Redes Sem Fio
UNIDADE II Fundamentos de transmisso de sinais
Prof. Paulo Lourinho 2 semestre 2011
Redes sem fioUnidade I I Fundamentos de transmisso de
SinaisProf. Paulo Lourinho
AGENDA:2.1 Conceito de sinais analgicos, digitais, peridicos;
2.3 Analise de Fourier (srie de Fourier ) ; 2.3 Rudo e relao Sinal
Rudo 2.4 Capacidade do canal e frmula de Shannon; 2.5 Meios
confinados e no confinados 2.6 Componentes de um sistema de
comunicao digital; 2.7 Modulao e Demodulao 2.8 Codificao de dados
(NRZI, Manchester, etc)
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OBJETIVOS:1. Caracterizar sinais analgicos, digitais e sinais
peridicos e entender as diferenas de sinais analgicos e digitais e
os parmetros freqncia e comprimento de onda em sinais peridicos 2.
Compreender como sinais de udio, vdeo, dados podem ser
representados por meios de sries e como os sinais eletromagnticos
so gerados 3. Entender o conceito de largura de banda de um canal
de comunicao 4. Conceituar meios confinados (cabos) e meios no
confinados (propagao no espao livre) e suas principais
caractersticas/deficincias
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OBJETIVOS:5. Conceituar rudo em sistemas de comunicao e a relao
S/R como ndice de qualidade 6. Entender a capacidade de um canal de
comunicao real e as deficincias de transmisso que afetam a
qualidade e velocidade de transferncia das informaes 7. Identificar
os principais elementos que compem um sistema de comunicao digital
8. Conhecer alguns esquemas de codificao de dados mais utilizados
9. Entender o conceito de modulao e demodulao de sinais4
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O MEIO DE TRANSMISSO
FUNO DIFERENAS DO MEIO
o caminho entre o transmissor e o receptor, por onde os dados so
trafegados. Os meios de transmisso diferem com relao a: -
Velocidade; - Imunidade a rudos; - Confiabilidade e custo; -
Limitao geogrfica quanto a atenuao; - Disponibilidade de
equipamentos; - Caractersticas eltricas e mecnicas - Capacidade de
transmisso
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LINHAS DE COMUNICAOPonto-a-ponto
Multiponto
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MODOS DE TRANSMISSOSimplex Half duplex
Full duplex
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OS SINAIS - Eltricos - Opticos - Eletromagnticos
Exemplo: Cdigo morse (sinal binrio)Qual o O MEIO IDEAL(?) Quais
os MEIOS MAIS UTILIZADOS (?)8
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Tipos de sinal (analgico / digital)
Sinal Analgico
Sinal DigitalT
0
1
0
1
1
0
Infinitos valores dentro de certos limites (faixa)
Quantidade limitada de valores definidos (discretos)
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Tipos de sinal (analgico / digital) Sinais Peridicos
- um sinal que apresenta um padro dentro de um intervalo de
tempo mensurvel (perodo) - Sinais digitais ou analgicos podem ser
peridicos ou aperidicos - Ao padro completo chama-se ciclo
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Tipos de sinal (analgico / digital) Comparao sinais peridicos e
aperidicos
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Onda SenoidalForma fundamental do sinal analgico peridico
Composta de dois arcos da funo seno Importante na comunicao de
dados Varia ao longo de um ciclo de forma contnua
Matematicamente: s(t)=Asen(2ft+)S valor instantneo do sinal A
Amplitude de pico f - Frequncia fase
* Tais caractersicas descrevem a onda senoidal de forma
completa
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Amplitude de pico- Valor de intensidade mais alta - Representa a
energia transportada por um sinal - Volts para a eletriciadade
Perodo e frequncia- Perodo: Intervalo de tempo gasto para a onda
completar um ciclo (grandeza temporal) - Frequncia: Quantidade de
perodos (ou ciclos) na unidade de tempo (seg) - So a mesma
caractersitca de uma onda definida de formas diferentes
f=1/T&T=1/fQual a proporcionalidade entre T e f ?13
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Perodo e frequncia- Perodo (tempo) - Frequncia (ciclos / s
Medida de taxa de variao)
Ex: Sinal com freq 40 Hz = 40 x /s Sinal com freq 80 HZ = 80 x
/s
Qual a relao entre o tempo do ciclo da onda de 40Hz para a onda
de 80Hz ?
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Perodo e frequnciaE se for alterada a amplitude?
A frequnia pode ser vista como medida genrica da taxa de variao
de um sinal em relao ao tempoSe um sinal muda muito em um curto
intervalo de tempo, sua frequncia baixa ou elevada?15
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Perodo e frequnciaE se o sinal no varia no tempo?
