Apostila de telecomunicaçoes

APOSTILADE

TECNOLOGIA DAS TELECOMUNICAÇÕES

Professor Mário E. LongatoVersão 2.0 – 01.05.1999

A TECNOLOGIA DAS TELECOMUNICAÇÕESCurso de Graduação

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Sumário


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1. Introdução

Esta apostila tem por objetivo complementar a literatura específica da disciplina “Tecnologiadas Telecomunicações”. Ela mostra de forma sucinta alguns conceitos sobre como iniciou atransmissão de sinais, a entrada dos computadores no cenário das comunicações, serviçosespecíficos como telefonia móvel, fixa, satélite, meios como pares metálicos, fibra-óptica, serviçospúblicos de comunicação de dados,, como Rede de Pacotes, Frame Relay e ATM.

Ao final da apostila o aluno terá uma bibliografia rica na área, que é considerada a de maisatividade na entrada do novo milênio, as Telecomunicações.

2. Sinalização Digital e Analógica

No inicio das telecomunicações, as informações eram consideradas simplesmente como sinaiselétricos. Estes sinais também são conhecidos como sinais analógicos. Esta definição diz que umsinal analógico é aquele que pode assumir infinitos valores de amplitude ao longo do tempo. A figuras1 ilustra este tipo de sinal.

SINAL ANALÓGICO

O primeiro sinal nesta categoria foi o telégrafo, inventado no século passado, ele transmitiainformações através de um sistema de cabos. Atualmente os sinais analógicos são utilizados natelefonia fixa, telefonia celular, televisão, etc.

Outros exemplos de sinais analógicos, que não necessariamente são utilizados para transmitir dados,é a energia elétrica que alimenta nossos equipamentos. Este sinal tem a forma de uma senóide, epossui uma freqüência de 60 Hz.

SINAL DIGITAL

Definição de um sinal digital: Sinal digital é aquele que assume finitos valores no eixo (Y ouAmplitude) ao longo do tempo.

T e m p o

A m p l i t u d e

T e m p o

A m p l i t u d e

Figura 1


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Com o advento a informática passamos a conhecer e trabalhar com os sinais digitais. Este tipo desinal foi introduzido inicialmente nos computadores, pois estes são considerados máquinas binárias,ou seja, entendem apenas 2 amplitudes de sinal. Na área da computação estes níveis recebem osnomes de bits (bit 0) ou Bit (1). Sendo assim os sinais elétricos que representam a informaçãoassumem valores de amplitude pré determinados no tempo. Mais a frente estudaremos sinais PCM,Redes Banda Base, etc. A figura 2 mostra alguns tipos de sinais digitais.

Não é o objetivo desta disciplina, mas vamos definir alguns conceitos:

Onda: podemos definir a onda como uma perturbação que se move através de um meio.Exemplo: quando lançamos uma pedra em um lago, observamos um deslocamento da água queformam elevações e depressões a partir do local onde a pedra caiu. A frente de onda vai perdendoforça ao longo do lago, até a mesma desaparecer. Este fato chama-se atenuação.

Freqüência: Número de oscilações por segundo de um sinal elétrico repetitivo. A unidadedesta grandeza é Hertz (Exemplo: A freqüência do sistema de energia aqui no Brasil é de 60 Hz).

Amplitude de um sinal: é o valor de pico do sinal, normalmente expresso em volts, milivolts.

Período: é o inverso da freqüência. A unidade é segundos – T = 1/f

Comprimento de onda: é o tamanho do comprimento da onda emitida. É expressa naunidade métrica convencional (metros, kilometros, etc). O comprimento de onda é inversamenteproporcional à freqüência. O símbolo que identifica o comprimento de onda é o λ.

Atenuação: é a diminuição da potência de um sinal elétrico no seu percurso.

Velocidade da onda: a velocidade pode ser definida pela fórmula:

V = f / λλ onde V=velocidade, f=freqüência, λλ = comprimento de onda

Amplitude Amplitude

TempoTempo

Figura 2

Amplitude

tempo

Comprimento de onda


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3. Largura de Banda

A largura de banda de um meio esta associada com a capacidade de transmissão de sinais atravésdele. Cada meio, fibra-óptica, ar, água, fio de cobre, fio de alumínio, fio de aço, etc possuí uma bandade transmissão própria. Nos meios metálicos esta banda está associada ao tipo de material. O ouroé o que possuí uma banda passante grande, pois sua resistividade elétrica é baixa. O ar tambémpossuí uma resistividade elétrica em relação à propagação das Ondas Eletro Magnéticas. A umidadedo ar e a quantidade dos gases influenciam esta resistividade.

4. Meios de Transmisão

4.1- Introdução

A transmissão de informações pode ser efetuada utilizando vários meios. No mundo dastelecomunicações estes meios são:

Fio metálico (através de corrente elétrica)Fibra-ótica (através de emissão de luz)Espaço (através de Ondas Eletro Magnéticas)

Cada tipo de meio pode ser dividido em categorias. Por exemplo, fio metálico pode ser dividido emcabos coaxiais, pares metálicos blindados e não blindados, etc. Em cada categoria podemosreferenciar os pontos positivos e negativos, as aplicações com mais possibilidade de integração aomeio, etc.

