1 redes de comunicações chapter 3 transmissão de dados

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Redes de Comunicações

Chapter 3

Transmissão de Dados

2Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF

Terminologia

Transmissor Receptor Meio de Transmissão

– Meios Guiados– Meios Não guiados


Terminologia

Link Direto– Não há dispositivos intermediários

Ponto-a-ponto– Link Direto– Somente 2 disp. Compartilham o link

Multi-ponto– Mais que 2 disp. Compartilham o meio


Terminologia

Simplex– Uma direção (sentido)

Ex: televisão e rádio

Half duplex– Nas duas direções, mas somente em um sentido por vez

Ex: comunicação de rádio: Walk talk.

Full duplex– Ambas as direções ao mesmo tempo

Ex: telefone


Frequência, Spectro e Largura de Banda

Conceitos no domínio no tempo– Sinal Analógico

Sinal alternando em vários níveis no tempo

– Sinal Digital Mantém um nível constante para um dado, depois muda

para representar outra informação

– Sinal Periódico Padrão repetitivo sobre o tempo

– Sinal Aperiódico Padrão não repetitivo sobre o tempo


Sinal Analógico & Digital


Sinais Periódicos


Onda Senoidal

Amplitude (pico) (A)– Valor máximo entre a variação do sinal– volts

Frequencia (f)– Taxa de mudança do sinal– Hertz (Hz) ou ciclos por segundo– Período = tempo para uma repetição – T = 1/f

Fase ()– Relativo a posição da onda no tempo


Variação da Ondas Senoidal s(t) = A sin(2ft +)


Comprimento de Onda

Distância percorrida por um ciclo Distancia entre dois pontos medidos a partir

da mesma fase entre dois ciclos Velocidade da onda (v)

= vT f = v– c = 3*108 ms-1 (velocidade da luz no espaço)


Conceitos no Domínio da Frequência

Os sinais normalmente são formados por múltiplas frequências (diferentes sinais)

Os diferentes sinais são chamados de componentes de onda senoidal

A análise de Fourier diz que qualquer sinal pode ser formado pela combinação de várias ondas ou componentes senoidais

É possível montar uma função baseada no domínio da frequência para representar os sinais


Exemplo de Componentes (T=1/f)


Representação no domínio da Frequência


Espectro de Largura de Banda

Espectro– Faixa de frequência que contém o sinal

Largura de banda Absoluta– Largura do Espectro

Largura de Banda Efetiva– Largura de Banda Frequênte(Often just bandwidth)– Largura estreita que contém as frequências com maiores energias

Componente DC– Componente de frequência Zero


Sinal com Componente DC


Taxa de Dados e largura de Banda

Qualquer sistema de transmissão tem uma limitada banda de frequências

Isto limita a taxa com que os dados podem ser transportados


Transmissão de dados Analógicos e Digitais

Dados – Entidades que contém significado

Sinal– São representações elétricas ou

eletromagnéticas dos dados

Transmissão– Comunicação de dados pela propagação e

processamento dos sinais


Dados Analógicos e Digitais

Analógicos– Valores Contínuos dentro do intervalo de

transmissão– Ex: som e vídeo

Digital– Valores Discretos– Ex: texto e inteiros


Espectro Acústico (Analógico)


Analog and Digital Signals

Forma com as ondas são propagados:– Analógicos:

Continuamente variáveis Diversas mídias onde são propagados Largura de banda da Voz humana 100Hz to 7kHz Largura de Banda do telefone 300Hz to 3400Hz Largura de Banda de Vídeo 4MHz

– Digital: Usa dois componentes DC.


Vantagens e Desvantagens da transmissão digital

Barato Menos susceptível pelo ruído Maior atenuação

– Pulsos tendem a ficar arredondados– Perda da informação


Atenuação da onda Digital


Componentes da Voz

Faixa de Frequência Audível: 20Hz-20kHz– Faixa da Voz: 100Hz-7kHz

É facilmente conversível em sinais de ondas eletromagnéticos para transmissão

As frequencias, bem com a intensidade do som de áudio é proporcionalmente variado com as ondas eletromagnéticos para uma transmissão.

Faixa de frequencia limitada para transmissão de voz: 300-3400Hz


Convertendo a voz em sinal elétrico


Componente de Vídeo

USA – 483 linhas por frames em 30/s– 525 linhas, mas 42 linhas são perdidas no retraço vertical

Então são 525 linhas x 30 frames = 15750 linhas/s– 63.5s por linha– 11s para retraço, então são 52.5 s por linha de video

A máxima frequência pode ser obtida alternando uma imagem banco e preto

A resolução horizontal é cerca de 450 linhas necessitando 225 ciclos de onda em 52.5 s

Máxima frequência: 4.2MHz


Dados digitais Binários

Origem: Computador, terminais, etc Dois componentes Largura de Banda dependente da taxa de

dados


Convertendo dados para sinais digitais do PC


Dados e Sinais

Sinais digitais -> para dados digitais Sinais analógicos -> para dados analógicos

Podemos usar os sinais analógicos para transportar dados digitais

– Modem

Podemos usar os sinais digitais para transportar dados analógicos

– Compact Disc audio


Transporte de dados Analógicos e Digitais em sinais analógicos


Transporte de dados analógicos e digitais em sinal digital


Transmissão Analógica

Sinal analógico transmitido sem protocolo de conteúdo

Os dados podem ser analógicos ou digital Atenuado pela distância Usa amplificadores para compensar a perda

por atenuação Amplifica os ruídos também


Transmissão digital

Os dados são protocolados de alguma forma Consequências graves na integridade dos dados

causados pelos ruídos, atenuação, etc Usa repetidores

– Os repetidores recebem o sinal– Trabalham com padrão de Bits– Retransmitem novamente os dados– A atenuação é superada– Os ruídos não são amplificados


