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Meios físicos de transmissão
Direcionados (guiados)•par trançado
•cabo coaxial
•fibra ótica
Não-direcionados (não-guiados ou irradiados)
•rádio
•microondas (terrestre e satelital)
•infra-vermelho
•laser
Fatores de projeto
Largura de banda•maior largura de banda -> maior taxa de transmissão
Perdas na transmissão•atenuação do sinal limita a distância da comunicação
Interferência•comum em meios não-guiados, porém pode se manifestar em meio guiado através de acoplamento entre cabos
Número de receptores•receptores introduzem atenuação (ex: Ethernet LAN)
Consiste de pares de fios de cobre•Isolados individualmente•Enrolados de forma helicoidal (reduz interferência)
•pares paralelos = antena = alta interferência
•Um par atua como um canal de comunicação•Vários pares unidos juntos dentro de um mesmo cabo
Par Trançado
•Meio de transmissão mais utilizado atualmente.
•Rede Telefônica•entre a central telefônica e a casa do assinante (subscriber loop)
•Dentro de prédios•ramais de PABX (cat 1 e 2 com conector RJ-11)
•Para redes locais (LAN)•10 Mbps•100 Mbps•1 Gbps•10 Gbps
•Veja mais:
http://pt.wikipedia.org/wiki/Cabeamento
conector RJ-45
Par Trançado - Aplicações
•Barato (aprox. US$ 1 por metro – não blindado)
•Fácil de manusear e instalar (flexível, pode dobrar)
•Curtas distâncias (max. 100 m)
•Taxa de transmissão “menor” do que a fibra ótica ou o cabo coaxial
Par Trançado - Prós e Contras
Par trançado - TiposUnshielded Twisted Pair (UTP)
•Fio telefônico comum
•Baixíssimo custo
•Fácil instalação
•Sofre interferência eletromagnética externa
Shielded Twisted Pair (STP)
•Blindagem em cada par trançado
•Custo mais elevado
•Mais difícil de manipular
•Interferência eletromagnética externa reduzida
•utilizado em ambientes hostis
Norma atual EIA/TIA 568B (a 568A é anterior)Conector RJ-45 com 4 pares – o fio nr. 1 é o branco-laranja.100BaseT (100 Mbps) se usam os fios 1 e 2 (par2 TX) e fios 3 e 6 (par3 RX).1000BaseT (1 Gbps) são usados os 4 pares.
Par trançado - Categorias UTP
Categoria Impedância Tipo de Cabo Aplicação(telefonia e dados)
EIA/TIA 1 150 Ohms UTP Telefonia analógica 4KHzTelefone digital 64KHz
EIA/TIA 2(até 1MHz)
100 Ohms UTP ISDN DadosIBM 3270, AS400
EIA/TIA 3(até 16MHz)
100 Ohms UTP, STP IEEE 10BaseTToken Ring 4Mbits/s
EIA/TIA 4(até 20Mhz)
100 Ohms UTP, STP IEEE 10BaseTToken Ring 4 e 16Mbits/s
EIA/TIA 5(até 100MHz)
100 Ohms UTP, STP IEEE 10BaseT eIEEE 100BaseT
Nível 6 UTP, STP Dados – 155MbpsNível 7 UTP, STP Dados – 1000Mbps
Par trançado – cabo direto e cruzadoFigura 1 abaixo –cabo direto (o que deve ser usado entre o micro e o switch/hub).
Figura 2 abaixo –cabo cruzado/crossover (pode que deve ser usado entre o micro e outro micro).
