CONCEITOS BÁSICOS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO DE SINAIS DIGITAIS - PowerPoint PPT Presentation

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CONCEITOS BÁSICOS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO DE SINAIS DIGITAIS

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CONCEITOS BÁSICOS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO DE SINAIS DIGITAIS

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Presentation Transcript

  1. CONCEITOS BÁSICOS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO DE SINAIS DIGITAIS

  2. TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO DE SINAIS DIGITAIS

  3. DIGITALIZAÇÃO DO SINAL DE VOZ

  4. CODIFICAÇÃO DE VOZ COM BOA QUALIDADE 64 KBPS PCM 32 KBPS ADPCM

  5. CODIFICAÇÃO DE VOZ COM QUALIDADE ACEITÁVEL 13 KBPS RPE 8 KBPS VSELP / ACELP

  6. PULSE AMPLITUDE MODULATION - PAM AMOSTRAGEM DO SINAL DE VOZ NA TAXA DE 8000 AMOSTRAS POR SEGUNDO: TRANSMISSÃO PAM

  7. RECEPÇÀO PAM DEPOIS DO HOLDING APÓS O FILTRO PASSA BAIXAS

  8. 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.

  9. 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.

  10. 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.

  11. ERROS DE QUANTIZAÇÃO

  12. 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 ).

  13. 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.

  14. 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

  15. 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:

  16. 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 )

  17. CODIFICAÇÃO DO SINAL DE VOZ EM BAIXAS TAXAS

  18. TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO RESIDUAL

  19. TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO RESIDUAL QUANTIZADA: RESIDUAL EXCITED LINEAR PREDICTOR - RELP

  20. QUALIDADE DO RELP VIMOS QUE NO PCM O ERRO MÁXIMO DE QUANTIZAÇÃO É DADO POR: OU PARA O RELP TEM-SE: PORTANTO:

  21. 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

  22. 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

  23. 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

  24. 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 )

  25. CONCEITOS SOBRE TRANSMISSÃO DE SINAIS DIGITAIS

  26. CONVENÇÕES PARA O SINAL DIGITAL

  27. 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

  28. 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.

  29. 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.

  30. 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

  31. EFEITOS DO MULTIPERCURSO NO SINAL DIGITAL TRANSMITIDO

  32. 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.

  33. “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.

  34. NOÇÕES DE CÓDIGOS DETECTORES E CORRETORES DE ERROS

  35. CÓDIGOS DE BLOCOS

  36. 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

  37. 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.

  38. 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.

  39. 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.

  40. 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.

  41. 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.

  42. 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.-