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1) Introdução: Conceitos básicos.1) Introdução: Conceitos básicos. 1

Ciência da Computação – Redes de Computadores

Fonte de Informação

1.10) Transmissão da informação - Definições

Sistema de Comunicação Genérico operando por Sinais Elétricos.

TransdutorTransmissorModulador

ReceptorDemodulador

Transdutor Destino

Fonte de Ruído Externo

Distorção Atenuação

Ruído Interno

Canal de Transmissão

Mensagem Sinal de Entrada Sinal

TransmitidoSinal

Recebido

Sinal deSaída

Mensagem



1.10) Transmissão da informação – Definições (cont)

Fonte de Informações

É a origem das informações a serem transmitidas. Estas informações

podem ser de natureza não elétrica (voz humana, por exemplo), devendo

ser convertidas em sinais elétricos correspondentes.

Mensagem

É a forma pela qual a fonte de informação fornece os dados a serem

transmitidos.

Transdutor

É um conversor que transforma a mensagem em um sinal elétrico adequado

(sinal de entrada) para ser manipulado no transmissor. Na recepção ocorre o

processo inverso.




Receptor

É um Sistema que processa o sinal recebido e procura recuperar o sinal

transmitido originalmente (demodulando ou não), cancelando os efeitos

gerados pelo transmissor e pelo canal.

Canal de Transmissão

É o meio de transmissão, ou seja, é a mídia onde trafegará as informações

a serem transmitidas.

Transmissor

É um sistema que trata o sinal de entrada (sinal em banda base), tornando-

o adequado para ser transmitido no canal. O sinal transmitido pode ser em

banda básica (baseband) ou banda larga (broadband), ou seja sem ou com

modulação respectivamente;

Atenuação

É a redução de potência do sinal enviado em função das perdas por

radiação e geração de calor que ocorrem no processo de transmissão;




Fonte de Ruído Externo

O ruído externo é um sinal gerado fora do canal de transmissão que, por

algum tipo de interferência elétrica aleatória gera alteração no sinal

transmitido. Como exemplo seriam as descargas elétricas atmosféricas,

radiações solares e linhas de transmissão de alta tensão.

Ruído Interno

Também de origem aleatória são ruídos originados pela movimentação dos

elétrons nos materiais condutores e recombinações de portadores

que ocorrem em dispositivos eletrônicos.

Distorção

São alterações sofridas pelo sinal transmitido, que são introduzidas pelo

próprio canal de transmissão. Um exemplo seria a distorção na transmissão

de uma onda quadrada ocasionada pelas diferentes atenuações em cada

uma de suas componentes em freqüência.




Relação Sinal Ruído (S/N – Signal to noise Ratio)

É definida como a relação entre a potência do sinal recebido e a potência do ruído

incorporado na transmissão. Assim:

Onde:

Ps – Potência do sinal transmitido [watts]

Pn – Potência do ruído [watts].

dB – decibel (unidade de potência relativa)

log – logaritmo base 10.

N

S

P

PNS

É muito comum em transmissão de sinais expressar a relação sinal ruído em uma

unidade chamada de decibel (dB). Assim a S/N e definida é calculada pela relação:

N

S

dB P

PNS log10

Onde:

dB – decibel (unidade de potência relativa)

log – logaritmo base 10.




Principais prefixos métricos

Exp Decimal Prefixo Exp Decimal Prefixo

10-3 0,001 mili (m) 103 1.000 Kilo (k)

10-6 0,000001 micro () 106 1.000.000 Mega (M)

10-9 0,000000001 nano (n) 109 1.000.000.000 Giga (G)

10-12 0,000000000001 pico (p) 1012 1.000.000.000.000 Tera (T)

10-15 0,000000000000001 femto (f) 1015 1.000.000.000.000.000 Peta (P)

10-18 0,000000000000000001 atto (a) 1018 1.000.000.000.000.000.000 Exa (E)

10-21 0,000000000000000000001 zepto (z) 1021 1.000.000.000.000.000.000.000 Zetta (Z)

10-24 0,000000000000000000000001 yocto (y) 1024 1.000.000.000.000.000.000.000.000 Yotta (Y)

Exemplos:

10.000 bits = 10x103 kbits = 10 kb

0,0000015 segundos = 1,5x10-6 segundos = 1,5 s



1.11) Caracterização dos Sinais Analógicos Tomando como exemplo a voz, o seu meio físico natural de propagação

na sua forma original é o ar.

