03-Meios de Transmissão

Introduo

Cap.3 - Meios de transmisso

IntroduoQuais so os meios de transmisso de dados que voc conhece? Quais so os que voc mais freqentemente usa?

2Professor: Arlindo Tadayuki Noji

Cap3- Meios de Transmisso

Introduo

No nvel mais baixo, a comunicao entre computadores ocorre atravs da codificao da informao em nveis de energia. Para transmitir informaes em fios, por exemplo, basta variar os sinais eltricos para diferenciar o bit 0 do 1. Em transmisso de rdio, a variao do campo eletromagntico produzida permite diferenciar o sinal 0 do 1.



IntroduoFuno do hardware (codificao e decodificao).

Providenciar que os dados sejam convertidos em variaes de energia para efetuar uma transmisso em um meio qualquer; Transparente para os programadores e usurios.

Funo do software (criar protocolos e tratar erros).

Providenciar o tratamento de erros ocorridos na transmisso.



Os meios de transmisso

Os principais meios de transmisso conhecidos so:

Fios de cobre; Fibras de vidro; Rdio; Satlites; Arrays de satlite; Microondas; Infravermelho; Luz laser.



Caractersticas dos meios de transmisso

Podemos observar que os meios de transmisso so divididos em meios guiados e no guiados:

Ex. meios guiados: fios, cabo coaxial, fibra de vidro; Ex. meios no guiados: rdio, microondas, infravermelho,etc.

A qualidade dos sinais numa transmisso de dados em telecomunicaes so determinados ambos pelas caractersticas do meio e do prprio sinal.



Caractersticas dos meios de transmisso

Nos meios guiados, as limitaes so mais influenciadas pela tipo de meio utilizado; Enquanto que nos meios no guiados, a largura de banda produzida pela antena pode determinar a qualidade de uma transmisso.



Caractersticas gerais dos meios de transmisso de dados

Na prtica, em um projeto de um sistema de transmisso , o que desejvel que os dados tenham alta taxa de transferncia e alcance grandes distncias. Desta forma, deve se observar os seguintes fatores em projeto:

Largura de Banda (Bandwidth); Limitaes fsicas; Interferncias; Excesso de receptores ou repetidores;



Espectro eletromagntico



Caractersticas do meio guiadoFrequency Range Twisted pair (with loading) Twisted pairs (multi-pair cables) Coaxial cable Optical fiber 0 to 3.5 kHz Typical Attenuation 0.2 dB/km @ 1 kHz 0.7 dB/km @ 1 kHz 7 dB/km @ 10 MHz 0.2 to 0.5 dB/km Typical Delay 50 s/km Repeater Spacing 2 km

0 to 1 MHz

5 s/km

2 km

0 to 500 MHz 186 to 370 THz

4 s/km 5 s/km

1 to 9 km 40 km



Fios de cobreFios de cobre

considerado o meio primrio de transmisso de dados atravs de sinais eltricos para computadores;

Vantagens:

barato e fcil de encontrar na natureza e tem uma boa condutividade eltrica, somente a prata e o ouro superam no quesito condutividade (baixa resistncia eltrica);



Fios de cobre

Interferncia eltrica:

Na verdade qualquer tipo de fiao baseada em metal, tem este tipo de problema: interferncia cada fio eltrico acaba funcionando como uma mini-estao de rdio; Fios paralelos tem grande influncia;



Fios de cobre

Como eliminar ou minimizar as interferncias?

Par tranados; Cabo coaxial.



Par tranado

Cabo com fios de par tranados:

Fios torcidos entre si, mudam as propriedades eltricas dos fios, reduzindo as emisses de ondas eletromagnticas; Reduzem tambm a influncias causadas pelos outros fios.



Par tranado

O par tranado pode ser agrupado em cabos com dezenas ou centenas de fios de pares tranados. Neste caso, para diminuir mais ainda as interferncias com os outros pares adjacentes, os fios tem diferentes comprimentos de trancados, variando entre 5 15 cm para longas distncias.



Par tranado

Aplicaes:

Podem ser utilizados para sistemas analgicos com digitais:

Sistemas telefnicos:

Nas residncias e no loop local; Redes locais de 10 e 100Mbps;

Redes locais de computadores: Em PBX, sistemas de redes domsticas ou escritrios de trabalho.

