CAB Cabeamento Estruturado e Redes Telefônicas · 2015. 3. 17. · Ementa 1- Introdução 2- Conceitos Básicos 3- Parâmetros Limitadores 4- Meios de transmissão (par trançado,

CAB – Cabeamento Estruturado e Redes Telefônicas

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO SECRETARIA DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL E TECNOLÓGICA INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA CAMPUS SÃO JOSÉ – SANTA CATARINA

PARTE 3: PARAMETROS LIMITADORES Disponível em: http://wiki.sj.ifsc.edu.br/wiki/index.php/CAB-IntTel_(página) Versão 2015

Prof. Ramon Mayor Martins, MSc.

[email protected]

http://wiki.sj.ifsc.edu.br/wiki/index.php/CAB-IntTel_(página)http://wiki.sj.ifsc.edu.br/wiki/index.php/CAB-IntTel_(página)http://wiki.sj.ifsc.edu.br/wiki/index.php/CAB-IntTel_(página)

Ementa

1- Introdução

2- Conceitos Básicos

3- Parâmetros Limitadores

4- Meios de transmissão (par trançado, cabo coaxial, fibra óptica)

5- Cabeamento estruturado

6- Redes Telefônicas

7- Projeto de cabeamento estruturado, rede externa

IFSC – Integrado - CAB - Prof. Ramon Mayor Martins - 2015

3 – Parâmetros Limitadores


3 - Parâmetros Limitadores

Introdução Nas redes as informações são transmitidas nas formas: -Sinais elétricos (variações de tensão e corrente) -Sinais luminosos (variações de ondas luminosas) Estes sinais percorrem o caminho TX e RX através dos meios de transmissão: fios, cabos metálicos, espaço livre ou fibras opticas e elementos de conexão (conectores e tomadas). Ao percorrerem o caminho entre TX e RX, os sinais sofrem alterações Se essas alterações forem muito grandes, as informações serão perdidas. Para evitar a perda é necessário que as características dos meios de transmissão e das conexões utilizadas sejam compatíveis com as exigências dos sinais transmitidos.


3 - Parâmetros Limitadores

Introdução Neste capítulo serão apresentados os principais problemas que podem ocorrer com os sinais elétricos e luminosos e relacioná-los com as características dos meios de transmissão. Estes problemas são: - Atenuação - Atraso de Propagação - Dispersão do Sinal - Ruídos - Diafonia (Crosstalk) - Relação Sinal Ruído (SNR) - Reflexão e potência de retorno



3.1 - Atenuação 3.2 - Atraso de Propagação 3.3 - Ruídos 3.4 - Diafonia (Crosstalk) 3.5 - Relação Sinal Ruído (SNR) 3.6 - Reflexão e potência de retorno


3 - Parâmetros Limitadores – 3.1 Atenuação

Conceito -Nenhum meio de transmissão é capaz de transmitir sinais sem que parte da energia desses sinais se perca durante o processo de transmissão. -A essa perda de energia dá-se o nome de Atenuação -A Atenuação corresponde a perda de potência do sinal ao longo do caminho de transmissão (enlace). -Em função dos materiais utilizados na construção de um cabo assim como de seu comprimento, parte do sinal se perde. -Perda logaritmica dB/km.

-Fisicamente a atenuação depende da frequência do sinal e da construção do cabo, portanto a qualidade construtiva dos condutores são determinantes na redução deste fenomeno



- Os meios de transmissão sempre apresentam diferentes valores de atenuação para diferentes frequências.

- Portanto, a transmissão de sinal em um determinado meio sempre provocará uma distorção na

sua forma, além da diminuição de sua potência.



- Os sistemas de Telecomunicações suportam algumas distorções do sinal - O percentual de distorção aceito irá depender dos equipamentos utilizados em TX e

RX e da velocidade de transmissão utilizada. - Com isto, para os diferentes sistemas de telecomunicações teremos parâmetros

diferentes a serem atendidos pelos meios de transmissão. - Considerações introduzidas na transmissão de dados:

-Potência do sinal deve ser suficiente para que possa ser detectado no receptor

A partir de certa distância a atenuação se torna muito acentuada e inadequada para a comunicação, sendo necessário o uso de amplificadores ou repetidores.

-Atenuação aumenta com o aumento da frequência.



- Considerações introduzidas na transmissão de dados: -Potência do sinal deve ser suficiente para que possa ser detectado no receptor

A partir de certa distância a atenuação se torna muito acentuada e inadequada para a comunicação, sendo necessário o uso de amplificadores ou repetidores.



