UNIVERSIDADE ESTADUAL DO SUDOESTE DA BAHIA
Departamento de Ciências Exatas e Naturais
Curso: Engenharia Ambiental
Disciplina: Instrumentação Aplicada
INTRODUÇÃO
• INSTRUMENTAÇÃO é a ciência que aplica e
desenvolve técnicas para adequação de
instrumentos de medição, transmissão,
indicação, registro e controle de variáveis
físicas em equipamentos nos processos
industriais.
INTRODUÇÃO
• Nas indústrias de processos tais como
siderúrgica, petroquímica, alimentícia, papel, etc.;
a instrumentação é responsável pelo rendimento
máximo de um processo, fazendo com que toda
energia cedida, seja transformada em trabalho na
elaboração do produto desejado. As principais
grandezas que traduzem transferências de
energia no processo são: PRESSÃO, NÍVEL,
VAZÃO, TEMPERATURA; as quais denominamos
de variáveis de um processo.
INTRODUÇÃO
• Á Teoria da Informação é o campo da
matemática que lida com a transferência de
informação de um local para outro e com o
armazenamento de informação para posterior
uso.
• Pode ser vista como o passar de informação
através de um canal de uma fonte para um
receptor
• Lida com:
INTRODUÇÃO
• – Fiabilidade (detecção e remoção de erros
causados por ruído no canal)
• – Eficiência
• – Segurança
• Trata-se de Área científica criada por Claude
Shannon em 1948 cujo objetivo principal e :
INTRODUÇÃO
• Descobrir as leis que regulam os sistemas utilizados
para comunicar e manipular a informação; procurar os
limites superiores para utilização de um canal de
informação
• • Em particular procurar técnicas para:
• – Para utilizar o mais eficazmente possível os sistemas
de comunicação e armazenamento de informação –
codificação/compressão da informação
• – Para utilizar com fiabilidade e segurança um dado
canal de comunicação – técnicas e códigos para a
detecção e correção de erros, criptografia.
INTRODUÇÃO
• O estudo de um sistema de comunicações
digitais envolve dois aspectos cruciais:
• 1. a eficiência da representação da informação
gerada pela fonte;
• 2. a taxa de transmissão à qual é possível
enviar a informação com fiabilidade através de
um canal ruidoso.
INTRODUÇÃO
• A teoria da informação estabelece os limites
fundamentais associados às questões acima
referidas. A saber:
• I. o número mínimo de unidades de informação
binária (bit) por símbolo necessário para
representar completamente a fonte;
• II. o valor máximo da taxa de transmissão que
garante fiabilidade da comunicação através de
um canal ruidoso.
PROCESSAMENTO DE SINAIS
• O Processamento de Sinais consiste na análise
e/ou modificação de sinais de forma a extrair
informações dos mesmos e/ou torná-los mais
apropriados para alguma aplicação específica.
O processamento de sinais pode ser feito de
forma analógica ou digital. Os objeto de
interesse do processamento de sinais podem
incluir sons, imagens, séries temporais, sinais
de telecomunicações, como sinais de rádio e
muitos outros.
PROCESSAMENTO DE SINAIS
• Hoje em dia existem diversos dispositivos que
podem ser usados no processamento digital
de sinais, como DSPs (os mais rápidos e
versáteis), microcontroladores e FPGAs.
PROCESSAMENTO DE SINAIS
• O Processamento Digital de Sinais ou PDS
(também chamado de DSP, do inglês, Digital
Signal Processing) possui diversas técnicas
computacionais que podem ser utilizadas
diretamente em um sistema computacional
baseado no IBM-PC padrão, sem necessitar do
uso de equipamentos de hardware específicos
como FPGAs ou microcontroladores. As
transformadas Matemáticas como Fourier e
Wavelets são exemplos deste tipo de
processamento.
PROCESSAMENTO DE SINAIS
• As técnicas de processamento de sinais podem
ser de muita utilidade no controle e análise de
sistemas físicos de interesse dos mais diversos
pesquisadores,
não
só
engenheiros
electrotécnicos, como engenheiros mecânicos,
químicos e físicos. Atualmente, técnicas de
processamento de sinais também têm atraído
muito a atenção de profissionais de outras áreas
como economia, biologia, saúde e os
profissionais que conseguem integrar tanto a
área da saúde quanto da informática os
informatas biomédicos.
