorial entre dois vetores-sinais?
dik = || Si - Sj||
A soma vetorial representa a distancia euclidiana entre os dois vetores sinais.
Qual a relação entre a distancia euclidiana e o desempenho de um sistema de comunicação digital?
Um sistema de comunicação digital que tem vetores-sinais mais distantes em sua constelação terá menor probabilidade de erro de símbolo que outro em que a distancia euclidiana entre símbolos é menor. Por consequencia, maior é a potencia média de transmissão e maior é a relação sinal-ruido no momento da decisão.
O que representa a expressão?
Expressão geral de sintese de uma forma de onda qualquer Si(t), do conjunto de M formas de Onda, por meio de combinação linear de N funções base ortonormais.
O que representa a expressão?
Expressão que determina os coeficientes que sintetizam a forma de onda conhecida e das funções base.
Quais são as funções base {øj(t)} capazes de sintetizar o conjunto {Si(t)}?
Para resposta desse questão, é necessário o processo de ortogonalização de Gram-Schmidt, o qual é capaz de gera o conjunto de funções base a partir das formas de ondas.
Qual o objetivo da utilização de simulação computacional na construição de um sistema de comunicação?
Com a simulação é possivel rastrear erros de concepção ou de projeto, além de ser possivel avaliar o desempenho do sistema antes que ele seja implementado, economizando tempo e recursos.
Qual o objetivo de utilizar um modelo vetoriaL para canal AWGN?
Este modelo discreto permite utilizar um vetor-sinal Si somado a um vetor-ruído w, produzindo uma variavel de decisão x = Si + w; sem necessidade de gerar nenhuma forma de onda.
Qual a função do banco de correlatores implementado no receptor?
Cada correlator tem a função de filtrar as componentes de ruído w(t) que não possui correlação com o conjunto de funções base. Com isso a influência do ruído na saída do banco é inferior à entrada.
Qual o critério de decisão de máxima verossimilhança (MV) e qual o objetivo de utilizá-lo?
Este critério define que, dado o simbolo recebido x, decida pelo símbolo mais próximo em distância euclidiana. Aplica-se somente quando os simbolos são equiprováveis e minimaliza a probabilidade de erro de símbolo.
O que é um receptor de maxima verossimilhança e qual a sua utilização?
É um receptor que utiliza o critério de decisão MV. Para simbolos equiprováveis, pode ser utilizado com qualquer tipo de sinalização e com qualquer número de simbolos, em canal AWGN, sendo portanto, ótimo nesse sentido.
O que representa o bloco E/V?
O bloco Escalar/Vetorial simplesmente agrupa as N saídas do banco de correlatores em um único vetor observado x.
Qual a função do bloco detector implementado no receptor?
Realiza a extração do sinal recebido em meio ao ruído e faz a conversão do sinal, do domínio contínuo para o domínio vetorial.
Qual a função do bloco decodificador implementado após a correlação do sinal recebido?
Realiza a correlação entre o vetor variável de decisão x e todos os possiveis símbolos, no domínio vetorial, através dos M produtos internos.
Este bloco pode ser suprimido na decisão.