4.2 Fio Metálico

As linhas de transmissão por fios ou cabos são bastante empregadas para a transmissao desinais com frequências que vão desde um valor pequeno , para telégrafo, dados em velocidadeslentas, até vários megahertz para sistemas digitais.

As linhas de transmissão são clasificadas de acordo com sua utilização, o materialempregado, comprimento, tipo de construção e bitola.

Com relação ao tipo de construção temos:

Cabo coaxialPar de fio trançadoPar de fio paraleloCabo de pares

Do material podemos classificar:

CobreAlumínio

Sobre a bitola, ou o diâmetro da seção do cabo, as especificações são em mm ou em AWG.


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Nas aplicações podem ser divididos em:

Sinal de telefonia – Cabo de pares são utilizados para interligação de PABXs e DGsDistribuidores Gerais (Cabos de 20, 30, 50, 100, 200 até 2400 pares são encontrados. Eles possuemum código de cores interno o qual se repete várias vezes dentro do cabo e cada bloco é separadonormalmente por uma cinta de nylon ou barbante.

Nesta área também encontram-se os cabos para interligação de ramais telefônicos, os fios EKtrançados e com 1 par.

Os cabos também podem ser classificados para uso interno as edificações (cabos CI) ou parautilização externa (CTP-APL). A diferença reside na proteção existente em cada um em relação aomaterial plástico externo empregado. Estes cabos também podem ter outros dispositivos, como umcabo de aço interno, caso este cabo seja instalado em um vão muito grande, e este cabo de aço temo objetivo de sustentar a tração sobre o cabo.

Cabos a prova de roedores também foram desenvolvidos, visando inibir a ação de ratos. Estes cabossão aplicados em linhas enterradas.

Alguns exemplos de cabos

Quadro de especificação – REDE EXTERNA URBANA

CT-APL Rede Externa como cabo tronco ou primário com instalação em dutos.Especificação TELEBRA 235.320.703

CTS-APL Rede Externa como cabo tronco ou primário com instalação em dutos subterrâneos oudiretamenteCTS-APL-G enterrados.

Especificação TELEBRA 235.320.714

CTP-APL Rede Externa como cabo secundário de distribuição sendo instalado em dutossubterrâneos ouCTP-APL-G linhas aéreasCTP-APL-AS Especificação TELEBRA 235.320.701, 235.320.702, 235.720.304

CTP-APL-SN Cotos de transição para uso em armários de distribuição, caixas terminais e entradasde edifícios.

Especificação TELEBRA 235.320.713


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DADOS CONSTRUTIVOS

Dados / Tipo CT-APL CTP-APL-SN

CONDUTOR Cobre NU Cobre Estanhado

DIÂMETRO 0,40 0,50 (mm)

No DE PARES 200 a 2400 10 a 600

ISOLAMENTO Papel Seco e Ar Polietileno ou Polipropileno

ENFAIXAMENTO Fitas de Papel Fitas de material não higroscópico

CAPA EXTERNA Capa APL Capa APL

DADOS DIMENSIONAIS

Designação Nr. Pares Diâmetro Externo Massa líquida Comprimento NominalMáximo Nominal (kg/Km) por Bobina (m)

CT-APL-40 200 27,5 735 500300 32,0 1050 500. . . .2400 75,0 7250 400

Outros cabos são utilizados para as redes de computadores, cabos como o UTP Categoria 5, sãoutilizados em redes de computadores que trafegam milhões de bits por segundo. E para estavelocidade a frequência que percorre o cabo esta em milhões de Hz, como por exemplo 20 MHz paraas redes Token-Ring a 16 Mega bits por segundo, ou 100 MHz para as redes Fast Ethernet de 100Mega Bits por segundo.

Efeitos nos cabos

A corrente elétrica provoca efeitos nos cabos metálicos, sendo estes efeitos indesejáveis elimitadores da distância da linha e consequentemente na sua utilização. Estes efeitos são:


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Efeito Skin-Effect ou Efeito Pelicular – Este efeito ocorre quando um condutor metálico é percorridopor uma corrente alternada. O mesmo consiste na distribuição não homogenea da corrente nocondutor, grande parte dela se distribui na periferia do condutor, e no seu núcleo pouca correntepassa. Neste sentido podemos afirmar que a resistência do cabo aumenta, pois não utilizamos toda aseção do fio para o transporte da energia elétrica. Este efeito aumenta com o aumento da freqüência.