Taxas de dados:

Curtas distncias ->1Gbps; Longas distncias -> 4Mbps.Cap3- Meios de Transmisso


Par tranado

atenuao:



Par tranado

Vantagens e Desvantagens:

Barato; Fcil de trabalhar; Baixa capacidade de taxa de dados; Curto alcance;



Par tranado

Caractersticas de transmisso:

Aplicaes analgicas:

Amplificado a cada 5Km Amplificado a cada 2 Km ou 3 Km

Aplicaes digitais:

Alcance Limitado Largura de Banda Limitada (1Mhz) Taxa de dados limitada (100Mhz) Sensvel a rudosCap3- Meios de Transmisso


Fios tranados protegido

Fios de pares tranados tambm podem ser envoltos em materiais metlicos. Nesse caso, os fios ficam bem mais protegidos devido a ao protetora do metal, evitando que sinais magnticos entre ou saiam do fio. UTP (Unshielded Twisted Pair ) Par tranado no protegido:

Usando em cabeamento simples de telefone; Barato; Fcil de instalar; Sofre com interferncias de FM; Possui proteo adicional a rudos; Mais caro; Grosso e mais pesado;

STP (Shielded Twisted Pair ) Par tranado protegido:



Attenuation (dB per 100 m)

Near-end Crosstalk (dB)

Frequency (MHz)

Category 3 UTP

Category 5 UTP

150-ohm STP

Category 3 UTP

Category 5 UTP

150-ohm STP

1

2.6

2.0

1.1

41

62

58

4

5.6

4.1

2.2

32

53

58

16

13.1

8.2

4.4

23

44

50.4

25

10.4

6.2

41

47.5

100

22.0

12.3

32

38.5

300


21.4

31.3 Cap3- Meios de Transmisso

Categorias de par tranadoCategory 3 Class C Category 5 Class D Category 5E Category 6 Class E Category 7 Class F

Bandwidth

16 MHz

100 MHz

100 MHz

200 MHz

600 MHz

Cable Type

UTP

UTP/FTP

UTP/FTP

UTP/FTP

SSTP

Link Cost (Cat 5 =1)

0.7

1

1.2

1.5

2.2



Cabo coaxial

Os cabos coaxiais so bem mais protegidos contra interferncias magnticas:

A proteo quase total, pois existem apenas um nico fio em seu interior que fica envolto a uma proteo metlica que a isola praticamente de qualquer onda eletromagntica externa; No recebe nem emite sinais de interferncia de outros fios.



Cabo coaxial

Aplicaes:

Um dos meios mais versteis de transmisso de dados; Usados em sistemas de distribuio de TVs, TV cabo; Usados em transmisso de voz de telefones

Pode transportar mais de 10000 vozes simultaneamente Pode ser substitudo por fibra tica

Aplicaes em redes locais de computadores;Cap3- Meios de Transmisso


Cabo coaxial

Caractersticas de transmisso:

Analgicos:

Deve ser amplificado a cada poucos Kms; Aplicados em altas frequencias, acima de 500Mhz. Necessita de repetidores a cada 1 Km; Mantm altas taxas de dados.

Digital:



Fibras ticas

As fibras de ticas so muito utilizados pelos computadores para a transmisso de dados. Os dados so convertidos em luz atravs de diodos emissores de luz ou laser para a transmisso; O recebimento realizado por transistores sensveis a luz;Cap3- Meios de Transmisso


Fibras ticas



Fibras ticas

Vantagens:

No sofre interferncia eletromagntica; Consegue transferir mais longe e em maior quantidade as informaes que um fio de cobre faz com um sinal eltrico. necessrio o uso de repetidores acima de 10Kms, apenas; Pode codificar mais informaes que os sinais eltricos (centenas de Gbps); No requer dois fios de fibra de vidro para transmitir dados; Sofre baixa atenuao.



Fibras ticas

Desvantagens:

Requer equipamentos especiais para polimento e instalao das extremidades do fio; Requer eq. Especiais para unir um cabo partido; Dificuldade de descobrir onde a fibra se partiu dentro do revestimento plstico.