CODIFICAÇÃO
• Em processamento digital de sinais,
Codificação significa a modificação de
características de um sinal para torná-lo mais
apropriado para uma aplicação específica,
como por exemplo transmissão ou
armazenamento de dados.
CODIFICAÇÃO
• Neste contexto, existem três tipos de codificação:
• Codificação de canal: Códigos detectores ou
corretores de erros.
• Codificação de fonte: Criptografia e compressão
de dados.
• Códigos de linha: Especificam a forma do sinal
elétrico que será usado para representar os
símbolos de informação. No caso binário,
especifica o sinal elétrico dos bits 1 e 0.
TÉCNICAS DE CODIFICAÇÃO DE SINAIS
DIGITAIS
• No que diz respeito às principais técnicas de
codificação, podemos dividí-las em 3:
• Non Return to Zero (NRZ): Existem dois níveis de
tensão ou corrente, para representar os dois
símbolos digitais (0 e 1). É a forma mais simples
de codificação e consiste em associar um nível de
tensão a cada bit: um bit 1 será codificado sob a
forma de uma tensão elevada e um bit 0 sob a
forma de uma tensão baixa ou nula (Figura 1).
TÉCNICAS DE CODIFICAÇÃO DE SINAIS
DIGITAIS
• Figura 1. Exemplo de codificação NRZ
TÉCNICAS DE CODIFICAÇÃO DE SINAIS
DIGITAIS
• Return to Zero (RZ): Na codificação RZ o nível
de tensão ou corrente retorna sempre ao nível
zero após uma transição provocada pelos
dados a transmitir (a meio da transmissão do
bit). Geralmente um bit 1 é representado por
um nível elevado, mas a meio da transmissão
do bit o nível retorna a zero (Figura 2).
TÉCNICAS DE CODIFICAÇÃO DE SINAIS
DIGITAIS
• Figura 2. Exemplo de codificação RZ
TÉCNICAS DE CODIFICAÇÃO DE SINAIS
DIGITAIS
• Diferenciais: Neste tipo de codificação, os 0 e
1 são representados através de uma alteração
do estado da tensão ou corrente. Assim, o
valor 1 é representado pela passagem de uma
tensão ou corrente baixa/nula para uma
tensão ou corrente elevada. O valor 0 é o
contrário, ou seja, passa-se de uma tensão ou
corrente elevada para outra baixa/nula.
TÉCNICAS DE CODIFICAÇÃO DE SINAIS
DIGITAIS
TRANSMISSÃO DE SINAIS DIGITAIS
• Transmissão de dados
• O modo como os dados são transmitidos ao
longo dos canais de transmissão.
TRANSMISSÃO DE SINAIS DIGITAIS
• 1. Transmissão em paralelo e em série
• Os dados a transmitir ao longo de uma rede
são emitidos sob a forma de sinais elétricos.
Esses sinais apresentam uma propriedade
inerente, que é a tensão elécrica. Como os
sistemas informáticos entendem a linguagem
binária, 0 ou 1, tem de ser feita uma
associação, uma correspondência entre as
tensões e os códigos binários.
TRANSMISSÃO DE SINAIS DIGITAIS
• Os protocolos estão, em geral, definidos por
normas internacionais (por exemplo, a norma
RS 232) que estabelecem as relações entre os
bits e os níveis de tensão elétrica para o
formato dos dados a transmitir e para o
débito de transmissão de bits por unidade de
tempo.
TRANSMISSÃO DE SINAIS DIGITAIS
• A figura abaixo ilustra de que modo se
transmite uma sequência de bits entre dois
dispositivos PC1 e PC2 pelo modo série.
TRANSMISSÃO DE SINAIS DIGITAIS
• Assim, os bits são representados por impulsos
retangulares, como mostra a figura acima, em
que o valor '1' corresponde a um certo nível
de tensão elétrica e o valor '0' a outro nível,
sendo estes definidos pela norma utilizada.
