APOSTILA DE TRANSMISSÃO-1 - 04_2020

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TRANSMISSÃO-1 DE RF

- 04/2020 -

“Telecomunicações Transmissões e Recepção” do autor: Alcides Tadeu Gomes – Editora Érica Introdução: As telecomunicações constituem o ramo da engenharia elétrica que se trata do projeto, da implantação e da manutenção dos sistemas de comunicações e têm por objetivo principal atender à necessidade do ser inteligente de se comunicar à distância. É comum omitir-se o prefixo tele e usar apenas comunicações. Principais Organismos de telecomunicações: ITU – União Internacional de Telecomunicações, com sede em Genebra, Suíça, é uma organização internacional que congrega governos e setores privados num Sistema Unido de Nações para coordenar as comunicações globais em redes e serviços. Subdivide –se em três setores de atuação: - ITU – R: comunicações de rádio e registro de frequências (ref. CCIR); - ITU – T: padronização das telecomunicações em telefonia e telegrafia e dados (ref. CCITT); - ITU – D: desenvolvimento das telecomunicações. EBU – European Broadcasting Union – Union Europénne de Radio-Television, com sede em Genebra, Suíça, é uma confederação que realiza pesquisas e desenvolve mídias, ajuda em projetos de novos rádios e sistemas de TV. Ministério da Comunicações - Órgão do poder Executivo Federal com sede em Brasília, DF, encarregado da elaboração e do cumprimento das políticas públicas do setor de comunicações. Foi criado pelo decreto-lei no 236-1967 de 28/02/1967. ANATEL – Agencia Nacional de Telecomunicações – É a agência reguladora, com sede em Brasília, DF, vinculada ao Ministério das Comunicações, mas sem subordinação hierárquica à qualquer órgão do governo. É uma autarquia especial, administrativamente independente e financeiramente autônoma que herdou do Ministério das Comunicações os poderes de outorga, regulamentação e fiscalização das telecomunicações do Brasil. ABERT – Associação Brasileira de Emissoras de Rádios e Televisão – Com sede em Brasília, DF, é uma prestadora de serviços, informação, e assessoramento ao governo, além de trabalhar em prol dos interesses de seus associados na área da radiodifusão, aos quais presta assessoria nas áreas jurídica, parlamentar e técnica. SET – Sociedade Brasileira de Engenharia de Televisão – É uma associação técnico-científica de profissionais e empresas, sem fins lucrativos, que atua nas áreas de engenharia e afins, nos Fonte: Alcides Tadeu Gomes – Editora Érica – Prof. Paulo Takashi Miyatake

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campos de televisão, telecomunicações, rádio e multimídia. Atua como órgão de difusão, expansão, estudo e aperfeiçoamento dos conhecimentos técnicos, operacionais e científicos.

Órgão Fiscalizador: CONFEA – Conselho Federal de Engenharia e Agronomia, criado em 11 de dezembro de 1933, pelo decreto federal no 23.569, com plena autonomia para criar conselhos regionais. É a instância máxima que regulamenta o exercício dos profissionais da área, através dos CREA – Conselho Regional de Engenharia e Agronomia. Conceituações: Sinais elétricos da informação – são variações de níveis de tensões no tempo, resultante de uma conversão de uma mensagem. São de dois tipos: analógicos e digitais. Sinais analógicos – são tensões elétrica naturalmente variáveis obtidas de dispositivos transdutores. Por exemplo: os sinais elétricos de voz e da música são obtidos dos terminais de um microfone, enquanto os sinais de imagem são obtidos de um dispositivo fotossensível. Sinais digitais – são pulsos elétricos binários ou bits, na forma de 1 e 0 que têm ou não tensão, respectivamente, gerados por dispositivos eletrônicos conversor A/D (Analógico/Digital). Bit – é a menor unidade da informação digital pode ser 0 ou 1. O termo é resultado da contração binary digit (digito binário). Dados – são sequências de bits (bit strem) que constituem a informação digital.

Fundamentos de Sistemas de comunicações: É o conjunto de equipamentos e materiais, elétricos e eletrônicos, necessários para compor um esquema físico, perfeitamente definido, com o objetivo de estabelecer enlaces de comunicações (links) entre pelo menos dois pontos distantes. São exemplos de equipamentos e materiais empregados: centrais telefônicas, transmissores e receptores de rádio, antenas, fios, cabos e isoladores.

Um simples exemplo, que corresponde ao diagrama em bloco da Figura 1.1, é o de duas pessoas que se comunicam por telefone, uma no ponto A e a outra em B, conforme a Figura 1.2.