Em uma conversa, nossas cordas vocais criam uma perturbação do ar que

faz com que as moléculas sejam expandidas e comprimidas, criando

O que é chamado de onda mecânica. Esse tipo de onda é chamado de

analógico porque cria uma forma de onda análoga ao som que ela

representa. As ondas analógicas, como a voz, os sons e a música são encontradas na

natureza e uma característica importante e que estão continuamente

variando, ou seja, tem um número infinito de valores. A onda senoidal

é uma boa representação de um sinal analógico.

Tempo

Intensidade



1.11) Caracterização dos Sinais Analógicos (cont)

Matematicamente, o sinal senoidal é classificado como periódico (se repete

a cada período T) e pode ser representado pela função v(t) e respectivo

gráfico conforme indicado abaixo:

Onde:

A: Amplitude de pico [Volts]

ω : Freqüência Angular : ω=2¶f = 2¶/T [radianos/segundo]

Freqüência : f=1/T [1/segundo]=[Hertz]

: Fase [radianos]

t

v(t)

A

-A

T

tAtv cos)(



1.12) Caracterização dos Sinais Digitais

Diferente dos sinais analógicos, os sinais digitais não ocorrem na natureza e foram

idealizados pelo ser humano; Utilizados como um método de codificação da informação, sendo o código Morse um

dos primeiros exemplos; São sinais cuja amplitude só assume determinados valores discretos dentro de um

conjunto finito de valores possíveis para função que os define.

Exemplo: Onda quadrada simétrica, onde para o intervalo de tempo T compreendido

entre 0 t T, temos:

v(t) = A, para o intervalo 0 t T/2

v(t) = 0, para o intervalo T/2 t Tt

v(t)

A

TT/2

Onde:T=Período=1/f



1.13) Codificação para transmissão de informações digitais

Dados

NZR (unipolar)

NZR (bipolar)

0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1

+V

+V-V

Os sinais digitais funcionam como códigos para transmissão de informações binárias (bits)

geradas pelos sistemas computacionais, visto que se resumem a uma série de zeros e huns.

Um exemplo seria a codificação NRZ:

NRZ (Non-Return-to-Zero) - Utiliza dois níveis de tensões que ocupam todo o intervalo de

duração do bit (T);

Unipolar- as tensões permitidas são “0 e +V”, representando nível lógico “0” e nível lógico

“1” respectivamente;Bipolar- As tensões permitidas são “-V e +V”,representando nível lógico “0” e nível lógico “1” respectivamente.

T



1.14) Composição de um sinal periódico: Série de Fourier

Um sinal periódico qualquer pode ser decomposto em uma somatória de

sinais senoidais e cossenoidais com freqüências múltiplas inteiras da

freqüência fundamental f, cada uma com uma determinada amplitude A e

uma determinada fase , mais uma componente continua (de freqüência

zero). Esta somatória é a chamada Série de Fourier. Os sinais senoidais ou cossenoidais com freqüências múltiplas inteiras n

da fundamental são chamadas harmônicas de ordem n. Isto explica as modificações que ocorrem em um sinal ao percorrer um

canal de transmissão, pois os efeitos do ruído, distorção e atenuação no

sinal não são os mesmos para todas as harmônicas que compõe o sinal;



Exemplo de composição de uma onda quadrada através da somatória de 6 harmônicas;

1.14) Composição de um sinal periódico: Série de Fourier (cont)

Harmônicas

Sinal resultante



1.15) Capacidade de Transmissão: Lei de Shannon Um canal de transmissão sempre introduz ruído, distorção e atenuação no sinal transmitido,

estes efeitos dependem das características físicas do meio e não são homogêneos em todas

as componentes do sinal descritas pela Série de Fourier, distorcendo assim o sinal original; Define-se Largura de Banda (W) de um canal a diferença entre a maior e a menor

freqüências (em hertz) as quais não sofrem atenuação expressiva durante a transmissão; A Capacidade (C) ou Taxa de Transmissão de um canal é dada pela quantidade máxima de

informações transmitidas em um determinado período (dada em bits por segundo); É possível demonstrar que um canal de transmissão tem uma capacidade máxima de

transmissão limitada, que dependerá da largura de banda do canal e do ruído inserido pelo

próprio canal durante a transmissão. Assim, Claude Shannon (1949) elaborou uma lei que

define esta capacidade:

NSWC 1log2

Onde:

C – Capacidade máxima do canal (em bits por segundo –

bps)

S/N – Relação sinal ruído

W – Largura de banda do sinal a ser transmitido (em hertz)

log2 – logaritmo base 2.



