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CONCEITOS BÁSICOS DE TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO Direitos Reservados ao CPqD - 1999 DE SINAIS DIGITAIS TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO DIGITAIS Direitos Reservados ao CPqD - 1999 DE SINAIS TRANSMISSÃO CELULAR DIGITAL DIGITALIZAÇÃO 0 1 0 0 1 0 TAXA < 8 kbit/s ADIÇÃO DE BITS DE REDUNDÂNCIA E CONTROLE: TAXA < 20 kbit/s digi.v sd SINAL TRANSMITIDO: Direitos Reservados ao CPqD - 1999 SINAL RECEBIDO: RECEPÇÃO CELULAR DIGITAL SINAL RECEBIDO: RELÓGIO RECUPERADO: ERRO SINAL REGENERADO: CORREÇÃO DE ERROS: digi.vsd 0 1 0 0 1 0 CONVERSÃO PARA A MENS. ORIGINAL: Direitos Reservados ao CPqD - 1999 RECONVERSÃO PARA SINAL ANALÓGICO: Direitos Reservados ao CPqD - 1999 DIGITALIZAÇÃO DO SINAL DE VOZ CODIFICAÇÃO DE VOZ COM BOA QUALIDADE 64 KBPS PCM ADPCM Direitos Reservados ao CPqD - 1999 32 KBPS CODIFICAÇÃO DE VOZ COM QUALIDADE ACEITÁVEL 13 KBPS RPE VSELP / ACELP Direitos Reservados ao CPqD - 1999 8 KBPS PULSE AMPLITUDE MODULATION - PAM AMOSTRAGEM DO SINAL DE VOZ NA TAXA DE 8000 AMOSTRAS POR SEGUNDO: Direitos Reservados ao CPqD - 1999 TRANSMISSÃO PAM RECEPÇÀO PAM DEPOIS DO HOLDING Direitos Reservados ao CPqD - 1999 APÓS O FILTRO PASSA BAIXAS DIFICULDADES DA COMUNICAÇÃO PAM 2 - O RUÍDO, NA RECEPÇÃO, PROVOCA ALTERAÇÕES NOS NÍVEIS DE AMOSTRAGEM. Direitos Reservados ao CPqD - 1999 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. 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. AM OSTRA 89 0 1 0 1 1 0 0 1 Direitos Reservados ao CPqD - 1999 SINAL TRANSM ITIDO 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. SINAL DIGITAL REGENERADO Direitos Reservados ao CPqD - 1999 SINAL DIGITAL RECEBIDO ERROS DE QUANTIZAÇÃO AM OSTRA M ÁXIM A m +3 m +3 m +2 m +2 m +1 m +1 m m am os tras analógicas am os tras quantizadas Direitos Reservados ao CPqD - 1999 QUANTIZAÇÃO M ÁXIM A EQÜIVALÊNCIA DE AMOSTRAGENS A AMOSTRAGEM QUANTIZADA EQUIVALE À AMOSTRAGEM ANALÓGICA SOMADA AOS ERROS DAS AMOSTRAS. ERROS DE AM OSTRAGEM AM OSTRAGEM QUANTIZADA AM OSTRAGEM ANALÓGICA Direitos Reservados ao CPqD - 1999 A SEQÜÊNCIA DE ERROS DAS AMOSTRAS EQUIVALEM À AMOSTRAGEM DE UM SINAL ALEATÓRIO ( RUÍDO ). ERROS DE QUANTIZAÇÃO QUANDO AS AMOSTRAS SÃO QUANTIZADAS COM PALAVRAS DE N BITS. PARA N BITS TEREMOS 2 N NÍVEIS DE QUANTIZAÇÃO. SUPONDO QUE A MÁXIMA AMPLITUDE DAS