Comunicação Digital - Técnicas
Existem algumas técnicas que abriram o caminho básico para os processos de comunicação digital. Para que os sinais sejam digitalizados, temos as técnicas de amostragem e quantização.
Para que sejam representados matematicamente, contamos com LPC e técnicas de multiplexação digital. Essas técnicas de modulação digital são discutidas posteriormente.
Codificação Preditiva Linear
Linear Predictive Coding (LPC)é uma ferramenta que representa sinais de voz digital em modelo preditivo linear. Isso é usado principalmente em processamento de sinal de áudio, síntese de fala, reconhecimento de fala, etc.
A previsão linear é baseada na ideia de que a amostra atual é baseada na combinação linear de amostras anteriores. A análise estima os valores de um sinal de tempo discreto como uma função linear das amostras anteriores.
O envelope espectral é representado de forma compactada, utilizando as informações do modelo preditivo linear. Isso pode ser representado matematicamente como -
$ s (n) = \ displaystyle \ sum \ limits_ {k = 1} ^ p \ alpha_k s (n - k) $ para algum valor de p e αk
Onde
s(n) é a amostra de fala atual
k é uma amostra particular
p é o valor mais recente
αk é o coeficiente de previsão
s(n - k) é a amostra de fala anterior
Para LPC, os valores do coeficiente do preditor são determinados minimizando a soma das diferenças quadradas (ao longo de um intervalo finito) entre as amostras de fala reais e as preditas linearmente.
Este é um método muito útil para encoding speecha uma taxa de bits baixa. O método LPC é muito próximo aoFast Fourier Transform (FFT) método.
Multiplexing
Multiplexingé o processo de combinar vários sinais em um sinal, em um meio compartilhado. Esses sinais, se de natureza analógica, o processo é chamado deanalog multiplexing. Se os sinais digitais são multiplexados, é chamado dedigital multiplexing.
A multiplexação foi desenvolvida pela primeira vez na telefonia. Vários sinais foram combinados para enviar por meio de um único cabo. O processo de multiplexação divide um canal de comunicação em vários canais lógicos, atribuindo a cada um um sinal de mensagem diferente ou um fluxo de dados a ser transferido. O dispositivo que faz multiplexação pode ser chamado deMUX. O processo inverso, ou seja, extrair o número de canais de um, que é feito no receptor, é denominado comode-multiplexing. O dispositivo que faz a desmultiplexação é chamado deDEMUX.
As figuras a seguir representam MUX e DEMUX. Seu uso principal é no campo das comunicações.
Tipos de multiplexadores
Existem basicamente dois tipos de multiplexadores: analógico e digital. Eles são divididos em FDM, WDM e TDM. A figura a seguir dá uma ideia detalhada dessa classificação.
Na verdade, existem muitos tipos de técnicas de multiplexação. De todos eles, temos os principais tipos com classificação geral, mencionados na figura acima.
Multiplexação Analógica
As técnicas de multiplexação analógica envolvem sinais de natureza analógica. Os sinais analógicos são multiplexados de acordo com sua frequência (FDM) ou comprimento de onda (WDM).
Multiplexação por divisão de frequência (FDM)
Na multiplexação analógica, a técnica mais usada é Frequency Division Multiplexing (FDM). Essa técnica usa várias frequências para combinar fluxos de dados, para enviá-los em um meio de comunicação, como um único sinal.
Example - Um transmissor de televisão tradicional, que envia vários canais por meio de um único cabo, usa FDM.
Multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM)
A multiplexação por divisão de comprimento de onda é uma técnica analógica, na qual muitos fluxos de dados de diferentes comprimentos de onda são transmitidos no espectro de luz. Se o comprimento de onda aumenta, a frequência do sinal diminui. UMAprism que pode transformar diferentes comprimentos de onda em uma única linha, pode ser usado na saída do MUX e na entrada do DEMUX.
Example - As comunicações de fibra óptica usam a técnica WDM para mesclar diferentes comprimentos de onda em uma única luz para comunicação.
Multiplexação Digital
O termo digital representa os bits discretos de informação. Assim, os dados disponíveis estão na forma de quadros ou pacotes, que são discretos.
Multiplexação por divisão de tempo (TDM)
No TDM, o período de tempo é dividido em slots. Essa técnica é usada para transmitir um sinal em um único canal de comunicação, atribuindo um slot para cada mensagem.
De todos os tipos de TDM, os principais são TDM síncronos e assíncronos.
TDM síncrono
No TDM síncrono, a entrada é conectada a um quadro. Se houver 'n'número de conexões, então o quadro é dividido em'n' intervalos de tempo. Um slot é alocado para cada linha de entrada.
Nesta técnica, a taxa de amostragem é comum a todos os sinais e, portanto, a mesma entrada de relógio é fornecida. O MUX aloca o mesmo slot para cada dispositivo o tempo todo.
TDM assíncrono
No TDM assíncrono, a taxa de amostragem é diferente para cada um dos sinais e um clock comum não é necessário. Se o dispositivo alocado, por um intervalo de tempo, não transmite nada e fica ocioso, então esse slot é alocado a outro dispositivo, ao contrário do síncrono. Este tipo de TDM é usado em redes de modo de transferência assíncrona.
Repetidor Regenerativo
Para que qualquer sistema de comunicação seja confiável, ele deve transmitir e receber os sinais de forma eficaz, sem nenhuma perda. Uma onda PCM, depois de transmitir por um canal, fica distorcida devido ao ruído introduzido pelo canal.
O pulso regenerativo, comparado com o pulso original e o recebido, será mostrado na figura a seguir.
Para uma melhor reprodução do sinal, um circuito denominado como regenerative repeateré empregado no caminho antes do receptor. Isso ajuda a restaurar os sinais das perdas ocorridas. A seguir está a representação esquemática.
Consiste em um equalizador junto com um amplificador, um circuito de temporização e um dispositivo de tomada de decisão. O funcionamento de cada um dos componentes é detalhado a seguir.
Equalizador
O canal produz distorções de amplitude e fase nos sinais. Isso se deve às características de transmissão do canal. O circuito equalizador compensa essas perdas modelando os pulsos recebidos.
Circuito de cronometragem
Para obter uma saída de qualidade, a amostragem dos pulsos deve ser feita onde a relação sinal-ruído (SNR) é máxima. Para obter essa amostragem perfeita, um trem de pulso periódico deve ser derivado dos pulsos recebidos, o que é feito pelo circuito de temporização.
Conseqüentemente, o circuito de temporização aloca o intervalo de temporização para amostragem em SNR alto, por meio dos pulsos recebidos.
Dispositivo de Decisão
O circuito de temporização determina os tempos de amostragem. O dispositivo de decisão é habilitado nesses momentos de amostragem. O dispositivo de decisão decide sua saída com base em se a amplitude do pulso quantizado e do ruído excede um valor pré-determinado ou não.
Estas são algumas das técnicas utilizadas nas comunicações digitais. Existem outras técnicas importantes a serem aprendidas, chamadas de técnicas de codificação de dados. Aprendamos mais sobre eles nos capítulos subsequentes, depois de dar uma olhada nos códigos de linha.