- Considerações introduzidas na transmissão de dados: -Potência do sinal deve ser suficiente para que possa ser detectado no receptor

Ex: A saída de um transmissor tem PTx = 10 mW e a potência na entrada de um receptor é PRx = 5 mW, calcule a atenuação (A).

-10 log 10/5 = -3 dB



- Considerações introduzidas na transmissão de dados: -Atenuação aumenta com o aumento da frequência.

Se considerarmos um cabo par-trançado categoria 6



-No momento da especificação do meio de transmissão para um enlace de telecomunicações é necessário verificar se a sua característica de atenuação é condizente com:

• Nível de atenuação máxima permitida:

A atenuação que o meio provocara no sinal devera ser menor que a diferença entre a máxima potência de saída do transmissor e a mínima potencia de entrada no receptor, valor este especificado para uma ou mais frequências.

No cabeamento estruturado, cada categoria especifica um valor diferente de atenuação.

• Limite de distorção de atenuação do sinal:

A distorção no sinal, provocada pela variação da atenuação em função da frequência, não poderá impedir o reconhecimento do sinal no receptor.


3 - Parâmetros Limitadores – 3.2 Atraso de Propagação

- Atraso de Propagação e Dispersão do Sinal decorrente da Frequência

- Atraso de Propagação Relativo (Skew Delay)



- Os sinais elétricos e luminosos levam um determinado tempo para percorrer um meio de transmissão. A este tempo denomina-se atraso de propagação

- O tempo que determinado sinal precisa para percorrer um meio pode ser obtido a partir de sua velocidade e da distância do link

- Todos os sinais elétricos e ópticos são ondas eletromagnéticas e como ondas apresentam velocidades de propagação diferentes para meios diferentes.

- Por exemplo: No vácuo a velocidade da onda eletromagnética é 300.000 km/s, já nos fios de cobre a velocidade abaixa.

- Nos cabos de cobre situa-se entre 40 % e 60 % da velocidade da luz, ou seja 120.000 km/s a 180.000 km/s.

- A fibra óptica monomodo permite atingir 70 % da velocidade da luz, ou seja cerca de 210.000

km/s.



- Além da velocidade ser diferente conforme o tipo do meio, ela tambem muda com a frequencia do sinal.

- Esta variação é bem menor, porém pode gerar a dispersão do sinal no tempo, provocando a distorção do mesmo devido a defasagem de suas componentes frequências.

- Para um sinal limitado em frequência a velocidade tende a ser alta próxima a frequência central e decrescente em direção as frequências laterais.

- Dessa forma os vários componentes de frequência do sinal tendem a chegar no receptor em intervalos de tempo diferentes, resultando em uma dispersão do sinal

Na escolha do meio de transmissão para um sistema de telecomunicações devemos verificar se a distorção provocada por diferença dos tempos de atraso de suas componentes frequências não afetara a informação.



- Atraso de Propagação Relativo – Skew Delay

- O material usado para proteger cabos de intempéries e chamas, mais especificamente teflon e polietileno, provoca alteração nas características de propagação dos sinais.

- Para medir essa influencia, usa-se o Skew Delay, que afere a relação entre os atrasos de propagação entre os pares dos cabos par-trançado, com o objetivo de verificar se cabos com características diferentes de atraso não prejudicam a comunicação de dados em sistemas que utilizem todos os pares ou combinação de pares.


3 - Parâmetros Limitadores – 3.3 Ruído

- Os meios de transmissão e conectores sempre estão sujeitos a ruídos.

- Os ruídos são sinais elétricos não desejados que interferem no sinal do sistema de telecomunicações.

- Os ruídos podem ser classificados quanto:

- a fonte

- comportamento no tempo

- Comportamento na frequência:



- Quanto a fonte, podem ser:

- -Internos

- Externos

- Os ruídos internos:

- Geralmente são originados nos equipamentos dos sistemas e são adicionados ao sinal transmitido.

- Ex: (ex: amplificadores, cabos, circuitos chaveados, aquecimento dos Cis, ...)

- Não são ruídos induzidos nos meios de transmissão

- O aquecimento de semicondutores, resistores, condutores dos circuitos é a principal fonte de ruído interno

- O ruído resultante desse aquecimento é denominado Ruído Térmico




- -Internos

- Externos

- Os ruídos internos:

- Ruído Branco (Térmico):

- O Ruídos Térmico é gerado pelo movimento desordenado dos elétrons devido à agitação térmica.

