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II.2.1. Codificação de Fonte 

Segundo define a teoria da comunicação, a quantidade de informação está diretamente ligada à incerteza contida no que se pretende transmitir ou comunicar [6]. Para melhor entender esse raciocínio, imagine uma única frase escrita em uma folha de papel várias vezes. O número de caracteres pode ser elevado, mas seria suficiente ler nessa folha a frase escrita somente uma vez. Na própria frase pode haver palavras que podem ser “descartadas” sem que se perca sua inteligibilidade. Assim acontece com quase todo tipo de informação que se deseja transmitir – há sempre alguma redundância inerente. 

As técnicas de codificação de fonte tem o objetivo de reduzir, tanto quanto possível, a redundância existente nos dados, antes que estes sejam transmitidos. A codificação de fonte é a base teórica que levou à implementação dos algoritmos de compressão de voz, dados e imagens hoje existentes nos sistemas de comunicação digital e armazenamento. 

No caso dos sistemas de telefonia móvel digital são utilizadas várias técnicas de codificação de fonte nos denominados vocoders (codificadores de voz). Esses codificadores têm o poder de reduzir a taxa de transmissão necessária para representar um sinal de voz dos conhecidos 64Kbps utilizados nos sistemas PCM para a casa dos 5 a 15Kbps, sem grande prejuízo para a qualidade na comunicação. Com essa redução pode-se economizar drasticamente o espectro ocupado pelo sinal de rádio freqüência que irá transportar essa voz. 

No caso de transmissão de dados e imagem há também várias técnicas de codificação de fonte (compressão). O ganho que se obtém com essa compressão reflete diretamente na largura de banda ocupada pelo sinal modulado ou na taxa de transmissão atingível em uma dada banda disponível. 

As técnicas de codificação de fonte têm sido objeto de constante pesquisa e grandes avanços para a área de telecomunicações tem sido alcançados.
 

II.2.2. Codificação de Canal 

um canal com ruído. Em se tratando de uma comunicação digital em um canal AWGN, foi demonstrado que a maior taxa de transmissão que pode trafegar nesse canal é dada por: 

 onde C é a capacidade do canal em bits por segundo (bps), P é a potência do sinal enviado através desse canal e N é a potência de ruído branco na largura de faixa disponível B. 

Shannon demonstrou que, adicionando uma redundância controlada à informação, poder-se-ia reduzir a quantidade de erros na recepção induzidos pelo ruído a um patamar tão pequeno quanto se quisesse, desde que a taxa de transmissão estivesse abaixo do limite determinado pela expressão (5). 

A codificação de canal é justamente o processo através do qual a redundância anteriormente citada é adicionada à informação de modo a permitir a detecção e correção de erros. O termo “redundância controlada” está relacionado à restrição das possíveis seqüências de bits de informação na recepção. Tendo uma seqüência detectada um padrão diferente das possíveis seqüências, o decodificador de canal “procura” dentre elas a seqüência que mais se assemelha à seqüência detectada. Essa semelhança é obtida através da correta utilização de critérios de decisão, sendo que os mais conhecidos são o critério do máximo a-posteriori - MAP (Maximum a-posteriori) e o de máxima verossimilhança - ML (Maximum Likelihood) [8]. Ambos têm como objetivo minimizar o erro de decisão sobre os bits transmitidos. 

Existem duas grandes famílias de códigos detetores e corretores de erros: os códigos de bloco e os convolucionais. A codificação de bloco atribui a cada bloco de n bits de informação uma palavra código com k bits codificados, k > n. Um código assim formado é descrito na literatura como código de bloco (n,k), sendo que a relação entre o número de bits de um bloco de informação e o número de bits da palavra código correspondente, n/k, é denominada taxa do código. De maneira geral, quanto menor a taxa de um código, maior a sua capacidade de detecção e correção de erros. 

A outra família de códigos se refere aos convolucionais. Nesse tipo de codificação uma seqüência contínua de bits de informação, com tamanho variável, é mapeada em uma seqüência também contínua de bits codificados. Um codificador convolucional é dito com memória, pois um determinado bit codificado depende de um ou mais bits de informação anteriores combinados linearmente. 

Existem vários algoritmos de decodificação para códigos de bloco e convolucionais. Destaque maior é dado àqueles caracterizados como algoritmos de decodificação suave (soft decision decoding algorithms). Nesse tipo de decodificação não são utilizados os bits “0s” e “1s” detectados no receptor, como acontece nos algoritmos de decodificação abrupta (hard decision decoding algorithms), e sim os valores reais dos sinais recebidos. Esse processo apresenta consideráveis ganhos em relação ao processo de decodificação abrupta.

Para os códigos convolucionais, o algoritmo de decodificação suave que minimiza a probabilidade de erro na decisão sobre os bits de informação transmitidos e que, portanto, utiliza o critério de máxima verossimilhança já citado, é o algoritmo de Viterbi [8], [18]. 

