Modulação em Amplitude: Princípios e Aplicações em Telecomunicações

CEFETRJ Campus Maracanã Curso de Engenharia de Telecomunicações 6º Período Princípios de Telecomunicações 4 Modulação em Amplitude Turma 20231 Prof Maurício H C Dias Dr Eng Comunicações Sumário 4 Modulação em Amplitude 41 Comunicações bandabase por portadora 42 Modulação em amplitude DSB 43 Modulação em amplitude AM 44 Modulações AM eficientes em largura de banda 45 Modulação em amplitude VSB 46 Sincronismo da portadora local 47 PLL e aplicações 48 Desempenho frente a AWGN 6º Per Eng Tel 2 Princ Telecom Prof Maurício OBJETIVO Apresentar a técnica da modulação em amplitude e discutir aspectos práticos correlatos relevantes em sistemas de transmissão de sinais 41 Comunicações bandabase por portadora 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 3 Comunicações em bandabase Bandabase banda do sinal de informação original Telefonia 0 a 35 kHz TV NTSC 0 a 43 MHz Dados ou PCM bipolar a Rb pulsoss 0 a Rb Hz Mensagens transmitidas sem modificação Uso de canais dedicados linhas de transmissão Uso eficiente da capacidade do canal via Multiplexação por Divisão em Frequência FDM 41 Comunicações bandabase por portadora 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 4 Exemplo de FDM sistema hierárquico de portadora L telefonia 41 Comunicações bandabase por portadora 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 5 Comunicação por portadora modulada Uso de portadora para deslocar o espectro do sinal Usualmente senoidal com frequência banda do sinal Versões analógicas AM FM PM AM é linear FM e PM modulação angular não Modulação em amplitude Base na propriedade de deslocamento em frequência da TF 41 Comunicações bandabase por portadora 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 6 Modulações em amplitude e angulares Uso intercambiável de f e w Cuidado apenas ao carregar o fator 2p nas TF respectivas caso a caso AM FM PM 42 Modulação em amplitude DSB 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 7 Modulação DSBSC 42 Modulação em amplitude DSB 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 8 42 Modulação em amplitude DSB 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 9 LSB Lower Side Band banda lateral inferior USB Upper Side Band banda lateral superior Para não haver sobreposição de espectros individuais e consequente possibilidade de recuperação de mt é preciso que fc B DSB Double Side Band banda lateral dupla L e U SC Supressed Carrier portadora suprimida Tipicamente para radiotransmissão fc B 42 Modulação em amplitude DSB Demodulação DSBSC 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 10 Deteção Síncrona ou Coerente ou Homodina réplica da portadora em fase necessária no Rx 42 Modulação em amplitude DSB Ex 41 Modulação DSBSC por tom 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 11 42 Modulação em amplitude DSB Ex 41 Modulação DSBSC por tom 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 12 42 Modulação em amplitude DSB 13 Modulação DSBSC por tom httpwwwhamradioindiacomHRITHEORGeneralIndexgnhtml 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 42 Modulação em amplitude DSB Ex 41 Modulação DSBSC por tom Demodulação síncrona 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 14 42 Modulação em amplitude DSB Tipos de moduladores Multiplicadores Uso de amplificador de ganho variável como multiplicador em que o parâmetro de controle do ganho é controlado por mt e o sinal de entrada é cos wc t Nãolineares Uso de dispositivo nãolinear diodo transistor para obter a modulação Chaveados Uso de chaves eletrônicas e um sinal periódico qualquer da frequência da portadora 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 15 42 Modulação em amplitude DSB Tipos de moduladores Nãolineares 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 16 42 Modulação em amplitude DSB Tipos de moduladores Chaveados 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 17 O sinal ft precisa ser expresso como uma soma de harmônicos da portadora desejada fc A portadora pode ser qualquer harmônica não necessariamente a fundamental 42 Modulação em amplitude DSB Tipos de moduladores Chaveados Diodos em ponte 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 18 