Idia: Caso o sinal no mude nunca, ele nunca completa um ciclo,
portanto f = 0
Caso o sinal varie instantaneamente de um nvel de tenso a outro
em tempo zero (frequncia infinita) ento o perodo (T) igual a zero
(0)
f=1/T&T=1/f f=1/f=1/=0 ouT=1/0=16
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Fase- Descreve a posio da forma da onda em relao ao marco zero
(indica o status do primeiro ciclo) - Descreve a posio de uma forma
de onda relativa ao tempo zero - medida em pi-radianos
rad=180 Fase a 0 Fase a 90 Fase a 180
1 / 2 c ic lo0 90 180
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Domnio do tempo X Domnio da Frequncia - Onda perfeitamente
definida (Frequncia / Amplitude / Fase) - Fase e frequncia no so
medidas explcitas em um grfico no domnio do tempo - Domnio da
frequncia : Amplitude de pico com relao frequncia.
A 5 1s T 5
A5
A 5 T 1s
A
f
4
f
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Domnio do tempo X Domnio da Frequncia
A 5 T 1s 5
A
8 f
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Sinais Compostos - Sinais simples so pouco teis em comunicao de
dados - necessrio mudar uma ou mais caractersticas do sinal para
torn-lo til - Ao mudar uma caracterstica de uma onda senoidal, ela
deixa de ser simples e passa a ser chamada sinal composto - Quando
se muda qualquer caracterstica de um sinal simples, associa-se ao
novo sinal outras componentes de frequncia.
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Anlise de Fourier - Qualquer sinal composto a somatria de um
conjunto de senides de diferentes frequncias, fases e
amplitudes.
s(t)=A1sen(2f1t+1)+A2sen(2f2t+2)+A3 sen(2f3t+3)+...- Para uma
onda quadrada, o sinal pode ser decomposto na srie de ondas
senoidais a seguir:
s(t)=sen[2ft]+sen[2(3f)t]+sen[2(5f)t+...- Para criar um sinal
quadrado completo, necessrio somar todos os harmnicos de frequncias
mpares at o infinito21
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Anlise de Fourier
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Sinal composto e o meio de transmisso - Sinal viaja atravs de um
meio de transmisso (suporte) - Cada meio possui suas caractersticas
(Ex: permitir ou bloquear certa frequncia) - Um sinal composto pode
ter algumas frequencias filtradas no meio - O meio deve ser
escolhido conforme permita as frequncias em questo preservando o
sinal (amplitude e fase)SINAL SINAL DE ORIGEM CORROMPIDO
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Largura de banda - Nenhum meio permite ou bloqueia a passagem de
todas as frequncias - A faixa de frequncias que podem passar por um
meio definida como largura de banda - Considera-se como um bom meio
aquele que preserva mais da metade da potncia inicial do sinal - a
diferena entre a maior e a menor frequncias que um meio transmite
satisfatoriamente - Se a largura de banda for diferente do spectro
de frequncias, h a perda do sinal - Uma onda quadrada sempre sofre
deformao do sinal (nenhum meio capaz de tranferir uma frequncia
infinita)
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Sinal digital como um sinal composto - Intervalo de sinalizao =
perodo - bits por segundo = frequncia (velocidade) - Um sinal
digital um sinal composto de largura de banda infinita
Comprimento de bits = velocidade de propagao X durao dos
bits
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Limites para a taxa de transmisso de dados - Qual a maior
velocidade possvel para transmisso de dados me determinado canal?
Variveis: Largura de banda disponvel Niveis possveis Qualidade do
canal Qualidade do canal - Para um cana livre de rudos
(Nyquist)
Cn=2Blog2LC Capacidade de transmisso (bps) B Largura de banda
(Hz) L Nmero de nveis de sinais
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Qualidade do canal - Para um canal com de rudos (Lei de
Shannon)
Cs=Blog2(1+snr)C Capacidade de transmisso (bps) B Largura de
banda (Hz) Snr razo sinal-rudo SNR a relao estatstica entre a
potncia do sinal pela potncia do rudo do canal - No menciona nveis
do canal (no possvel a transmitir dados numa taxa superior
capacidade imposta pelo canal) - A frmula determina uma
caracterstica do canal, no o mtodo de trasnmisso 27
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Sinal digital como um sinal analgico composto - Baseado em
fourier- Largura de banda infinita Transmisso de sinais digitais -
Transmisso em banda base ( enviar um sinal digital por um canal sem
transform-lo em analgico) # Requer um canal passa-baixa (largura de
banda de 0 a f) toda a largura de banda alocada a epenas um canal #
O canal passa-baixa com largura de banda infinita (no possvel,
apenas aproximar-se)
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Perdas na transmisso Sinais sofrem perdas devido a presena de
interferncias, que um dos maiores limitantes do desempenho de
sistemas de comunicao, geralmente so impostas pelas caractersticas
do meio ou provenientes de interferncias de sinais Perdas
classificadas em - Atenuao perda de energia - Distoro modificao no
formato do sinal - Rudo Provocado por interferncias externas
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CARACTERSTICAS FSICAS ATENUAO
SINAL DE ORIGEM
SINAL ATENUADO
MEIO DE TRANSMISSO
Transmissor
Receptor
30 TODO MEIO DE TRANSMISSO SOFRE ATENUAO, POR MENOR QUE
SEJA.