Resistência para corrente contínua em circuitos simétricos (dois condutores iguais emparalelo) – Podems dizer que a resistência sobe a medida que sobre o comprimento doscondutores. Podemos calcular a resistência coma fórmula abaixo:

R = ρρ L / S , onde ρρ - resistividade, L = comprimento e S = área

EXEMPLOS DE CABOS

CTP-APL-GAplicação:Rede externa como cabo secundário dedistribuição, sendo instalado em dutossubterrâneos ou linhas aéreas.Especificação:Telebrás 235.320.702

CCE-APL

Aplicação:Conexões telefônicas externas em instalaçõesaéreas ou subterrâneas em dutos, comoderivação a partir das emendas de distribuiçãoaté as entradas de assinantes.Especificação:Telebrás 235.320.710

A área útil é:

π r2


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4.3 Fibra óptica

As fibras ópticas são meios confiáveis e de alta largura de banda. A utilização deste tipo demeio esta em franco crescimento. As empresas de telefonia estão cada vez mais utilizando a fibra-óptica para a interligação de suas localidades. As vantagens das fibras ópticas sobre os meiosmetálicos são:

• Largura de faixa muito ampla para a transmissão de informações• As separações entre as estações repetidoras são maiores que os sistemas à cabo

metálico• Menor espaço ocupado por utilizar “fios” com pequenas seções• Grande imunidade a interferências

Podemos classificar as fibras ópticas comerciais em dois tipos básicos: A fibra multimodo e amonomodo.

Fibras monomodo –Possuem um núcleo de diâmetro muito pequeno, com alguns micrometros. Sendoassim os raios de luz seguem praticamente o mesmo caminho. Estas fibras são as de melhordesempenho quanto à transmissão de sinais, tem menor atenuação ao longo de seu comprimentocomparadas às fibras multimodo. Estas fibras são normalmente empregadas em aplicações onde seexige cobrir grandes distâncias com confiabilidade e qualidade (Figura 4.3.1).

Fibras multimodo – Estas possuem um núcleo maior que as monomodo, sendo que s raios de luzacabam percorrendo caminhos diferentes de um extremo ao outro. Dentro deste tipo de fibra, existeoutra classificação denominado gradual e degrau.

Casca

NúcleoFigura 4.3.1

CITAplicação:Uso interno em centrais telefônicas, prédioscomerciais, industriais e residênciais.É utilizado também em rede digital de serviçosintegrados (RDSI)Especificação:Telebrás 235.310.702


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Fibra multimodo índice degrau – são assim chamadas pois o índice de refração da casca edo núcleo são bem diferentes e variam bruscamente (Figura 4.3.2).

RevestimentoExterno

Casca

Núcleo

Figura 4.3.2

Fibra multmodo índice gradual – neste caso o índice de refração núcleo casca obedece umamudança gradual (figura 4.3.3)

RevestimentoExterno

Núcleo

Casca

Figura 4.3.3

Conectores – Existem vários tipos de conectores, cada um deles é tem suas característicasoperacionais, como atenuação, tipo de fixação, material empregado, etc.

Conector SC, Conector ST, Conector SMA

Dispositivos Opto-eletrônicos – Estes dispositivos são os responsáveis pela emissão da luz erecuperação da informação nas extremidades da fibra.

Diodo Laser – emite radiação coerente, ou seja, os raios de luz são paralelos e não sedispersam. Estes dispositivos normalmente equipam os equipamentos que são ligados em sistemascom fibras monomodo.

Diodo Emissor de Luz LED – ao contrário do Diodo Laser a luz emitida pelo LED não écoerente. Este tipo de dispositivo é utilizado em equipamentos que operam com fibras multimodo.


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4.4 Ondas Eletro Magnéticas

4.4.1 Introdução

A propagação através de sistemas de irradiação esta relacionada com a existência de uma OndaEletro-Magnética (OEM) interligando uma estação transmissora com uma ou mais estaçõesreceptoras.A estação transmissora é composta por um elemento transmissor que é o responsável pela geraçãoda energia de radio-freqüência, uma linha de transmissão que leva este sinal à uma antena, e aantena, a qual é responsável pela conversão desta energia em uma onda eletro-magnética.A estaçãoreceptora tem os mesmos componentes, só que a direção do sinal e inversa.

A propagação de sinais através de OEMs é muito utilizada no mundo das telecomunicações. Quantoas peculiaridades na transmissão, do mesmo modo das fibras ópticas e dos cabos metálicos,podemos classificar os principais pontos fortes e principais pontos fracos deste tipo de transmissão.Estes pontos podem ser avaliados quanto a:

- Custo- Atenuação- Aplicações- Limitações de distância- Interferências cósmicas e geradas pelo homem

Inicialmente iremos abordar alguns conceitos:

Refração – ocorre quando a OEM passa pela região limítrofe entre dois meios, com constantesdielétricas distintas (ex.: água e ar).

Reflexão – é a mais comum das ações que as OEM sofrem. O solo, os prédios, as montanhasrefletem o sinal recebido.

Difração – ocorre quando uma frente de uma OEM se depara com um obstáculo com dimensõescomparáveis ao seu comprimento de onda.

Figura 4.4.1

ONDA DIRETA

ONDA DIFRATADA

ONDA REFRATADA

ONDA REFLETIDA

IONOSFERA

SOLO

ANTENA


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Desvanecimento ou fading – é uma flutuação que ocorre na intensidade de uma onda eletro-magnética, principalmente devido a interferência entre duas ondas que incidem sobre a mesmaantena receptora.