Para os códigos de bloco os processos de decodificação suave podem utilizar o algoritmo de Viterbi, mas atenção maior vem sendo dada a algoritmos de decodificação por treliça menos complexos que o algoritmo de Viterbi [7]. 

Em vários sistemas de comunicação móvel são utilizadas codificações em cascata. Essa cascata pode conter somente codificadores de bloco, codificadores de bloco e convolucionais ou somente codificadores convolucionais – são os denominados códigos concatenados. 

É importante nesse momento ressaltar a diferença entre os processos de codificação de fonte e de codificação de canal. O primeiro tem como objetivo reduzir a quantidade de bits necessários à representação da informação, ou seja, diminuir a redundância existente na informação. O segundo adiciona, de maneira controlada, outro tipo de redundância na informação, objetivando a detecção e a correção de erros causados pelo canal. Esses dois processos normalmente estão presentes nos sistemas de comunicação digital.
 

II.2.3. Entrelaçamento temporal - interleaving 

Um dos fatores que reduzem o desempenho dos decodificadores e, por conseqüência, a qualidade do serviço oferecido pelo sistema de comunicação está ligado ao canal de comunicação. Um canal de comunicação é dito sem memória quando afeta de maneira independente bits adjacentes. Ao contrário, quando vários bits consecutivos são afetados, diz-se que se trata de um canal com memória. 

Um canal de rádio móvel terrestre é essencialmente um canal com memória. Nos momentos de profundos desvanecimentos, uma grande quantidade de bits pode ser “destruída”. Os decodificadores, de maneira geral, não têm capacidade de corrigir essas longas seqüências de erros em rajada (ou erros em burst). 

O que é feito para minimizar esse problema é o chamado interleaving. Esse processo “embaralha” os bits codificados de tal sorte que bits anteriormente adjacentes sejam colocados distantes no tempo. Isso faz com que, na ocorrência de erros em burst, não sejam afetados bits adjacentes, facilitando o processo de detecção e correção de erros. 

Um simples processo de interleaving é aquele no qual a seqüência de bits codificados preenche linha a linha uma memória de tamanho definido e os bits entrelaçados são lidos coluna a coluna dessa memória. Na recepção o processo inverso é executado. 

Vale citar que o processo de interleaving causa um atraso adicional na comunicação, atraso este que pode ou não ser prejudicial, dependendo da natureza da informação que se deseja transmitir. Uma comunicação em tempo real oferece limites menores para o atraso no processo de interleaving, enquanto uma comunicação de dados onde há armazenamentos momentâneos é menos restrita em termos desse atraso.
 

II.2.4. Diversidade 

A diversidade é uma técnica na qual réplicas de um sinal são combinadas na recepção no intuito de se obter maior confiabilidade na detecção desse sinal. 

Em um canal de rádio móvel terrestre, devido aos efeitos dos multipercursos, em um determinado instante pode-se ter um sinal recebido com intensidade insuficiente para a recuperação do sinal transmitido. Porém, é sabido que quando dois sinais iguais são transmitidos através desse canal em instantes de tempo distintos e transportados por portadoras distintas, na recepção ter-se-á a situação: quanto maior a separação temporal entre as réplicas do sinal e quanto maior a separação entre as portadoras utilizadas, menor será a correlação entre as envoltórias dos sinais recebidos. Essa observação é de fundamental importância para o entendimento da diversidade, ou seja, se de alguma forma é possível disponibilizar ao receptor réplicas da informação transmitida, sendo essas réplicas afetadas diferentemente (de maneira descorrelacionada) pelo canal, em determinado instante uma réplica poderá estar em situação de desvanecimento profundo, mas será grande a probabilidade de que outras réplicas não estejam nessa situação. Assim, elas podem ser combinadas para fornecer ao processo de detecção um sinal mais “estável” que aquele obtido se não houvesse réplicas não correlacionadas, ou seja, se não houvesse diversidade. 

São várias as formas de diversidade. Dentre elas pode-se citar a diversidade espacial, a diversidade temporal, a diversidade em freqüência, etc.. 

Na diversidade espacial, antenas receptoras são fisicamente separadas de tal sorte que os sinais recebidos por cada uma delas estejam descorrelacionados. Os sinais provenientes dessas antenas são então combinados pelo receptor. 

Na diversidade temporal, réplicas da informação são enviadas em instantes de tempo distintos, sendo que o intervalo de separação entre essas réplicas deve ser superior ao tempo de coerência do canal para que haja sinais descorrelacionados na recepção. 

A diversidade em freqüência utiliza o mesmo princípio, ou seja, réplicas da informação são transportadas por portadoras distintas, portadoras estas separadas em freqüência de um valor superior à largura de faixa de coerência do canal, também para que haja descorrelação entre as réplicas obtidas na recepção.