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CARACTERSTICAS FSICAS ATENUAO Reduo da potncia do sinal ao longo
do meio de transmisso Depende de fatores como: Resistncia, Reatncia
Indutiva, Capacitncia Altera-se conforme a frequncia Para par
metlico: Normalmente testada nas frequncias: 64 KHz, 256 KHz, 512
KHz, 772 KHz, 1 MHz, 2 MHz, 4 MHz, 5 MHz, 8 Mhz, 10 MHz, 16 MHz, 20
MHz, 32 MHz, 62,5 MHz, 100 MHz.
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FONTES DE DISTORO
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RUDOSSINAL SINAL DE ORIGEM CORROMPIDO
RUDOMEIO DE TRANSMISSO
Transmissor
Receptor
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FONTES DE DISTORO
Rudo Trmico
calor
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FONTES DE DISTORO
Rudo impulsivo (ou intuitivo) O rudo impulsivo ou intuitivo
causado por fontes externas. Para evitar este rudo o projetista
deve observar a compatibilidade eletromagntica, Onde necessrio
avaliar as possveis fontes externas de interferncias
eletromagnticas
Fontes comuns de interferncias eletromagnticas: Motores
Geradores Lmpadas fluorescentes Cabos Mquinas operatrizes
Solues: Manter distncia Estruturas aterradas34
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FONTES DE DISTORO
Rudo de Intermodulao
interno ao condutor originado por ineficincias dos equipamentos
injetores de sinais
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FONTES DE DISTORO
Rudo Crosstalk (ou diafonia)
e iEste fenmeno tanto mais intenso quanto maior for a freqncia
dos sinais.Solues: Blindagem/ aterramento Tc. Cancelamento
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Redes sem fio
CABO PAR TRANADOProteo
Unidade I I Fundamentos de transmisso de Sinais
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contra rudos - mtodo do cancelamento
i
i37
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CARACTERSTICAS FSICAS
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ECOS
Ecos provocam efeitos similares ao rudo; Toda vez que h uma
mudana de impedncia numa linha de transmisso sinais so refletidos e
voltam por esta linha corrompendo os sinais que esto sendo
enviados.
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Decibel- utilizado para indicar a queda ou aumento na potencia
do sinal - Mede as intensidades relativas de um sinal em diferentes
pontos (ou dois sinais) - O sinal atenuado apresentado como
negativo (- ) amplificado como positivo ( + ) - Para recuperar
atenuaes so utilizados amplificadores
DB=10log10P2/P1
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Meios confinados e no-confinados
Os meios fsicos de transmisso podem ser: Cabos metlicos Cabos
pticos O fsico Maxwell descobriu as Ar (ou vcuo) correlaes que
haviam entre Os sinais transmitidos so: Eltricos pticos Ondas
eletromagnticascertos fenmenos, dando origem teoria de que
eletricidade, magnetismo e ptica so de fato manifestaes diferentes
do mesmo fenmeno fsico.
Os cabos metlicos de fato utilizados so o coaxial e o par
tranado Qualquer cabo metlico pode ser utilizado para transportar
sinais de dados?40
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Componentes de um Sistema de Comunicao Digital
A transmisso de dados consiste na utilizao de um suporte para a
transportar tais dados entre dois pontos fisicamente distantes. Um
mtodo poderia ser guardar a informao num meio fsico amovvel do tipo
magntico ou ptico e transportar fisicamente esse meio para o ponto
de destino. Hoj comum utilizar um meio que se encarregue ele prprio
do transporte. Para tanto utiliza-se um fenmeno fsico capaz de se
propagar desde a origem at destino, este meio utiliza um suporte
ser designado por sinal. Como fenmeno fsico que , um sinal possui
diversas grandezas fsicas mesurveis. Se o emissor produzir variaes
nestas grandezas de modo a traduzir a informao a transmitir, ento o
receptor pode detectar estas variaes e obter a informao que foi
transmitida 41
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Componentes de um Sistema de Comunicao Digital
As operaes de colocao e extraco dos dados do sinal so conhecidas
por codificao e descodificao. Os dispositivos que realizam estas
operaes so conhecidos por CODEC. As operaes de colocao e extraco
dos dados do sinal so conhecidas por modulao e desmodulao. Os
dispositivos que realizam estas operaes so conhecidos por
MODEM.
