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Sistemas de transmissão
Alguns aspectos que condicionam o desempenho dos sistemas de transmissão
Atenuação
A
atenuação consiste numa redução da potência do sinal ao longo do meio de
transmissão. A atenuação resulta da perda de energia do sinal por absorção
ou por fuga de energia. Nos meios de transmissão não guiados (espaço livre),
a dispersão da energia pelo espaço pode também ser vista como uma forma de
atenuação, uma vez que a potência do sinal que atinge o receptor é menor que
a potência emitida. Na Figura 1 está representado o efeito da atenuação num sinal.
Figura 1. Atenuação.
A
atenuação mede-se através da relação entre a potência do sinal em dois
pontos ao longo do meio de transmissão e é, normalmente, expressa em decibéis
por unidade de comprimento (ex: 5 dB/km). Dada a potência emitida,
Pe,
e a atenuação do meio de transmissão por unidade de comprimento,
At,
a potência, Po, ao fim de
L
metros é dada por:
em
que os valores da potência estão expressos em dBm.
A
atenuação pode ser compensada através da utilização de repetidores. Nos
sistemas de transmissão analógicos, os repetidores podem ser constituidos
apenas por um amplificador. Nos sistemas de transmissão digital, os repetidores
podem ser do tipo regenerativo, incluindo funções de sincronização,
amostragem e decisão como se de um receptor se tratasse. Os repetidores
regenerativos “reconstroem” o sinal digital mas, tal como um receptor, podem
cometer erros de decisão e introduzir erros no sistemas de transmissão.
Distorção
A
distorção consiste numa alteração da forma do sinal durante a sua propagação
desde o emissor até ao receptor. A distorção pode resultar do comportamento não-linear
de alguns dos componentes que compõem o percurso do sinal ou pela simples
resposta em frequência do meio de transmissão. Na Figura 2 é apresentado um exemplo
da distorção sofrida por um sinal digital.
Em
alguns casos, os efeitos da distorção podem ser corrigidos ou minimizados
através de técnicas de condicionamento de sinal tais como filtragem.
Figura 2 . Distorção.
Interferência
A
interferência consiste na alteração de alguma das características do sinal
transmitido por efeito de um outro sinal exterior ao sistema de transmissão. A
forma mais comum de interferência consiste na adição de um sinal exterior ao
sinal transmitido. No caso dos sinais eléctricos ou electromagnéticos, a
interferência é introduzida por indução electromagnética no meio de
transmissão ou no dispositvo receptor (antena).
Os
efeitos da interferência podem ser minimizados através do isolamento do meio
de transmissão, no caso dos meios guiados, por blindagem, através do recurso a
técnicas de transmissão balanceadas, por filtragem ou através de técnicas de
cancelamento. Em alguns casos é possível identificar a fonte do sinal
interferidor e simplesmente elimina-la ou atenuar a potência do sinal emitido.
Exemplos
de fontes de interferência electromagnética são os motores eléctricos, os
interruptores mecânicos, as lâmpadas fluorescentes e, de uma maneira geral,
todos os dispositivos eléctricos incluindo os próprios sistemas de transmissão.
É muito frequente os sistemas de transmissão serem afectados por interferência
produzida por outros sistemas de transmissão semelhantes que operam em bandas
de frequência próximas da do sistema em causa. Um outro tipo de interferência
ocorre quando vários pares entrançados são agrupados para constituir um só
cabo, observando-se interferência mútua entre os sinais que se propagam em
cada um dos pares entrançados. Na Figura 3 está representado um sinal afectado por interferência.
Figura 3 . Interferência.
Ruído
O
ruído consiste numa alteração de alguma das características do sinal
transmitido por efeito de um outro sinal exterior ao sistema de transmissão, ou
gerado pelo próprio sistemas de transmissão. Ao contrário da interferência,
estes sinais indesejados são de natureza aleatória, não sendo possível prevêr
o seu valor num instante de tempo futuro.
Em
muitos casos, o ruído é produzido pelos próprios equipamentos activos
utilizados para implementar os sistemas de transmissão, tais como os
amplificadores utilizados nos receptores e repetidores. Estes dispositivos
produzem ruído, de origem térmica e de origem quântica, o qual passa a ser
processado juntamente com o sinal desejado nos andares subsequentes.
