O que seria a distorção de um sinal ao ser transmitido em um meio de comunicação?

Alguns aspectos que condicionam o desempenho dos sistemas de transmiss�o

Adriano J. C. Moreira, Janeiro de 1999

Atenua��o

A atenua��o consiste numa redu��o da pot�ncia do sinal ao longo do meio de transmiss�o. A atenua��o resulta da perda de energia do sinal por absor��o ou por fuga de energia. Nos meios de transmiss�o n�o guiados (espa�o livre), a dispers�o da energia pelo espa�o pode tamb�m ser vista como uma forma de atenua��o, uma vez que a pot�ncia do sinal que atinge o receptor � menor que a pot�ncia emitida. Na Figura 1 est� representado o efeito da atenua��o num sinal.

Figura 1. Atenua��o.

A atenua��o mede-se atrav�s da rela��o entre a pot�ncia do sinal em dois pontos ao longo do meio de transmiss�o e �, normalmente, expressa em decib�is por unidade de comprimento (ex: 5 dB/km). Dada a pot�ncia emitida, Pe, e a atenua��o do meio de transmiss�o por unidade de comprimento, At, a pot�ncia, Po, ao fim de L metros � dada por:

em que os valores da pot�ncia est�o expressos em dBm.

A atenua��o pode ser compensada atrav�s da utiliza��o de repetidores. Nos sistemas de transmiss�o anal�gicos, os repetidores podem ser constituidos apenas por um amplificador. Nos sistemas de transmiss�o digital, os repetidores podem ser do tipo regenerativo, incluindo fun��es de sincroniza��o, amostragem e decis�o como se de um receptor se tratasse. Os repetidores regenerativos �reconstroem� o sinal digital mas, tal como um receptor, podem cometer erros de decis�o e introduzir erros no sistemas de transmiss�o.

Distor��o

A distor��o consiste numa altera��o da forma do sinal durante a sua propaga��o desde o emissor at� ao receptor. A distor��o pode resultar do comportamento n�o-linear de alguns dos componentes que comp�em o percurso do sinal ou pela simples resposta em frequ�ncia do meio de transmiss�o. Na Figura 2 � apresentado um exemplo da distor��o sofrida por um sinal digital.

Em alguns casos, os efeitos da distor��o podem ser corrigidos ou minimizados atrav�s de t�cnicas de condicionamento de sinal tais como filtragem.

Figura 2. Distor��o.

Interfer�ncia

A interfer�ncia consiste na altera��o de alguma das caracter�sticas do sinal transmitido por efeito de um outro sinal exterior ao sistema de transmiss�o. A forma mais comum de interfer�ncia consiste na adi��o de um sinal exterior ao sinal transmitido. No caso dos sinais el�ctricos ou electromagn�ticos, a interfer�ncia � introduzida por indu��o electromagn�tica no meio de transmiss�o ou no dispositvo receptor (antena).

Os efeitos da interfer�ncia podem ser minimizados atrav�s do isolamento do meio de transmiss�o, no caso dos meios guiados, por blindagem, atrav�s do recurso a t�cnicas de transmiss�o balanceadas, por filtragem ou atrav�s de t�cnicas de cancelamento. Em alguns casos � poss�vel identificar a fonte do sinal interferidor e simplesmente elimina-la ou atenuar a pot�ncia do sinal emitido.

Exemplos de fontes de interfer�ncia electromagn�tica s�o os motores el�ctricos, os interruptores mec�nicos, as l�mpadas fluorescentes e, de uma maneira geral, todos os dispositivos el�ctricos incluindo os pr�prios sistemas de transmiss�o. � muito frequente os sistemas de transmiss�o serem afectados por interfer�ncia produzida por outros sistemas de transmiss�o semelhantes que operam em bandas de frequ�ncia pr�ximas da do sistema em causa. Um outro tipo de interfer�ncia ocorre quando v�rios pares entran�ados s�o agrupados para constituir um s� cabo, observando-se interfer�ncia m�tua entre os sinais que se propagam em cada um dos pares entran�ados. Na Figura 3 est� representado um sinal afectado por interfer�ncia.

Figura 3. Interfer�ncia.

Ru�do

O ru�do consiste numa altera��o de alguma das caracter�sticas do sinal transmitido por efeito de um outro sinal exterior ao sistema de transmiss�o, ou gerado pelo pr�prio sistemas de transmiss�o. Ao contr�rio da interfer�ncia, estes sinais indesejados s�o de natureza aleat�ria, n�o sendo poss�vel prev�r o seu valor num instante de tempo futuro.