wt 42 Modulação em amplitude DSB 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 19 Tipos de moduladores Chaveados Diodos em ponte 42 Modulação em amplitude DSB Tipos de moduladores Chaveados Modulação em anel 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 20 42 Modulação em amplitude DSB Demodulação de sinais DSBSC Demodulação síncrona impõe batimento produto do sinal recebido com cópia da portadora Produto passa por filtro passabaixas para selecionar a mensagem original Diferenças entre circuito modulador e demodulador Modulador saída do multiplicador filtro passabanda wc Demodulador saída do multiplicador filtro passabaixas B Circuito multiplicador pode ser usado tanto no Tx quanto no Rx 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 21 002 0 002 2 1 0 1 2 t s m t 002 0 002 2 1 0 1 2 t s s DSB t 500 0 500 0 0005 001 0015 002 f Hz M f 500 0 500 0 0005 001 0015 002 f Hz S DSB f 42 Modulação em amplitude DSB Exemplos no Matlab Modulação DSBSC da função sinc triplo 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 22 fc 002 001 0 001 002 2 1 0 1 2 t s m t Sinal de mensagem 002 001 0 001 002 2 1 0 1 2 t s s DSB t Sinal DSBSC fc500 Hz 002 001 0 001 002 2 1 0 1 2 t s e t Sinal demodulado saída do mixer 002 001 0 001 002 2 1 0 1 2 t s md t Sinal recuperado 42 Modulação em amplitude DSB Exemplos no Matlab Modulação e demodulação DSBSC da função 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 23 BW 150 Hz 500 0 500 0 0005 001 0015 002 f Hz M f Espectro da mensagem 1000 0 1000 0 0005 001 0015 002 f Hz S DSB f Espectro DSBSC fc500 Hz 1000 0 1000 0 0005 001 0015 002 f Hz E f Espectro do sinal demodulado saída do mixer 500 0 500 0 0005 001 0015 002 f Hz Md f Espectro do sinal recuperado 002 001 0 001 002 2 1 0 1 2 t s m t Sinal de mensagem 002 001 0 001 002 2 1 0 1 2 t s s DSB t Sinal DSBSC fc50 Hz 002 001 0 001 002 2 1 0 1 2 t s e t Sinal demodulado saída do mixer 002 001 0 001 002 2 1 0 1 2 t s md t Sinal recuperado 42 Modulação em amplitude DSB Exemplos no Matlab Modulação e demodulação DSBSC da função 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 24 BW 150 Hz 500 0 500 0 0005 001 0015 002 f Hz M f Espectro da mensagem 500 0 500 0 0005 001 0015 002 f Hz S DSB f Espectro DSBSC fc50 Hz 500 0 500 0 0005 001 0015 002 f Hz E f Espectro do sinal demodulado saída do mixer 500 0 500 0 0005 001 0015 002 f Hz Md f Espectro do sinal recuperado Unidades 41 e 42 Exercícios recomendados 4th Edition EUA referência 42 1 3 4 7 8 3rd Edition 42 1 4 5 8 9 5th Edition 42 2 X 56 10 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 25 X sem correspondência alguma com correspondência apenas parcial entre as edições 43 Modulação em amplitude AM 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 26 Sinal recebido DSBSC na prática Dw efeito Doppler t0 retardo de percurso Ac atenuação todos desconhecidos Sincronismo no Rx complicado e custoso indesejável em sists radiodifusão Alternativa à deteção coerente transmitir a portadora junto com o sinal deteção assíncrona ou nãocoerente forma mais simples deteção de envoltória Contrapartida baixa eficiência de Tx aceitável em radiodifusão Sistemas PP a complexidade do sincronismo é aceitável Tx Rx 43 Modulação em amplitude AM 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 27 AM convencional Condição para deteção de envoltória Lembrar 43 Modulação em amplitude AM 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 28 Envoltória detetável Envoltória não detetável 43 Modulação em amplitude AM 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 29 Sinais de mensagem com deslocamento nulo zero offset Condição para deteção de envoltória Sejam mp os limites de mt ÍNDICE DE MODULAÇÃO Condição para deteção de envoltória 43 Modulação em amplitude AM 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 30 Sinais de mensagem com deslocamento nãonulo Limites máximo e mínimo não simétricos mmin mmax ÍNDICE DE MODULAÇÃO Condição para deteção de envoltória 43 Modulação em amplitude AM 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 31 Ex 44 Modulação por tom com m 05 e 1 43 Modulação em amplitude AM 32 Modulação AM por tom com 0 m 1 httpwwwhamradioindiacomHRITHEORGeneralIndexgnhtml 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 