MODULAÇÃO PAM E MULTIPLEXAÇÃO EM TEMPO

UMC/CCET/Eng. Elétrica/Wilson Yamaguti                10.

5 Elétrica Noturno/2001 - Lab. Princ.Comunicação

EXPERIÊNCIA 10 – MODULAÇÃO PAM E MULTIPLEXAÇÃO EM TEMPO

1. INTRODUÇÃO TEÓRICA

A modulação pulsada consiste basicamente na utilização de um trem de pulsos, na qual uma de suas características é variada de acordo com o sinal modulador. Um trem de pulsos tem as seguintes características: Amplitude do pulso, período ou freqüência, duração do pulso, posição do pulso e ciclo de trabalho (duty cycle).

Um outro conceito importante trata-se do Teorema da Amostragem cujo enunciado pode ser dado como: “Um sinal de banda limitada, onde fm é a freqüência máxima de seu espectro, este sinal pode ser recuperado a partir de suas amostras efetuadas com a freqüência de amostragem  fa tal que fa ≥ 2 fm “ . No caso de telefonia, em que o sinal de voz é limitado à 3400Hz, a freqüência de amostragem utilizada é de 8 kHz.

Assim, variando–se as características abaixo de um trem de pulsos tem-se origem das seguintes modulações pulsadas:

1. Amplitude do Pulso: Modulação PAM (Pulse Amplitude Modulation ou Modulação em Amplitude do Pulso), em que a amplitude do pulso é linearmente proporcional ao valor da amostra do sinal modulador;

1. Largura do Pulso: Modulação PWM (Pulse Width Modulation ou Modulação por Largura de Pulso) ou também PDM (Pulse Duration Modulation) em que a largura do pulso é linearmente proporcional ao valor da amostra do sinal modulador;

1. Posição do Pulso: Modulação PPM (Pulse Position Modulation ou Modulação por Posição de Pulso) em que a posição ou o período do pulso é linearmente proporcional ao valor da amostra do sinal modulador;

1. Freqüência do Pulso: Modulação PFM ( Pulse Frequency Modulation ou modulação por freqüência de pulso) em que a freqüência dos pulsos é variada linearmente em função do valor da amostra.

Além das formas de modulação citadas acima, quando a amostra do  sinal modulador é representada por seqüência  binária, isto é, constituído por uma seqüência de uns e zeros, utiliza-se a modulação por codificação de pulsos ou PCM (Pulse Code Modulation).

Esta experiência vai enfocar a modulação PAM e também o conceito de multiplexação em tempo que permite a  um dado canal de comunicação ser partilhado entre diversos sinais moduladores no tempo.  

A modulação PAM consiste em fazer com que a amplitude do pulso transmitido varie proporcionalmente com o valor do sinal modulador no instante da amostragem. Veja a Figura 10.1 que ilustra o sinal PAM.  O sinal PAM pode ser obtido com auxílio de uma chave eletrônica comandada por um trem de pulsos com determinada freqüência que será a freqüência de amostragem. A Figura 10.2 abaixo ilustra o conceito.

Na Fig. 10.2, quando um pulso positivo é aplicado entre os pontos A e B, os diodos conduzem, curto-circuitando a saída. Quando não há pulso entre A e B, os diodos permanecem abertos e o sinal modulador passa totalmente para a saída.

O valor médio do sinal PAM é dado por:

Valor médio =  [pic 1] = [pic 2]= [pic 3][pic 4]

Assim, o valor médio contém uma parcela com valor contínuo (DC) e uma parcela proporcional a a(t). Para se recuperar o sinal a(t) na modulação PAM basta utilizar um FPB tal que ωc << ω0 onde          ω0 = 2 πf0 é a freqüência de repetição dos pulsos. Esta condição garante que as componentes de alta freqüência sejam eliminadas.