- O ruído térmico é produzido pelo aquecimento dos condutores e semicondutores do próprio sistema de telecomunicações.

- O ruído térmico tem uma distribuição de amplitude gaussiana no tempo e o comportamento de um ruído branco no domínio da frequência.

- A densidade de potência espectral desse ruído é igual em todo o espectro.




- -Internos

- Externos

- Os ruídos Externos:

- Os Ruídos externos são aqueles provenientes das interferência de sinais elétricos não pertencentes ao sistema de telecomunicações, suas fontes principais são:

- Chaveamentos de circuitos eletro-eletronicos

- Partida de motores elétricos

- Descargas atmosféricas (raios)

- Linhas de distribuição de energia elétrica

- Sinais de Telecomunicações de outros sistemas. Principalmente das linhas de transmissão no mesmo cabo (ex: Diafonia).



- Pode-se diferenciar o ruído em relação ao seu comportamento elétrico no:

- domínio do tempo

- domínio da frequência:

- Quanto ao comportamento no domínio do Tempo tem-se:

- Ruído impulsivo:

- É o ruído que ocorre em manifestações repentinas, constituindo-se em impulsos discretos que interferem no sinal transmitido.

- Pode variar de alguns milisegundos até centenas de milisegundos




- domínio do tempo


- Quanto ao comportamento no domínio do Tempo tem-se:

- Ruído Contínuo: o ruído que ocorre em manifestações repentinas, constituindo-se em impulsos discretos que interferem no sinal transmitido




- domínio do tempo


- Quanto ao comportamento no domínio da Frequência tem-se:


- Ruído que apresenta componentes em todo o espectro de frequência.

- Na prática nenhum ruído apresenta realmente componentes em todo o espectro de frequência.

- Porém, nos estudos de sistemas de telecomunicações considera-se que um ruído é branco quando este apresenta componentes frequências em toda a BW utilizada para transmissão.




- domínio do tempo




- Modelo AWGN (Ruído Branco Gaussiano Aditivo)

- Modelo básico de ruído utilizado para simular o efeito de diversos processos aleatórios que ocorrem na natureza.

- Aditivo: porque ele é adicionado a qualquer ruído que pode ser intrínseco ao sistema

- Branco: Ruído Branco – idéia de que tem potência uniforme em toda a faixa de frequência para o sistema.

- Gaussiano: porque segue uma distribuição Normal (Gaussiana) no domínio do tempo com um valor médio 0.




- domínio do tempo



- Ruído colorido: apresenta componentes frequenciais em uma ou algumas frequências.


3 - Parâmetros Limitadores – 3.4 Diafonia (Crosstalk)

- É a transferência de energia entre dois canais adjacentes provocada pelo acoplamento capacitivo ou indutivo (indução eletromagnética) entre duas linhas, normalmente de um mesmo cabo.

- Obs:

- acoplamento capacitivo: ocorre sempre que existirem dois condutores com campo elétrico entre eles

- Acoplamento indutivo: existe sempre que indutâncias mútuas e espiras forem formadas no circuito.



- Esta transferencia provoca ruido no canal interferido.

- É a principal fonte de ruído em cabeamento estruturado

- Principal fator de limitação da transmissão em altas taxas.

- Ocorre devido a constituição dos cabos de par-trançado.

- Cada cabo tem no mínimo 4 pares, sendo cada par uma linha de transmissão independente, como estes pares estão muito próximos a ocorrência de diafonia torna-se mais fácil.



- Causando ruído, causa a atenuação do sinal

- Este efeito é mais intenso em frequências mais altas

- Quanto maior a frequência dos sinais, maior a probabilidade de ocorrer Crosstalk

- A diafonia pode ser:

- Inteligível

- não-inteligível



- A diafonia inteligível:

- ocorre quando a faixa de frequencia dos canais se sobrepoe.

- Neste tipo de diafonia ocorre perda do sigilo e/ou distorções do sinal transmitido (linha cruzada na Telefonia)

- A diafonia não inteligível:

- pode ocorrer devido a produtos de intermodulação ou pela interferência de linhas de dados em linhas de voz.



- A diafonia pode ser classificada como:

- Paradiafonia (NEXT – Near-end crosstalk)

- Telediafonia (FEXT – Far-end Crosstalk)



- A Paradiafonia (NEXT – Near-End Crosstalk):

- Interferência entre pares de fios na mesma extremidade de um mesmo cabo.

