• Codificação, multiplexação e modulação

----- Original Message -----
From: José de Ribamar Smolka Ramos
To: Celld-group@yahoogrupos.com.br
Sent: Tuesday, December 27, 2005 5:42 PM
Subject: [Celld-group] Codificação, multiplexação e modulação


Pegando a pergunta postada pelo Dyego Rameh:

> Fico bastante grato pelo tutorial.

Não ADQ... Mas ainda dá para melhorar. Só falta tempo.

> Uma dúvida que sempre surge entre os estudantes, como eu, é a diferença entre codificação, multiplexação e modulação.

Em um sentido amplo, codificar é o ato de representar um significado (informação) através de símbolos (dados) para comunicar o significado através do tempo ou espaço. Quando falamos, estamos codificando. A escrita é um meta-código, porque busca representar a linguagem, que já é um código.

No campo mais restrito das comunicaçòes digitais, estamos interessados em acomodar uma determinada quantidade de símbolos (no caso determinados números binários) em um determinado canal de comunicaçào, cuja capacidade de transferência (banda de passagem) é limitada. Neste contexto, codificar significa encontrar uma simbologia que tenha um bit rate adequado ao meio que será usado.
Isto pode ou não ser complementado (geralmente é) por símbolos adicionais cujo propósito é permitir ao receptor detetar e, eventualmente (dentro de certos limites), corrigir eventuais erros introduzidos durante a transmissão.

Qualquer processo físico de transmissão envolve a manipulação de alguma característica específica do meio utilizado. Este meio é a portadora do sinal (já codificado na forma desejada). Falando de ondas eletromagnéticas como portadoras, podemos manipular (separadamente ou em conjunto) a amplitude, a frequência ou a fase
para representar o nosso sinal codificado. o ato de manipular as características da portadora é o que chamamos modulação. Repare que a escolha da portadora e da forma de modulação impõe restrições sobre a forma de codificação.

Agora que temos sinais (informação) codificados e modulados, temos o problema do compartilhamento dos nossos canais de comunicação. A essência do termo multiplexar é isto: compartilhar o meio de comunicação. Isto pode ser feito no domínio frequência (frequency division multiplexing - FDM) ou no domínio tempo (time division
multiplexing - TDM).

A própria maneira como o espectro eletromagnético é "loteado" entre os diversos tipos de usuários (rádio, TV, etc.) é um exemplo de FDM.
Mantendo suficientemente afastadas as frequências das portadoras utilizadas por cada tipo de usuário evita-se o "crosstalk" (ou diafonia, ou interferência co-canal, ou qualquer outro nome que se queira dar ao fenômeno em vários contextos).

Na multiplexaçào TDM, o que é feito é "fatiar" o tempo de uso do canal, entregando a cada usuário, periodicamente, uma "fatia" de tempo (time slot) durante a qual o canal é só dele. Isto é feito, por exemplo, nas interfaces E1, onde os 2 Mbps (2048 Kbps, para ser preciso) da banda do canal são alocados em 32 time-slots de 312,5 ms (30 para canais de voz. um para sinalização e um para sincronismo).
Ainda tem bit interleaving, mas deixa isso pra lá.

Trazendo os exemplos para o ambiente das interfaces aéreas dos sistemas de telefonia celular (considerados aqui apenas como transportadores de voz, porque o transporte eficiente de dados incorpora uma série de detalhes adicionais):

AMPS - Como a transmissão de voz é analógica, não há codificação, no sentido usual em comunicações digitais. A modulação é FM simples e o meio de acesso é multiplexado em modo FDM puro (duas portadoras - canais - separadas em frequência, para uplink e downlink, por usuário).

TDMA/GSM - A codificação é feita daquelas formas citadas no artigo (variações do CELP). Até onde sei, o sinal codificado é modulado em algum tipo de QPSK (quadratura de amplitude e fase), e a multiplexação do meio é uma combinação de FDM e TDM (cada canal - semelhante ao AMPS - é dividido em time slots, e cada usuário recebe
dois time slots, um para uplink e outro para downlink).

CDMA - A codificação é feita em uma variante do CELP. O processo de espalhamento espectral (spreading) do sinal codificado via operações XOR com códigos binários (walsh codes) com bit rate (neste caso, apelidado chip rate) mais alto é que implementa a idéia de multiplexação. Para transmissão física, a modulação utilizada também
é alguma variante de QPSK.
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J. R. Smolka