AMOSTRAS ANALÓGICAS N INTERVALOS. SEJA DIVIDIMOS ESTA GRANDEZA EM max V 2 2N 2NN 1 Vmax 2 2 1 0 t Direitos Reservados ao CPqD - 1999 Vm ax 2N ERROS DE QUANTIZAÇÃO QUANDO AS AMOSTRAS SÃO QUANTIZADAS COM PALAVRAS DE N BITS. A AMPLITUDE DE CADA INTERVALO FICA: Vmax 2N COMO O MAIOR ERRO DE AMOSTRAGEM É MEIO INTERVALO DE QUANTIZAÇÃO, RESULTA: max 1 Vmax Vmax N N 1 2 2 2 2N 2NN 1 Vmax 2 2 max Vmax 1 2 Vm ax 2N N 1 1 0 t Direitos Reservados ao CPqD - 1999 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: kbit R 64 segundo Direitos Reservados ao CPqD - 1999 amostra bit kbit 8000 8 64 segundo amostra segundo 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 ) QUALIDADE ( M OS ) 5 4 2 1 0 8 16 32 64 48 TAXA DIGITAL Direitos Reservados ao CPqD - 1999 3 CODIFICAÇÃO DO SINAL DE VOZ EM Direitos Reservados ao CPqD - 1999 BAIXAS TAXAS TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO RESIDUAL RESÍDUO = X - X = r r X r +X=X r X r X X PREDITOR X PREDITOR X X r r X X 1,0 0 1,0 1,0 0 1,0 1,1 0,8 0,3 0,3 0,8 1,1 0,9 1,0 - 0,1 - 0,1 1,0 0,9 0,7 0,65 0,05 0,05 0,65 0,7 Direitos Reservados ao CPqD - 1999 X TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO RESIDUAL QUANTIZADA: RESIDUAL EXCITED LINEAR PREDICTOR - RELP r RESÍDUO = X - X = r A X X PREDITOR D X r r X X X PREDITOR X Direitos Reservados ao CPqD - 1999 X QUALIDADE DO RELP VIMOS QUE NO PCM O ERRO MÁXIMO DE QUANTIZAÇÃO É DADO POR: max Vmax N 1 2 OU max Vmax 1 2 N 1 PARA O RELP TEM-SE: PORTANTO: max Vmax rmax Vmax N 1 2 Direitos Reservados ao CPqD - 1999 max rmax N 1 2 QUALIDADE DO RELP ( continuação ) max VIMOS QUE NO RELP, TEM-SE: Vmax SE O PREDITOR FOR EFICIENTE Vmax . rmax rmax Vmax N 1 2 SERÁ MUITO MENOR QUE PORTANTO PODEMOS MANTER A MESMA RELAÇÃO max , 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 Direitos Reservados ao CPqD - 1999 Vmax CELP - CODED EXITED LINEAR PREDICTOR GERAÇÃO DE UM CODE BOOK CODE BOOK Direitos Reservados ao CPqD - 1999 •Sabemos que um bloco de 40 bits pode representar até 240 1012 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. CODED EXCITED LINEAR PREDICTOR - CELP ( continuação ) BLOCO DE 40 BITS A X D PREDITOR CODE BOOK PARTE-SE DO RELP CONVENCIONAL. ESCOLHE-SE A MAIS PARECIDA E TRANSMITE-SE SEU ENDEREÇO Direitos Reservados ao CPqD - 1999 CADA BLOCO DE 40 BITS, GERADO PELO RELP, É COMPARADO COM AS PALAVRAS DO CODE BOOK. CODED EXCITED LINEAR PREDICTOR - CELP ( continuação ) BLOCO DE 40 BITS PREDITOR 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 1024 210 ) . 