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Modulao e DemodulaoQualquer tipo de informao, (analgica ou
digital) poder ser transmitido atravs de um sinal analgico ou
digital. Tcnicas chamadas modulao tornam a converso
analgico-digital e vice-versa possvel. Modular um sinal digital,
ento coloca-lo em uma onda portadora analgica para permitir seu
transporte por redes que permitem apenas o transporte de sinais
analgicos. A modulao pode ser feita em Amplitude, Freqncia e Fase.
Modulao em Amplitude (AM) Uma onda portadora de freqncia fixa ir
transportar o sinal a ser emitido, representando-o pela variao da
sua amplitude.
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Modulao em Freqncia (FM) Neste caso, varia-se a freqncia do
sinal, mantendo a amplitude constante. A essas variaes de freqncia
chama-se desvio de freqncia.
Modulao
Modulao em Fase (PM) A onda senoidal portadora muda sua fase
para representar a mudana de um bit O para 1 ou vice-versa
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ModulaoExemplo: Um sinal analgico qualquer sobre uma portadora,
pode ser modulado em, amplitude, frequncia ou fase, conforme se
deseje.
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ModulaoModulao de Sinais de Dados Digitalizados Quando o sinal
modulado especificamente um sinal digital, as tcnicas de modulao
recebem as seguintes denominaes: a) Modulao por chaveamento da
Amplitude ASK (Amplitude Shift Keying) uma tcnica que modula o
sinal variando a amplitude da portadora. Uma amplitude maior que a
portadora representa o BIT 1, e uma amplitude menor que a portadora
representa o BIT 0. Esta modulao est muito sujeita a erros, pois
qualquer variao ou rudo no meio pode degradar a amplitude do sinal
confundindo sua representao. b) Modulao por chaveamento de Freqncia
FSK (Frequency Shift Keying) Utiliza freqncias diferentes para
representar o BIT 0 e o BIT 1 A modulao por freqncia de sinais
digitais mais simples que a FM (analgica) pois utiliza apenas duas
freqncias.46
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ModulaoModulao de Sinais de Dados Digitalizados c) Modulao por
chaveamento de Fase PSK (Phase Shift Keying) o mtodo de modulao
mais utilizado para a transmisso de dados, nele a mudana do valor
de bits feita mudando-se a fase da onda portadora.Grfico da modulao
de um sinal digital sobre uma portadora analgica com ASK, FSK e
PSKSinal digital
Portadora analgica
Sinal ASK
Sinal FSK
Sinal PSK
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Codificao de dados
Dados podem ser analgicos ou digitais Codificar conciste
basicamente em inserir dados em um sinal digital Permitir a
trasmisso digital Codificao de dados analgicos precisa de converso
analgico/digital Converter sinais analgicos em binrios - Amostragem
de sinais
* Na prtica, s h converso de dados digitais
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Codificao de dados
Sinais do mundo real so analgicos Informaes digitais no so
apenas restritas aos computadores Como os sinais analgicos podem
assumir qualquer valor, o rudo interpretado como sendo parte do
sinal original Sinal analgico
Leitura Recomendada http://www.clubedohardware.co
m.br/printpage/ComoConversores-Analogico-Digital49
Funcionam/1307
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Codificao de dados Sistemas digitais, por outro lado, podem
apenas entender dois nmeros: zero ou um. Qualquer coisa diferente
disto descartada Uma outra vantagem do sistema digital em relao ao
analgico a capacidade de compactao de dados
Coleta por amostragem
O que o conversor analgico/digital faz capturar amostras do
sinal analgico ao longo do tempo. Cada amostra ser convertida em um
nmero, levando em considerao seu nvel de tenso A freqncia com que a
amostragem ir ocorrer chamada de taxa de amostragem50
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Codificao de dados
Durante a converso digital/analgico os nmeros so convertidos de
volta em tenses O conversor digital/analgico conecta os pontos
capturados e portanto a onda analgica resultante no ser perfeita A
taxa de amostragem influencia na qualidade do sinal resultante
Binrio: Taxa de Amostragem X qualidade
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Codificao de dados
Coleta por amostragem
O que o conversor A/D faz dividir o eixo y em n partes possveis