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As partes integrantes do sistema, com transmissão em A e recepção em B, podem ser assim descritas: a) A fonte de informação, geradora da mensagem é a pessoa que fala ao telefone em A. b) O transdutor, por definição, é todo dispositivo que transforma uma fonte de energia em outra. Na transmissão da voz, o transdutor é o microfone, que converte as vibrações mecânicas da voz em sinais elétricos, na forma analógica. c) O transmissor é a parte do circuito interno do telefone encarregada de fornecer a potência necessária ao sinal elétrico para percorrer o canal de comunicações e chegar ao receptor. d) O canal de comunicações é o meio físico entre o transmissor e o receptor, por onde transitam os sinais elétricos da informação. Nesse caso, o canal de comunicações é uma linha telefônica, um par de fios condutores de eletricidade. e) O receptor é a parte do circuito interno do telefone que recebe os sinais elétricos da voz e os direcionas ao transdutor da recepção. f) O transdutor da recepção é a cápsula receptora, do combinado telefônico, que converte os sinais elétricos em vibrações mecânicas, reproduzindo assim, a voz. g) O destinatário é a quem a mensagem se destina. No exemplo, a pessoa situada em B.

Exemplos de sistemas de comunicações: Sistema de telefonia de rede fixa comutada – Nesse sistema, os equipamentos terminais da ponta da linha são os telefones dos assinantes e o equipamento de comutação, responsável pelo enlace, é uma central telefônica. Os telefones são ligados à central por fios e cabos telefônicos, que constituem a rede fixa do sistema. As modernas centrais telefônicas, são do tipo CPA (Central de Programa Armazenado), um equipamento de comutação da eletrônica digital, dotado por microprocessadores (µP), que comandam e controlam as operações da central. A CPA disponibiliza inúmeros serviços, tais como conferência telefônica, siga-me, chamada em espera, chamada programada, bina, etc.

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Uma CPA, pode ser pública ou privada. A Central pública, serve determinada área do bairro de uma cidade (central urbana) com os ramais dos assinantes. Quase sempre está ligada às outras centrais, por circuitos troncos por meio de fio, fibra óptica ou rádio, para dar maior flexibilidade ao sistema e permitir enlaces com assinantes centrais de outros bairros, outras cidades, outros países (DDD, DDI) e com outros sistemas como telefonia móvel celular. A Central privada, conforme a denominação, é particular, de uma empresa, escritório ou residência. Pode ser um PBX (Private Branch Exchange), que é uma Central manual, comutação via plugues, um PAX (Private Automatic Exchange) que opera apenas com ramais (linhas para telefones internos) ou PABX (Private Automatic Branch Exchange) dotado de ramais e de circuitos troncos para conexão com a central urbana de empresa concessionária. Os ramais podem ser programados para operar como: - Restrito: só atende ramais de outros ramais. - Semi - restrito: pode receber ligações externas, chamar e receber ramais. - Irrestrito ou privilegiado: uso normal, sem restrições, para ligações externas e ramais. Nota: Os sinais elétricos das comunicações entre os telefones convencionais e a Central telefônica ainda são analógicos. Quando o sistema é digital, por exemplo ISDN (Integrated Services Digital Network) o aparelho telefônico é específico. As redes públicas e privadas de empresas (redes corporativas) suportam comunicações em voz via internet, mediante o roteamento da conversação baseada no IP (Protocolo de Internet), em sistema chamado VoIP, voz sobre ou telefonia IP. Usuário da internet podem usufruir da tecnologia ADLS (Asymmetric Digital Subscriber Line), ou Linha Digital Assimétrica para Assinante, que permite a transferência de dados, em velocidade, sobre a linha telefônica do sistema de rede fixa, sem prejuízo das conversações telefônica.

Sistema de telefonia móvel celular

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Figura 2.1 Torre ERB, com antenas