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. Direitos Reservados ao CPqD - 1999 CODE BOOK CONCEITOS SOBRE TRANSMISSÃO DE Direitos Reservados ao CPqD - 1999 SINAIS DIGITAIS CONVENÇÕES PARA O SINAL DIGITAL NRZ BITS 0 1 0 1 1 0 BIT NÍVEL +A 0 0 0 1 +A BITS 0 +A 0 -A 1 0 1 1 0 BIT NÍVEL 0 +A 1 -A Direitos Reservados ao CPqD - 1999 NRZ POLAR CONVENÇÕES PARA O SINAL DIGITAL ( CONTINUAÇAO ) NRZ BITS 0 1 0 1 1 0 BIT NÍVEL +A 0 0 0 1 +A EXEMPLOS: COMPUTADORES PROCESSAMENTOS LÓGICOS DA BANDA BÁSICA Direitos Reservados ao CPqD - 1999 O SINAL NRZ ( NON RETURN TO ZERO) , É USADO NOS PROCESSAMENTOS DA INFORMAÇÃO DIGITAL, UTILIZANDO CIRCUITOS LÓGICOS. CONVENÇÕES PARA O SINAL DIGITAL ( CONTINUAÇAO ) NRZ POLAR BITS 0 1 0 1 1 +A 0 -A 0 BIT NÍVEL 0 +A 1 -A EXEMPLOS: MODEM DE LINHA DE ASSINANTE RÁDIO CELULAR DIGITAL. Direitos Reservados ao CPqD - 1999 O SINAL NRZ POLAR É USADO QUANDO SE TRANSMITE O SINAL DIGITAL MODULANDO UMA PORTADORA. SINAL DIGITAL NRZ POLAR DOMÍNIO DO TEMPO (OSCILOSCÓPIO) 1 R T T A 0 A P A2 Eb R A2 2 Eb 0 R NRZ-X.VSD 2R Direitos Reservados ao CPqD - 1999 DOMÍNIO DA FREQÜÊNCIA (ANALISADOR DE ESPÉCTRO) COMUNICAÇÃO DIGITAL COM FAIXA LARGA TRANSMISSÃO R 1 T A 2Eb A 0 R 2R BW RECEPÇÃO 2Eb N0 0 R 2R N N 0 BW DIGIT 2.DOC Direitos Reservados ao CPqD - 1999 T OTIMIZAÇÃO DA LARGURA ESPECTRAL Direitos Reservados ao CPqD - 1999 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. ELE CONCLUIU QUE O MELHOR COMPROMISSO SERIA A LIMITAÇÃO DA FAIXA ESPECTRAL NA METADE DA TAXA DIGITAL: BW = R 2 ONDE BW = LARGURA DE FAIXA EM Hz R = TAXA DIGITAL EM BPS 2 Eb 0 R 2R FILTRO 0 R 2 R Direitos Reservados ao CPqD - 1999 2Eb COMUNICAÇÃO DIGITAL DE FAIXA MÍNIMA OTIMIZADA A A R bit s 2 Eb A A 2 Eb R 2 R N N0 N0 0 R 2 DIGIT -X3.VSD jitter R 2 Direitos Reservados ao CPqD - 1999 0 REGENERAÇÃO DO SINAL DIGITAL DIGIT4.DOC SINAL PULSADO jitter SINAL DIGITAL REGENERADO Direitos Reservados ao CPqD - 1999 RELÓGIO RECUPERADO P R E S E N Ç A D E E R R O N O S IN A L R E G E N E R A D O ORIGINA L RUÍDO RE CE B IDO CRUZ A M E NT O DE Z E RO Pres-er.vsd S INA L RE GE NE RA DO B IT E RRA DO Direitos Reservados ao CPqD - 1999 RE LÓG IO RE CUP E RA DO PROBABILIDADE DE ERROS DE BITS OU "BIT ERROR RATE - BER" BER 