- É a relação entre um sinal injetado e a parcela de potência deste sinal que é induzido no par vizinho, ou seja, quanto MAIOR a relação, menor o sinal induzido (denominador da relação), indicando que o cabo possui uma interferência de crosstalk menor.

- Interferência entre pares na mesma extremidade.

- Medido em dB

- Valores mais altos indicam menor ruído (interferência)

- *Os valores medidos são negativos, mas os equipamentos que fazem a medição não mostram esse sinal negativo. Por isso um resultado de 30dB (-30dB) indica menor interferência do que um resultado de 10 dB (-10dB)

cabo

Pares de fios



- A Telediafonia (FEXT – Far-End Crosstalk) ocorre:

- Interferência entre pares de fios em extremidades opostas de um mesmo cabo.

- Ocorre no início da transmissão onde o sinal ainda é forte, por isso a degradação do sinal é quase imperceptível.

- Não é tão sério quanto o NEXT, porque a diafonia que ocorre longe do emissor gera menos ruído.

- Medido em dB

- Quanto maior, melhor (Ex: -10dB é maior que -30dB, portanto -30 dB apresenta menor a interferência)

cabo

Pares de fios



- Outros parâmetros:

- PSNEXT – Power Sum Near End Crosstalk.

- ELFEXT – Equal Level Far End Crosstalk.

- PSELFEXT – Power Sum Equal Level Crosstalk.

- ACR – Attenuation to Crosstalk Ratio.

- PSACR – Power Sum Attenuation to Crosstalk Ratio.

- AXT – Alien Crosstalk



- PSNEXT – Power Sum Near End Crosstalk

- É o somatório do efeito NEXT de um par sobre os outros 3 pares do cabo.

- São analisados efeitos do PSNEXT em cada par do cabo.

- Deve-se aceitar um valor de intensidade de crosstalk menor, mesmo que em um número maior de pares do que um nível elevado de crosstalk em um número menor de pares.

- O PSNEXT está estritamente ligado à paradiafonia, portanto para que haja solução do PSNEXT, deve-se solucionar o paradiafonia.

- Quanto maior, melhor (Ex: -10dB é maior que -30dB, portanto -30 dB apresenta menor a interferência)

cabo

Pares de fios



- ELFEXT – Equal Level Far End Crosstalk.

- Diferença entre FEXT e a atenuação no par em questão.

- ELFEXT = FEXT - Atenuação

- Basicamente mede a interferência sem efeitos da atenuação.

- Os pares do cabo têm diferentes tamanhos devido aos seus diferentes trançados, por isso o ELFEXT trata da diferença entre o FEXT e a atenuação, desta maneira os resultados tornam-se independentes do comprimento do cabo.

- Quanto maior, melhor

cabo

Pares de fios



- PSELFEXT – Power Sum Equal Level Crosstalk.

- É o somatório do efeito ELFEXT dos pares do cabo.

- São analisados os efeitos do PSELFEXT em cada cabo, pois cada par é avaliado.

- Com a evolução do ELFEXT, automaticamente ocorrerá a evolução do PSELFEXT.


cabo

Pares de fios



- ACR – Attenuation to Crosstalk Ratio. (Relação Atenuação – Diafonia)

- O ACR é a diferença entre o NEXT e a atenuação em uma freqüência

- ACR = NEXT - Atenuação

- indica o quanto o sinal está mais forte que a interferência causada pelo NEXT.

- Devido à atenuação o sinal já chega mais fraco ao receptor, tendo como agravante o efeito NEXT atuando mais intensamente no sinal próximo ao receptor.

- O NEXT não deve afetar os sinais que superam a atenuação.

cabo

Pares de fios



- ACR – Attenuation to Crosstalk Ratio. (Relação Atenuação – Diafonia)

- O ACR está relacionado com o trançado dos pares para que haja a menor interferência entre um par e outro;

- por indicar o quanto o sinal está maior que o ruído, quanto maior for o ACR, melhor para o sistema.

- Para que se consiga um melhor ACR deve-se resolver os problemas do efeito NEXT, pois para que seja melhorada a atenuação significativamente seria necessário reduzir o comprimento do cabo.

- ACR deve ser maior que 0 para que se consiga transmissões multipares

- Quanto maior o valor melhor



- PSACR – Power Sum Attenuation to Crosstalk Ratio.

- Não é medido e sim calculado.

- PSACR = PSNEXT - Atenuação

- É o somatório do efeito ACR de um par sobre os outros 3 pares do cabo.

