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Redes de Computadores
Nível Físico
Profa. Débora Christina Muchaluat Saade
Departamento de Ciência da Computação - UFF
Digitalização de Sinais
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Redes de Computadores
Digitalização de Sinais
Codificando cada nível com 4 bits:
1100 1110 1110 1110 1010 0011 0001 1001 1010 ...
Na recepção...
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Redes de Computadores
Taxa de Amostragem
➽ O teorema de Nyquist diz que, para se obter uma representação precisa de um sinal analógico, a amplitude do mesmo deve ser amostrada a uma taxa igual ou superior a duas vezes a frequência da componente de mais alta frequência do sinal. • Taxa de amostragem >= 2fmax
➽ A taxa de Nyquist é dada em Hz ou em amostras por segundo (sps) ➽ Amostragens abaixo da taxa de Nyquist introduzem componentes de
frequência adicionais ao sinal, causando distorção definitiva no sinal original (alias signal).
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Redes de Computadores
Sinal original
Pulsos PAM
Pulsos PCM
Saída PCM 100110011010101010100001101111101
7.0
6.0
4.1 4.5 2.5
5.0
2.2 3.0 1.1
5.0 5.0
100 110 011 010 101 010 100 001 101 111 101 0 1 2 3 4 5 6 7
PCM - Pulse Code Modulation
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Redes de Computadores
Quantização
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Redes de Computadores
Ruído de Quantização
➽ A diferença entre o valor real de uma amostra e seu representante binário é chamado erro de quantização. Como este erro varia de amostra para amostra, a distorção causada por tal erro é chamada ruído de quantização.
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Redes de Computadores
The Local Loop: Modems
The use of both analog and digital transmissions for a computer to computer call. Conversion is
done by the modems and codecs.
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Redes de Computadores
Acesso a Provedor
A/D D/A
Central Central
D/A A/D
A Conversão Analógico/Digital
Gera um Ruído chamado Ruído de Quantização
MODEM
Não é possível mais do que 30 kbps !!
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Redes de Computadores
Acesso a Provedor
A/D
Central Central
D/A A/D MODEM
Linha Digital (T1 ou E1, p. ex.)
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Redes de Computadores
Acesso a Provedor
A/D
Central Central
D/A A/D MODEM
30kbps
~56kbps
Multiplexação no Tempo
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Redes de Computadores
Multiplexação por Divisão de Tempo
➽ Ao invés de se utilizar as várias faixas de frequências para separar os sinais a serem transmitidos, utiliza-se o tempo como a grandeza a ser compartilhada. • obtém-se o compartilhamento do meio físico
intercalando-se porções de cada um dos sinais ao longo do tempo.
• A forma com que o tempo é subdividido dá origem a duas formas de TDM: o TDM síncrono e o TDM assíncrono (ou Estatístico).
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Redes de Computadores
Meio Físico
A
B
C
D
Multiplexação no Tempo
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Redes de Computadores
T
A1
Banda Desperdiçada Dados
B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2
Primeiro Ciclo Segundo Ciclo
➽ Multiplexação Síncrona (TDM) (synchronous Time Division Multiplexing)
Meio Físico
A
B
C
D
Multiplexação no Tempo
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Redes de Computadores
➽ Multiplexação Síncrona (TDM) (synchronous Time Division Multiplexing)
➽ Multiplexação Assíncrona ou Estatística (STDM) (Statistical Time Division Multiplexing)
T
A1 B1 B2 C2
Banda Extra Disponível Cabeçalho
A1
Banda Desperdiçada Dados
B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2
Primeiro Ciclo Segundo Ciclo
Meio Físico
A
B
C
D
Multiplexação no Tempo
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Redes de Computadores
Canal
➽ Representação para uma parcela da utilização do meio físico alocada a transmissão de um sinal.
➽ A implementação de um canal varia de acordo com a forma de multiplexação. Assim, tem-se um tipo de canal no FDM e um outro tipo de canal no TDM síncrono. • No FDM, um canal corresponde a uma faixa de freqüências • No TDM síncrono, denomina-se canal o conjunto de todos
os slots, um em cada frame, identificados por uma determinada posição fixa dentro desses frames.
– Ex.: o canal 3 é formado pelo terceiro slot dentro de cada ciclo.
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Redes de Computadores
Canais de Comunicação
➽ Dedicado (ou permanente) x Chaveado ➽ Ponto-a-ponto x Multiponto
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Redes de Computadores
Multiplexador x Acesso Múltiplo
➽ A multiplexação pode ser realizada tanto de forma centralizada, por um equipamento específico denominado de multiplexador (MUX), como de forma distribuída, onde as várias fontes de sinais encontram-se diretamente conectadas a um meio físico compartilhado. • Nesse último caso, a multiplexação é comumente denominada de
mecanismo de acesso múltiplo.
TDMA
MUX
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Redes de Computadores
Hierarquias de Transmissão Digital
➽ Em uma hierarquia de sinais digitais, os sinais de taxa mais alta são obtidos através do cascateamento de multiplexadores, como ilustrado no exemplo da figura abaixo.