2Eb N0 0 R 2 digit-er.vsd 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 10 8 10 log 8,4 dB 11,4 dB 2 Eb N0 Direitos Reservados ao CPqD - 1999 10 1 EFEITOS DO MULTIPERCURSO TRANSMITIDO Direitos Reservados ao CPqD - 1999 NO SINAL DIGITAL 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. Direitos Reservados ao CPqD - 1999 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. ADAPTADOR DE COEFICIENTES Direitos Reservados ao CPqD - 1999 FILTRO DIGITAL ADAPTATIVO NOÇÕES DE CÓDIGOS DETECTORES E Direitos Reservados ao CPqD - 1999 CORRETORES DE ERROS Direitos Reservados ao CPqD - 1999 CÓDIGOS DE BLOCOS 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 ). N = 4 E R = 3: EXEMPLO DE MENSAGEM = 0011 PALAVRA DE CÓDIGO = 0011001 Direitos Reservados ao CPqD - 1999 CÓDIGO DE HAMMING ( 7 , 4 ) CÓDIGOS DE BLOCO TABELA DO CÓDIGO DE HAMMING ( 7, 4 ) 0000 0001 0010 0011 . . 1111 SAÍDA BLOCO DE 7 BITS 0000000 0001111 0010110 0011001 . . 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. Direitos Reservados ao CPqD - 1999 ENTRADA BLOCO DE 4 BITS DETECÇÃO DE ERROS NO RECEPTOR - SE A QUANTIDADE DE ERROS, NA PALAVRA, FOR 3 OU MAIS BITS, É POSSÍVEL QUE RESULTE OUTRA PALAVRA PERMITIDA. PORTANTO, NESTE CASO, OS ERROS NÃO SÃO DETECTADOS. Direitos Reservados ao CPqD - 1999 0000000 0001111 0010110 0011001 . . 1111111 - 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 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 13 PALAVRAS RECEBIDAS. Direitos Reservados ao CPqD - 1999 10 CORREÇÃO DE ERROS - 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. Direitos Reservados ao CPqD - 1999 0000000 0001111 0010110 0011001 . . 1111111 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. - 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. Direitos Reservados ao CPqD - 1999 0000000 0001111 0010110 0011001 . . 1111111 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. - 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.- Direitos Reservados ao CPqD - 1999 - 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. CORREÇÃO DE ERROS ( CONTINUAÇÃO ) CONLUSÃO: Direitos Reservados ao CPqD - 1999 O CÓDIGO DE HAMMING ( 7, 4 ) TEM CAPACIDADE DE DETETAR ATÉ DOIS ERROS E CORRIGIR ATÉ UM ERRO EM CADA PALAVRA RECEBIDA. Direitos Reservados ao CPqD - 1999 CÓDIGOS DE BLOCO CÍCLICOS CÓDIGOS DE BLOCO CÍCLICOS SÃO AQUELES QUE CODIFICAM A MENSAGEM POR MEIO DE “SHIFT REGISTER” REALIMENTADO. EXEMPLO: CÓDIGO ( 7. 