Cabo coaxial (coax)
•Melhor isolamento do que o par trançado•Suporta transmissões em maiores distâncias
Dois tipos:50 Ohms (baseband)
•transmissão digital (ex: LAN)
75 Ohms (broadband)•transmissão analógica (televisão a cabo)
Cabo coaxial - AplicaçõesUtilização versátil
Televisão•TV a cabo (CATV) (75 ohms)
Centrais telefônicas•sendo substituído por fibras óticas
Comunicação entre computadores (LAN)•sinalização digital (50 ohms)
conector BNC
Fibra ótica
Forma cilíndrica composta de três partes concêntricas•Núcleo (core): silício ou plástico (8 a 100 m)
•Cladding: cobertura de silício ou plástico que envolve o núcleo•Capa (jacket)
Informações são transmitidas por pulsos de luz•Laser ou LED
Teleprocessamento
Fibra ótica - frequências
Wavelength (in vacuum) range (nm)
Frequency range (THz)
Band label
Fiber type Application
820 to 900 366 to 333 Multimode LAN
1280 to 1350 234 to 222 S Single mode
Various
1528 to 1561 196 to 192 C Single mode
WDM
1561 to 1620 185 to 192 L Single mode
WDM
Teleprocessamento
Fibra ótica - Características de transmissão
•Grande capacidade de transmissão•Taxa de transmissão de Gbps
•DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing)•ex: 80 canais de 10Gbps são disponíveis
•Baixa atenuação
•Não sensível à interferência eletromagnética
•Repetidores•Dezenas de quilômetros de distância
Teleprocessamento
Transmissão Wireless
• 2GHz to 40GHz– Microondas/Satélite– Altamente direcional– Ponto-a-ponto
• 30MHz to 1GHz– Omnidirectional– Radio
• 3 x 1011 to 2 x 1014Hz– Infravermelho– Uso local
Teleprocessamento
Rádio
•Omnidirecional
•Fácil de gerar
•Trafegam em longas distâncias
•Penetram facilmente em obstáculos em freqüências baixas
•Refletem em obstáculos em freqüências altasEx: AM,FM
Teleprocessamento
Microondas (Terrestre)
•Freqüências > 100MHz: as ondas trafegam em linha reta
•Antenas parabólicas (3m de diâmetro) concentram o sinal em um único feixe para aumentar o S/N
•Deve possuir visada direta
•Precursora das fibras óticas em telecom
•Necessidade de repetidores
Teleprocessamento
Microondas (Terrestre)
Distância máxima entre antenas:
d = 7.14 √Kh
d = distância em quilômetrosh = altura da antena (m)K = 4/3
Ex: Duas antenas que possuem altura de 100m podem estar no máximo
a 7.14 x √ 133 = 82Km
Teleprocessamento
Microondas (Satélite)
•Satélite é uma estação repetidora
•Satélite recebe o sinal em uma freqüência (uplink), amplifica (ou repete) este sinal, e retransmite em outra freqüência (downlink)
Tipos de satélites:•GEO (Geosynchronous Earth Orbit) - 36000Km da terra•LEO (Low Earth Orbit)•MEO (Medium Earth Orbit)
Empregos:Televisão, telefonia de longa distância, redes privadas
Teleprocessamento
Satélite - Ponto-a-Ponto
• RTT (Round Trip Time)– tempo que o sinal leva para ir do ponto A até o ponto B e retornar
ao ponto A
• Calcule o RTT da seguinte topologia:
A B
36000Km 36000Km
Teleprocessamento
Infra-vermelho
•Modulação da luz infra-vermelho
•Direcional e bloqueado por barreiras físicas
•Comunicação barata e sem regulamentação
•Fácil de construir
•Necessita de visada direta (ou reflexão)
•Empregos - comunicação a curta distância:ex: controle remoto, TV, portas de garagem
Teleprocessamento
Luz visível (laser)
•Unidirecional
•Grande largura de banda e baixo custo
•Fácil de instalar
•Sem precisar de licença
•Problemas em dias chuvosos ou com nevoeiro
Digital e Analógico
• Dado – Entidade que possui significado
• Sinal– Representação eletromagnética do dado
• Transmissão– Comunicação do dado pela propagação e
processamento de sinais
Dado e Sinal
• Geralmente usam-se:– sinais digitais para transporte de dados digitais– sinais analógicos para transporte de dados analógicos
• Pode-se utilizar sinais analógicos para o transporte de dados digitais– Modem
• Pode-se utilizar sinal digital para o transporte de dados analógicos – Compact Disc audio
“um sinal arbitrário transmitido em um meio com largura de banda W Hz pode ser completamente reconstruído a partir da amostragem do sinal resultante com uma freqüência de 2W Hz”.
• Ex: A voz analógica é transmitida em uma largura de banda de 4KHz. Ela pode ser completamente reconstruída com uma taxa de amostragem de 8000 amostras/s (= 2 x 4000Hz). Essa é a base da técnica PCM, onde cada canal de voz ocupa 64kbps
Teorema de Nyquist
• Capacidade do canal é a taxa de transmissão máxima (em bps) que ele suporta
• Segundo Nyquist, a limitação da capacidade do canal é APENAS dependente de sua largura de banda (o canal é tido como livre de erros).