Fibras ticas

Aplicaes:

Usados em troncos de comunicao; Troncos metropolitanos; Alteraes de conexes troncos rurais; Loops Locais; LANs



Fibras ticas

Atua nas faixas de frequencias entre 1014 to 1015 Hz

Poro infra-vermelha e luz visvel; Barato; Suporta funcionamento com temperaturas elevadas; Vida til maior. Maior eficincia; Maior quantidade de dados podem ser transmitidos;

Emissor usado: LED (Light Emitting Diode)

ILD ( Injection Laser Diode)

Transmisso por Multiplexao por Diviso de OndaCap3- Meios de Transmisso


Fibras ticas



Fibras ticasWavelength (in vacuum) range (nm) 820 to 900 1280 to 1350 1528 to 1561 1561 to 1620 Frequency range (THz) 366 to 333 234 to 222 196 to 192 185 to 192 S C L Band label Fiber type Application

Multimode Single mode Single mode Single mode

LAN Various WDM WDM



Fibras ticas



Rdio Comunicao Wireless

As ondas de rdio, ou radiao magnticas tambm so utilizados para transmitir dados de computador. Tambm chamadas de RF Rdio Frequncia; Vantagens:

No requer meio fsico para fazer a transmisso de dados de um computador ao outro. Pode sofrer diretamente interferncias magnticas.

Desvantagens:



Rdio Comunicao Wireless

Faixas de frequncias:

2GHz 40GHz

Microondas Direcional Ponto a ponto Satelite Omnidirecional Broadcasting (difuso) Infrared Local

30 MHz 1GHz

3 x 1011 to 2 x 1014



Antenas

Condutor eltrico para irradiar ou captar as energias eletromagnticas

Transmisso:

realizado pelo equipamento transmissor; Convertendo energia eltrica em eletromagntica pela antena; irradiado e refletido pelo ambiente; recebido pela antena convertendo a energia eletromagntica em eltrica; Mesma antena usado para a transmisso;

Recepo:



Antena Isotrpico

Irradia em todas as direes Na prtica no possui o mesmo desempenho em todas as direes; um elemento pontual no espao;

Irradia igualmente para todas as direes; Gera padro de irradiao esfrica;



Antena parablica

Usado em comunicao terrestre (microondas)

Formato de parbolica As ondas so direcionados atravs da reflexo pela parbola a partir do ponto focal fixo na antena.



Ganho da antena

Define a direcionalidade da antena Potncia de transmisso melhor aproveitado em uma determinada direo Medida em decibeis (dB) A rea de cobertura tem tamanho e formato caracterstico O ganho proporcionado pela antena devido ao formato e projeto da antena, no significa que a antena aumente a potencia de transmisso.Cap3- Meios de Transmisso


Rdio

Rdio Frequncia

Broadcasting Omnidirectional FM radio UHF and VHF television Sofre mltiplas interferncia de caminho;

Reflexo de ondas.



Microondas

As ondas de microondas so espectros mais elevados do RF. Porm tem um comportamento diferentes das ondas de RF; So ondas que podem ser direcionadas para efetuar a transmisso de dados e tem srias restries quando a ultrapassar obstculos; Devido a sua frequncia elevada, podem transportar mais dados que a frequncia de rdio;

Microondas terrestres Microondas de Satellite



Microondas - Terrestre

Parablica dish Irradiao Focada; Linha de viso; Transmisso de longa distncia Alta frequencia e largura de banda.



Satlites

O sistema de satlites permite combinar as ondas de rdio para fazer as transmisses de dados distncias mais longas; Cada satlite pode ter de seis a doze transponder. Transponder cada transponder tem a finalidade de receber um sinal, amplific-lo e retransmiti-lo de volta a terra; Cada transponder responde por uma faixa de frequncia, chamada de canal; Cada canal pode ser compartilhada entre vrios clientes;



Satlites

Funcionamento:

Satlite uma esto retransmissora; Recebe em uma frequencia, amplifica e envia em outra frequencia; rbita geo-estacionria de 35.784 Km; Usados em transmisso de TVs; Usadas em Redes privadas;