O
ruído pode ser aditivo (soma-se ao sinal) ou multiplicativo (o sinal resultante
é o produto do sinal transmitido pelo ruído).
Uma
vez que o ruído é um processo aleatório, este deve ser descrito e tratado com
recurso a métodos estatísticos. O ruído diz-se branco quando a sua densidade
espectral de potência média é constante a todas as frequências; diz-se
colorido no caso contrário. As características do ruído são ainda descritas
através da função densidade de probabilidade da sua amplitude. Diz-se então
que o ruído segue uma distribuição Normal (Gaussiana), de Poisson, etc.
Uma
das formas de ruído mais utilizadas para modelar este aspecto de um sistema de
transmissão é o Ruído Branco Aditivo e Gaussiano (AWGN – Additive White
Gaussian Noise).
Os
efeitos do ruído no desempenho dos sistemas de transmissão podem ser
minimizados através da utilização de técnicas de projecto dos circuitos mais
cuidadas e através de filtragem. No entanto, e dada a natureza aleatória do ruído,
não é possível eliminar completamente o ruído num sistema de transmissão.
Os
efeitos do ruído fazem-se sentir através de uma deterioração da qualidade do
sinal transmitido nos sistemas de transmissão analógicos e através da introdução
de erros nos sistemas de transmissão digital. Nos sistemas de transmissão analógicos,
a qualidade do sinal recebido mede-se através da relação entre a potência do
sinal e a potência do ruído – relação sinal/ruído (SNR – Signal to
Noise Ratio). Nos sistemas de transmissão digital, o desempenho mede-se através
da probabilidade de ocorrerem erros, frequentemente erros de bit –
probabilidade de erro de bit (BER – Bit Error Rate).
Largura de banda
As
limitações de largura de banda do meio de transmissão também se podem
considerar uma condicionante ao desempenho dos sistemas de transmissão. Se a
largura de banda for insuficiente, a forma do sinal é alterado durante a
propagação do sinal, tendo como resultado a introdução de interferência
entre símbolos, isto é, parte da energia relativa a um símbolo transmitido é
recebida durante o período de tempo reservado a símbolos posteriores. A Figura
4 mostra um exemplo em que a largura de banda do canal é inferior à
largura de banda ocupada pelo sinal, resultando em interferência-entre-símbolos.
Figura 4 . Interferência entre símbolos.
Dispersão
multi-percurso
Em
alguns sistemas de transmissão, a propagação dos sinais entre o emissor e o
receptor faz-se por vários percursos simultâneos, tal como acontece na fibra
óptica multi-modo representada na Figura 5 .
Figura 5 . Dispersão multi-percurso.
Uma
vez que as diferentes partes da energia do sinal emitido se propagam por
caminhos com um comprimento total diferente uns dos outros, as diferentes partes
do sinal atingem o receptor em instantes de tempo diferentes. O sinal recebido
é assim uma soma das diferentes componentes que percorreram percursos
diferentes. O resultado é um “espalhamento” no tempo da energia do sinal. A
este fenómeno chama-se dispersão. Os efeitos da dispersão são semelhantes
aos produzidos pelas limitações de largura de banda do meio de transmissão,
resultando em interferência-entre-símbolos.
Esvanecimento
multi-percurso
Nos
sistemas de transmissão por rádio, a propagação multi-percurso provoca um
outro efeito indesejado designado por esvanecimento multi-percurso
(multipath
fading). Um exemplo deste efeito está representado na Figura
6
Figura 6 . Esvanecimento multi-percurso.
Neste
sistema de transmissão a propagação do sinal faz-se por múltiplos percursos
com comprimentos diferentes. O sinal que atinge o receptor é a soma de todos os
sinais que percorreram os diferentes percursos. Uma vez que o comprimento dos
diferentes percursos é diferente, os vários sinais podem ou não estar em
fase: os que estiverem em fase somam-se construtivamente, os que estiverem em
oposição de fase somam-se destrutivamente. O resultado é um sinal cuja
amplitude depende dos vários percursos que as diferentes partes do sinal
percorreram. Se a posição do receptor se alterar relativamente à posição do
receptor, como acontece nos sistemas móveis, a amplitude do sinal recebido irá
variar.
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