43 Modulação em amplitude AM 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 33 Potência da portadora e das bandas laterais Preço pago pelo sistema pela simplicidade em Rx Baixa eficiência de conversão de potência h Valores da ordem de 25 ou menos são típicos para m 1 Potência útil só presente nas bandas laterais vide Cap 38 43 Modulação em amplitude AM 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 34 Ex 45 Eficiência de modulação AM por tom e porcentagem de potência nas bandas laterais m h 2 6667 1 3333 05 1111 03 431 43 Modulação em amplitude AM 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 35 Geração de sinais AM Idêntica à DSBSC somando a portadora A coswc t Demodulação de sinais AM Coerente ou síncrona Essencial caso condição para deteção de envoltória não seja atendida Nãocoerente ou assíncrona Retificador Detetor de envoltória Como na DSBSC 43 Modulação em amplitude AM 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 36 Demodulação AM por retificação Demodulação AM usando retificador 43 Modulação em amplitude AM 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 37 Demodulação AM por deteção de envoltória Tempo s Frequência rads 002 001 0 001 002 05 0 05 t s m t Sinal de mensagem 002 001 0 001 002 1 0 1 t s s AM t Sinal AM m1 fc500 Hz 002 001 0 001 002 1 0 1 t s e t Sinal demodulado saída do retificador 002 001 0 001 002 02 04 06 t s md t Sinal recuperado 43 Modulação em amplitude AM Exemplos no Matlab Modulação e demodulação retificação AM de 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 38 BW 150 Hz 500 0 500 0 0005 001 0015 f Hz M f Espectro da mensagem 1000 500 0 500 1000 0 001 002 003 004 f Hz S AM f Espectro AM m1 fc500 Hz 1000 500 0 500 1000 0 001 002 003 f Hz E f Espectro do sinal demodulado saída do retificador 500 0 500 0 001 002 003 f Hz Md f Espectro do sinal recuperado 002 001 0 001 002 05 0 05 t s m t Sinal de mensagem 002 001 0 001 002 2 0 2 t s s AM t Sinal AM m033 fc500 Hz 002 001 0 001 002 2 0 2 t s e t Sinal demodulado saída do retificador 002 001 0 001 002 08 1 12 t s md t Sinal recuperado 43 Modulação em amplitude AM Exemplos no Matlab Modulação e demodulação retificação AM de 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 39 BW 150 Hz 500 0 500 0 0005 001 0015 f Hz M f Espectro da mensagem 1000 500 0 500 1000 0 005 01 f Hz S AM f Espectro AM m033 fc500 Hz 1000 500 0 500 1000 0 005 01 f Hz E f Espectro do sinal demodulado saída do retificador 500 0 500 0 005 01 f Hz Md f Espectro do sinal recuperado 002 001 0 001 002 05 0 05 t s m t Sinal de mensagem 002 001 0 001 002 1 05 0 05 1 t s s AM t Sinal AM m5 fc500 Hz 002 001 0 001 002 1 05 0 05 1 t s e t Sinal demodulado saída do retificador 002 001 0 001 002 01 02 03 t s md t Sinal recuperado 43 Modulação em amplitude AM Exemplos no Matlab Modulação e demodulação retificação AM de 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 40 BW 150 Hz 500 0 500 0 0005 001 0015 f Hz M f Espectro da mensagem 1000 0 1000 0 2 4 6 8 x 10 3 f Hz S AM f Espectro AM m5 fc500 Hz 1000 0 1000 0 0005 001 f Hz E f Espectro do sinal demodulado saída do retificador 500 0 500 0 0005 001 f Hz Md f Espectro do sinal recuperado 002 001 0 001 002 05 0 05 t s m t Sinal de mensagem 002 001 0 001 002 1 0 1 2 t s s AM t Sinal AM m1 fc100 Hz 002 001 0 001 002 1 0 1 2 t s e t Sinal demodulado saída do retificador 002 001 0 001 002 02 04 06 08 1 12 t s md t Sinal recuperado 43 Modulação em amplitude AM Exemplos no Matlab Modulação e demodulação retificação AM de 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 41 BW 150 Hz 500 0 500 0 0005 001 0015 f Hz M f Espectro da mensagem 500 0 500 0 001 002 003 004 f Hz S AM f Espectro AM m1 fc100 Hz 500 0 500 0 001 002 003 f Hz E f Espectro do sinal demodulado saída do retificador 500 0 500 0 001 002 003 f Hz Md f Espectro do sinal recuperado 43 Modulação em amplitude AM Ruído Branco Aditivo Gaussiano AWGN nt processo estocástico de média nula e densidade espectral plana Snf N2 Afeta desempenho de sistemas de telecomunicações degradando a integridade do sinal recebido Desempenho medido pela relação sinalruído SNR na entrada eou na saída do receptor SN com S a potência do sinal e N a potência do ruído 