Transmissão dos Sinais
I keep six honest serving men
(They taught me all I knew) ;
Their names are What and Why and When
And How and Where and Who
Rudyard Kipling
Os sinais de voz e dados para serem transmitidos passam por um processamento de sinal que consiste em amostragem, multiplexação, quantização, codificação, modulação e depois são enviados conforme a tecnologia utilizada no sistema.
A multiplexação é o processo de coletar as amostras dos vários sinais que se quer transmitir e enviá-los por uma única via, de forma que cada amostra coletada receba uma parcela fixa do tempo disponível
Multiplexador
A função básica de um multiplexador é combinar múltiplas entradas em um único terminal de envio dados.
No lado da recepção, um demultiplexador divide o fluxo único de dados nos sinais múltiplos originais.
As tecnologias existentes atualmente para codificação dos sinais são : TDMA, CDMA.
TDMA
A sigla TDMA (Time Division Multiple Access) , que quer dizer "Acesso Múltiplo por Divisão de Tempo".
O TDMA é um sistema que funciona dividindo um canal de frequência em até três intervalos de tempo distintos.
Cada usuário ocupa um espaço de tempo específico na transmissão, o que impede problemas de interferência.
A mais complexa implementação usando o principio TDMA é o GSM´s (Global System for Mobile communication).
Para reduzir o efeito de interferência por correlação de canais, atenuação e caminhos múltiplos, a tecnologia GSM pode usar o chamado
Vantagens do TDMA
Existem muitas vantagens no uso da tecnologia TDMA no telefone móvel.
Pois, o TDMA pode ser facilmente adaptado para a transmissão tanto de dados quanto na comunicação de voz.
O TDMA também tem capacidade para transportar de 64 Kbps a 120 Kbps de taxa de dados.
E isto permite às operadoras oferecerem serviços como fax, banda de voz e SMS, assim como uma aplicação de largura de banda intensiva para multimídia e videoconferência.
Em função da tecnologia TDMA separar os usuários em slots de tempo, isto assegura que não haverá interferência quando ocorrem transmissões simultâneas.
codificação TDMA
O processo de criar slots de tempo na transmissão, fornece aos usuários maior tempo de bateria em seus aparelhos, pois ela transmite somente uma porção do tempo durante as conversações.
E desde que, o tamanho da célula permaneça pequeno, ela também economiza os equipamentos das ERB´s, espaço e manutenção.
O TDMA também é uma tecnologia que tem um custo benefício melhor ao converter um sistema analógico para um sistema digital.
Desvantagens do TDMA
A maior dsvantagem no uso da tecnologia do TDMA é que os usuários teêm um slot de tempo predefinido.
Então, ao se locomoverem de uma célula para outra, e se todos os slots de tempo da nova célula estiverem ocupados, o usuário poderá não receber o sinal de tom, ou seja, a ligação “"cairá"”.
Um outro problema no TDMA é que ele esta sujeito a distorção pelo fato do
Reflexão do sinal
sinal ser refletido por vários percursos.
Para superar esta distorção, um tempo limite é atribuído para os slots do sistema.
Assim, quando o tempo limite termina o sinal é ignorado
“
[Time Division Multiple Access (TDMA)” from International Engineering Consortium website l
http://www.iec.org/online/tutorials/tdma/topic05.htm ]
CDMA
CDMA (Code Division Multiple Access), ou Acesso Múltiplo por Divisão de Código é um método de acesso a canais em sistemas de comunicação.
No CDMA o acesso múltiplo de canais que compartilham uma mesma banda de freqüências (faixa de atuação), é feito pela utilização de códigos diferentes pelos vários terminais.
No destinatário, a informação é extraída destes canais conhecendo-se, a chave específica com que cada canal é codificado.
Spread Spectrum
O CDMA utiliza a técnica de “Spread Spectrum”, na
Neste processo quanto mais usuários utilizam o canal maior o ruído, que por consequência aumenta a interferência para os canais que utilizam a mesma banda até um limiar quando não é mais possível decodificar os canais.