4.4.2 Meios (Troposfera, Ionosfera, Estratosfera)

Para efeito de propagação de sinais, podemos dizer que basicamente a atmosfera é divididaem 3 camadas, como mostra a figura 3.2.1

4.4.3 Espectro de Frequências

As Ondas Eletro Magnéticas podem ser classificadas de acordo com suas aplicações. Estaclassificação baseia-se no comprimento de onda, ou na faixa de frequência que opera.

300Hz-3 KHz 30 KHz 300 KHz 3 MHz 30 MHz 300 MHz 3 GHz 30 GHz 300 GHz

ELF VLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF

ELF-Extremely Low Frequency – faixa de freqüências que possuem um comprimento de ondaenorme e penetram razoavelmente em água, solo. Por esta razão são aplicadas as comunicaçõessubmarinas, em minas, etc. Como característica os transmissores nesta faixa operam com grandepotência.

VLF – Very Low Frequency – Esta faixa de freqüências utilizam a reflexão ionosférica parapropagação.

LF – Low Frequency – Esta faixa também utiliza a reflexão troposférica para atenuação.

MF – Medium Frequency – Nesta faixa de freqüências é utilizada as ondas de superfície parapropagação. Este tipo de propagação tem um melhor desempenho em relação a reflexão ionosférica,ou seja, tem menos atenuação. É nesta faixa que situam-se as rádios comerciais AM.

HF – High Freqency- Utiliza a reflexão inosoférica para sua propagação.

Cada camada age de forma diferente na propagação das OndasEletro Magnéticas, seja por causa da temperatura que possuem,ou pela composição química das mesmas.A troposfera é muito utilizada nas telecomunicações mas éinstável, a estratosfera é pouco utilizada porém estável, e aionosfera, recebe este nome pois é altamente ionizada e sofremuito com as interferências solares. Desta forma ocomportamento desta camada não é constante, pois éinfluenciada pelas radiações solares.

TROPOSFERA 11 kM

ESTRATOSFERA +/- 50 kM

IONOSFERA +/- 350 kM

Fig 3.2.1


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VHF – Very High Frequency – Caracterizam-se em sistemas de visibilidade. A reflexão ionosférica jánão é mais possível, pois as ondas não mais retornam à terra, são perdidas no espaço. Aqui situam-se as rádios FM.

UHF – Ultra High Frequency – Também estão dentro dos sistemas de visibilidade. Aqui situam-seas aplicações para TV Comercial, Telefonia Celular.

SHF – Super High Frequency – Nesta faixa estão os sistemas de micro-ondas, utilizados pelasempresas de telefonia, u sistemas de micro-ondas privativos. Aqui estão os enlaces de 15 GHz comrádios de empresas como Ericsson (MiniLink) ou na faixa de 18 GHz (Pasolink da NEC).

EHF – Extremely High Frequency –


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5. Tipos de modulação

5.1 IntroduçãoA modulação é o processo pelo qual são modificadas uma ou mais características de uma ondadenominada portadora, segundo um sinal modulante.

5.2 Amplitude Modulada (ASK-Amplitude Shift Key)

5.3 Freqüência Modulada (FSK-Frequency Shift Key)

5.4 Modulação por fase (PSK-Phase Shift Key)


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5.5 Modulação por fase diferencial (DPSK-Diferencial Phase Shif Key)

6. REDES DE INFRA-ESTRUTURA

Os sinais nas redes do mundo todo são transferidos, graças à infra-estrutura de comunicaçãoinstalada. No início dos sistemas de comunicação, toda a informação era transmitida por paresmetálicos. E para cada par de Transmissor x Receptor era necessário um par. Desta forma setivéssemos necessidade de permitir a comunicação simultânea entre duas localidades de até 100usuários, precisaríamos instalar um cabo telefônico de 100 pares.

No decorrer dos tempos esta infra-estrutura mudou, tendo como característica principal asinalização digital, uma vez que os sinais digitais podem ser traduzidos como sinais binários, e destaforma conseguimos manipula-los. Os PABX modernos, as centrais de telefones celulares e ossistemas especializados de dados, trabalham com tecnologia digital, facilitando a integração destescom os meios de comunicação.

As redes de infra-estrutura entre os equipamentos das companhias de telecomunicaçõesatuais estão quase que totalmente digitalizadas, os equipamentos por sua vez também são digitais.Os próximos passos (para o ano 2000) é digitalizar entre o assinante e as centrais decomunicação/comutação.

7. DIGITALIZAÇÃO DA VOZ

A voz quando transmitida em meios metálicos (par de fios) ou até mesmo quando étransmitida pelo ar, deve ser considerada como um sinal analógico, ou seja possuí infinitos valores deamplitude e várias freqüências. No início do século XX, os pesquisadores desenvolveram uma tesede que não era preciso transmitir a voz o tempo todo para que a mesma fosse compreendida.bastava enviar amostras do sinal, e depois recuperar estes sinais para recompor a voz, sendo que ainteligibilidade da mesma não fosse comprometida.