Em muitos casos, o ru�do � produzido pelos pr�prios equipamentos activos utilizados para implementar os sistemas de transmiss�o, tais como os amplificadores utilizados nos receptores e repetidores. Estes dispositivos produzem ru�do, de origem t�rmica e de origem qu�ntica, o qual passa a ser processado juntamente com o sinal desejado nos andares subsequentes.

O ru�do pode ser aditivo (soma-se ao sinal) ou multiplicativo (o sinal resultante � o produto do sinal transmitido pelo ru�do).

Uma vez que o ru�do � um processo aleat�rio, este deve ser descrito e tratado com recurso a m�todos estat�sticos. O ru�do diz-se branco quando a sua densidade espectral de pot�ncia m�dia � constante a todas as frequ�ncias; diz-se colorido no caso contr�rio. As caracter�sticas do ru�do s�o ainda descritas atrav�s da fun��o densidade de probabilidade da sua amplitude. Diz-se ent�o que o ru�do segue uma distribui��o Normal (Gaussiana), de Poisson, etc.

Uma das formas de ru�do mais utilizadas para modelar este aspecto de um sistema de transmiss�o � o Ru�do Branco Aditivo e Gaussiano (AWGN � Additive White Gaussian Noise).

Os efeitos do ru�do no desempenho dos sistemas de transmiss�o podem ser minimizados atrav�s da utiliza��o de t�cnicas de projecto dos circuitos mais cuidadas e atrav�s de filtragem. No entanto, e dada a natureza aleat�ria do ru�do, n�o � poss�vel eliminar completamente o ru�do num sistema de transmiss�o.

Os efeitos do ru�do fazem-se sentir atrav�s de uma deteriora��o da qualidade do sinal transmitido nos sistemas de transmiss�o anal�gicos e atrav�s da introdu��o de erros nos sistemas de transmiss�o digital. Nos sistemas de transmiss�o anal�gicos, a qualidade do sinal recebido mede-se atrav�s da rela��o entre a pot�ncia do sinal e a pot�ncia do ru�do � rela��o sinal/ru�do (SNR � Signal to Noise Ratio). Nos sistemas de transmiss�o digital, o desempenho mede-se atrav�s da probabilidade de ocorrerem erros, frequentemente erros de bit � probabilidade de erro de bit (BER � Bit Error Rate).

Largura de banda

As limita��es de largura de banda do meio de transmiss�o tamb�m se podem considerar uma condicionante ao desempenho dos sistemas de transmiss�o. Se a largura de banda for insuficiente, a forma do sinal � alterado durante a propaga��o do sinal, tendo como resultado a introdu��o de interfer�ncia entre s�mbolos, isto �, parte da energia relativa a um s�mbolo transmitido � recebida durante o per�odo de tempo reservado a s�mbolos posteriores. A Figura 4 mostra um exemplo em que a largura de banda do canal � inferior � largura de banda ocupada pelo sinal, resultando em interfer�ncia-entre-s�mbolos.

Figura 4. Interfer�ncia entre s�mbolos.

Dispers�o multi-percurso

Em alguns sistemas de transmiss�o, a propaga��o dos sinais entre o emissor e o receptor faz-se por v�rios percursos simult�neos, tal como acontece na fibra �ptica multi-modo representada na Figura 5.

Figura 5. Dispers�o 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 � assim uma soma das diferentes componentes que percorreram percursos diferentes. O resultado � um �espalhamento� no tempo da energia do sinal. A este fen�meno chama-se dispers�o. Os efeitos da dispers�o s�o semelhantes aos produzidos pelas limita��es de largura de banda do meio de transmiss�o, resultando em interfer�ncia-entre-s�mbolos.

Nos sistemas de transmiss�o por r�dio, a propaga��o multi-percurso provoca um outro efeito indesejado designado por esvanecimento multi-percurso (multipath fading). Um exemplo deste efeito est� representado na Figura 6.

Figura 6. Esvanecimento multi-percurso.

Neste sistema de transmiss�o a propaga��o do sinal faz-se por m�ltiplos percursos com comprimentos diferentes. O sinal que atinge o receptor � a soma de todos os sinais que percorreram os diferentes percursos. Uma vez que o comprimento dos diferentes percursos � diferente, os v�rios sinais podem ou n�o estar em fase: os que estiverem em fase somam-se construtivamente, os que estiverem em oposi��o de fase somam-se destrutivamente. O resultado � um sinal cuja amplitude depende dos v�rios percursos que as diferentes partes do sinal percorreram. Se a posi��o do receptor se alterar relativamente � posi��o do receptor, como acontece nos sistemas m�veis, a amplitude do sinal recebido ir� variar.

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