4 ) EMTRAM PALAVRAS DE 4 BIT DE MENSAGEM E SAEM PALAVRAS DE CÓDIGO CONTENDO 7 BITS. OS 3 BITS ADICIONADOS SÃO CHAMADOS DE CRC - “CICLIC REDUNDANCY CHECK” D1 R1 D2 R2 saída relógio mensagem 0011 0011001 Direitos Reservados ao CPqD - 1999 D0 R0 CÓDIGOS DE BLOCO CÍCLICOS A DECODIFICAÇÃO, QUE DETETA E CORRIGE ERROS, UTILIZA TAMBÉM “SHIFT REGISTER” REALIMENTADO. EXEMPLO: DECODIFICADOR PARA O CÓDIGO ( 7, 4 ) palavra recebida D0 R0 D1 R1 D2 R2 1 bit errado D0 R0 2 D1 R1 E 7 D6 R6 0011001 saída Direitos Reservados ao CPqD - 1999 0010001 IMPLEMENTAÇÃO DOS CÓDIGOS DETETORES E CORRETORES DE ERROS MODERNAMENTE, OS CÓDIGOS DE BLOCO SÃO SEMPRE IMPLEMENTADOS NA FORMA CÍCLICA DEVIDO A SIMPLICIDADE DE SEU DIAGRAMA. ESTE TIPO DE IMPLEMENTAÇÃO POSSUI O NOME DE “CICLIC REDUNDANCE CHECK” - CRC. EXEMPLO: OS DADOS ENVIADOS NAS MENSAGENS A E B DO CANAL DE CONTROLE FORWARD DO SISTEMA AMPS POSSUEM UM CRC DO TIPO BCH (40 , 28) ONDE O BLOCO DA MENSAGEM TEM 28 BIT E A PALAVRADE CÓDIGO POSSUI 40 BIT. Direitos Reservados ao CPqD - 1999 EXISTEM DIVERSAS FAMÍLIAS DE CÓDIGOS CÍCLICOS . ENTRE ELAS PODEMOS CITAR, ALÉM DO CÓDIGO DE HAMMING, O CÓDIGO BCH E O CÓDIGO DE REED-SOLOMON. NATUREZA DOS ERROS EM TELEFONIA MÓVEL TANTO OS CÓDIGOS DE HAMMING QUANTO OS BCH SÃO INEFICIENTES PARA ESSA SITUAÇÃO. È POR ISTO QUE, NO NO CANAL DE CONTROLE DO SISTEMA AMPS, QUE USA BCH, SÃO NECESSÁRIAS AS REPETIÇÕES DAS MENSAGENS. Direitos Reservados ao CPqD - 1999 EM TELEFONIA MÓVEL, OS ERROS BINÁRIOS COSTUMAM APARECER EM SURTOS, ISTO É, VÁRIOS BITS DE UMA MESMA PALAVRA DE CÓDIGO SÃO RECEBIDOS ERRADOS . PORTANTO, O SISTEMA DEVE TER A POSSIBILIDADE DE CORRIGIR VÁRIOS ERROS NA MESMA PALAVRA DE CÓDIGO. EFICIÊNCIA DOS CÓDIGOS DETETORES E CORRETORES DE ERROS ENTRETANTO, HÁ CÓDIGOS DE CRC EFICIENTES PARA A DETECÇÃO E CORREÇÃO DE ERROS EM SURTOS. O CÓDIGO CÍCLICO REED - SOLOMON, POR EXEMPLO, É CONSIDERADO O MAIS EFICIENTE DESSES CÓDIGOS PARA CORRIGIR ERROS EM SURTOS. Direitos Reservados ao CPqD - 1999 A ÚNICA DESVANTAGEM DO CÓDIGO DE REED - SOLOMON É SUA EXTREMA COMPLEXIDADE DE IMPLEMENTAÇÃO. Direitos Reservados ao CPqD - 1999 CODIFICAÇÃO CONVOLUCIONAL CODIFICAÇÃO CONVOLUCIONAL É O PROCESSO DE CORREÇÃO DE ERROS MAIS UTILIZADO EM TODOS OS SISTEMAS CELULARES DIGITAIS.. A GERAÇÃO DO CÓDIGO É FEITA POR MEIO DE