Um engenheiro da Bell System, Harry Nyquist, pesquisou e chegou a conclusão que seobtivessemos 8000 amostras por segundo, seria o suficiente para que o sinal fosse recomposto dooutro lado. A próxima tarefa seria como transmitir cada amostra pela linha. Na pesquisa foideterminado que o eixo onde o sinal era amostrado (amplitude do sinal ) fosse dividido em 256patamares pré definidos. Como 256 combinações podem ser expressas em 8 bits (28 = 256), entãoconclui-se que cada amostra dever possuir 8 bits. A velocidade de transmissão fica definida como64.000 bits por segundo (8 x 8000 = 64000). Este processo é conhecido como PCM – Pulse CodeModulation, ou Modulação por código de pulso.


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Exemplo

SINAL ANALÓGICO

Amplitude

Tempo Tempo

110011001100101110011000

000110010001110000000111

Sinal transmitido: Amplitude SINAL DIGITAL

Tempo

Após a explanação anterior, já conhecemos como o processo de digitalização de uma sinalanalógico como a voz acontece. Para que isso fosse viável, foram desenvolvidos conversoresanalógicos/digitais.

8. SISTEMAS ASSÍNCRONOS E SÍNCRONOS

Existem duas formas de enviarmos os sinais digitais por uma linha de comunicação. O modoAssíncrono e o modo Síncrono.

Freqüência deamostragem

Amplitudes decada Amostra

1 1 0 1 1111 10 0 0 0

Teoria da Amostragem


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O modo assíncrono foi o primeiramente desenvolvido, e consiste em enviar informaçãoprecedida por um símbolo de início e um símbolo de fim. O intervalo entre a recepção de umainformação e outra é imprevisível (esta é a origem do assíncrono). Esta modalidade foi criada parafosse possível um operador enviar informações conforme as mesmas fosse sendo tecladas por umoperador (Caso da telegrafia e do telex). Este modo é interessante para transmissão não velozes,uma vez que quando maior a velocidade menor é o tempo de duração de um BIT, e quanto menor é otempo de duração de um BIT, maior a possibilidade de distorção do mesmo.

O modo síncrono é o recomendado para transmissões velozes. Este é o modo idealpara os circuitos de dados de alta velocidade da Internet, das redes X.25, FrameRelay, dentreoutras. Na transmissão síncrona sempre teremos um conjunto de bits que formarão o treminicial de sincronismo (veja exemplo)

....... SYN SYN STX DADOS ETX BCC SYN SYN .......

SYN – Byte de Sincronismo STX – Início do Texto ETX – Fim do Texto BCC – Byte de Controle

9. SISTEMAS PDH – PLESÍOCHRONOUS DIGITAL HIERARCHY

A arquitetura PDH ainda é a mais utilizado no mundo, os sistemas PCM estão baseados nestaestrutura a qual também é conhecida aqui no Brasil como enlaces E1. O sistema brasileiro é omesmo adotado pela Europa. Os Estados Unidos (enlaces T1) e o Japão utilizam sistemas próprios.

O sistema E1 implantado no Brasil, obedece a seguinte hierarquia.

1 2,048 8,448 34,368 139,264 2 Mbps Mbps Mbps Mbps 565 Mbps

30

30 Canais 120 Canais 480 Canais 1920 Canais 7680 Canais E1 E2 E3 TDM 1a Ordem TDM 2a Ordem TDM 3a Ordem TDM 4a Ordem TDM 5a Ordem

Fig. 9.1


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Hierarquia T1 – Americana

24 canais de 64 = 1,544 Mbps 1a Ordem T1

96 canais de 64 = 6,312 Mbps 2a Ordem T2 T1 vezes 4



Os equipamentos que agregam os canais são chamados de Multiplexadores. O protocolo quede utilização do meio que estes multiplexadores utilizam é o TDM – Time Division Multiplex, ou emPortuguês, Multiplexação por Divisão do Tempo. Se necessitamos de transmitir 64.000 bits em umaunidade de tempo de 1 segundo, de quanto tempo necessitamos para transmitir 30 canais de dados?A resposta é o mesmo 1 segundo, pois todos as transmissões devem levar apenas 1 segundo paravencer a distância entre dois pontos. Para estipular a velocidade resultante de 30 canais no prazo de1 segundo, temos que aumentar a velocidade 30 vezes, ou seja 2,048 Mbps. Na realidade 30 x 64000resulta de 1920 Mbps, a diferença é que 2 canais de 64000 são utilizados pelos multiplexadores parasinalização de controle.

Esta hierarquia de equipamentos permite que levemos de uma cidade a outra uma grandequantidade de sinais de informação. No caso do TDM de maior hierarquia, temos a capacidade paratransportar de uma única vez, e por um par de fibras ópticas, 7680 canais, caso contrárioprecisaríamos de um cabo de 7680 pares de fios telefônicos para termos simultaneidade detransmissões entre 2 pontos.