- Existem 4 resultados de PSACR em cada extremidade do cabo, uma para cada par que avalia o quanto a amplitude do sinal está maior que a do ruído.

- Por estar diretamente ligado ao ACR e este ao NEXT e atenuação, uma vez solucionado o problema do ACR, o PSACR melhorará automaticamente.



cabo

Pares de fios


- AXT – Alien Crosstalk.

- Diafonia entre cabos distintos;

- Ex: Cabo 1, 2 ,3 interferindo no cabo do meio.


Cabo 1

Cabo 2

Cabo 3

3 - Parâmetros Limitadores – 3.5 Relação Sinal Ruído (SNR)

- Os sistemas de telecomunicações sempre apresentam ruídos.

- Porém todos devem manter o nível de ruído abaixo do nível do sinal, permitindo que mesmo com ruído o sinal possa ser reconhecido.

- A qualidade de um canal de comunicação em relação ao ruído é dada pela relação sinal ruído:


3 - Parâmetros Limitadores – 3.5 Relação Sinal Ruído (SNR)

- Os valores típicos para algumas aplicações em Telecomunicações:



3.1 - Atenuação 3.2 - Atraso de Propagação 3.3 - Ruídos 3.4 - Diafonia (Crosstalk) 3.5 - Relação Sinal Ruído (SNR) 3.6 - Reflexão e potência de retorno (Return Loss)


3 - Parâmetros Limitadores – 3.6 Reflexão e Perda de Retorno (Return Loss)

- Uma vez que os sinais transmitidos são ondas eletromagnéticas, eles estão sujeitos a todo tipo de fenômeno ondulatório (refração, difração, reflexão etc).

- É a medida da taxa de potência refletida no sistema; quantidade de sinal que retorna provocando ruído no receptor devido à variação da impedância ao longo do cabo.

- Particularmente importante nos meios de transmissão guiados (metálicos e fibra óptica) é o fenômeno da reflexão. A reflexão ocorre quando a onda encontra a fronteira entre dois meios e retorna para o meio de origem

- Ex: corda grossa encontra a fronteira com uma corda fina



Nos meios de transmissão, a mudança de meio é caracterizada pela mudança de impedância.

A impedância é a relação entre tensão e corrente num determinado meio, seu valor é definido pelas características do material e pela geometria do meio.

Além de mudanças no meio de transmissão, pode ocorrer o descasamento de impedância entre a impedância do meio e a do conector ou da porta de entrada do receptor. Cada vez que ocorrer descasamento haverá reflexão com parcela do sinal retornando ao transmissor.



Dependendo da quantidade de potência do sinal refletido, o mesmo pode interferir no equipamento transmissor, principalmente quando a transmissão é full-duplex a dois fios, pois o sinal de retorno será confundido com o sinal a ser recebido.

Devido a estes fatores os sistemas de telecomunicações estipulam limites máximos para o retorno

de potência no transmissor.



- É a medida da taxa de potência refletida no sistema; quantidade de sinal que retorna provocando ruído no receptor devido à variação da impedância ao longo do cabo.

- O cabeamento de par trançado não tem uma impedância uniforme em toda sua extensão por diversos fatores:

- falha no trançamento do cabo,

- distância entre os condutores,

- manipulação indevida,

- constituição física do cabo,

- dimensionamento do enlace,

- variações do patch cord,

- variação do diâmetro do condutor,

- variação da espessura,

- má utilização do cabo,

- mau dimensionamento do cabo,

- cabos e conectores usados indevidamente, etc.



- Justamente por ser tão fácil acontecer alguma dessas falhas, fica muito difícil evitar a perda por retorno.

- Alem disso, cada conector tem sua variação de impedância, havendo em cada ponto um possível descasamento de impedância.

- O mais importante para que não haja perda por retorno é que a norma de cabeamento e dos equipamentos sejam muito bem seguidos,

- Cabeamento fora da norma, certamente acarretará no ganho de alguns dBs de perda por retorno.

- Em sistemas reais o efeito da perda por retorno sempre existirá, por isso, deve-se trabalhar com

o objetivo de minimiza-la.


3 – Parâmetros Limitadores: Ambiente SNR em Redes Locais


3 - Parâmetros Limitadores – Ambiente em SNR em Redes Locais


Documents

CAB Cabeamento Estruturado e Redes Telefônicas · 2015. 3. 17. · Ementa 1- Introdução 2- Conceitos Básicos 3- Parâmetros Limitadores 4- Meios de transmissão (par trançado,