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 42 43 Modulação em amplitude AM Exemplos no Matlab Modulação e demodulação retificação AM de 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 43 Com AWGN BW 150 Hz 002 001 0 001 002 05 0 05 t s m t Sinal de mensagem Tx ruído Rx 002 001 0 001 002 2 0 2 4 t s s AM t Sinal AM no Rx m033 fc600Hz SNRi20dB 002 001 0 001 002 2 0 2 4 t s e t Sinal demodulado saída do retificador 002 001 0 001 002 02 0 02 t s md t Sinal recuperado 500 0 500 0 0005 001 0015 f Hz M f Espectro da mensagem 1000 500 0 500 1000 0 005 01 f Hz S AM f Espectro AM no Rx m033 fc600Hz SNRi20dB 1000 500 0 500 1000 0 002 004 006 008 f Hz E f Espectro do sinal demodulado saída do retificador 500 0 500 0 2 4 6 x 10 3 f Hz Md f Espectro do sinal recuperado Unidade 43 Exercícios recomendados 4th Edition EUA referência 43 1 3 5 7 8 9 3rd Edition 43 X 2 X 7 8 X 5th Edition 43 34 5 X 12 8 9 7 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 44 X sem correspondência alguma com correspondência apenas parcial entre as edições 44 Modulações AM eficientes em largura de banda AM e DSBSC Baixa eficiência espectral Alternativas que levam à máxima eficiência SSB e QAM 6º Per Eng Tel 45 Princ Telecom Prof Maurício 44 Modulações AM eficientes em largura de banda 41 Single Sideband SSB Supressão de uma das bandas laterais USB Upper LSB Lower 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 46 MODULAÇÃO 44 Modulações AM eficientes em largura de banda 41 Single Sideband SSB 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 47 DEMODULAÇÃO COERENTE de USBSC USB coswc t 44 Modulações AM eficientes em largura de banda 41 Single Sideband SSB Transformada de Hilbert 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 48 Deslocador de fase ideal de p2 44 Modulações AM eficientes em largura de banda 41 Single Sideband SSB Representação no domínio do tempo de sinais SSB 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 49 44 Modulações AM eficientes em largura de banda 41 Single Sideband SSB Representação no domínio do tempo de sinais SSB 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 50 Para uma modulação DSB tal que DSBt 2 mt coswc t 44 Modulações AM eficientes em largura de banda 41 Single Sideband SSB Representação no domínio do tempo de sinais SSB 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 51 Para uma modulação DSB tal que DSBt 2 mt coswc t 44 Modulações AM eficientes em largura de banda 41 Single Sideband SSB Representação no domínio do tempo de sinais SSB Demodulação coerente 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 52 44 Modulações AM eficientes em largura de banda 41 Single Sideband SSB Sistemas de modulação SSB 3 métodos mais comuns a deslocamento de fase b filtragem seletiva usual c de Weaver Similar ao anterior mas usa modulação intermediária adicional na bandabase para livrar espaço para o corte de um filtro seletivo Todos requerem que a mensagem tenha pouco conteúdo espectral de baixas frequências junto ao nível DC dificuldade na implantação do filtro de Hilbert o ideal é nãorealizável 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 53 44 Modulações AM eficientes em largura de banda 41 Single Sideband SSB Sistemas de modulação SSB a Deslocamento de fase 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 54 44 Modulações AM eficientes em largura de banda 41 Single Sideband SSB Sistemas de modulação SSB b Filtragem seletiva Usa filtro passabanda de alta ordem para cortar banda lateral atenuação de canal adjacente 40 dB Pouca distorção quando conteúdo de baixas frequências é de pequena intensidade como no caso da voz 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 55 Gap de 300 300 Hz DEP típica da voz 44 Modulações AM eficientes em largura de banda 56 Modulação SSBSC USB por tom httpwwwhamradioindiacomHRITHEORGeneralIndexgnhtml 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 44 Modulações AM eficientes em largura de banda Exemplos no Matlab Modulação e demodulação SSBSC da função 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 57 BW150 Hz fc 002 001 0 001 002 05 0 05 t s m t Sinal de mensagem 002 001 0 001 002 05 0 05 t s s SSB t Sinal SSB 002 001 0 001 002 05 0 05 t s e t Sinal demodulado saída do