Conversão Digital-analógica é o processo de mudar uma das características de um sinal analógico baseado na informação do dado digital.

1. 5.1
Capítulo 5
Transmissão Analógica
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2. 5.2
5-1 CONVERSÃO DIGITAL-ANALÓGICA
Conversão Digital-analógica é o processo de mudar
uma das características de um sinal analógico baseado
na informação do dado digital.
Aspectos da Conversão Digital-Analógica
Amplitude Shift Keying (ASK)
Frequency Shift Keying (FSK)
Phase Shift Keying (PSK)
Quadrature Amplitude Modulation (QAM)
Tópicos discutidos nesta sessão:

3. 5.3
Figura 5.1 Conversão Digital-analógica

4. 5.4
Figura 5.2 Tipos de Conversão digital-analógica

5. 5.5
Taxa de Bits (Bit rate) é o número de bits
por segundo. Taxa de Bauds (Baud rate)
é o numero de elementos do sinal por
segundo.
Na transmissão analógica de dados
digitais, a taxa de bauds é menor ou
igual a taxa de bits.
Note
S = N ´
1
r
r = log2 L
N taxa de dados
r  número de elementos de dados
representados em um elemento de sinal.
L tipo de elemento de sinal e não o nível.

6. 5.6
Um sinal analógico transporta 4 bits por símbolo. Se
1000 símbolos são enviados por segundo, encontre a
taxa de bits.
Solução
Neste caso, r = 4, S = 1000, e N não é conhecido.
Podemos encontrar o valor de N como abaixo.
Exemplo 5.1
S = N ´
1
r
N = S´r =1000´4 = 4 kpbs

7. 5.7
Exemplo 5.2
Um sinal analógico tem uma taxa de bits de 8000 bps e
uma taxa de bauds de 1000 bauds. Quantos dígitos
podem ser transportados por cada símbolo do sinal?
Quantos símbolos são necessários?
Solução
Neste examplo, S = 1000, N = 8000, e r e L não são
conhecidos. Podemos encontrar o valor de r e depois o
valor de L.
S = N ´
1
r
r = log2 L
r =
N
S
=
8000
1000
= 8 bit / bauds
L = 2r
= 28
= 256

8. 5.8
Largura de Banda
A largura de banda necessária para transmissão
analógica de um sinal digital é proporcional a taxa do
sinal, exceto para FSK, onde deve ser adicionado a
diferença entre as portadoras.

9. Sinal da Portadora
Na transmissão analógica, o transmissor produz um
sinal de alta frequência que age como a base para a
informação do sinal.
Este sinal base é chamado de sinal da portadora ou
frequência da portadora.

10. 5.10
Chaveamento de Amplitude (ASK)
ASK normalmente é implementado em dois níveis.
Também chamdado de on-off keying (OOK)
d  varia entre 0 e 1, e depende do processo de
modulação e filtragem.

11. 5.11
Figura 5.4 Implementação do ASK binário

12. 5.12
Exemplo 5.3
Temos uma largura de banda disponível de 100 kHz,
entre 200 e 300. Qual a frequência da portadora e a
taxa de bits se modulamos nossos dados usando ASK
com d = 1?
Solução
O meio da banda passante é 250 kHz. Isto significa que a
frequência da portadora está em fc = 250 kHz. Podemos
usar a fórmula da banda passante para encontrar a taxa
de bits (com d = 1 e r = 1).
B = (1+d)´S = 2´ N ´
1
r
=100 kHz N = 50 kbps

13. 5.13
Exemplo 5.4
Na comunicação de dados, normalmente usamos links
full-duplex para comunicação em ambas as direções.
Necessitamos dividir a banda passante em duas com
duas frequências portadoras, como mostra a Figura
5.5. A figura mostra as posições das duas portadoras e
as bandas passantes. A banda passante disponível em
cada direção é agora 50 kHz, o que nos leva a uma
taxa de dados de 25 kbps em cada direção.

14. 5.14
Figura 5.5 Banda passante do ASK full-duplex usado no Exemplo 5.4

15. 5.15
Chaveamento de Frequência - FSK
No FSK a frequência da portadora é variada para
representar os dados.

16. 5.16
Exemplo 5.5
Temos uma banda passande disponível de 100 kHz,
entre 200 e 300 kHz. Qual poderia ser a frequência da
portadora e a taxa de bits se modulamos nossos dados
usando FSK com d = 1?
Solução
O problema é similar ao Exemplo 5.3, mas estamos
modulando o sinal usando FSK. O meio da banda está
em 250 kHz. Escolhemos 2Δf = 50 kHz;

17. 5.17
Figura 5.7 Implementação do BFSK

18. 5.18
FSK Multinível
No FSK podemos usar mais do que duas frequências.
É bom lembrar que as frequências precisam estar
separadas de 2Δf, para as operações do modulador e
demodulador.
Pode ser mostrado que o valor mínimo para 2Δf é S.
Sendo assim o a largura de banda para d=0 é:
B =(1+d)´S+(L-1)2Df = L´S