TDM- Time Division Multiplex (Multiplexação por Divisão de Tempo) – é uma técnica deutilização de um meio de comunicação, empregada em vários sistemas, sejam eles, telefonia celular,satélite, dados, etc. O conceito de TDM aplicado aos sistemas E1 é o seguinte:

125 µs 3,90625 µs

1 1 1 1 1 1 1A B C D E F G

2 2 2 2 2 2 2A B C D E F G

3 3 3 3 3 3 3A B C D E F G

32 32 32 32 32 32 32A B C D E F G

32 ..... 3 2 1 32 ...... 3 2 1 32 ..... . 3 2 1 .........G G G G F F F F E E E E

SLOT

PCM 32

PCM 1

PCM 2

PCM 3

MUX

Neste exemplo, notamos que o MUX transferecada canal de entrada exatamente no mesmotempo que cada um ocupa, ou seja, 64 Kbps.

Fig. 9.2


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O equipamento possui 32 canais de entrada, por onde entram as informações dos canais deusuários. Para cada canal será reservado uma janela de tempo. Cada canal deste ocupará uma partedo tempo enviando informações. A figura a 9.2 ajuda a esclarecer o sistema.

Embora este sistema é de grande utilidade na transmissão de sinais, sendo seu ponto forte atransmissão de vários canais em apenas 1 par de fibra óptica ou 1 enlace de microondas, eleapresenta um problema. Vamos imaginar um circuito de 140 Mbps estabelecido neste sistema, o qualestá instalado entre São Paulo e Rio de Janeiro. Neste circuito conseguimos passar 1920 canais de64 Kbps em cima de uma infra-estrutura de fibra pequena. O problema acontece quandonecessitamos extrair uma parte destes circuitos de 64 Kbps no meio do caminho. Nesta situaçãoteremos que efetuar toda a demultiplexação neste ponto e depois efetuarmos novamente amultiplexação para recompor os 140 Mbps e seguir em frente. Este tipo de atitude nos levaria agastar muito em equipamentos e manutenção. Veja figura a seguir:

10. SISTEMAS SDH – SYNCHRONOUS DIGITAL HIERARCHY

Os sistemas SDH resolvem um grande problema das redes PDH. A extração e inserção de deenlaces, sem que seja necessário efetuar a demultiplexação. Esta facilidade deve-se ao fato da redeser puramente síncrona, portanto é possível sabermos onde inicia e onde termina cada enlace, ouseja, cada conjunto de bits. A concepção deste tipo de rede iniciou em estudos no ano de 1984, nos

140 MbpsParaR.Janeiro140 Mbps

ParaS.Paulo

34 Mbps

8 Mbps

2 Mbps

64 Kbps

Um grande problema nestetipo de rede, é a inserção ouextração de um simplescircuito de 64 Kbps

Cidade situada, nomeio do trajeto

Fig. 9.2


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Estados Unidos. Em 1985 foi publicada a proposta SONET – Synchronous Optical Network. Estaproposta padronizou o formato dos quadros de transmissão, as velocidades e as interfaces ópticas.

Em 1988 o então CCITT publicou as tres primeiras recomendações sobre o SDH. Atualmenteo SONET pode ser considerado um sub-padrão do SDH.

A taxa de transmissão básica dos sistemas SDH é de 155,52 Mbps. A estrutura do quadro detransmissão deste tipo de rede contém 2430 bytes, que duram 125 microsegundos (o mesmo tempode um canal PCM de 64 Kbps). Este quadro está organizado em 270 colunas por 9 linhas.

9 COLUNAS 261 COLUNAS

As primeiras 9 colunas são utilizadas para transmitir informações de controle,gerenciamento e sincronismo, e as demais (261 colunas) são utilizadas para transmitirinformações do usuário.

Tabela de recomendações

STM-1 155,52 Mbps 155 MbpsSTM-4 622,08 Mbps 622 Mbps 4xSTM-1STM-16 2.488,32 Mbps 2,5 Gbps 16xSTM-1STM-64 9.953,28 Mbps 10,0 Gbps 64xSTM-1

1 seção de overhead2 (RSOH) rótulo de grupo3 ponteiros4

5 seção de overhead6

7 (MSOH)

8

9

ÁREA ÚTIL

PARA DADOS


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TOPOLOGIA DE UMA REDE SDH – STM-1

Projeto ROTA NORTE (Porto Seguro – Natal)(Projeto desenvolvido e implantado pela Schahin Cury)

155 Mbps

155 Mbps

155 Mbps

155 Mbps

1 23 ....... 63

1 23 ....... 63

63 canais de2 Mbps

Extensão de 1.634Km

Oito lances submarinos

Nove estações terminais

Três enlaces locais terrestres• Travessia do Rio Sergipe (1,2

km)• Amplificadores ópticos de alta

tecnologia• Equipamento de hierarquia

digital síncrona (SDH)• Transposição de áreas de corais,

arrecifes, rochas

Fig. 10.1


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11. Sistemas para Transmissão de Dados

11.1 Introdução

Como aconteceu com a telefonia no início , a partir dos anos 60 começaram a aparecer asredes especializadas em dados. Foram desenvolvidas técnicas de protocolos de comunicação,equipamentos de transmissão/recepção, materiais condutores, etc.