• Quando a transmissão esta em repouso, o
impulso esta no nível correspondente ao valor
1
TRANSMISSÃO DE SINAIS DIGITAIS
• Quando um dispositivo começa a transmissão
é enviado um primeiro bit de controle, a que
se dá o nome de start bit, que indica o início
de uma transmissão
TRANSMISSÃO DE SINAIS DIGITAIS
• Depois do start bit são transmitidos os bits do caráter a
enviar, seguidos de um bit de paridade e de 1 a 2 bits
de stop, que indicam o fim da transmissão.
• A Paridade é o método mais antigo, é somente capaz
de identificar alterações nos dados depositados nas
memórias, sem condições porém de fazer qualquer
tipo de correção.
• A paridade consiste na adição de mais um bit para cada
byte de memória, que passa a ter 9 bits, tendo o
último a função de diagnosticar erros nos dados.
TRANSMISSÃO DE SINAIS DIGITAIS
• O bit de paridade, permite uma detecção
elementar de erros na transmissão que ocorram
num dos bits do byte enviado. Uma solução é
acrescentar-se informação.
• O uso da paridade não torna o computador mais
lento, uma vez que os circuitos responsáveis pela
verificação dos dados são independentes do
restante sistema. O seu único efeito colateral é o
aumento de preço das memórias, que ao invés de
8 bits por byte, passam a ter 9,tornando-se cerca
de 12% mais caras.
TRANSMISSÃO DE SINAIS DIGITAIS
TRANSMISSÃO DE SINAIS DIGITAIS
• Transmissão em paralelo
• Na transmissão em paralelo são enviados
vários bits ao mesmo tempo, um por cada fio
condutor.
TRANSMISSÃO DE SINAIS DIGITAIS
• A ligação paralela dos computadores de tipo
PC necessita geralmente 10 fios.
• Já que a maior parte dos processadores trata
as informações de maneira paralela, é
importante tratar-se de transformar dados
que chegam de maneira paralela em dados
em série a nível do emissor, e contrariamente
a nível do receptor.
TRANSMISSÃO DE SINAIS DIGITAIS
• Estas operações são realizadas graças a um
controlador de comunicação (na maior parte
do tempo
• Um chip UART (Universal Asynchronous
Receiver Transmitter), controlador de
comunicação funciona da maneira seguinte:
TRANSMISSÃO DE SINAIS DIGITAIS
• A transformação paralelo-série faz-se graças a
um registro de defasagem. O registo de
defasagem permite, graças a um relógio,
deslocar o registro (o conjunto dos dados
presentes em paralelo) para uma posição à
esquerda, e seguidamente emitir a bit de peso
forte (a mais à esquerda) e assim
sucessivamente
TRANSMISSÃO DE SINAIS DIGITAIS
TRANSMISSÃO DE SINAIS DIGITAIS
• TRANSMISSÃO SIMPLEX, HALFDUPLEX E
FULLDUPLEX
• O transporte de informação e de dados ao longo
de canais de comunicação pressupõe a existência
de, pelo menos, um emissor e um receptor. A
comunicação entre emissores e receptores pode
ocorrer de três formas, tendo em conta a
direcionalidade e a simultaneidade: Simplex;
Halfduplex; Fullduplex.
TRANSMISSÃO DE SINAIS DIGITAIS
• A ligação simplex caracteriza uma ligação na
qual os dados circulam num só um sentido, ou
seja do emissor para o receptor. Este tipo de
ligação é útil quando os dados não têm
necessidade de circular nos dois sentidos (por
exemplo, do seu computador para a
impressora ou do mause para o
computador…).
TRANSMISSÃO DE SINAIS DIGITAIS
• A ligação half-duplex (às vezes chamada
ligação de alternância ou semi-duplex)
caracteriza uma ligação na qual os dados
circulam num sentido ou no outro, mas não os
dois simultaneamente. Assim, com este tipo
de ligação, cada extremidade da ligação emite
por sua vez. Este tipo de ligação permite ter
uma ligação bidiretiva que utiliza a capacidade
total da linha.
TRANSMISSÃO DE SINAIS DIGITAIS
• A ligação full-duplex (chamada também
duplex integral) caracteriza uma ligação na
qual os dados circulam de maneira bidiretiva e
simultaneamente. Assim, cada extremidade
da linha pode emitir e receber ao mesmo
tempo, o que significa que a banda concorrida
está dividida por dois para cada sentido de
emissão dos dados, se um mesmo suporte de
transmissão for utilizado para as duas
transmissões.