1.15) Capacidade de Transmissão: Lei de Shannon (cont)

Exemplo:

Para uma linha telefônica convencional, os valores típicos encontrados são: Largura de banda do canal de aproximadamente 3000 Hertz (3400 Hz – 300 Hz) Relação sinal ruído de 1000, ou seja, a potência do sinal é 1000 vezes maior que a potência

do ruído inserido na transmissão (10 log1000 = 30 dB);

Aplicando-se a Lei de Shannon:

NSWC 1log2

10001log3000 2 C

103000C

bpsC 000.30 Valor teórico máximo de Capacidade ou Taxa de

transmissão



1.16) Modos de Transmissão de sinais

SIMPLEX:

Refere-se à transmissão uni-direcional (Exemplos: Transmissão de TV ou Rádio);

ou

FULL-DUPLEX:

Refere-se à transmissão bidirecional simultânea em 2 canais (Exemplo: telefonia).

HALF-DUPLEX:

Transmissão bidirecional, mas não simultaneamente (Exemplo: rádio amador);



1.17) Meios físicos de transmissão

O enlace é formado pelo meio físico por onde são

transmitidos os sinais elétricos, ópticos ou eletromagnéticos

que transportam as informações. Tais meios podem ser:

Meios guiados:

Os sinais se propagam confinados em um meio sólido e com

um caminho único: cabos de cobre, fibra óptica;

Meios não guiados:

Os sinais (eletromagnéticos) se propagam através do ar no

espaço livre ou em ambientes restritos. Exemplos:

Transmissão de TV ou Rádio, Satélites, Wireless LAN´s.



1.17) Meios físicos de transmissão (cont)

Cabo Coaxial:

Formado por um núcleo de fio metálico (sinal) isolado e

envolvido por uma blindagem anti-ruído (shield);

. Uso comum em redes de 10 Mbps



1.17) Meios físicos de transmissão (cont)

Twisted Pair (TP) – Par Trançado:

Formado por pares de fios de cobre isolados e trançados

ao longo do cabo. Disponível em várias categorias, em

função da taxa de transmissão utilizada. Exemplo:. Categoria 3: até 10 Mbps. Categoria 5 : 100 Mbps



1.17) Meios físicos de transmissão (cont) Cabo de fibra óptica:

Cilindro composto de sílica (vidro) denominado de núcleo envolvido

com uma capa refletiva (casca), formando uma fibra com diâmetro

total da ordem de 125 micrometros (1 = 10-6 m);

. As informações são transportadas por meio de pulsos de luz gerados

por LED´s ou LASER´s e que se propagam através da fibra através de

múltiplas reflexões;

. Permite altas taxas de transmissão (Gbps);

. Baixa taxa de erros e alta imunidade a ruídos.

Núcleo

Casca

12

5 µ

m

10

~5

0 µ

m

LUZ



1.18) Multiplexação e o compartilhamento do meio

Canal canal de transmissão normalmente possui uma largura de banda W (em hertz)

que normalmente é bem maior que a banda necessária para transportar os sinais,

ocasionando assim o desperdício de uma parte da banda disponível que não seria utilizada

pela conexão;

Uma solução para aumentar a capacidade do canal seria permitir o compartilhamento

do meio de transmissão por outras conexões simultâneas, dividindo assim a banda total

do canal desde que fosse possível transmitir os dados das várias conexões de forma

independente e sem interferência entre eles;

A divisão da capacidade de um canal de transmissão em segmentos é conhecida por

MULTIPLEXAÇÃO e suas principais formas de são:

FDM (Multiplexação por Divisão em Freqüência)

TDM (Multiplexação por Divisão no Tempo).



1.18) Multiplexação e o compartilhamento do meio (cont)

FDM

freqüência

tempoTDM

freqüência

tempo

4 usuários

Exemplo:

1) introdução: conceitos básicos. 1 ciência da computação – redes de computadores fonte de...

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