Vantagens da transmissão digital

Tecnologia Digital– Baixo custo LSI/VLSI

Integridade de Dados– Consegue superar grandes distâncias em linhas de

transmissão de baixa qualidade Capacidade

– Alta Largura de Banda em links econômicos– Facilidade de multiplexação de dados

Segurança e Privacidade– Criptografia


Falhas na Transmissão

Sinais recebidos podem ser diferentes do enviado– Analógico – degradação da qualidade do sinal– Digital – Erros de bit

Causas:– Atenuação e distorção – Distorção no atraso– Ruídos


Atenuação

Aumenta, conforme aumenta a distância Depende do meio O sinal transmitido deve:

– Ser capaz de ser detectado– Deve ser suficientemente maior que o ruído

A atenuação aumenta com a frequência


Distorção por Atraso

Acontece somente no meio guiado A velocidade de propagação varia com a

frequência


Ruídos

Adição de sinais estranhos entre o transmissão e a recepção– Agitação Térmica

Movimento dos elétrons Distribuído uniformemente no espectro - Ruído Branco

Intermodulação– Sinais que são somados e subtraídos das

frequências originais de compartilhamento do meio


Ruídos

Interferência de cruzamento– O sinal é influenciado por outro meio similar

subjacente

Impulso– Pulsos irregulares ou picos– Ex: Interferência eletromagnética– Curta duração– Alta amplitude


Capacidade de um canal

Taxa de dados– Unidade em bits por segundos– Taxa na qual os dados podem ser comunicados

Largula de Banda– É dado em ciclos por segundos:Hertz– É limitado pelo transmissor ou o meio


Largura de Banda de Nyquist

Se a taxa de transmissão de sinal é 2B, então o sinal com frequência não maior que B é suficiente para transportar os dados

Dado a Largura de Banda B, a maior taxa de dados possível é 2B

Dado um sinal binário, a taxa de dados transportado por B Hz é 2B bps

Podemos aumentar a taxa, incrementando M sinalizações no níveis de sinais utilizado:

– C= 2B log2M


Formula de Shannon

Considera a taxa de dados, ruídos e taxas de erros Taxas de dados mais rápidos tem bit curtos e podem

ser mais facilmente afetados por ruídos– Altas taxas de bits -> altas taxas de erros

Razão de ruídos medido em decibeis– SNRdb

=10 log10 (signal/noise)

Capacidade de taxa de dados:– C=B log2(1+SNR) (livre de erros)


Rs-232

Padronizada pela EIA é a especificação padrão de comunicação mais comum utilizada entre os computadores. Ela especifica detalhes dos níveis de sinais, distância, cabos e protocolos utilizados para este padrão.

É utilizadas em modens, teclados, mouse e outros. É especificada para a transmissão de caracteres, codificadas geralmente em 7 bits.

A comunicação é serial , porque os bits são enviados uma por uma na sequência através dos fios.


Rs-232

A comunicação RS-232 é assíncrona pois o transmissor não informa quando um caracter irá ser transmitido;

Mas quando é iniciado a transmissão de um bit, todos os outros bits devem ser enviados em sequência sem atrasos;

O hardware nunca deixa sem sinal na linha de transmissão;


Rs-232

Sincronização de tempo– Tanto o transmissor, como receptor devem concordar numa

taxa de velocidade de comunicação;

– Uma vez que o receptor recebe o primeiro bit, ele inicia uma contagem de tempo para sincronizar a leituras do bits subsequentes;

– O transmissor utiliza dois bits adicionais para indicar o início e final de cada carater (start bit e stop bit);


Rs-232

Start bit e Stop bit


Taxa de Baud

RS 232 (Bits/segundo)

Baud – número de mudanças de sinal por segundos que hardware gera

Para o padrão RS-232, baud = Bits/segundo


Detecção de erros

No RS-232, o erro é detectado quando houver sinais fora de sincronismo;

– Taxa de transmissão diferentes;– Interferências;– Erros de enquadramento.


Comunicação assíncrona Full duplex

Uma via de comunicação por fios sempre precisa de dois fios. ( Fio de sinal e um terra).

No padrão RS-232, para com. Full duplex é necessário usar pelo menos três fios.


RS232

Cabeamento mínimo:


Limitações reais

Limitações:– Hardware;– Fios;– Perdas;– Interferência

s.


Largura de banda

Largura de banda x taxa de bits por segundo.

– Largura de banda é medida em ciclos/ segundos;– Taxa de bits é medida em Bits/s.

Teorema de Nyquist:Taxa máxima de bits por segundo que pode ser transmitido

em uma largura de banda B é 2B.

– D= 2B log2 K.


Influência dos ruídos

Teorema de Shannon:– C = Blog2(1+S/N).

– C é o limite efetivo (real) da capacidade de transmissão de dados em um canal em bits por segundo;

– B é a largura de banda do hardware;– S é potência média do sinal e.– N é a potência média do sinal de ruído.


Nyquist x Shannon

O teorema de Nyquist incentiva a pesquisar outras maneiras de codificar os dados para melhorar a taxa de transmissão de dados;

O teorema de Shannon permite calcular em valores reais, a largura de banda efetiva em um determinado sistema real;

Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF

Exemplo

Sistema telefônico:– Largura de banda = 3000hz– Ruído = 30 db– C = 3000log2(1+1000)– C = 30000 bps

1 redes de comunicações chapter 3 transmissão de dados

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