TRANSMISSÃO DE SINAIS DIGITAIS
• TRANSMISSÃO POR DIFUSÃO E PONTO A
PONTO
• Se analisarmos a transmissão de dados quanta
ao número de destinatários, podemos ter três
formas diferentes de a fazer: difusão
Multicast; difusão Broadcast; ponto a ponto.
TRANSMISSÃO DE SINAIS DIGITAIS
• TRANSMISSÃO EM BASEBAND E EM
BROADBAND
• Para transmitir dados através dos cabos
utilizam-se duas técnicas: Transmissão em
banda base – baseband; Transmissão em
banda larga- broadband
TRANSMISSÃO DE SINAIS DIGITAIS
• TRANSMISSÃO SÍNCRONA E ASSÍNCRONA
• Numa transmissão em série, por exemplo, os
bits chegam um de cada vez.
• O equipamento receptor devera saber quais
dos bits recebidos correspondem à mensagem
e quais correspondem a bits de controlo. Para
isso é necessário que exista sincronização
entre o equipamento emissor e o
equipamento receptor.
TRANSMISSÃO DE SINAIS DIGITAIS
• Existem duas técnicas de fazer sincronização:
• Transmissão síncrona neste caso, a
informação do clock segue na própria
transmissão. Assim, numa transmissão em
série síncrona, são transmitidos os bits do
segundo caracter logo a seguir aos bits do
primeiro caracter o conjunto de caracteres
que formam uma mensagem é dividido em
blocos cujo tamanho pode variar.
TRANSMISSÃO DE SINAIS DIGITAIS
• Este tipo de transmissão, na qual emissor e
receptor são sincronizados pelo mesmo
relógio. O receptor recebe continuamente
(mesmo quando nenhum bit é transmitido) as
informações ao ritmo em que o emissor as
envia. É por isso é necessário que emissor e
receptor estejam sincronizados à mesma
velocidade.
Além
disso,
informações
suplementares são inseridas para garantir a
ausência de erros a quando da transmissão.
TRANSMISSÃO DE SINAIS DIGITAIS
• Quando ocorre uma transmissão sincrônica,
os bits são enviadas de maneira sucessiva sem
separação entre cada caracter, é por
conseguinte necessário inserir elementos de
sincronização, fala-se então de sincronização
ao nível caracter.
TRANSMISSÃO DE SINAIS DIGITAIS
• O principal inconveniente da transmissão
síncrona é o reconhecimento das informações
a nível do receptor, porque podem existir
diferenças entre os relógios do emissor e o
receptor. É por isso que cada envio de dados
deve fazer-se num período bastante longo de
modo a que o receptor o distinga. Assim, a
velocidade de transmissão não pode ser muito
elevada numa ligação sincrônica.
TRANSMISSÃO DE SINAIS DIGITAIS
• Transmissão assíncrona neste caso, a
sincronização e alcançada utilizando na
transmissão sinais de start e de stop da
mensagem. Numa transmissão de série
assíncrona, antes dos bits de um caracter
existe um bit de start e no fim desses bits um
ou dois bits de stop
TRANSMISSÃO DE SINAIS DIGITAIS
• Na ligação assíncrona, na qual cada caracter é
emitido de maneira irregular no tempo (por
exemplo, um usuário que envia em tempo real
caracteres introduzidos no teclado). Assim,
imaginemos que só um bit é transmitido
durante um longo período de silêncio… o
receptor não poderia saber quando se trata de
00010000, ou 10000000 ou ainda 00000100…
TRANSMISSÃO DE SINAIS DIGITAIS
• Para remediar este problema, cada caracter é
precedido de uma informação que indica o
início da transmissão do caracter (a
informação de início de emissão chama-se bit
START) e termina com o envio de uma
informação de fim de transmissão (chamada
bit STOP, pode eventualmente haver vários
bits STOPS.
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DAS
TRANSMISSÕES DE DADOS
• As formas físicas que os dados podem assumir
numa transmissão.
• 1. Sinais digitais e analógicos
• Como sabemos, os dados que são
transportados ao longo de um canal de
comunicação estão como que embutidos em
sinais elétricos. Esses sinais podem assumir a
forma de sinais: digital; analógico.
