SISTEMAS DE TELECOMUNICAÇÕES

INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO
Ano lectivo de 2003/2004 - 1o Semestre
1o Exame - 19 de Janeiro de 2004

A duração do exame é de 3 h. Responda às seguintes questões apresentando os cálculos que efectuar e justificando as respostas dadas. Nunca fique ‘preso’ em nenhuma resposta; se necessário, passe à frente para regressar mais tarde à mesma questão. Boa sorte !
As notas desta prova sairão até às 14 h do dia 21 de Janeiro (4ª feira), no placard da cadeira e a revisão de provas será às 14 h do dia 21 de Janeiro (4ª feira), no Laboratório de Telecomunicações 4.

I   (0,5 + 1 + 1 + 0,5 val.)

Considere um sistema de multiplexagem digital com 4 linhas de entrada de 1ª hierarquia Europeia (2,048 Mbit/s), numa única saída de 8,448 Mbit/s. A trama de saída contém uma sequência de alinhamento de trama (SAT) com 10 bits, 2 bits de serviço e, por tributário, 205 bits de informação, 1 bit de justificação e 3 bits de controlo de justificação.

a) Determine a duração da trama de saída. (R: 100, 38 us)
b) Admitindo que é declarada a perda de sincronismo de trama  se 3 SATs consecutivos forem recebidos com erros e que a probabilidade de erro de bit na linha é de 10-5, quantas vezes em média por mês ocorre uma declaração indevida de perda de sincronismo ? (R: 0,0262)
c) Determine os limites para a variação do ritmo binário dos tributários, comportáveis pelo multiplexer. (R: 2,042 Mbit/s e 2,052 Mbit/s)
d) Porque razão é essencial fazer a formatação das tramas de saída ?
II (1 + 1 + 1 val.)

Um sistema de CD usa PCM uniforme com 16 bit/amostra e uma frequência de amostragem de 44.1 kHz para cada um dos dois canais áudio num par estéreo.
a)      Qual o débito binário resultante no conjunto dos dois canais e a largura de banda mínima para transmissão em banda de base ? Qual a frequência máxima permitida ao sinal de entrada ? (R: 1,4112 Mbit/s; 705,6 kHz; 22,05 kHz)
b)      Qual o valor da relação sinal-ruído de quantificação em dB, supondo que a potência média (normalizada) do sinal de áudio é de 0.9 e que os extremos de quantificação (normalizados) são ±1? (R: 100, 65 dB)
c)      Se a duração da música gravada no CD tiver de ser de 3 horas, determine o factor de compressão adicional que tem de ser aplicado à informação PCM, sabendo que o CD tem capacidade para 7.4 Gbit. (R: 2,0596)

III   (1,5 + 1,5 + 1 val.)

a)      Indique, justificando detalhamente, 3 condições a aplicar no escolha da localização dos pontos terminais de um percurso em feixe hertziano.
b)      Indique, justificando detalhadamente, 3 soluções para evitar ou diminuir o impacto das reflexões devidas a uma zona lagunar que se interpõe no percurso directo entre 2 pontos terminais entre os quais se quer estabelecer uma ligação por feixe hertziano.
c)Explique porque razão não se consideram normalmente no projecto de feixes hertzianos em Portugal as atenuações devidas ao nevoeiro e à neve e granizo.

IV (1 + 0,5 + 1 + 1 val.)

Considere um sistema de  transmissão de televisão digital via satélite (em órbita geo-estacionária) com as seguintes características:

·        Potência isotrópica equivalente radiada (satélite): 40 dBW

·        Frequência da portadora no percurso descendente: 12 GHz

·        Largura de banda do transpositor do satélite: 32 MHz

·        Técnica de acesso múltiplo: FDMA

·        Débito de cada canal de televisão: 6 Mbit/s

·        Modulação: 8-PSK

·        Factor de excesso de banda dos filtros, supostos de Nyquist: 0,2

·        Distância satélite-receptor: 40 000 km

·        Temperatura equivalente de ruído do receptor: 140 K

·        Rendimento das antenas da estação receptora (parabólicas): 0,5

a)      Quantos canais de televisão poderão, em simultâneo, utilizar o transpositor do satélite ? (R: 13 canais)
b)      Qual a densidade de energia colocada pelo satélite na estação de Terra ? (R: -123 dBW/m2)
c)      Qual o factor de mérito da estação de Terra para que não se exceda a taxa de erros binários de 10-6 no percurso descendente, admitindo que o número de canais de TV que utilizam o satélite é  13 ? (R: 30,38 dB/K)
d)      Qual o diâmetro mínimo da antena de recepção que permite garantir, no percurso descendente, uma  taxa de erros binários máxima de 10-6 ? (R: 4,26 m) 

V (1.5 + 1 + 1  val.)

Considere agora um contexto de comunicações móveis celulares.
a)      Explique em que consiste e quais são as vantagens em fazer controlo de potência. Qual o nível de potência objectivo no móvel quando se faz controlo de potência ?
b)      Como se define um cluster ? Quais as principais condições que definem os valores possíveis para o tamanho do cluster numa rede com geometria hexagonal ?
c)      Compare em termos de principais vantagens e desvantagens as soluções de aumentar a capacidade da rede celular usando divisão das células ou sectorização.

 
VI (1 + 1 + 1 val.)

a)      Qual o factor de compressão global que preciso de ter num codificador de vídeo se quiser enviar um sinal de vídeo com resolução espacial CIF (352X288 e 176X144 amostras de luminância e crominância, respectivamente) a 12,5 Hz  num canal RDIS de 128 kbit/s, sabendo que preciso de 15% do débito total disponível para overhead de sincronismo e multiplexagem ? (R: 139,76)
b)      Sabendo que a norma H.261 codifica o passo de quantificação com um código de comprimento constante e que se deixava de enviar o valor do passo de quantificação em todos os GOBs para passar a mandar apenas duas vezes por imagem, qual seria o ritmo binário poupado devido a esta decisão para uma sequência CIF a 25 Hz (despreze o facto de se poder enviar o passo de quantificação ao nível do macrobloco) ? (R: 1250 bit/s)
c)      Indique as 2 razões principais que justificam o facto de a variação do passo de quantificação ser o método mais usado para o controlo do débito em codificação de vídeo. 

Formulário

nq=q2/12 - ruído de quantificação uniforme

Eb/N0 [dB]=C/N [dB] + 10 log (BW/fb)

Lfs [dB] =  32.4 + 20 log10 d (km) + 20 log10 f (MHz) - atenuação em espaço livre

N0 [dBW]= 10 log10 (K T Bw); K= 1.38 x 10-23  J/K - potência de ruído térmico

G [dB] = 20 log10 (  p.D / l   ) + 10 log10 h - ganho de uma antena parabólica

a = (l 2 / 4p) . g – abertura efectiva de uma antena


Gráfico com a variação do ber (bit error rate) em função de Eb/N0 para M-PSK