11.2 Redes de Dados X.25

11.3 Redes de Dados Frame-Relay

12. Técnicas de acesso ao meio

12.1 TDM

12.2 FDM

12.3 SDTM

13. Telefonia Fixa

13.1 Comutação

x.1.1 Introduçãox.2 Plano de Numeraçãox.3 Protocolos de comunicação entre PABXsx.4 Cálculo de tráfego (Erlangs)x.5 Tarifação

13.2 Transmissão

13.3 Cabeamento Externo (Assinante x Centra Telefônica)

13.4 Normas de Perda de ligação no assinate PAB


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14. Redes móveis celulares

14.1 Introdução

Sistema de telefonia móvel terrestre, também conhecido como telefonia celular, veiocomplementar os serviços de comunicação por meio da rede fixa (ver capítulo yy) e do trunking (vercapítulo xx). Este tipo de sistema conquistou o mundo da comunicação. Desde a década de 80,milhões de estações foram instaladas pelo mundo. No Brasil o sistema tomou impulso em meadosdos anos 90.

A Telefonia celular aqui no Brasil iniciou com as empresas do Sistema Telebrás(governamentais) utilizando a Banda A. A banda B foi licenciada para operadoras privadas emmeados de 1997. Em 1998 foi completada a privatização das empresas telefônicas aqui no Brasil.

14.2 A tecnologia AMPS

14.3 A Tecnologia TDMA

14.4 A tecnologia CDMA

15. MODEMS

Como estudamos anteriormente, as linhas de comunicação foram dimensionadas para trafegar voz, ea voz humana. Sendo estes sinais analógicos, a energia está distribuída de modo não uniforme emuma faixa de freqüências que vai de 15 Hz à 15000 Hz. Por questões de simplicidade e economia, foiescolhida a faixa de voz entre 300 Hz e 3400 Hz, para a construção das linhas telefônicas. É nestafaixa que concentra-se 85% da inteligibilidade e 68% da energia. Como o sinal emitido por umcomputador é digital e podemos decompor um sinal digital conforme figura a seguir:

ONDAFUNDAMENTAL

COMPOSIÇÃO DAFUNDAMENTALCOM 3o HARMÔNICO

COMPOSIÇÃO DAFUNDAMENTALCOM 3o E 5o

HARMÔNICOS

2Asenωωt ππ

2Asenωωt + 1 . 2Asen3ωωt ππ 3 ππ

2Asenωωt + 1 . 2Asen3ωωt + 1 . 2Asen5ωωt ππ 3 ππ 5 ππ

ππ

ππ

ππ 2ππ

2ππ

2ππ

t

t

tA

A

A


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Como podemos observar, quanto mais harmônicas ímpares incluirmos no sinal fundamental,estaremos aproximando o sinal a uma onda quadrada. Para podermos Ter um sinal digital perfeitoseria necessário termos uma banda passante infinita, pois seria necessário incluirmos muitasfreqüências ímpares ao sinal fundamental. Como os sistemas telefônicos foram construídos parabarrar as freqüências acima de 3400 Hz, não podemos injetar um sinal digital diretamente na redetelefônica, pois este sinal chegaria ao destino completamente distorcido, e o receptor não saberiadistinguir o “0” do “1”.

Além dos problemas citados anteriormente as linhas telefônicas possuem outras limitações.Estas limitações são decorrentes à existência de resistências, capacitâncias e indutâncias ao longoda fiação e circuitos comutadores, amplificadores e multiplexadores. Estas distorções podem serdefinidas como:

• DISTORÇÕES DE AMPLITUDEComponentes resistivos + Capacitivos e Indutivos à Degeneração do sinal.Se não for mantida dentro de certos limites, pode inviabilizar a transmissão.

• RUÍDOS

Ruído branco: Cobre a faixa de freqüências de zero a infinito.Causa: movimento aleatório de elétrons nos átomos do material constituinte das linhas e

dos equipamentos eletrônicos intermediários à transmissão.

Ruído impulsivo: Apresenta-se na forma de pulsos, e é causado por interferênciasatmosféricas, comutações nas centrais telefônicas e induções decorrentes de descargas na rede detransmissão de energia elétrica.

• ECOParte do sinal transmitido retorna ao receptor através da bobina híbrida, utilizada para converter alinha do assinante (2 fios) em linha utilizada pelas centrais (4 fios).Dispositivos supressores à Interrompe a transmissão em um dos sentidos enquanto o outro estátransmitindo. (Ruim para modemsàSemi-Duplex).

SINAL DIGITALINJETADO NALINHA

SINAL QUE ÉRECEBIDO NORECEPTOR

1 0 0 1 1 0 1 0 0


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Existem várias técnicas de modulação, a seguir estudaremos algumas:

Como já vimos anteriormente as técnicas de modulação podem ser for Amplitude, Freqüência, fase,ou uma combinação destas.

Todas as freqüências mostradas nas figuras anteriores devem estar contidas na faixa de 300 Hz à3400 Hz, para que o sinal possa passar pela rede telefônica sem sofrer alterações (Corte dasfreqüências altas pelos sistemas de transmissão.

TÉCNICAS MULTINÍVELEstas técnicas são atualmente as mais utilizadas, pois possibilitam uma maior velocidade natransmissão, expresa em BPS-Bits Por Segundo, uma vez que não podemos aumentar a faixa defreqüências para podermos aumentar a taxa de velocidade.