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DAS
TRANSMISSÕES DE DADOS
• Sinal digital
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DAS
TRANSMISSÕES DE DADOS
• Sinal analógico
CODIFICAÇÃO E ENCRIPTAÇÃO
• A codificação é necessária para converter
sinais digitais segundo formatos necessários à
transmissão e, principalmente, incluído no
sinal digital, o sincronismo de clock,
indispensável para a transmissão síncrona.
CODIFICAÇÃO E ENCRIPTAÇÃO
• A encriptação consiste na codificação de uma
mensagem, para garantir que não seja lida
diretamente por qualquer pessoa que não
conheça as chaves de encriptação. Estas
chaves de encriptação são as que permitem a
codificação e descodificação da mensagem.
CODIFICAÇÃO E ENCRIPTAÇÃO
• MODULAÇÃO
• Um sinal analógico pode ter um
comportamento no qual apresenta infinitos
valores de amplitude e de frequência. Esta
característica é muito explorada pelos
sistemas de rádio e de televisão. Para garantir
que a transmissão analógica ocorra de modo
mais uniforme, utiliza-se a modulação.
CODIFICAÇÃO E ENCRIPTAÇÃO
• MODULAÇÃO
• Modulação é o processo pelo qual uma onda
portadora (sinal elétrico que vai transportar a
informação) analógica pode ser alterada, de
modo que consiga um padrão uniforme para a
transmissão de dados. Existem três tipos de
modulação:
CODIFICAÇÃO E ENCRIPTAÇÃO
• MODULAÇÃO
• Modulação por amplitude (AM) a amplitude da onda
portadora varia de acordo com o sinal a ser
transmitido.
• Modulação por frequência (FM ) a frequência da onda
portadora varia de acordo com o sinal a ser
transmitido.
• Modulação em Fase (PM) :- Baseia-se na alteração da
fase da onde portadora. Sempre que existe uma
transmissão existe uma reversão do sentido da onda,
ou seja sentido contrario do bit anterior.
CODIFICAÇÃO E ENCRIPTAÇÃO
CODIFICAÇÃO E ENCRIPTAÇÃO
• TAXAS DE TRANSMISSÃO
• A taxa de transmissão indica o número de bits que são
transmitidos pelo canal de transmissão, por segundo.
Esta grandeza tem como unidade bps (bit por
segundo).
• A taxa de transmissão depende de dois fatores:
• O meio de transmissão utilizado (tipo e comprimento
do cabo) e o tráfego na rede (quantos mais
computadores estiverem, num determinado momento,
em comunicação, mais lento será o transporte dos bits,
logo, mais baixa será a taxa de transmissão).
CODIFICAÇÃO E ENCRIPTAÇÃO
• LARGURA DE BANDA
• A largura de banda de um canal é definida
como a diferença entre a mais alta e a mais
baixa frequência que o canal pode realmente
transmitir. Quanto maior for a largura de
banda, mais informação o canal pode
transmitir.
CODIFICAÇÃO E ENCRIPTAÇÃO
• LARGURA DE BANDA
• Podemos fazer uma analogia entre a largura
de banda de um meio de transmissão e um
cano de água. Quanto maior o diâmetro
interno do tubo, mais água poderá passar por
ele.
CODIFICAÇÃO E ENCRIPTAÇÃO
• A largura é limitada, essencialmente, por dois
elementos:
• Pelo meio físico de transmissão, dado que cada meio
tem a sua frequência máxima de transmissão;
• Pelos dispositivos de rede, porque estes também
apresentam taxas de erro próprias. Se um determinado
condutor apresenta uma elevada taxa de erro, somos
obrigados a colocar um overhead muito grande de
controlo de erros juntamente com os bit a transmitir.
Isto faz com que a velocidade de transmissão e a
largura de banda sejam reduzidas.
CODIFICAÇÃO E ENCRIPTAÇÃO
• MULTIPLEXAGEM
• É uma técnica utilizada para que, pelo mesmo
canal de comunicação, possam circular
transmissões diferentes. A multiplexagem
representa uma otimização da infraestrutura
física das redes.