19. 5.19
Exemplo 5.6
Necessitamos enviar 3 bits de dados a uma taxa de 3
Mbps. A frequência da portadora é 10 MHz. Calcule o
número de níveis (frequências diferentes), a taxa de
bauds, e a banda passante.
Solução
Podemos ter L = 23 = 8. A taxa de bauds é S = 3 MHz/3 =
1000 Mbaud. Isto significa que a frequência das
portadoras devem estar separadas de 1 MHz (2Δf = 1
MHz). A banda passante é B = 8 × 1000 = 8000. A
Figura 5.8 mostra a alocação das frequências e a banda
passante.

20. 5.20
Figura 5.8 Banda passane do MFSK usado no Exemplo 5.6

21. 5.21
Modulação por chaveamento de fase - PSK
Hoje o PSK é mais comum que o ASK e FSK.
O BPSK é tão simples quanto o BASK com uma grande
vantagem, ele é menos suscetível a ruído.
O PSK é superior ao FSK porque ele não necessita de dois
sinais de portadora.

22. 5.22
Figura 5.10 Implementação do BASK

23. 5.23
Quadratura PSK - QPSK
QPSK usa duas modulações BPSK separados, uma está na fase
e outra em quadratura (fora de fase)
Os bits que chegam no modulador passam primeiro por um
conversor serial paralelo que envia um bit para um modulador
e o próximo bit para o outro. Se a duração de cada bit entrando
é T, a duração em cada modulador é 2T. Isto significa que o bit
em cada modulador tem metade da frequência do sinal original.
Os dois sinais compostos criados por cada multiplicador são
ondas senoidais de mesma frequência mas fases diferentes pelo
multiplicador.
Como temos L=4, podemos enviar dois elementos de dados em
cada elemento de sinal. (r=2).

24. 5.24
Quadratura PSK - QPSK

25. 5.25
Exemplo 5.7
Encontre a banda passante para um sinal
transmitindo a 12 Mpbs em QPSK. O valor de d = 0.
Solução
Para QPSK, um símbolo do sinal representa. Isto
significa que r = 2. Então a taxa do sinal (baud rate) é
S = N × (1/r) = 6 Mbaud. Com o valor de d = 0, temos
que B = S = 6 MHz.

26. 5.26
Figura 5.12 Conceito de um diagrama de constelação

27. 5.27
Exemplo 5.8
Mostre os diagramas de constelação para os sinais:
ASK (OOK), BPSK, e QPSK.
Solução

28. 5.28
Modulação em amplitude e quadratura é
a combinação entre ASK e PSK.
Nota

29. 5.29
Figura 5.14 Diagramas de constelação para alguns QAMs

30. 5.30
Largura de Banda para QAM
A largura de banda mínima para QAM é a mesma requerida
para ASK e PSK.
QAM tem as mesmas vantagens que a PSK tem sobre a ASK.

31. 5.31
5-2 ANALÓGICO - ANALÓGICO
A Conversão Analógico-analógico é a representação
da informação analógica por um sinal analógico.
Alguém pode perguntar porque necessitamos modular
sinais analógicos, se ele já é analógico. A Modulação é
necessária se o meio tem uma natureza passa banda
ou se somente um canal passa banda está disponível.
Modulação em Amplitude - AM
Modulação em Frequência - FM
Modulação em Fase - PM
Tópicos discutidos nesta sessão:

32. 5.32
Figura 5.15 Tipos de modulação analógica-analógica

33. 5.33
Figura 5.16 Modulação em Amplitude

34. 5.34
A banda passante requerida para AM
pode ser determinada pela banda
passante do sinal de áudio: BAM = 2B.
Nota

35. 5.35
Alocação de banda AM
A largura de banda de um sinal de voz e de música é 5 KHz. Por
esta razão uma estação de rádio AM necessita de uma largura
de banda de 10 KHz
Cada estação AM deve estar separada uma da outra de pelo
menos 10KHz para evitar interferência.

36. 5.36
Modulação em Frequência - FM

37. 5.37
A banda passante para FM pode ser
determinada pelo sinal de áudio:
BFM = 2(1 + β)B.
Nota
β = 4 valor comumente usado.
BFM = 10 x B

38. 5.38
Alocação de Banda FM
A largura de banda de um sinal de áudio (voz e de música) em
estéreo é 15 KHz. A ANATEL aloca 200 KHz para cada estação.
Cada estação FM deve estar separada uma da outra de pelo
menos 200KHz para evitar interferência.

39. 5.39
Modulação em Fase

40. 5.40
A banda passante total requerida para
PM pode ser determinada pela banda
passante e amplitude máxima do sinal
modulado:
BPM = 2(1 + β)B.
Note
β = 1 para banda estreita
β = 3 para banda larga
BPM = 8 x B