mixer 002 001 0 001 002 04 02 0 02 04 t s md t Sinal recuperado 400 200 0 200 400 0 0005 001 0015 f Hz M f Espectro da mensagem 500 0 500 0 0005 001 0015 f Hz S SSB f Espectro SSBSC USB 1000 0 1000 0 0005 001 0015 f Hz E f Espectro do sinal demodulado saída do mixer 400 200 0 200 400 0 0005 001 0015 f Hz Md f Espectro do sinal recuperado 44 Modulações AM eficientes em largura de banda Exemplos no Matlab Modulação e demodulação SSBSC da função 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 58 BW150 Hz 002 001 0 001 002 05 0 05 t s m t Sinal de mensagem 002 001 0 001 002 05 0 05 t s s SSB t Sinal SSB 002 001 0 001 002 1 05 0 05 1 t s e t Sinal demodulado saída do mixer 002 001 0 001 002 05 0 05 t s md t Sinal recuperado 400 200 0 200 400 0 0005 001 0015 f Hz M f Espectro da mensagem 400 200 0 200 400 0 0005 001 0015 f Hz S SSB f Espectro SSBSC USB 400 200 0 200 400 0 0005 001 0015 f Hz E f Espectro do sinal demodulado saída do mixer 400 200 0 200 400 0 0005 001 0015 f Hz Md f Espectro do sinal recuperado fc 44 Modulações AM eficientes em largura de banda 42 Quadrature Amplitude Modulation QAM ou multiplexação em quadratura 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 59 2 sinais DSB distintos em quadratura na mesma banda 44 Modulações AM eficientes em largura de banda 42 Quadrature Amplitude Modulation QAM 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 60 Canal I inphase Canal Q quadrature 44 Modulações AM eficientes em largura de banda 61 Modulação QAM por tons httpwwwhamradioindiacomHRITHEORGeneralIndexgnhtml 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 44 Modulações AM eficientes em largura de banda 42 Quadrature Amplitude Modulation QAM Efeito da falta de sincronismo adequado 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 62 Interferência cocanal Seja a portadora sem sincronismo tal que seu sinal é dado por Após a filtragem passabaixas o sinal de saída é dado por Unidade 44 Exercícios recomendados 4th Edition EUA referência 44 2 3 4 3rd Edition 45 1 2 X 5th Edition 44 3 4 2 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 63 X sem correspondência alguma com correspondência apenas parcial entre as edições 45 Modulação VSB Vantagens e desvantagens da escolha SSB ou DSB SSB Requer a mesma banda do sinal Exige deslocador de fase próximo do ideal e pouco conteúdo espectral de baixa frequência DSB Circuitos de geração da modulação mais simples Requer o dobro da banda do sinal VSB Vestigial Sideband Solução de compromisso entre SSB e DSB Circuitos de geração da modulação simples Banda necessária tipicamente 25 maior que a do sinal 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 64 45 Modulação VSB VSB Uso de filtro menos seletivo deixando rastro ou vestígio da outra banda lateral 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 65 45 Modulação VSB VSB 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 66 45 Modulação VSB Semelhança entre VSB e SSB 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 67 Para sistemas SSB o filtro de Hilbert levou à seguinte notação para o sinal modulado com Para sistemas VSB o sinal modulado pode ser descrito de forma semelhante O sinal VSB também apresenta uma decomposição de sinais em quadratura A diferença aqui é o filtro aplicado a mt para a componente Q 45 Modulação VSB Exemplo de uso de VSB radiodifusão de sinal de TV 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 68 45 Modulação VSB Exemplo de uso de VSB radiodifusão de sinal de TV 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 69 Bandabase BW 45 MHz Espectro VSB BW 45 125 025 MHz 6 MHz DSB BW 9 MHz 025 MHz do áudio Padrão NTSC analógico 45 Modulação VSB Exemplo de uso de VSB radiodifusão de sinal de TV 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 70 Sinal completo áudio e vídeo digitalizado comprimido e codificado Sinal em bandabase 8PAM 1939 Mbps DSBSC de 2B 1138 MHz B 569 MHz Sinal modulado 8VSB deixa passar LSB de 031 MHz BW 6 MHz Padrão ATSC HDTV 46 Sincronismo da portadora local Deteção coerente em DSB SSB e VSB Necessidade de portadora local no Rx síncrona com a que chega em fase e frequência Sinal DSBSC recebido com desvios de frequência Dw e fase d 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 