SatlitesComunicao via satlite



Satlites

Broadcasting



Satlite Geossncronos

Os satlites geo-estacionrios, como tambm so chamados, so satlites que esto em sincronia com a terra. Esto em uma rbita tal que sua velocidade de rotao igual a da terra; Permite fcil integrao de comunicao entre os continentes; Sua rbita de aproximadamente 36000 km; Cada satlite deve ficar separado entre 4 e 8 graus, portanto acima do equador cabem somente 45 a 90 satlites;



Satlites de rbita baixa

Uma segunda categoria de satlites os satlites de rbita baixada terra; So satlites que tem rbita apenas em alguns kilmetros da terra. Tipicamente entre 320 e 645 km; Esses satlites anda mais rpidos que a terra, portanto, no ficam fixo em relao a terra; Usar este tipo de satlites requer sistemas de rastreio sofisticados para manter uma antena sincronizada com os movimentos da mesma;Cap3- Meios de Transmisso


Arrays de satlites

So satlites que tambm so de rbita baixa, porm neste caso, diversos satlites formam uma rede, uma se comunicando com a outra para coordenarem uma comunicao com a terra; Isto feito de modo que sempre haver pelo menos um satlite sobre um ponto de comunicao; Os satlites conversam entre si para determinar que est mais prximo do ponto de comunicao para entregar os dados a terra;



Infravermelho

Os sistemas de utilizam infravermelhos so tipicamente aqueles que tem curto alcance de comunicao. So usados geralmente em controle remotos de TV e som e sincronizao de dados para Palmtops e Notebook; Para redes de computadores, algumas solues permitem que um ponto de acesso fique disponvel para se comunicarem em um pequena sala com vrios computadores; Tem uma leve vantagem em relao a redes sem fio, pois no precisam de antenas;



Luz laser

A vantagem de utilizar laser para transmitir dados que no precisamos de um meio fsico como a fibra de vidro utilizado para transporta a luz; Sendo a luz concentrada, ela pode viajar a grandes distncia sem perder o foco; Como a transmisso de microondas, necessitam de torres altas para terem uma visada direta, sem obstculo;



Propagao das ondas

As ondas eletromagnticas viajam por trs rotas bsicas:

Ondas de Superfcie (Ground wave)

Segue o contorno da terra; At 2 MHz; AM rdio; Rdio amador, servios de noticias (BBC, voz da america) Sinais so refletidas na ionosfera da terra e na superfcie da terra; Acima de 30Mhz Tem alcance maior graas a reflao (segue a curvatura da terra);

Ondas mdias (Sky-wave)

Visada direta (Line-of-sight)



Ondas de Superfcie (Ground wave)



Ondas mdias (Sky wave)



Visada direta (line-of-sight)



Refrao da Onda

A velocidade das ondas eletromagnticas muda em funo da densidade do meio do material;

3 x 108 m/s apenas no vcuo do espao; Faz o caminho da onda se curvar ao longo do trajeto; Se agrava a medida que aumenta a densidade do meio; seno(ngulo de incidncia)/seno(ngulo de refrao) O indice varia conforme o tamanho da onda;

A mudana de velocidade provoca, mudana de direo nas ondas;

Indice de Reflexividade

Pode causar mudana sbitas de direo numa transio entre dois meios Pode causar mudanas graduais se o meio varia sua densidade tambm de forma gradual

A densidade da atmosfera diminui conforme a altitude aumenta; Propriedade usada para a transmisso de rdios na terra.



Refrao da Onda



Atenuao no espao livre

Atenuao no espao livre

O sinal se dispersa com a distncia; Piora com o aumento da Frequncia; Vapor de agua, oxignio absorvem a radiao; gua oferece grande atenuao em 22GHz, menos abaixo de 15 GHz; Oxignio oferecec grande atenuao em 60GHz, menos abaixo de 30 GHz; Chuvas e Nevoeiros atrapalham ondas de rdio Sinais refletidos, criando mltiplas cpias do mesmo sinal; Permite levar o sinal atravs da refrao, mesmo no tendo visada direta; Pode reforar ou anular o sinal em muitos casos nos receptores;

Absoro pela atmosfera

Caminhos Multiplos



Atenuao



Caminhos MltiplosInterferncias:



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