DIBIT: Modulação da Fase da portadora 1baud = 2 bits.TRIBIT: Modulação da Fase da portadora 1baud = 3bits.QAM TETRABIT: Modulação da Fase e Amplitude da portadora 1baud=4bits.

0 1 0 0 1 0 1 1 0SINALMODULANTE

PORTADORA

SINALMODULADO EMAMPLITUDE

SINALMODULADO EMFREQÜÊNCIA


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Quadribit Fase Amplitude0 0 0 1 0o 30 0 0 0 45o √20 0 1 0 90o 30 0 1 1 135o √20 1 1 1 180o 30 1 1 0 225o √20 1 0 0 270o 30 1 0 1 315o √21 1 0 1 315o 3√21 1 0 0 270o 51 1 1 0 225o 31 1 1 1 180o 51 0 1 1 135o 3√21 0 1 0 90o 51 0 0 0 45o 3√21 0 0 1 0o 5

Os modems são divididos em categorias, definidas pelo ITU – International TelecomunicationsUnion, órgão responsável pela padronização (antigo CCITT – Comitê Consultivo Internacional deTelefonia e Telegrafia).

• V.22, V.22 bis – 1200 e 2400 bps / síncrono e assíncrono, full duplex, sobre dois fios dedicadosou de discagem. Acomoda os equipamentos encontrados na típica rede "híbrida" de hoje:mainframes e terminais síncronos, e PC's assíncronos.

• V.25, V.25 bis - Discagem automática e circuitação de resposta para uso em linhas de discagemdireta.


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• V.32 – 9600 (4800)bps / síncrono e assíncrono, full-duplex sobre discagem direta de 2 fios, ou delinhas dedicadas de 2/4 fios. Primeiro padrão universal.

• V.32 bis – 14400 (12000, 9600, 7200, 4800)bps / síncrono e assíncrono, full-duplex sobre linhasdedicadas ou de discagem sobre dois fios.Training – negociação na conexão. (taxa de transmissão)Retraining – negociação durante a conexão. (redução da velocidade)

• V.33 – 14000 (12000)bps / assíncrono, full-duplex, sobre linhas dedicadas de 4 fios.• V.34 – 28,8 a 2,4 kbps / síncrono e assíncrono, full-duplex, sobre dois fios, e linhas dedicadas

com queda automática para os modems compatíveis menos potentes, tais como V.32 bis, V.32, eV.22 bis.

• V.35 - é um padrão internacional denominado "Transmissão de Dados em 48 Kbps UtilizandoCircuitos Group Band de 60-108 KHz." Ele é normalmente usado para ambientes que fazem ainterface com uma portadora digital de alta velocidade.

• V.90™ 56kbps - É baseada em um conceito totalmente diferente dos modems V.34 largamenteusados em conexões casa-a-casa. Ela toma vantagem da atual explosão de acesso a Internet,criando uma nova topologia de conexão onde o modem do usuário final conecta por uma linhatelefônica analógica em um modem de servidor que é diretamente ligado a uma rede telefônicadigital via T1 ou linha PRI. Esse novo tipo de conexão pode portanto ser definida como umaconexão casa-Provedor de Internet. Esta conexão só é possível caso a Central Telefônica doCliente seja CPA.

16. Notações

TERA 1012

GIGA 109

MEGA 106

KILO 103

MILI 10-3

MICRO 10-6

PICO 10-9

NANO 10-12

FEMTO 10-15

ATO 10-18

17. Unidades

Hz (Hertz) - FreqüênciaBps (Bits por Segundo) – Velocidade em linha de transmissãodB (Decibel) - Relação logarítimica entre a potência de entrada e potência de saída


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18. Bibliografia

Vicente Soares Neto; Sistema Móvel e Telefonia Celular – Tópicos Avançados; Editora Érica, 1997

Luis Javier Ojeda; TV Via Satélite; Editorial Paraninfo Madrid Espanha; 1992

Guilherme Costa Cardoso; Estações Terrenas para TV Via Satélite; Editora Érica; 1996

Donald H. Hamsher; Sistemas de Telecomunicações; Editora Guanabara Dois; 1980

Vicente Soares Neto, Tulio Manuel F. Rattes, Roberto Correa da Silva e José Correa da Silva;Telefonia em Sistemas Locais – Tópicos Avançados; Editora Érica; 1998

Lloyd Temes; Princípios de Telecomunicações; Editora McGraw-Hill; 1990

Jorge Luis da Silveira; Comunicação de Dados e Sistemas de Teleprocessamento; Makron Books;1991

Luiz Alves; Comunicação de Dados; Makron Books; 1992

Ovídio Barradas; Você e as Telecomunicações; Editora Interciência; 1995

M. Sánchez e J.A.Corbelle; Transmissão Digital e Fibras Ópticas; Makron Books; 1994

Alcides Tadeu Gomes; Telecomunicações – Transmissão, Recepçao AM-FM-Sistemas Pulsados;Editora Érica; 1991

Documents

Apostila de telecomunicaçoes