CIRCUITOS SEQÜÊNCIAIS SIMPLES . Direitos Reservados ao CPqD - 1999 A CORREÇÃO DE ERROS É FEITA POR MEIO DE UM ALGORÍTIMO SIMPLES CONHECIDO COMO “ALGORÍTIMO DE VITERBI. CÓDIFICADORES CONVOLUCIONAIS ABAIXO, TEMOS UM EXEMPLO DE UM COIFICADOR DESSE TIPO. OS BITS ENTRAM, CONTINUAMENTE, EM UMA MÁQUINA SEQÜÊNCIAL SEM REALIMENTAÇÕES ESTA MÁQUINA PRODUZ UMA SEQÜÊNCIA DE SAÍDA COM BITS, DE REDUNDÂNCIA, ADICIONADOS. AOS BITS DA MENSAGEM. R=1/3 K=3 0 1 D0 R0 D1 R1 y2 110 011 101 y3 Direitos Reservados ao CPqD - 1999 1 y1 CÓDIGOS CONVOLUCIONAIS OS BITS DE SAÍDA SÃO FUNÇÃO, APENAS DOS BITS DE ENTRADA E DOS ESTADOS DOS REGISTRADORES INTERNOS. DESSA MANEIRA, UMA SEQÜÊNCIA BEM ESPECÍFICA É PRODUZIDA. 0 1 D0 R0 D1 R1 y2 110 011 101 y3 Direitos Reservados ao CPqD - 1999 1 y1 CÓDIGOS CONVOLUCIONAIS POR EXEMPLO: SE ANALISARMOS UM BLOCO DE 20 BIT , SABEMOS QUE EXISTEM, MATEMATICAMENTE, 2 20 10 6 PALAVRAS. COM ESSE COMPRIMENTO DE 20 BIT. ENTRETANTO, APENAS UM REDUZIDO NÚMERO, DESTAS PALAVRAS DE 20 BIT, PODE SER PRODUZIDO PELO CODIFICADOR , EM SEQÜÊNCIAS DE 20 BIT. 0 1 D0 R0 D1 R1 y2 110 011 101 y3 Direitos Reservados ao CPqD - 1999 1 y1 CÓDIGOS CONVOLUCIONAIS ISTO SE DEVE AO FATO DE QUE CADA BIT DE SAÍDA DEPENDE DE POUCOS FATORES: DO BIT DE ENTRADA E DOS ESTADOS DOS REGISTRADORES 0 1 D0 R0 D1 R1 y2 110 011 101 y3 Direitos Reservados ao CPqD - 1999 1 y1 CÓDIGOS CONVOLUCIONAIS PORTANTO, EXISTE UM PEQUENO NÚMERO DE SEQÜÊNCIAS PERMITIDAS GERADAS PELO CODIFICADOR, E UM NÚMERO EXTREMAMENTE GRANDE DE SEQÜÊNCIAS PROIBIDAS. 0 1 D0 R0 D1 R1 y2 110 011 101 y3 Direitos Reservados ao CPqD - 1999 1 y1 CÓDIGOS CONVOLUCIONAIS QUANDO SE RECEBE UMA DESSAS SEQÜÊNCIAS CODIFICADAS, SE HOUVER ERROS, É ALTAMENTE IMPROVÁVEL QUE ELA TENHA SE TRANSFORMADO EM OUTRA SEQÜÊNCIA PERMITIDA. O PROCESSO DE CORREÇÃO CONSISTE EM SE COMPARAR A SEQÜÊNCIA RECEBIDA COM AS S EQÜÊNCIAS PERMITIDAS ADOTA-SE, COMO CORRETA, A SEQÜÊNCIA PERMITIDA MAIS PARECIDA COM AQUELA QUE SE RECEBEU. O PROCESSO DE COMPARAÇÃO MAIS SIMPLES, RÁPIDO E EFICIENTE, É O CONHECIDO ALGORÍTIMO DE VITERBI. Direitos Reservados ao CPqD - 1999 SEQÜÊNCIA PERMITIDA, MAIS PARECIDA COM A RECEBIDA, É AQUELA QUE DIFERE DO MENOR NÚMERO DE BITS DA SEQÜÊNCIA PROIBIDA QUE SE RECEBEU. CÓDIGOS CONVOLUCIONAIS O CODIFICADOR EXEMPLIFICADO ABAIXO POSSUI OS PARÂMETROS: K 3 1 0 1 - TRIPLICA A TAXA DIGITAL - UTILIZA ATÉ TRÊS ESTADOS