[pic 5]

[pic 6][pic 7][pic 8]

1. CONCEITO DE MULTIPLEXAÇÃO NO TEMPO -  TDM  (TIME DIVISION MULTIPLEX)

A multiplexação no tempo consiste em enviar várias informações utilizando-se o mesmo canal de comunicação, através de uma divisão seqüencial no tempo. Pode-se fazer aqui uma extensão da modulação PAM, uma vez que quando não se está enviado os pulsos com amplitude proporcional ao valor da amostra do sinal modulador g1(t), o canal de comunicação não está transmitindo ou sendo utilizado. Esse tempo sem uso poderia ser empregado para transmitir um outro pulso de um outro sinal independente de g2(t). Assim, controlando a largura do pulso, podemos fazer com que ocorra um compartilhamento do canal entre diversas fontes de informação como mostra a Fig. 10.3. É necessário que na recepção os pulsos sejam associados corretamente às fontes de informação, isto é deve haver sincronismo. Uma vez separados os pulsos de cada fonte de informação, pode-se utilizar um FPB para recuperação como visto anteriormente A. A Figura 10.3 ilustra o conceito de multiplexação no tempo. Estes conceitos de multiplexação no tempo se aplicam a outros tipos de modulação principalmente as pulsadas. Este conceito pode ser estendido ainda mais onde o recurso é partilhado no tempo entre diversos usuários. Já na multiplexação em freqüência, FDM – Frequency Division Multiplex, cada fonte de informação ocupa uma faixa de freqüência diferente das outras fontes  no canal partilhado.

[pic 9]

Fig. 10.3 – TDM de n canais. FONTE: LATHI, 1995

1. PARTE EXPERIMENTAL

3.1 Parte I – Modulação PAM

Executar os seguintes procedimentos:

1. Montar o circuito dado na Figura 10.4 para gerar o sinal PAM; 

[pic 10]

Figura 10.4 – Circuito de modulação PAM a ser utilizada no laboratório.

1. Conferir a montagem do item anterior;

1. Alimentar o circuito e ajustar o potenciômetro  para que o valor médio da tensão no ponto entre R4 e C4  seja em torno de 5 V;

 

1. Inserir sinal modulador a(t) utilizando um gerador de áudio com amplitude de 1 V e freqüência de 1 kHz;

1. Inserir uma onda quadrada ou um gerador de pulsos de amplitude de 2 Vpp e freqüência de 100 kHz, verificando se ocorre o chaveamento na entrada da base do transistor Q2;

1. Observar as formas de ondas nos pontos acessíveis e comparar com as formas desenvolvidas na teoria;

1. Idealizar e construir um demodulador de forma que o sinal a(t) seja recuperado;

3.2 – Parte II – Demonstração do TDM através do Kit E15g – Sampling & Time Division Multiplex da TQ

O equipamento da TQ mostrado na figura abaixo, consiste dos seguintes blocos:

1. Amostragem com quatro canais independentes. O canal 1  com fonte de sinal interna e os demais livres;

1. Multiplexador de 2 ou 4 canais conforme configuração;

1. Demultiplexador com os Filtros Passa Baixas de cada canal;

1. Controle da  amostragem que define o número de canais ( dois ou quatro), período de amostragem T ou a freqüência de amostragem variando de 10 a 100 kHz, bem como a largura do pulso selecionável entre 2 μs a 25μs.

[pic 11]

Figura 10.5 – Kit E15g – Sampling and Time Division Multiplex.

Procedimentos da demonstração:

1. Configurar o Kit E15g  para dois canais; freqüência de amostragem de 20kHz, com duração de pulso de 10 μs, e entrada do canal 2 aterrada para evitar espúrios;

1. Observar através de um osciloscópio o sinal de saída do Multiplexador com a amostras do sinal interno (3 kHz) a cada 50 μs ( que corresponde a 20 kHz) e os pulsos com largura de  10 μs. Anotar os resultados obtidos.

1. Conectar o sinal de saída do Multiplexador na entrada do Demultiplexador e verificar o sinal obtido  após o FPB; Anotar os resultados.

1. Inserir um  sinal de 1 kHz e amplitude de 4 V no canal 2  e  verificar novamente o sinal de saída do Multiplexador. Observar os sinais amostrados dos canais 1 e 2 de forma similar ao item b);

1. Verificar os sinais obtidos após os filtros do Demultiplexador fazendo comparação com os sinais originais; Anotar os resultados para elaboração do relatório.

1. Verificar os efeitos no sinal obtido após o FPB quando a freqüência de amostragem é reduzida. Explicar os efeitos esperados e os obtidos na demonstração no relatório da experiência.

1. Conclusão da Experiência

1. Arrumar e organizar a bancada de laboratório, desligando os equipamentos e devolvendo os componentes;
2. Elaborar o relatório da experiência com os resultados obtidos bem como comentários e conclusões do grupo.  O relatório deverá ser entregue no próximo laboratório.

1. Referências Bibliográficas

GOMES, A.T. Telecomunicações.:Transmissão e Recepção AM/FM. Editora Érica, 1998. 14 ed.