71 ϕDSBtmtcosωcΔωtδ e0tmtcosΔωtδ et 2cosωctmtcosωcΔωtδmtcosΔωtδcos2ωcΔωtδ Sinal passabanda ao redor de 2wc Dw Após filtro passabaixas Distorção de amplitude OBS a ocorrência apenas do desvio de fase não acarreta em distorção 46 Sincronismo da portadora local Deteção coerente em DSB SSB e VSB Sinal SSB recebido com desvios de frequência Dw e fase d 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 72 Após filtro passabaixas Distorção de amplitude e fase 46 Sincronismo da portadora local Desvios esperados Frequência efeito Doppler Áudio robusto dada sua redundância natural Desvios 30 Hz deixam a voz estranha Pato Donald mas inteligível Fase retardo associado ao percurso Formas de recuperação da portadora em sincronismo Tx de sinal piloto em fc ou fc 2 filtro passabanda estreito ou uso de dispositivo nãolinear filtro passabanda estreito Em ambas os filtros devem ser adaptativos para acompanhar desvios Como terceira alternativa a portadora pode ser recuperada com auxílio de um circuito de PLL PhaseLocked Loop Neste caso a técnica PLL circuitos complementares também se caracteriza como uma filtragem passabanda estreita adaptativa 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 73 rad Hz 46 Sincronismo da portadora local Exemplo do efeito da falta de sincronismo no Rx 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 74 DSBSC 002 001 0 001 002 05 0 05 t s m t Sinal de mensagem 002 001 0 001 002 05 0 05 t s s SSB t Sinal DSBSC fc500Hz 002 001 0 001 002 1 0 1 t s e t Saída do mixer D f17Hz d344rd 002 001 0 001 002 06 04 02 0 02 t s md t Sinal recuperado 500 0 500 0 0005 001 0015 f Hz M f Espectro da mensagem 1000 0 1000 0 0005 001 0015 f Hz S DSB f Espectro DSB fc500Hz 1000 0 1000 0 0005 001 0015 f Hz E f Espectro da saída do mixer D f17Hz d344rd 500 0 500 0 0005 001 0015 f Hz Md f Espectro do sinal recuperado 46 Sincronismo da portadora local Exemplo do efeito da falta de sincronismo no Rx 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 75 002 001 0 001 002 05 0 05 t s m t Sinal de mensagem 002 001 0 001 002 05 0 05 t s s SSB t Sinal USSB fc500Hz 002 001 0 001 002 02 0 02 04 06 08 t s e t Saída do mixer D f17Hz d24rd 002 001 0 001 002 0 01 02 03 04 t s md t Sinal recuperado 500 0 500 0 0005 001 0015 f Hz M f Espectro da mensagem 1000 0 1000 0 0005 001 0015 f Hz S SSB f Espectro USSB fc500Hz 1000 0 1000 0 0005 001 0015 f Hz E f Espectro da saída do mixer D f17Hz d24rd 500 0 500 0 0005 001 0015 f Hz Md f Espectro do sinal recuperado SSB 47 PLL e aplicações Malha de captura de fase PhaseLocked Loop PLL Circuito que rastreia a frequência e a fase de um sinal Aplicável à deteção coerente de sinais AM sem portadora ou com piloto de baixa amplitude Uso típico em deteção de PM e FM também Uso típico para recuperação de sincronismo em receptores digitais Composição típica Oscilador controlado a tensão VoltageControlled Oscillator VCO Multiplicador serve como detetor ou comparador de fase Filtro de malha loop filter que é passabaixas 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 76 47 PLL e aplicações Operação básica do PLL 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 77 Com erro de fase wc frequência livre ou quiescente do VCO CTE 47 PLL e aplicações Operação básica do PLL 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 78 CIRCUITO EQUIVALENTE DO PLL 47 PLL e aplicações Generalização dos comportamentos do PLL Início de operação da malha faixa de aquisição ou captura O PLL leva um tempo para rastrear o sinal de entrada Faixa de captura ou de aquisição pullin do PLL Faixa ao redor de wc em que o PLL é capaz de entrar em travamento Operação em fase travada faixa de retenção ou travamento Sinais mutuamente coerentes em fase ou em travamento de fase PLL rastreia frequência e fase do sinal de entrada mas dentro de alguns limites associados ao projeto do circuito Faixa de travamento lock ou de retenção holdin do PLL Faixa ao redor de wc em que o PLL é capaz de manter o travamento 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 79 47 PLL e aplicações Aquisição de portadora em DSBSC Método do sinal ao quadrado 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 80 rastreável pelo PLL xft xft k cos 2 wc t Como ft tem média nula o