CODIFICAÇÃO E ENCRIPTAÇÃO
• MULTIPLEXAGEM
• Os multiplexadores (multiplexers) são os
equipamentos de comunicação responsáveis
por combinar sinais diferentes num único
canal de transmissão. Eles também executam
a função inversa, chamada desmultiplexagem,
que consiste em receber os sinais misturados
de um único canal e separá-losnovamente.
CODIFICAÇÃO E ENCRIPTAÇÃO
• MULTIPLEXAGEM
• Com a multiplexagem é possível reduzir
enormemente os investimentos em meios
físicos de transmissão.
• Um exemplo atual desta técnica é o acesso
ADSL. Neste caso, os sinais de voz e de dados
circulam pelo mesmo cabo de cobre.
• Existem três técnicas de multiplexagem:
CODIFICAÇÃO E ENCRIPTAÇÃO
• FDM (Frequency Division M ultiplexing)
multiplexagem por divisão de frequência é
baseada na divisão do meio em vários.
Portanto, consiste em fazer passar por um
mesmo cabo sinais de frequências diferentes.
• Um exemplo deste tipo de multiplexagem é o
da TV por cabo, no qual as operadoras
colocam as várias frequências dos seus canais
num mesmo cabo coaxial.
CODIFICAÇÃO E ENCRIPTAÇÃO
CODIFICAÇÃO E ENCRIPTAÇÃO
• TDM
(Time
Division
Multiplexing)
multiplexagem por divisão de tempo é
baseada na divisão do tempo de transmissão
do canal em pequenas partes (slots). O canal
fica, assim, reservado para cada emissor
durante um certo intervalo de tempo.
CODIFICAÇÃO E ENCRIPTAÇÃO
CODIFICAÇÃO E ENCRIPTAÇÃO
• STDM (Statistical Time Division M ultiplexing)
multiplexagem por divisão de tempo que
aproveita o fato de os utilizadores não
transmitirem (não utilizarem o meio) durante
10 a 30% do tempo, e usa essa banda livre
para enviar dados de outro slot . Não há
desperdício de banda, como ocorre com o
TDM puro.
CODIFICAÇÃO E ENCRIPTAÇÃO
CODIFICAÇÃO E ENCRIPTAÇÃO
• DEGENERAÇÃO DOS SINAIS
• Os sinais analógicos e digitais transmitidos no
meio de comunicação estão sujeitos a diversos
fenômenos físicos que os degeneram, gerando
erros na transmissão. Os principais fenômenos
que afetam os meios e a qualidade da
transmissão são: Atenuação; Distorção;
Interferência; Ruído.
CODIFICAÇÃO DE CANAL
• Em comunicação, canal (por vezes designado por canal
de comunicação) designa o meio usado para
transportar uma mensagem do emissor ao receptor.
• Em
matemática,
ciência
da
computação,
telecomunicações, engenharia elétrica, estatística e
teoria da informação, chama-se Codificação de Canal,
ou Detecção e Correção de Erros à codificação de sinais
de informação com o objetivo de diminuir a taxa de
erro de símbolo e/ou de bit durante a transmissão dos
mesmos através de um canal de comunicação. Assim,
trata-se do estudo dos códigos detectores e corretores
de erros.
CODIFICAÇÃO DE CANAL
• O estudo de códigos corretores de erros iniciouse na década de 19401 , específicamente no ano
de 19482 em um trabalho publicado por Claude
E. Shannon.
• Pode-se comprovar a presença dos códigos
corretores de erro em diversas situações do
cotidiano, como por exemplo quando se assiste a
um programa de televisão, se ouve música a
partir de um CD, se faz um telefonema, se assiste
um filme gravado em DVD, ou se navega pela
internet .
CODIFICAÇÃO DE CANAL
• Devido às imperfeições e ruído no canal, toda
comunicação está sujeita a erros. Sendo
assim, uma determinada sequência de dados
pode ser enviada pelo transmissor e outra ser
recebida pelo receptor. A Figura 3 ilustra a
ocorrência de um erro no processo de
comunicação: a parte de cima da figura
representa os bits transmitidos e a de baixo,
os bits recebidos. Os bits em destaque, na
parte de baixo, indicam os erros ocorridos.
CODIFICAÇÃO DE CANAL
• Figura 3 - Erros no processo de comunicação
causados por ruídos e imperfeições do canal.