• Para uma dada largura de banda W é possível aumentar a capacidade do canal (C) aumentando-se o número de níveis de sinalização (M)
Capacidade do Canal - Nyquist
C = 2W log2(M)
• Pode-se aumentar a capacidade de transmissão do canal aumentando-se o número de níveis de sinalização (M) (codificação multinível)– 2 níveis representam dois símbolos (0 e 1)
– 4 níveis representam quatro símbolos diferentes (00,01,10,11)
Níveis de Sinalização
bits/M = log2 M
• Um canal com 8 níveis de sinalização é capaz de representar log2(8) = 3bits codificados por nível
Capacidade do canal de voz (Nyquist)
C = 2W log2 (M)
Canal telefônico (W) = 3100Hz
M Capacidade (bps)2 62004 124008 2480016 49600... ...
• baud rate versus bit rate (bps):– baud rate: número de transições de níveis (M) por segundo (taxa de
sinalização)
– bit rate: número de bits transmitidos por segundo
• Linha de b baud não necessariamente transmite b bps– depende da codificação utilizada (cada nível M pode representar vários
bits)
• Ex:
– Com M=32 e 1200 baud é possível transmitir C=log2(32)*1200 bps = 6000bps
– Calcule a taxa de transmissão (bps) de um canal que possui M=16 e 2000 baud
Taxa de sinalização e transmissão
• Shanon introduz a influência do ruído (térmico)
– relação entre a potência do sinal e a potência do ruído
– expresso em dB (decibels)
• Capacidade máxima do canal, em bps, é dada por:
C = W log2(1 + S/N) C: Capacidade do canal
W: Largura de banda do canal
S/N : razão sinal/ruído (dB)
Capacidade do canal (Shannon)
• Exemplo: linha telefônica– Canal de 3100Hz
– S/N = 30dB (razão 1000)
C = B log2 (1 + S/N)
C = 3100 log2 (1 + 1000)
C = 30898,40 bps
x = 10 log 10 (S/N)
30 = 10 log 10 (S/N)
3 = log 10 (S/N)
S/N = 10^3 = 1000
Capacidade do canal de voz (Shannon)
• Calcule a taxa máxima de transmissão (C) de um canal de 50Hz que possui 40dB de S/N
• Calcule a taxa máxima de transmissão (C) de um canal de voz que possui S/N = 500
• Calcule a taxa máxima de transmissão (C) de um canal de voz que possui S/N de 35dB
• Quantos dB de S/N possui um canal de voz que possui capacidade máxima de transmissão igual a 20500 bps
Exercícios
Teleprocessamento
dB e potência do sinal
• A potência de um sinal é um parâmetro importante em qualquer sistema de transmissão
• À medida que um sinal se propaga no meio, há perda ou atenuação da potência do sinal
• Para compensar essa perda existem amplificadores que podem ser inseridos em vários pontos
• É costume expressar ganho, perda e níveis relativos através da unidade decibel
Meio
P1 P2
Teleprocessamento
dB e potência do sinal
NdB = 10log10(P2/P1)NdB = número de decibelsP1 = nível de potência de entradaP2 = nível de potência de saídalog10 = log base 10
Ex: sinal com potência de 10mW é inserido em um meio de transmissão e a potência de saída após uma certa distância é de 5mW. A perda pode ser expressa em:
NdB = 10log10(5/10) = 10(-0.3) = -3dB
Unidade relativa de medida utilizada usualmente em sistemas elétricos e eletrônicos para descrever ganho ou perda (atenuação) de potência
Teleprocessamento
dB e potência do sinal
1) Calcule a perda de um sinal cuja potência de entrada é de 1000mW e a potência de saída é de 500mW. Compare o resultado com o exemplo anterior. O que pode ser deduzido?
3) Um determinado sinal possui uma relação S/N (Sinal/Ruído) de 30dB. Calcule a potência do sinal (S) e também a potência do ruído (N)
2) Calcule o ganho de um sinal cuja potência de entrada é de 100W e de saída é de 10000W.
4) Calcule a perda inserida em um meio de transmissão que atenua um sinal de 20mW para 5mW
5) Qual o ganho de um circuito se P2 = 4xP1? E P2 = 8P1?