entre os valores mximos e mnimos do sinal analgico original. Se a
varivel for muito pequena o que acontecer que dois pontos
capturados prximos um do outro tero a mesma representao digital, o
que no corresponde exatamente ao valor encontrado no sinal analgico
original, fazendo com que a forma de onda analgica disponvel na
sada do conversor D/A no tenha a melhor qualidade. Mais uma vez,
quanto maior for o tamanho da varivel, melhor a qualidade. Com a
utilizao de uma varivel de 16 bits so necessrios duas vezes mais
espaos em disco do que seria necessrio se uma varivel de 8 bits
fosse usada, mas a qualidade seria muito melhor.52
Binrio: resoluo X qualidade do sinal analgico
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Codificao de dados (Caractersticas importantes)
Nveis de sinal: quantidade de valores possveis num sinal Nveis
de codificao de dados: nmero de valores que representam dados
Relgio de Sincronismo: quantidade de pulsos por segundo (equalizao
dos intervalos de sinalizao do emissor e receptor)
Auto-sincronizao: correo de diferenas entre os intervalos de
sinalizao. N de bits por segundo: Quantidade de bits enviada em 1
segundo DC Residual Bps bits por segundo Nbpss=Nppsxlog2L Pps
pulsos por segundo L nmero de nveis53
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Codificao de dados (esquemas)
Unipolar Uma polaridade 0 V representa o bit 0 Um nvel de tenso
Apresenta DC residual Problema de sincronizao (para longas cadeias
de 0s ou 1s)Em alguns mtodos de codificao um nvel de tenso
representa o bits 0 ou 1, a polaridade indica o bit54
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Codificao de dados (esquemas de)
Polar codificao NRZ (no return to zero) Permite dois nveis de
tenso ( + / - ) Resolve o problema da DC residual NRZ-L (level) A
polaridade define o bit Existe a problema de sincronizao de clock
para longas cadeias de 0 ou 1
NRZ-I (invert) O bit 1 representado pela transiode sinal Bit 1
serve como mecanismo de sincronizao Superior ao NRZ-L
55
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Codificao de dados (esquemas de)
Polar codificao RZ (return to zero) Cadeias longas de 0 ou 1
sempre causam problemas (sincronizao) Idia: Incluir clock no sinal
na transio para cada bit representado 3 valores possveis (- / + /
0): As transies no so entre bits, mas em cada bit (bit 1 +0 bit 0
-0) Desvantagem: Utiliza 2 codificaes por bit (maior largura de
banda) Soluo mais eficaz: insero do relgio de sincronismo para o
receptorUm esquema eficaz de codificao digital, traz um relgio de
sincronismo, garantindo exatido na recepo56
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Codificao de dados (esquemas de)
Polar ManchesterUtiliza uma inverso no meio do intervalo de
sinalizao (para sincronizao e representao do bit) Transio positiva
(negativo positivo = 1) Transio negativa (positivo negativo =0)
Utiliza uma tenso (no nula) para os dois sinais
Possui o mesmo nvel de sincronizao que a codificao RZ,
utilizando apenas 2 nveis de tenso57
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Codificao de dados (esquemas de)
Bipolar Utiliza 3 nveis de tenso o nvel zero representa o bit 0
- o nvel 1 representado por tenses + ou alternadas Alternate Mark
Inversion (AMI) - Mark significa 1 (emitir pulso sempre que o bit 1
for transmitido) - Polaridade invertida em relao ao bit 1
anterior
58
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Codificao de dados (esquemas de)
Outros esquemas2B1Q (2 binrios, 1 quaternrio) - Utiliza quatro
nveis de tenso - Cada nvel de tenso representa 2 bits - Sinal
eficiente com economia de banda
Existem outras codificaes Pesquisar Manchester diferencial e
MLT-3
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Resumo
Sinais de dados podem ser analgicos ou digitais (existem
caractersticas bem determinadas) Existem vantagens considerveis no
uso da transmisso digital Os sinais precisam de um meio de
transmisso para se propagar - podendo ser meios confinados como
cabos ou no confinados, como o ar Os sinais analgicos utilizados
para transmisso de dados so sinais peridicos Todos os tipos de
sinais sofrem perdas durante a transmisso A Transmisso digital ou
analgica em portadora analgica necessita de modulao e demodulao A
transformao de sinais analgicos em digitais e feita por amostragem
Para transmisso digital so utilizadas as codificaes60