que passa pelo filtro associado a essa parcela é desprezível Logo Mesmo motivo pelo qual não dá para rastrear diretamente o sinal DSBSC CTE DC Divisor de frequência 47 PLL e aplicações Aquisição de portadora em DSBSC Laço de Costas 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 81 CTE DC 47 PLL e aplicações Aquisição de portadora em SSBSC e VSBSC Sinal ao quadrado e laço de Costas não funcionam Soluções usuais Uso de osciladores a cristal de alta estabilidade casados em Tx e Rx Técnica não funciona em frequências muito elevadas para cristais de quartzo Transmissão de sinal piloto 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 82 não removível pelo PLL Não permite obtenção de sincr com coswct portanto 48 Desempenho frente a AWGN Relação sinalruído para transmissão em bandabase nt processo estocástico de média nula e densidade espectral plana Snf N2 relação sinalruído SNR SN com Si o a potência do sinal e Ni o a potência do ruído na entrada i ou saída o 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 83 48 Desempenho frente a AWGN Relação sinalruído para transmissão em bandabase 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 84 48 Desempenho frente a AWGN SNR para sistemas modulados em amplitude Diferença em relação aos sistemas em bandabase Demodulação inclui filtragem na entrada do Rx inclusive do ruído Recepção DSBSC e SSBSC Mesmo desempenho da recepção em bandabase ou seja 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 85 48 Desempenho frente a AWGN SNR para sistemas modulados em amplitude Recepção AM Coerente síncrona 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 86 Mas Desempenho ao menos 50 3 dB pior que o dos esquemas anteriores Na prática tipicamente 6 dB pior So N o m 2 Ν B m 2 A 2m 2 γ So N omax m 2 mp 2m2 γ γ mp 2m21 mp 2m 21 So N o γ 2 So N o 0916 A 2m 2 γ 2 48 Desempenho frente a AWGN SNR para sistemas modulados em amplitude Recepção AM Assíncrona deteção de envoltória 1º caso baixo ruído smallnoise 2º caso alto ruído largenoise O sinal demodulado é dominado pela envoltória do ruído A SNR deixa de ser proporcional a Si ou a g 3º caso ruído intermediário 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 87 Desempenho igual ao da recepção AM síncrona So N o m 2 A 2m 2 γ Amtnt ntAmt 48 Desempenho frente a AWGN SNR para sistemas modulados em amplitude Recepção AM 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 88 O efeito observado na deteção assíncrona sob alto ruído é conhecido como efeito captura threshold effect O efeito ocorre para g 10 10 dB aproximadamente Para AM de qualidade g 1000 30 dB Unidades 41 e 42 Exercícios recomendados 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 89 Unidades 41 e 42 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 90 Unidades 41 e 42 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 91 427 Unidades 41 e 42 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 92 428 Unidade 43 Exercícios recomendados 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 93 A 2 435 Em um sistema AM o sinal de mensagem mt é dado pela figura abaixo e a frequência da portadora é 1 kHz A saída do modulador é a Determine a potência média do sinal de mensagem b Se b 1 determine o índice de modulação e a eficiência de conversão de potência c Esboce o sinal modulado do subitem a no domínio do tempo d Se b 05 repita os subitens a e b Unidade 43 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 94 433 Para o sinal AM com mt mostrado na figura abaixo e m 075 a calcule a amplitude e a potência da portadora b calcule a potência das bandas laterais e a eficiência de potência h 435 Em um sistema DSBSC o sinal de mensagem mt é dado como indicado abaixo e o sinal da portadora é dado por cos 2000 p t a Determine e esboce a transformada de Fourier do sinal de mensagem b Determine e esboce a transformada de Fourier do sinal modulado mte3tut2 Unidade 43 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 95 Fig E437 Fig P438 Unidade 43 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 96 Exercícios exclusivos da 5th edition Unidade 44 Exercícios recomendados 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 97 442 444 Unidade 44 6º Per Eng Tel Princ Telecom Prof Maurício 98 443 442