É um sistema de comunicações sem fio, constituído de rádios móveis, terminais dos usuários, conhecidos por telefones celulares e ERB’s, estações de rádio base, fixas. Através da ERB, um rádio móvel se liga com outro radiomóvel, A fala com B, conforme a Figura 2.2 ou com qualquer telefone da rede fixa, via uma central telefônica à qual a ERB está ligada. O sistema permite comunicações por voz, vídeo, mensagens alfanuméricas, fotos tiradas de telefone dotado de câmera fotográfica e acesso à internet. Uma ERB cobre área ou célula do sistema. As ERB’s não cobrem necessariamente superfícies com áreas iguais e nem os mesmos formatos, áreas urbanas e suburbanas por diversas ERB’s. O sistema pode ser estendido a outras áreas de interesses, com instalações de maior número de ERB’s, por exemplo, ao longo de rodovias, áreas rurais, etc. A central de comutação e controle – CCC é o cérebro do sistema, realiza a comutação das ligações e controla todas as ERB’s do sistema. A mobilidade do usuário é garantida pelo enlace contínuo de seu aparelho com a ERB da célula em que se encontra. Saindo de uma célula e penetrando em outra, o serviço é transferido de uma ERB para a outra (handoff). A capacidade da célula é limitada e determinada pelo número de canais de rádio disponíveis na ERB. A ERB é dotada de transmissores, receptores, e antenas. As antenas podem ser vistas no alto de torres ou mastros nas áreas de serviço. A Figura 2.1 apresenta a foto de uma torre de ERB, com antenas.

FIGURA 2.2 Células com ERB’s do sistema de telefonia móvel celular As frequências utilizadas são reutilizadas, num planejamento cuidadoso para não haver interferências entre ERB’s. As frequências alocadas estão agrupadas em bandas e as faixa inicial alocada ao serviço vai de 800 a 890 MHz. Um sistema analógico, o AMPS, evoluiu para o digital em diferentes tecnologias: TDMA, GSM, CDMA, e W-CDMA.

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O telefone celular do assinante, ou terminal móvel, nada mais é que um radiotransceptor portátil, com características de baixa potência de emissão e elevada sensibilidade de recepção. Transceptor é o equipamento montado com transmissor e o receptor juntos, ocupando o mesmo volume. Mesmo quando não está sendo usado, o telefone envia sinais à ERB para informar sua presença na célula.

Sistema de telefonia fixa celular

PORTADORA OU CARRIER: É uma denominação dada à uma onda senoidal, gerada eletronicamente por um aparelho transmissor de rádio (Tx), numa certa potência, para transportar os sinais elétricos da informação, até o aparelho receptor (Rx). A PORTADORA, na mais é que um sinal elétrico, de frequência elevada, que se presta para “transportar, mediante às alterações de algumas de suas características, proporcionalmente ao sinal de informação (Sinal Modulante). Uma Onda Portadora, pode ser transmitida pura, sem modulação, ou modulada. Quando pura, é utilizada em transmissão de Código Morse e, modulada, em AM (Amplitude Modulada), PM (Phase Modulation) e FM (Frequência Modulada). Sendo que os dois últimos, por suas grandes semelhanças, são classificados como Modulação Angular. MODULAÇÃO: Convencionalmente, o sinal de informação é dito SINAL MODULANTE e o sinal de alta frequência é chamado de ONDA PORTADORA. O resultado da composição desses dois sinais, resulta em um terceiro sinal elétrico, chamado SINAL MODULADO. MODULAÇÃO, é o processo eletrônico no qual o sinal elétrico da informação, modifica pelo menos um dos parâmetros da Portadora: Amplitude; Frequência ou Fase. A Onda Portadora Modulada, viaja no canal de comunicação, transportando os sinais da informação, daí a sua denominação de PORTADORA ou CARRIER. A modulação de onda, pode ser feita na forma Analógica ou Digital A modulação ANALÓGICA, ocorre quando os sinais analógicos da informação, atuam sob uma Onda Portadora, também analógica. Por exemplo: Modulação em AM ou FM. A Modulação Digital, ocorre com uma Portadora de Pulsos (trem-de-pulsos) que interage com sinais analógicos da informação.

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Por exemplos: Na modulação por Amplitude de Pulsos (PAM), ou na conversão de sinal Analógico em um sinal digital, Pulse Codec Modulation (PCM). PORTADORA:

e0 (t) = E0 . cos Ѡ0 .t Ѡ0 = 2 f 0

SINAL MODULANTE: em(t) = Em . cos Ѡm .t Ѡm = 2πfm CATEGORIAS DE MODULAÇÃO AM:

a) Sinal Modulante b) ONDA Portadora ou Carrier c) Sinal Modulado A modulação em AM, pode se subdividir em quatro categorias: a) AM – DSB (Amplitude Modulation – Double Side Band) Modulação em Amplitude com Banda Lateral Duplo. b) AM – DSB/SC (Amplitude Modulation – Double Side Band/Supressed Carrier) – Modulação em Amplitude com Banda Lateral Dupla e Portadora Suprimida. c) AM – SSB (AM – Single Side Band) – Modulação em Amplitude - Banda Lateral Simples. d) AM – VSB (AM Vestigial Side Band) – Modulação em Amplitude – Banda Lateral em Vestígio.