PARA GERAR UM BIT DE SAÍDA: O BIT DE ENTRADA E AS SAÍDAS DOS DOIS REGISTRADORES. y1 D0 R0 D1 R1 y2 110 011 101 y3 Direitos Reservados ao CPqD - 1999 1 R 3 EFICIÊNCIA DOS CÓDIGOS CONVOLUCIONAIS O CÓDIGO CONVOLUCIONAL É ALTAMENTE EFICIENTE PARA CORRIGIR ERROS ESPALHADOS. ENTRETANTO, É INEFICIENTE PARA CORRIGIR ERROS EM SURTOS.. Direitos Reservados ao CPqD - 1999 ELE SÓ PODE SER UTILIZADO, NO SISTEMA CELULAR SE OS BITS FOREM ENTRELAÇADOS ( INTERLEAVING ) ANTES DE SEREM TRANSMITIDOS. CODIFICAÇÃO CONVOLUCIONAL COM ENTRELAÇAMENTO SEQÜÊNCIA CODIFICADA ORIGINAL X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 .......X 50 X 51 X 52 X 53 .......X 90 X 91 X 92 X 93 SEQÜÊNCIA ENTRELAÇADA X 90 X 53 X 2 X 92 X 4 .......X 1 X 93 X 5 X 50 .......X 3 X 52 X 2 X 51 X 90 X 53 X 2 X 92 X 4 .......X 1 X 93 X 5 X 50 .......X 3 X 52 X 2 X 51 Direitos Reservados ao CPqD - 1999 SEQÜÊNCIA ENTRELAÇADA RECEBIDA COM UM SURTO DE ERROS DESENTRELAÇAMENTO E CORREÇÃO DE ERROS SEQÜÊNCIA ENTRELAÇADA RECEBIDA COM UM SURTO DE ERROS X 90 X 53 X 2 X 92 X 4 .......X 1 X 93 X 5 X 50 .......X 3 X 52 X 2 X 51 SEQÜÊNCIA DESENTRELAÇADA, ESPALHANDO OS ERROS X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 .......X 50 X 51 X 52 X 53 .......X 90 X 91 X 92 X 93 X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 .......X 50 X 51 X 52 X 53 .......X 90 X 91 X 92 X 93 Direitos Reservados ao CPqD - 1999 SEQÜÊNCIA CORRIGIDA NOÇÕES SOBRE MODULAÇÕES QPSK E 4 SHIFT QPSK Direitos Reservados ao CPqD - 1999 BPSK, Direitos Reservados ao CPqD - 1999 MODULAÇÃO PSK MODULAÇÃO DE DUPLA FAIXA LATERAL SEM PORTADORA: DSB-SC x (t ) cos 0 t x(t ) SINAL MODULADO cos 0 t MOD-DSB.VSD PORTADORA RF Direitos Reservados ao CPqD - 1999 SINAL DE ÁUDIO EXEMPLO DE MODULAÇÃO DSB-SC SEJA xt A cos at et xt cos 0t et A cos at cos 0t A 2 A 2 0 a 0 2 a 0 a Direitos Reservados ao CPqD - 1999 A A cos 0 a t cos 0 a t 2 2 PHASE SHIFT KEYING (PSK) - TRANSMISSOR x (t ) A A x (t ) e2 t x(t) cos 0 t Eb 2 Eb cos 0 t 0 R R 2 PSK-1A.VSD BW R marca e2 (t ) A cos 0t espaco e2 t A cos 0t A cos 0t Direitos Reservados ao CPqD - 1999 0 ENVOLTÓRIA DO BPSK QUANDO O BIT “0” MUDA PARA “1”, E VICE E VERSA, O NÍVEL DE TENSÃO DA ENVOLTÓRIA PASSA POR ZERO VOLT. A -A A 0 A A Direitos Reservados ao CPqD - 1999 -A DEMODULAÇÃO PSK xN e1 x. cos 0t D (t ) e2 REGENER. DIGITAL 2. cos 0t Eb 2 Eb 2N 0 0 N0 0 R 2 1 1 e2 2 x. cos 