Esta interferência também é tanto maior, quanto maior for a potência individual de cada canal transmitido naquela banda.
O aumento de potência é causado pela alteração da relação sinal ruído conforme veremos.
Este comportamento motivou o desenvolvimento de um sofisticado mecanismo de controle de potência nos terminais e ERBs de um sistema CDMA.
Este controle de potência leva também em conta à expansão e à contração do raio de uma célula CDMA conforme o seu carregamento com tráfego.
A setorização de células é usada para reduzir a interferência, uma vez que cada setor utiliza antenas direcionais e não interfere nos demais setores da célula.
Setorização
Na comunicação entre estação móvel e ERB utilizam-se esquemas de codificação diferentes em cada direção do enlace.
Quando implementada em um sistema de telefonia móvel celular, a tecnologia CDMA oferece numerosos benefícios aos operadores e seus assinantes, tais como:
1. Capacidade aumenta de 8 a 10 vezes em relação ao sistema analógico AMPS e de 4 a 5 vezes em relação ao sistema GSM, melhorando assim a capacidade de tráfego (em Erlang) do telefone dramaticamente.
2. CDMA fornece maior privacidade através de suas características particulares de segurança.
CDMA utiliza codificação digital para toda chamada telefônica ou transmissão de dados.
Um dentre 4.4 trilhões de códigos diferentes é atribuído a cada comunicação, que o distingue nas chamadas realizadas simultaneamente sobre o mesmo espectro de transmissão.
Com codificação digital CDMA, até mesmo seu número de telefone permanece privado, isso significa que seu aparelho não pode ser "clonado";
3. Os equipamentos CDMA transmitem tipicamente em níveis de potência de 1/25 a 1/1000 daqueles do AMPS e do TDMA. Estas exigências de potências mais baixas refletem em telefones portáteis menores, com tempo de conversa e tempo de standby aumentados.
Reduz-se também a interferência em outros dispositivos eletrônicos, além dos riscos potenciais de saúde.
Relação Sinal Ruído - (SNR)
O sinal de comunicação sofre interferências ao longo de sua trajetória até os canais de recepção, causando distorções indesejaveis na forma do sinal transmitido, degradando a informação transportada.
O sinal não é somente distorcido pelo canal de transmissão, mas também é contaminado ao longo do caminho por indesejáveis sinais agrupados sob o nome padrão de ruído, que são sinais aleatórios e imprevisivéis vindos de causas externas e internas.
Os ruídos externos ao sistema incluem interferências vindas de sinais transmitidos por canais que estão muito próximos, ruídos feitos por humanos que são gerados pela falha de contato em equipamentos elétricos, radiação das ignições dos automóveis.
Luzes fluorecentes ou ruídos de causas naturais vindos de relâmpagos, assim como de tempestades elétricas e radiação eletromagnética solar.
Com cuidados apropriados, os ruídos externos podem ser minimizados ou até eliminados.
Os ruídos internos resultam do movimento dos elétrons nos condutores, emissão aleatória,e difusão ou recombinação de cargas nos dispositivos eletrônicos.
Técnicas apropriadas podem reduzir os efeitos dos ruídos internos, mas nunca podem eliminá-los.
O ruído é um fator básico que coloca um limite na taxa de comunicação.
A relação sinal-ruido ( SNR) é definida como a taxa de potência de sinal para a potência do ruído.
O canal de transmissão distorce o sinal e o ruído acumula-se ao longo do percurso.
Pior ainda, a força do sinal decai enquanto a força do ruído aumenta com a distância em relação ao transmissor.
Então, a relação sinal ruído é continuadamente decrementada ao longo do comprimento do canal de comunicação.
A amplificação do sinal recebido para evitar a atenuação não é possível porque o ruído também será amplificado na mesma proporção e a relação sinal ruído permanecerá, na melhor das hipóteses, a mesma.
[Modern Digital and Analog Communication Systems , B.P.Lathi, pág3].