AS QUATRO FORMAS BÁSICAS DE MODULAÇÃO DE TREM-DE-PULSOS: Fonte: Alcides Tadeu Gomes – Editora Érica – Prof. Paulo Takashi Miyatake

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Considerando-se, uma portadora trem-de-pulsos, ela pode variar: amplitude, largura, posição relativa dos pulsos e codificação em binário. a) PAM (Pulse Amplitude Modulation) – Modulação da Amplitude dos Pulsos. b) PWM (Pulse Width Modulation) – Modulação da Largura dos Pulsos. c) PPM (Pulse Position Modulation) – Modulação por Posição de Pulsos d) PCM (Pulse Code Modulation) – Modulação por Codificação dos Pulsos

DENOMINAÇÃO DOS SINAIS ELÉTRICOS: Um sinal elétrico pode receber as seguintes denominações: a) b) c) d)

Finito: quando ocorre num em um espaço de tempo finito. Periódico: quando é repetitivos intervalos de tempos iguais. Aperiódicos: quando o sinal não é repetitivo. Aleatório: é um sinal de comportamento imprevisível, gerado com variações ao acaso, na amplitude, frequência e fase. É verdade que, na maioria das vezes, os sinais analógicos obtidos dos transdutores são aleatórios, mas se repetido o evento, é quase certeza a repetição do mesmo sinal. Em telecomunicações, quando se fala em sinal aleatório, o primeiro nome lembrado é o ruído elétrico. O ruído é gerado continuamente por diversas fontes da natureza e é extremamente nocivo às comunicações. Para não ser confundido com o sinal de informação, é tratado apenas por ruído. e) Pseudoaleatório: é um tipo de sinal aparentemente aleatório, mas de certa forma previsível. Uma fonte eletrônica geradora de sinais pseudoaleatórios pode ser usada, por exemplo, para efetuas mudanças de chaves em equipamentos de sigilo (criptossistemas). f) Determinístico: é o sinal perfeitamente previsível e determinado, desenvolvido a partir de uma expressão matemática, função de tempo f(t) ou função de frequência, f(ꞷ). Por exemplo, o sinal senoidal.

O SINAL PERIÓDICO; O estudo e a geração dos sinais ficam facilitados quando se trata de sinal periódico. O intervalo de repetição denomina-se período, representado pela letra T e medido em segundo (s). Um período, da figura 1.3, equivale, a um ciclo e a quantidade de ciclos por segundos é denominada frequência, medida em Hertz. Quando o sinal periódico é assimétrico, semelhante ao da figura 1.3, os semiciclos positivos diferem dos semiciclos negativos e é possível afirmar, a priori, tratar-se de um sinal complexo, composto por outros sinais tidos como fundamentais.

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Figura 1.3

Dentre os sinais periódicos, o senoidal, é extremamente útil e talvez o mais usado. É gerado em aparelhos eletrônicos de laboratório, para ensaios e consertos de equipamentos, em circuitos de radiotransmissores e em modems, como “ondas portadoras” para transportar os sinais elétricos da informação. É um sinal simples, puro, na frequência fundamental. Os sinais precisam ser medidos e, quando necessário, analisados.

PARÂMETROS E UNIDADES DE MEDIDAS: São parâmetros de referência usados para medir os sinais elétricos:

a) Tensão, E: É medida em volts (V), nos valores instantâneos: médio, eficaz ou RMS. b) Intensidade corrente elétrica, I: medida em ampère (A) c) Frequência, f: mecanicamente é o número de vibrações por segundo da fonte geradora e eletricamente é a quantidade de ciclos por segundo do sinal periódico gerado. A frequência é medida em Hertz (Hz). d) Fase ɥ, é a medida, em tempo ou ângulo, obtida em relação à uma referência fixa ou comparativa entre sinais. Um sinal pode estar em fase com outro, atrasado ou avançado em relação a esse outro sinal e a diferença de tempo entre eles é chamada de retardo (delay). e) Potência elétrica, P: medida em Watts (W) equivale à energia elétrica gerada por uma fonte ou dissipada por uma carga. É o resultado do produto E.I (Tensão x Intensidade). Ou: P = E2 ÷ R e P = R x I2

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Tabela de unidades :

FORMAS DE ONDAS:

Figura 2 a) Onda Senoidal b) Onda Digital c) Onda Dente de Serra d) Onda Telha

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Figura 3

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Figura 8

Figura 9

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