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4.1.1: Recuperação e detecção da portadora

Mesmo com o auxílio de um amplificador, o sinal injetado na rede era recuperado com amplitude da ordem de poucos milivolts na saída do acoplador de recepção. Para recuperar satisfatoriamente a portadora original foi necessário encontrar um circuito capaz de amplificá-la e separá-la dos ruídos, para isto foi implementado um circuito de sintonia baseado em ressonador LC.

Além de sintonizado o sinal precisa ser detectado, para a recuperação do sinal modulador. Implementou-se um detector simples, um retificador meia-onda a diodo de germânio, com o capacitor de filtragem em paralelo com uma carga resistiva.

Este foi dimensionado para filtrar a alta freqüência da portadora e recuperar o sinal modulador, que no caso era apenas um sinal contínuo. O desenho em blocos abaixo esquematiza o que foi realizado:
 

Figura 4: Esquema de sinalização via rede elétrica

4.1.2: Avaliação da qualidade de sinal

Para carregar informação corretamente a portadora precisa ser recuperada claramente, e o sinal modulador deve ser livre de ruídos, assim para avaliar a qualidade da transmissão implementou-se uma modulação em amplitude
experimental injetando um sinal de áudio à alimentação do oscilador, e no amplificador de saída do receptor o sinal foi recuperado e avaliado em função de cargas (eletrodomésticos) geradores de ruído ligados na rede.

Observou-se que o sinal apresentava esporadicamente um forte ruído de 120Hz, ainda que os filtros não permitissem passagem de baixas freqüências.

Depois com vários ensaios em osciloscópio foi possível verificar que as origens do ruído são os retificadores de entrada de fontes chaveadas.

Estes só drenam energia da rede durante os picos da tensão alternada, mudando o comportamento da rede entre instantes próximos a passagem por zero e instantes próximos às tensões de pico da senoide de 60Hz. Em casos extremos, como na rede elétrica da universidade, onde existem muitos computadores ligados, a fundamental de 60Hz chega a ficar deformada, com os picos achatados.

4.1.3: Determinação da freqüência

Antes de poder prosseguir era necessário determinar a melhor freqüência de transmissão, verificando a atenuação da rede em função da mesma. Estudos prévios da bibliografia mostravam que os fios de uma rede comum têm elevada indutância, de forma que freqüências na faixa dos megahertz são fortemente atenuadas.

O uso de freqüências muito baixas também não é indicado, pois sofrem efeito dos ruídos. Outro fator é a freqüência do sinal que carrega informação, que como será visto adiante, situa-se na faixa de 600Hz a 2KHz, exigindo uma portadora de no mínimo 50kHz.

Mas para determinar a melhor faixa é necessário um longo estudo, equipamento especial e muitos testes de campo, usando as mais variadas cargas existentes nas residências, e isso em várias instalações elétricas diferentes. Um esforço muito grande e dispendioso em termos de tempo.

Assim a decisão sobre a freqüência a ser utilizada foi baseada em consulta bibliográfica, análise de testes de campo realizados por algumas empresas e disponibilizados ao público, e também a partir de exemplos de tecnologias comerciais, escolhendo-se 100kHz como portadora para os testes iniciais.

4.2: Codificação do sinal

A transmissão digital de sinais em relação à transmissão analógica possui numerosas vantagens, como taxa de erros muito inferiores, maior facilidade para multiplexação, menores custos na implementação e compatibilidade direta com o controle baseado em eventos discretos, predominante na automação residencial.

Estudaram-se então as técnicas de codificação digital de informação comumente utilizadas com transmissão baseada em portadoras, como ASK (Amplitude Shift Key), FSK (Frequency Shift Key) e PSK (Phase Shift Key) em banda base.

Como a portadora chega ao receptor com variações de amplitude, por vezes muito rápidas, em função de cargas da rede e ruídos, a codificação ASK não é adequada para este tipo de aplicação.

O próximo passo era descobrir uma maneira viável, tanto economicamente quanto em relação ao tempo, de implementar alguma das alternativas restantes, mas constatou-se que isto exigiria o desenvolvimento do circuito de codificação e decodificação, relativamente complexo.

Nossas pesquisas nos levaram então a procurar algum tipo de hardware integrado, que já implementasse um protocolo de codificação resistente a ruídos e confiável, assim a codificação escolhida foi a Dual-Tone Multi-Frequency descrita a seguir.

4.2.1: Protocolo DTMF

DTMF (Dual-tone multi-frequency) é um tipo de codificação digital de dados baseada em chaveamento de freqüências (FSK) com múltiplas freqüências de base (MFSK), utilizado para transmitir dados na faixa de áudio correspondente à voz.

Atualmente é utilizado por quase todos os sistemas telefônicos do mundo para enviar informações à central telefônica através da chamada discagem por tom. O protocolo foi desenvolvido pelo Bell Labs, uma divisão da AT&T responsável por pesquisas na área de telefonia, na década de 50, no intuito de permitir que informação de discagem pudesse passar através de conexões de longa distância, potencialmente em meios sem-fio como microondas ou satélites.

A codificação consiste em escolher dois tons de entre oito freqüências definidas, permitindo quatro possibilidades para cada tom, com um total de 16 combinações (4x4). Assim é possível transmitir uma palavra de 4 bits (um nible) a cada mudança de tom, e um byte (8 bits) a cada duas mudanças.