0t 2 x cos 2 0t 2 2 x x cos 2 0 t 2 PSK em 20 PSK1D.vsd Direitos Reservados ao CPqD - 1999 R Direitos Reservados ao CPqD - 1999 MODULAÇÃO QPSK MODULAÇÃO QPSK R R 2 0 PSK - I R 2 0 cos 0 t BW QPSK.VSD PSK - Q R 2 R 2 sen 0 t 0 R 2 R 2 Direitos Reservados ao CPqD - 1999 BIT SPLITTER R 2 MODULAÇÃO QPSK SÃO DUAS MODULAÇÕES PSK SOBREPOSTAS NA MESMA FAIXA ESPECTRAL. ISTO É POSSÍVEL PORQUE SUAS PORTADORAS ESTÃO EM QUADRATURA COMO CADA MODULADOR TRABALHA COM A METADE DA TAXA ORIGINAL, SUA LARGURA DE FAIXA CAI PARA A METADE DO VALOR QUE TERIA SE O SINAL MODULADO CORRESPONDESSE A UM ÚNICO PSK. Direitos Reservados ao CPqD - 1999 OS BITS SÃO ENTREGUES, ALTERNADAMENTE, PARA UM E OUTRO MODULADOR. ENVOLTÓRIA DO QPSK PASSAGEM DO ESTADO A ; A PARA O ESTADO -A ; -A A A ;A 0 -A A -A ; -A NESTE CASO O NÍVEL DA ENVOLTÓRIA PASSA POR UM NULO Direitos Reservados ao CPqD - 1999 -A Direitos Reservados ao CPqD - 1999 ASPECTO DA ENVOLTÓRIA QPSK PROPRIEDADE BÁSICA DA MODULAÇÃO QPSK A LARGURA DE FAIXA O CUPADA PELA MODULAÇÃO É IGUAL A METADE DA TAXA DO SINAL DIGITAL PORTANTO, PARA UMA MESMA TAXA DIGITAL MODULANTE, O QPSK OCUPA A METADE DA FAIXA ESPECTRAL OCUPADA PELO BPSK Direitos Reservados ao CPqD - 1999 COMO A ENVOLTÓRIA É ALTAMENTE VARIÁVEL, SEU SINAL SÓ PODE SER AMPLIFICADO POR AMPLIFICADOR LINEAR DE BAIXO RENDIMENTO. DEMODULAÇÃO COERENTE DO QPSK z 2 x cos 2 0t 2 y sen 0t cos 0t x x cos 2 0t y sen 2 0t z x 1 0 REGENER. DIGITAL 1 0 0 1 y sen 0t 2 cos 0t 90 ENTRELAÇADOR 0 2 sen 0t u y REGENER. DIGITAL u 2 x cos 0t sen 0t 2 y sen 2 0t y x sen 2 0t y cos 2 0t 0 1 Direitos Reservados ao CPqD - 1999 x cos 0t TAXA DE ERROS BINÁRIOS NAS MODULAÇÕES BPSK, QPSK , BER E b 10 1 10 8 BER.BQ.VSD 1 0 lo g 8,4 dB 11,4 dB Eb N0 Direitos Reservados ao CPqD - 1999 N0 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 Direitos Reservados ao CPqD - 1999 MODULAÇAO / 4 SHIFT QPSK MODULAÇÃO /4 SHIFT DQPSK É UMA MODIFICAÇÃO DO QPSK. SUA ENVOLTÓRIA POSSUI UMA VARIAÇÃO MUITO SUAVE. SEU SINAL PODE SER AMPLIFICADO POR DISPOSITIVO DE BAIXA LINEARIDADE E ALTO RENDIMENTO ENERGÉTICO. Direitos Reservados ao CPqD - 1999 OCUPA A MESMA LARGURA DE FAIXA DO QPSK CONVENCIONAL TAXA DE ERROS BINÁRIOS NA MODULAÇÃO /4 SHIFT DQPSK BER E b 10 1 N0 10 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 10 8 BER.BQ.VSD 10 log 10,4 dB 13,4 dB Eb N0 Direitos Reservados ao CPqD - 1999 2