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Redes de Computadores
Hierarquias de Transmissão Digital
➽ Esquemas de hierarquias de transmissão têm sido utilizados em sistemas de telefonia digital, tendo passado por processos de padronização em várias entidades internacionais, sendo, hoje em dia, utilizados também na transmissão de dados.
➽ E.U.A e Europa definiram diferentes padrões para o sinal básico e para a forma de multiplexação na geração dos sinais de ordem mais alta. • Enquanto a hierarquia americana está baseada no
T1, a hierarquia européia (que é a adotada pelo padrão brasileiro) define a utilização de um sinal básico denominado E1.
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Redes de Computadores
Sinal Digital Número de Canais de Voz Taxa de Transmissão
DS-1 DS-2 DS-3 DS-4
24 96
672 4032
1,544 Mbps 6,312 Mbps
44,736 Mbps 274,176 Mbps
MUX T2
MUX
1
7
T3
T1 MUX
1
24
Hierarquia de Sinais Digitais Norte-Americana
➽ Inicialmente definido pela AT&T, tendo posteriormente se tornado o padrão utilizado para a transmissão digital de voz em sistemas telefônicos nos EUA. • prevê a multiplexação síncrona no tempo, de vinte e quatro canais de
voz, a 64 Kbps cada, transportados em um sinal de 1,544 Mbps (denominado DS-1 — Digital Signal Level 1).
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Redes de Computadores
Taxa dos Sinais em Hierarquias Digitais
➽ A definição da taxa dos sinais básicos das hierarquias digitais foi influenciada diretamente pela utilização dessas hierarquias em telefonia digital • vinte e quatro canais, onde cada slot tem duração suficiente para a
transmissão dos 8 bits de uma amostra PCM. • A cada frame ainda adiciona-se um bit denominado bit de framing, para a
marcação. – Assim, cada frame tem a duração para a transmissão de
24 x 8 + 1 = 193 bits. • A banda passante necessária para um sinal de voz em um serviço telefônico é
igual a 4.000 Hz, – A taxa de amostragem para construirmos a saída PCM é de 8.000 amostras
por segundo. Logo, para que se mantenha uma taxa assegurada para cada canal, é necessário que os frames se repitam 8.000 vezes por segundo
– Em outras palavras, um frame tem duração total de 1/8.000 = 125 µseg, e por isso a taxa total do sinal DS-1 é de 8.000 x 193 = 1,544 Mbps.
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Redes de Computadores
Time Division Multiplexing
The T1 carrier (1.544 Mbps).
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Redes de Computadores
Time Division Multiplexing (3)
Multiplexing T1 streams into higher carriers.
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Redes de Computadores
Hierarquia Européia
Sinal Digital Número de Canais de Voz Taxa de Transmissão
E1 E2 E3 E4
30 120 480
1920
2,048 Mbps 8,448 Mbps
34,368 Mbps 139,264 Mbps
➽ O esquema E1 é oriundo do padrão utilizado para a transmissão de voz em sistemas telefônicos digitais na Europa e no Brasil • 30 canais de voz, a 64 Kbps cada, transportados em
um sinal de 2,048 Mbps.
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Redes de Computadores
Linhas Digitais
A/D
Central Central
D/A A/D MODEM
Linha Digital
E1, p. ex.
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Redes de Computadores
Linhas Digitais
➽ RDSI-FE • Acesso básico (ISDN-BRI)
– 2 B+D • Acesso Primário (ISDN-PRI)
– E1 (30B + 2D); T1 (23B + D)
Central Central
Equipamento De Modulação Digital
Linha Digital Canal B = 64 kbps Canal D = 16 kbps
Canais B e D = 64 kbps
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Redes de Computadores
Diferentes Hierarquias de Sinais Digitais
Nível EUA Europa Japão
1234
1,544 Mbps (DS-1)6,312 Mbps (DS-2)
44,736 Mbps (DS-3)274,176 Mbps (DS-4)
2,048 Mbps (E-1)8,448 Mbps (E-2)
34,368 Mbps (E-3)139,264 Mbps (E-4)
1,544 Mbps 6,312 Mbps
32,064 Mbps 97,728 Mbps
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Redes de Computadores
Unificação das Hierarquias
155,52 x N Mbps
155,52 Mbps
51,84 Mbps
6,312 Mbps
1,544 Mbps 2,048 Mbps
x4 x3
x7
x3
xN
Sinal básico SONET (STS-1)
Sinal básico SDH (STM-1)
SDH
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Redes de Computadores
Time Division Multiplexing (5)
SONET and SDH multiplex rates.
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Redes de Computadores
Uma Visão de Outra Solução para o Acesso Residencial: xDSL
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Redes de Computadores
Digital Subscriber Lines (2)
Operation of ADSL using discrete multitone modulation.
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Redes de Computadores
Digital Subscriber Lines (3)
A typical ADSL equipment configuration.
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Redes de Computadores
Uma Visão de Outra Solução para o Acesso Residencial: Cable Modem
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Redes de Computadores
Internet over Cable
Cable television
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Redes de Computadores
Spectrum Allocation
Frequency allocation in a typical cable TV system used for Internet
access
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Redes de Computadores
Cable Modems
Typical details of the upstream and downstream channels in North
America.