Teleprocessamento
Conceitos Básicos
Informação Sinais eletromagnéticos
Analógicos Discretos(Digitais)
representado por
(voz, dados, imagem, vídeo)
Teleprocessamento
Terminologia Transmissão
• Simplex– Unidirecional
• televisão
• Half-duplex– Bidirecional alternadas no tempo
• rádio policial
• Full-duplex– Ambas as direções ao mesmo tempo
• telefone
Teleprocessamento
Sinais Eletromagnéticos
• Domínio Tempo (DT)– Representação do sinal como uma função do tempo
• Domínio Freqüência (DF)– Representação do sinal como uma função da freqüência
“A representação do sinal no domínio freqüência é maisimportante para o entendimento da transmissão de dados do
sua representação no domínio tempo”
Teleprocessamento
Sinais Eletromagnéticos (DT)
• Analógico– Intensidade do sinal varia continuamente no tempo– Não há descontinuidade ou interrupções no sinal
• Discretos– A intensidade mantém um nível constante por algum
período do tempo e depois se modifica para outro nível constante
– Um sinal discreto com apenas dois níveis distintos é chamado de sinal digital
Teleprocessamento
Sinal Analógico
• suscetíveis a erros ocasionados por ruídos e interferências no meio de transmissão
• amplificadores podem ser utilizados para regeneração do sinal -> maior custo
• amplificadores também aumentam o ruído
Teleprocessamento
Sinal Discreto
• menos suscetíveis a erros ocasionados por ruídos e interferências no meio de transmissão
• repetidores regeneram o sinal digital -> menos níveis -> menos erros
• ruídos não são repassados e a distorção é baixa
Teleprocessamento
Por que Digital?
• Menor distorção e melhor detecção de erros na transmissão. Os amplificadores analógicos amplificam o ruído também.
• Avanços da eletrônica digital reduzem os custos. Circuitos analógicos são muito caros e difíceis de produzir e integrar em grande escala.
• Integração de vários tipos de dados (voz, vídeo, dados).
• Segurança (criptografia) e compressão facilitadas.
• Futuro será ótico -> meio de transmissão essencialmente digital
Teleprocessamento
Sinais Eletromagnéticos (DT)
• Periódicos– Padrão se repete no tempo– Ex: onde senóide
• Aperiódicos– Padrão que não se repete no tempo– Ex: conversação telefônica
Teleprocessamento
Seno - Sinal Periódico Fundamental
• Amplitude de pico (A)– máximo valor ou força do sinal no tempo– tipicamente medido em Volts (v)
• Frequência (f)– taxa (em ciclos por segundo) na qual o sinal se repete– medido em Hertz(Hz) = 1ciclo/s– T (período) = 1/f (tempo de uma repetição do sinal)
• Fase (θ)– medida da posição relativa (em relação a alguma origem
arbitrária) de um sinal no tempo
Teleprocessamento
Seno - Sinal Periódico Fundamental
S(t) = A sin (2πft +φ)
Amplitude Freqüência Fase
Teleprocessamento
Conceito - Domínio Frequência• Os componentes do sinal
são apenas ondas senoidais de freqüências f e 3f
• A segunda freqüência é múltipla da primeira
• Quando todos os componentes das freqüências são múltiplos de uma única freqüência, essa última é chamada de freqüência fundamental.
• O período do sinal total é igual ao período da freqüência fundamental
Teleprocessamento
Teorema de Fourier
• Qualquer função periódica x(t), com um período T, pode ser representada através do somatório de senos e cossenos.
• Teorema de Fourier:
f = 1/T = freqüência fundamental
ak e bk: amplitude senos e cossenos da k-ésima harmônica
• Um sinal qualquer pode ser reconstituído conhecendo-se a sua série de Fourier, ou seja, conhecendo-se o período (T) e suas amplitudes.
Teleprocessamento
Representação DF
Representação de um sinal contínuo
Representação de um sinal discreto
Teleprocessamento
Conceitos DF
• Espectro do sinal– Representação das freqüências (componentes harmônicos) nas
quais um determinado sinal contém energia
• Largura de banda do canal– Representação das freqüências que não sofrem atenuação
significativa do canal– diferente para cada meio de transmissão– influi na taxa de transmissão (bps)
1 2 3 4 f
AEspectro sinal
A Largura de bandacanal
1 2 3 4 f
A Transmissão
1 2 3 4 f
Teleprocessamento
• Voice-grade channel
• Canal artificialmente filtrado para transportar as freqüências mais significativas da voz humana
• Considerar a largura de banda do canal de voz = 3100Hz
• Bandas de segurança: tornam a largura de banda do canal = 4000Hz (4KHz)
Largura de Banda do Canal Telefônico
Teleprocessamento
Exercícios
1) Diferencie sinal digital de sinal analógico
2) Diferencie sinal periódico de sinal aperiódico
3) Qual a largura de banda de um canal telefônico?
4) O que acontece se você toca um CD de alta qualidade em uma linha telefônica?
5) O que é espectro de um sinal?
6) Defina largura de banda de um canal
7) Explique os componentes de uma onda senoidal
8) Explique sucintamente o que representa o Teorema de Fourier
9) Qual o período de uma onda senoidal de 100KHz?