CODIFICAÇÃO DE CANAL
• A codificação de canal tem por objetivo
corrigir os erros de transmissão, por meio de
códigos especiais denominados de códigos de
detecção e/ou correção de erros.
CODIFICAÇÃO DE CANAL
• Basicamente, há duas formas de corrigir os erros:
detecção do erro no receptor e correção por
retransmissão, denominado de sistemas ARQ
(Automatic Repeat Request), e correção
automática no receptor, denominado de sistemas
FEC (Forward Error Correction). Em ambas as
soluções, há necessidade de se transmitir, em
adição à mensagem, bits de redundância que
serão utilizados no receptor para detectar ou
corrigir os eventuais erros.
CODIFICAÇÃO DE CANAL
• A forma como reagir aos erros depende do
tipo de aplicação. Na grande maioria das
aplicações de comunicação de dados, eles são
intoleráveis e devem ser corrigidos (por
exemplo, imagine um erro ocorrendo em uma
transação de automação bancária de
transferência de fundos). A forma mais segura
de fazer isso é utilizar um sistema ARQ.
CODIFICAÇÃO DE CANAL
• Em alguns sistemas de comunicação de voz e
vídeo em tempo real, é melhor conviver com o
erro do que gastar tempo tentando corrigi-lo.
Logo, nestes sistemas, a utilização de ARQ
pode ser um problema e a solução mais
comum é utilizar FEC para correção ou
simplesmente conviver com os erros que
porventura ocorrerem.
CODIFICAÇÃO DE CANAL
• O uso de FEC também é comum em sistemas
em que o tempo de propagação é muito alto,
como os sistemas de comunicação por satélite
geoestacionário, e em sistemas com taxa de
transmissão muito alta, como os sistemas
terrestres de rádio digital de alta capacidade.
CODIFICAÇÃO DE CANAL
• A Figura 4 ilustra a ideia básica do processo de
codificação de canal para controle de erro:
utilizando um algoritmo de codificação, bits de
paridade (P) são calculados com base nos bits
de dados (D) e transmitidos juntamente com
os dados.
Sem Erro ou Erro
Não Detectado
Erro
Detectado
D
P’ = P* ?
não
P*
Algoritmo
P
Ruído
D
D
P
Canal
Figura 4 - Processo de codificação para controle de erro.
Algoritmo
D’
P’
CODIFICAÇÃO DE CANAL
• O canal de comunicação pode alterar estes bits e,
portanto, os bits recebidos (P’ e D’) podem diferir
dos transmitidos; o decodificador utiliza o mesmo
algoritmo de codificação e, com base nos bits D’,
calcula os bits de paridade (P*); os bits de
paridade calculados no receptor são comparados
com os bits de paridade recebidos (P’); se eles
forem iguais (P’ = P*), não há erro detectável; se
eles forem diferentes (P’ ≠ P*), há erro
detectável.
CODIFICAÇÃO DE CANAL
• Se a técnica de correção for do tipo ARQ, o
bloco de dados é descartado e uma
retransmissão é solicitada. Se a técnica é do
tipo FEC, o passo seguinte é determinar quais
bits estão errados e providenciar a inversão
deles, corrigindo os erros.
CODIFICAÇÃO DE CANAL
• Na nomenclatura usualmente utilizada no
estudo dos códigos, a letra k representa o
número de bits de dados (D) e a letra n
representa o número total de bits, dados mais
paridade. Logo, o número de bits de paridade
(P) é n – k.
CODIFICAÇÃO DE CANAL
• CÓDIGO DE PARIDADE SIMPLES
• O código mais simples para detecção de erro é
o código de paridade simples. Neste, um bit
de paridade é acrescentado aos de
informação, de modo que o número total de
bits 1s, incluindo o bit de paridade, seja um
número par, se estivermos utilizando paridade
par, ou um número ímpar, se estivermos
utilizando paridade ímpar.
CODIFICAÇÃO DE CANAL
• CÓDIGO DE PARIDADE SIMPLES
• Para paridade par, outra forma de descrever o
processo de codificação é o seguinte: os bits
de informação são adicionados (operação em
módulo 2, que equivale a uma operação ouexclusivo) e o resultado é colocado na posição
do bit de paridade.