Como mencionado acima, esta é a restrição imposta para a capacidade do canal em função do ruído e o limite da taxa de largura de banda pela qual a informação pode ser transferida, mesmo quando tecnologias de codificação multinivel são usadas.
Isto porque, o ruído oblitera a pequena diferença que distingue os vários níveis de sinais, limitando assim na prática, o número de detecção de níveis que podemos usar no lado receptor (decoder).
Desta forma, a capacidade de um link de comunicação, que é, a taxa na qual os dados / informações, podem ser transmitidas, é proporcional a largura de banda e a taxa de sinal / ruído, limite pelo qual, o chamado ruído branco adicionado gaussiano, que é expresso pelo teorema de Shannon - Hartley como:
C = B log ( 1 + S / N ) ; logaritmo na base 2;
Onde C é a capacidade do canal em bps (bits por segundo), B é largura do canal em Hz (Hertz, leia-se "rrertss") e S / N é a taxa de sinal ruído expressa como uma potência linear.
O teorema, provado por Claude Shannon em 1948, descreve a máxima capacidade de um canal de comunicação com método de correção de erros versus nível de ruídos e interferências.
[ Advanced Digital Signal Processing and Noise Reduction, Vaseghy pág 436 - 37]
O principal método correntemente usado para aumentar a capacidade dos canais de rádio é no reuso das freqüências.
Isto envolve o reuso das mesmas freqüências em células não adjacentes onde a potência das ondas eletromagnéticas transmitidas que chegam das células ficam insignificantes no instantes que elas alcançam as células não adjacentes que estão usando o mesmo canal de transmissão.
Em áreas urbanas congestionadas, o fator de reuso da freqüência pode ser aumentado através da redução do tamanho das células e da potência de transmissão ao custo de maior instalação de ERB`s.
Com o objetivo de minimizar a interferência entre as células não adjacentes, as quais reusam as mesmas freqüências, as ERB`s e os telefones movéis operam com transmissores e receptores de baixa potência.
Transmissores e receptores de baixa potência possuem as seguintes vantagens :
1) Baixa interferência por correlação dos canais – ocasionada pela baixa potência das transmissões vindas das ERB`s e dos telefones movéis, as ondas eletromagnéticas são amortecidas antes de alcançarem as células não adjacentes que reusam as mesmas freqüências;
2) Com todos os telefones móveis e ERB`s operando em baixa potência, a relação sinal ruído no receptores das ERB`s e dos telefones móveis melhoram.
3) Com baixa potência de transmissão, a potência de consumo dos telefones móveis é relativamente baixa, – baixa potência de consumo implica menores baterias com maior duração para o uso nas comunicações e também menor risco de exposição a possíveis danos por radiação.
[Advanced Digital Signal Processing and Noise Reduction Vaseghy pág 439]
Padrões da tecnologia de terceira geração:
Cinco principais padrões destacam-se na corrida 3G, são eles: W-CDMA (Wide-CDMA), CDMA2000 3X, TD-CDMA/TD-SCDMA, DECT e UWC-136.
Desses cinco, apenas três fornecem rede com cobertura total, podendo ser considerados como plenamente de 3G: WCDMA, CDMA2000 3X e TD-SCDMA.
1.Chamadas de telefone
2.Roaming mundial
3.Envio de pequenas e grandes mensagens
4.Altas velocidades de navegação
5.Mapas de Navegação (funções de GPS)
6.Vídeo-Conferência
7.TV em tempo real
8.Aplicações multimídia.
Velocidade: 144-2000 kb/sec
Tempo de download de uma mp3 de 3 min aprox.:
11sec-1,5min
Taxa de Transmissão de dados das Tecnologias
Quadro com as Tecnologias
| GPRS |
General Packet Radio Service
|
| EDGE |
Enhanced Data rates for Global Evolution
|
| WCDMA HSDPA |
Wideband CDMA
|
| HSPA |
High Speed Packet Access
|
| HSPA+ |
High Speed Packet Access Plus
|
| LTE |
Long Term Evolution
|
Puxa...o assunto é longo !....termino na próxima.
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