O transmissor pode possuir três subsistemas: conversor A/D, modulador e codificador.

Conversor A/D

Mesmo que o sinal não seja originalmente digital, ele pode ser convertido. O processo de conversão é divido em três partes: amostragem, quantização e codificação.

Teorema da amostragem (Nyquist)

Um sinal pode ser reconstruído exatamente (sem qualquer erro) a partir de suas amostras em um tempo discreto tomadas uniformemente a uma taxa de R amostras por segundo. R deve ser igual ou maior que duas vezes a largura de banda (R >= 2B).

Quantização

Ao completar a conversão A/D, a mensagem original é representada por uma sequência de amostras, cada amostra assume um dos L níveis de quantização. No processo de quantização é gerada uma aproximação do sinal analógico em digital. A diferença entre o sinal analógico e o sinal digital gerado é chamado de ruído de quantização. Quanto maior a quantidade de níveis, menor vai ser o ruído de quantização, mas mais susceptível a perca de dados o sinal fica, devido a proximidade do níveis e a interferência causa pelo ruído do canal. E quanto menor a quantidade de níveis, menos susceptível ao ruído do meio e maior o ruído de quantização.

Codificação

É designação de cada nível quantizado por um dado código.

Modulação por codificação de pulso (PCM – Pulse-coded modulation)

Na PCM cada amostra quantizada é representada por uma combinação ordenada de dois pulsos básicos p₁(t) para representa 1 e p₀(t) para representar 0. Onde 0 e 1 são digitos binários referente a um bit de informação. Dessa forma, cada amostra pode ser mapeada como uma sequência de pulsos.

Observação: A sequência de pulsos é feita no domínio do tempo, para trabalhar sob o domínio do tempo é difícil, para isso existe a Transformada de Fourier, algoritmo que transforma o sinal do domínio do tempo para o domínio da frequência e vice-versa.

Formula

log _b L = N

Onde N é o número de bits do sinal quantizado, sendo L a quantidade de níveis e b é a quantidade de símbolos (por exemplo, utilizando o código binário, b seria 2).

Em projeto de sistemas de comunicação consideramos algumas coisas, como as características do sinal e do canal.

Em um sistema de comunicação, os parâmetros e as limitações físicas fundamentais que controlam a taxa de transmissão e qualidade do canal são: largura de banda (B) e a potência do sinal (P_s).

Largura de Banda

A largura de banda de um canal, é o intervalo de frequências que ele é capaz de transmitir com razoável fidelidade, em outras palavras, é a medida da capacidade de transmissão de um determinado meio.

Potência do Sinal

Podemos entender essa potência como a força do sinal, que tem grande papel na transmissão, já que ela está relacionada a qualidade de transmissão. O aumento de P_s reforça o pulso do sinal.

SNR

O SNR é a relação P_s pela P_r (Potência do ruído), é ele que determina a qualidade de recuperação do sinal transmitido. Em toda transmissão é exigido uma SNR mínima.

Uma maior SNR significa que o pulso de sinais transmitido pode usar mais níveis de sinais, permitindo um maior número de bits em cada transmissão de pulso.

Capacidade do Canal

A capacidade do canal é a capacidade de transmissão de dados de forma confiável no canal, ela está diretamente relacionada a SNR e a largura de banda.

Um dos tipos de canais mais comuns é conhecido como canal com ruído gaussiano branco aditivo (AWGN – Addtive White Gaussian Noise), esse canal tem ruído conhecido e constante, sendo possível calcular a capacidade do canal, através da seguinte formula:

C = B log₂ (1 + SNR) bit/s

Os dB tem uma relação com o sinal ruído, portanto a partir dos dB você pode encontrar a SNR do canal.

Q(dB) = 10 log₁₀ (P_s/P_r)

Lembrando que:

P_s / P_r = SNR

Modulador

Os sinais banda base podem ser transmitidos diretamente por meio de um canal apropriado, mas dependendo das características do canal e do sinal (no domínio da frequência), sinais banda base não são adequados para serem transmitidos.

Quando as bandas de frequência do sinal e do canal não coincidem exatamente, os canais podem ser deslocados (em frequência). Os sinais podem ser modificados para que a transmissão se torne possível. Essa modificação é chamada de modulação, processo de variação de amplitude, frequência e/ou fase de uma portadora senoidal.

Portadora é uma senoide de alta frequência.

Os sinais de rádio por exemplo, são sinais modulados. Sinal AM (Amplitude Modulation) onde é feito uma variação da amplitude de um sinal senoidal (portadora), já o sinal FM (Frequence Modulation) a variação é feita na frequência de um sina senoidal. Ao aumentar a amplitude, estamos aumentando a potência do sinal fazendo com que tenha um alcance maior, mas com o aumento da potência do sinal também é aumentado a potência do ruído fazendo com que haja mais perca de dados, ou seja, uma menor qualidade da transmissão.

Codificador

A função básica do codificador de sinais fonte é reduzir a taxa de bits necessária para a transmissão da mensagem de acordo com a capacidade do canal de transmissão.

O que é Banda base?

Banda base ou baixa base, é faixa de frequência que é gerada pela fonte, por exemplo a voz humana, está na baixa base, onde sua frequência varia de de 0 podendo atingir até 4000 Hz. Também existe a banda passa (também chamada de banda passante) é um conjunto contínuo de valores de frequência e a banda alta que é um frequência que tende ao infinito no domínio da frequência.

Multiplexação

É essa técnica que permite mais de um canal de informação em um mesmo meio. Essa combinação pode ser feita por uma divisão da frequência, onde cada faixa de frequência determinada serve para transmitir um canal. Um exemplo é um cabo usado pela rede telefônica, onde o mesmo cabo serve tanto para o telefone quanto para a internet.

A multiplexação pode ser:

FDMA – Multiplexação por divisão de frequência.

TDMA – Multiplexação por divisão do tempo.

E como é feito para selecionar essas faixas?

Utilizando filtros, que são um tipo de circuito que seleciona uma determinada faixa de frequência. Existem quatro tipos de filtros: filtro passa baixa, passa faixa, passa alta e passa tudo.

Filtro passa baixa: aceita frequências chamadas de banda baixa.

Filtro passa faixa: aceita frequências chamadas de banda passa.

Filtro passa alta: aceita frequências chamadas de banda alta.

Filtro passa tudo: aceita todos os tipos de frequência.

Filtros Ideais vs Filtros Práticos

Não vou falar sobre os filtros, apenas deixarei uma imagem para que você tire suas próprias conclusões. Ah, só uma coisinha, filtros ideais não existe na prática, existem apenas em teoria.

Observação: Os receptores fazem o processo inverso dos transmissores, para no final a mensagem possa ser mostrada da forma que foi gerada.

Fontes

•  Sistemas de Comunicações Analógicos e Digitais Modernos - 4ª Ed. - B. P. Lathi