Programa de Modulação e Codificação
Revisão de conceitos essenciais :
- Espectro
de sinais (exemplos para sinusóide, impulso rectangular e trem de impulsos
rectangulares com duty-cycle variável).
- Unidades
lineares e logarítmicas (Néper, dB, dBm, dBW,
dBV, etc.).
Introdução :
- Apresentação
do Espectro Electromagnético. Importância nas aplicações e nos objectivos
de um Engenheiro de Telecomunicações.
- Meios de
transmissão guiados e não guiados.
- Canais
de comunicação. Perturbações nos canais de comunicação: ruído (AWGN e
outros), atenuação, distorção, etc.
- Capacidade
de um canal: teorema de Shannon.
- Necessidade
de usar modulação. Métodos de modulação analógica e de modulação digital.
- Objectivos
da modulação. Conceitos de modulante e de portadora.
Modulações Analógicas Lineares:
- Modulações
lineares. Modulação de amplitude. Dedução das expressões do sinal modulado
nos domínios do tempo e da frequência. Propriedades.
- Variantes
da modulação de amplitude : DSB (ou BLD), SSB (ou BLU) e VSB (ou
BLV).
- Determinação
das formas de onda no tempo para vários índices de modulação e determinação
de espectros.
- Determinação
da potência do sinal modulado e eficiência de potência para AM e DSB.
- Desmodulação
de DSB e SSB síncrona. Receptores coerentes e respectivos circuitos.
- Determinação
do efeito do erro de fase nas modulações DSB e SSB.
- Desmodulação
de AM por detecção de envolvente. Apresentação e explicação do
funcionamento do circuito.
- Estudo
das modulações lineares na presença de ruído AWGN.
- Estudo e
dedução da relação sinal-ruído para DSB.
- Representação
de um sinal passa-banda em termos das suas
componentes em fase e em quadratura. Aplicação ao ruído passa-banda e respectiva dedução.
- Dedução
das relações sinal ruído (S/N) para AM com desmodulação síncrona e com detecção de envolvente.
- Apresentação
de algumas expressões gerais para as relações sinal ruído em modulações
lineares e respectiva comparação.
- Estudo
dos receptores de rádio:
- Estrutura
geral de um receptor.
- Receptores
super-heterodinos. Exemplos para as modulações
estudadas.
Modulações Analógicas Exponenciais:
- Definição
e estudo das expressões para modulações PM e FM.
- Apresentação
de circuitos para modular e desmodular PM e FM.
- Aplicação
das modulações exponenciais em sistemas de telecomunicações.
- Sistemas
de multiplexagem por divisão na frequência FDM.
- Vantagens
das modulações exponenciais.
- Estudo
das relações sinal-ruído para FM e FDM.
- Largura
de banda em FM e Regra de Carlson.
- Pré-ênfase e de-ênfase.
- Limiar
teórico de sensibilidade. Exemplo com problema para feixes hertzianos.
- Receptores
para FM e FM estéreo.
Comunicação por modulação por impulsos:
- Modulação
de impulsos analógica: PAM, PWM e PPM.
- Teorema
da amostragem. Ritmo de Nyquist. Sobreposição Espectral (aliasing).
- Representação
matemática de um sinal digital PAM e respectiva recuperação. Apresentação
dos sinais nos domínios do tempo e da frequência.
- Vantagens
e aplicações: multiplexagem por divisão no tempo
TDM.
Transmissão Digital:
- Introdução
à transmissão digital: codificação de linha (transmissão em banda base) e
modulação digital (transmissão passa-banda).
- Revisão
dos conceitos de informação, dados, comunicação e telecomunicações. Dados
analógicos e digitais. Exemplos.
- Amplitude,
frequência e período de um impulso. Impulsos M-ários.
Frequência de símbolo e taxa de transmissão binária. Unidades. Exemplo de
aplicação.
- Apresentação
do diagrama completo de um sistema de transmissão digital em banda base.
- Códigos
de linha: tipos, objectivos e propriedades desejáveis. Apresentação de
exemplos para os códigos RZ, NRZ, AMI e Manchester.
- Densidade
espectral de potência de um sinal binário síncrono (ou espectro de
potência de um sinal PAM). Exemplos de aplicação para os códigos unipolar
NRZ e AMI. Expressão geral.
- Principais
causas das limitações à transmissão: perdas,
atraso, ruído, limitação de largura de banda, distorção e interferência
inter-simbólica (Intersimbol interference - ISI).
- Ruído e
erros em transmissão digital. Dedução da expressão para a probabilidade de erro de um
código polar. Exemplo para os códigos estudados. Utilização de gráficos e
expressões com as funções Q(x) e Erfc(x).
- Apresentação
e explicação do funcionamento de um regenerador. Comparação com os
repetidores analógicos. Probabilidade de erro numa cadeia com R
secções ou (R-1) regeneradores e comparação com o equivalente
analógico e respectivas expressões.
- Definição
de largura de banda de ruído para sistemas em banda base e sistemas
modulados. Expressões gerais para sistemas M-ários.
Exercício de aplicação.
- Interferência
inter-simbólica e primeiro critério de Nyquist.
- Padrão
de olho como aferidor da qualidade de um sistema. Definição dos vários
parâmetros constituintes e sua influência. Relação com a probabilidade de
erro. Apresentação de exemplos para sistemas com e sem filtros de Nyquist para vários valores do factor de excesso de
banda (roll-off factor).
- Definição
de filtro adaptado. Exemplo de aplicação com circuito prático.
- Energia
de bit Eb e relação Eb/N0. Aplicação a
códigos polares e unipolares. Dedução da sua relação com a relação sinal-ruído C/N.
- Igualadores
(no domínio da frequência).
- Apresentação
dos filtros óptimos de emissão e recepção para minimizar a probabilidade
de erro num sistema com AWGN e de forma a eliminar a interferência
inter-simbólica.
Modulação digital:
- Modelo
de um sistema de comunicação com modulação digital.
- Técnicas
de modulação digital : amplitude, frequência e fase.
- Estudo da
ASK. Expressão para o sinal modulado, espectro e largura de banda.
Analogia com a modulação de amplitude analógica. OOK.
- Estudo
da FSK. Espectro do sinal modulado.
- Primeiro
critério de Nyquist para sistemas modulados.
- Modulação
binária de fase PSK. PSK diferencial.
- Modulação
M-ária e representação das constelações
de símbolos para M-PSK.
- Representação
em fase e quadratura do equivalente complexo passa-baixo.
- Comunicação
digital no contexto dos espaços lineares de sinais:
Producto interno; norma
(e energia de símbolo); distância euclidiana entre símbolos e derivação de
Pb(Eb/N0).
- Modulação
QAM.
- Comparação
de modulações digitais em termos do desempenho de potência, i.e., Pb ( Eb/N0).
- Comparação
de modulações digitais em termos da eficiência espectral.
- Tipos de
receptores para modulações digitais.
Codificação de Fonte:
- Fontes
de informação discreta. Codificador de fonte.
- Quantidade
de informação: definição e unidades.
- Entropia
de uma fonte de informação discreta. Ritmo de informação. Relação entre
entropia de uma fonte e o comprimento médio do código de fonte.
- Eficiência
do codificador de fonte.
- Codificação
para uma fonte de informação discreta de símbolos independentes.
- Codificação
entrópica de Huffman e
Shannon-Fano para uma fonte de informação
discreta de símbolos independentes.
- Representação
de um canal. Exemplo do canal binário simétrico.
- Capacidade
de um canal de comunicação.