CODIFICAÇÃO DE CANAL
• CÓDIGO DE PARIDADE SIMPLES
• A Figura 5 ilustra a codificação com paridade
simples, considerando paridade par, para um
código com k = 7 e n = 8. Em todo o restante
do texto, assumiremos o uso de paridade par.
CODIFICAÇÃO DE CANAL
• Figura 5 - Codificação com paridade par.
bits de dados
bit de paridade
0101110 0
CODIFICAÇÃO DE CANAL
• CÓDIGO DE PARIDADE SIMPLES
• A decodificação é feita, simplesmente,
verificando se o número total de bits 1s recebidos
é um número par, ou se a soma em módulo 2 dos
bits recebidos, incluindo o bit de paridade, é zero.
Todos os erros que afetam um número ímpar de
bits podem ser detectados e todos os erros que
afetam um número par de bits não podem ser
detectados. A Figura 6 ilustra os dois casos.
CODIFICAÇÃO DE CANAL
bits de dados
bit de paridade
0101110 0
sequência transmitida
0100110 0
seq. recebida com erro detectável
1100110 0
seq. recebida com erro não-detectável
• Figura 6 - Decodificação com paridade simples.
CODIFICAÇÃO DE CANAL
• CÓDIGO DE PARIDADE SIMPLES
• Considerando um canal sem memória, no qual a
probabilidade de erro de bit é igual para todos os
bits do pacote e independe se o bit anterior
chegou certo ou errado, o número de bits errados
em um bloco segue uma distribuição binomial.
Portanto, considerando um bloco com k bits de
informação e n = k + 1 bits no total, a
probabilidade de um bloco ser recebido com erro
não-detectável pode ser calculada por:
CODIFICAÇÃO DE CANAL
• CÓDIGO DE PARIDADE SIMPLES
• onde p é a probabilidade de erro de bit no
canal.
CODIFICAÇÃO DE CANAL
• CÓDIGO DE PARIDADE SIMPLES
• Exemplo 1. Em uma rede de comunicação
cada símbolo da fonte é representado por 7
bits e transmitido individualmente utilizando
um bit de paridade para a detecção de erro. A
taxa de erro de bit no canal é p = 10-3. Calcule
a probabilidade de um erro não ser detectado
em um dado símbolo transmitido.
CODIFICAÇÃO DE CANAL
• CÓDIGO DE PARIDADE SIMPLES
• Solução
• Utilizando a expressão (1), a probabilidade do erro não
ser detectado é dada por:
• Substituindo p = 10-3, temos Pnd = 2,78 x 10-5. Ou
seja, a cada 35.929 símbolos transmitidos, em média,
um símbolo conterá um erro que não pode ser
detectado pelo decodificador.
CODIFICAÇÃO DE CANAL
• CÓDIGO DE PARIDADE SIMPLES
• A questão agora é: este número é grande ou
pequeno? Para ajudar a responder a pergunta
acima, vamos fazer alguns exercícios.
CODIFICAÇÃO DE CANAL
• CÓDIGO DE PARIDADE SIMPLES
• Inicialmente, imagine que o arquivo contendo as
páginas desta apostila estivesse sendo
transmitido da minha casa para a UESB utilizando
este canal de comunicação. Tomando com base a
primeira página deste capítulo, que possui em
torno de 2.000 símbolos, a impressão final do
livro teria, em média, um símbolo errado a cada
18 páginas devido apenas aos erros de
transmissão não detectados.
CODIFICAÇÃO DE CANAL
• CÓDIGO DE PARIDADE SIMPLES
• A maioria dos leitores consideraria isto
inaceitável, principalmente se o erro
coincidisse com o símbolo de uma fórmula e o
levasse a gastar horas tentando interpretar
uma fórmula errada.
CODIFICAÇÃO DE CANAL
• CÓDIGO DE PARIDADE SIMPLES
• Agora, considere que a aplicação é uma transação
de automação bancária de transferência de
fundos, a qual demanda a transmissão de cerca
de 35 símbolos do terminal de autoatendimento
para o banco. Se os dados da transação fossem
protegidos apenas pela paridade, em média,
teríamos um símbolo errado a cada 1.000
transações realizadas.