aula 2 sinais transmissão de dados

7/21/2019 Aula 2 Sinais Transmissão de Dados

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FACULDADE ESTÁCIO SÁ – PEREDES DE COMPUTADORES

COMUNICAÇÃO DE DADOS

PROF :DJACIR MACIEL

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Aula 2 – Sinais e Transmissão de Dados

mailto:[email protected]

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SINAIS E TRANSMISSÃO DE DADOS

FASE

O termo fase descreve a posição de onda com

relação ao marco zero do tempo;

A fase descreve o quanto um sinal está deslocadoem relação ao tempo zero;

Ela é medida em graus ou radianos = 360 ° = 2πrad;




Exemplo :

Uma senóide está posicionada a 1/4 de um ciclo com relaçãoao tempo zero.Qual é o deslocamento de fase em graus e

radianos? Em graus : 360 é uma volta completa temos :

360/4 = 90°

Em radianos temos : (90.2π)/360 = 1/2π




Exemplos de Ondas Senoidais




Sinais Compostos

Um sinal de uma única freqüência não é útil aospropósitos de dados;

É necessário mudar uma ou mais característicasdo sinal para torná-lo útil;

Quando é feito qualquer modificação em umadas características,amplitude, frequência efase,estamos agora tratando de um sinalcomposto;




Quanto mais mudanças forem realizadas em umsinal , maior a quantidade de novas freqüênciascriadas;

Análise de Fourier

Segundo Fourier,qualquer sinal composto é uma

soma de um conjunto de senóides de diferentesfreqüências,fases e amplitudes;

Descrito através da seguinte fórmula :




FÓRMULA DE FOURIER

Se considerarmos uma onda quadrada deamplitude A e freqüência f (dado período) atravésda análise de Fourier é possível decompor essa

série em diversas ondas senoidais;




Sinal Composto e o Meio de Transmissão

O sinal pode ser enviado através de qualquer meio

de transmissão,isso é fato;

Cada meio possui suas características próprias eque não dependem da existência de um sinal;

No entanto o meio pode transmitir ou bloquearqualquer sinal composto;




Para assegurar a integridade do sinal composto,omeio deve permitir a passagem de quaisquerfrequência e preservar as amplitudes e fases;

Não é uma das tarefas mais fáceis, pois estamoslhe dando com sinais combinados através demodificações das características de cada onda;

O meio não entende essa manipulação nosinal,mas ele deve ser capaz de transportar essesinal;




Largura de Banda

A faixa de freqüência passantes de um meio édenominada de Largura de Banda(bandwidth);

Nenhum meio é capaz de passar ou bloqueartodas as frequências ;

A largura de banda normamente refere-se àfaixa de frequências que o meio pode transmitircom perdas abaixo da metade da potênciainicial do sinal.




Se um meio permite a passagem de sinais defrequência entre 5kHz e 1kHz, com perdasabaixo da metade da potência inicial do sinal, alargura de banda vale :

B(W) = 5kHz - 1kHz = 4kHz. B(W) = f(M) – f(m) :




Exercício :

Qual é a largura de banda de um sinal periódico

decomposto em cinco componentes senoidaisde frequências 100, 300, 500, 700 e 900Hz?Considere o tempo igual a t.

Desenhe o espectro de frequências levando emconta que todas as componentes têm a mesmaamplitude de Pico em 10V




Um sinal composto possui uma largura de bandade 20Hz. Sabendo que a maior frequência vale6OHz, qual é a menor frequência que constituiesse sinal?

Desenhe o espectro de frequência considerandoque o sinal contém todas as frequências inteiras ede mesma amplitude entre a menor e a maior

frequências.




Sinais Digitais




Intervalo de Sinalização e Número de bits/s.

A maioria dos sinais digitais não são periódicos.

Sendo assim, os termos período e frequência sãosubstituídos pelos termos :

Intervalo de Sinalização : tempo necessário para enviar

um único bit

Número de bits/s : é a quantidade de intervalos desinalização por segundo.




Intervalo de Sinalização e Número de bits/s.




Exercício sobre intervalo :

Um sinal digital possui um número de bits por

segundo de 2000bps. Qual é a duração de cadabit,ou seja o lntervalo de sinalização?




Largura de Banda

Banda passante dos meios de transmissão

Meio de transmissão Banda passante (Hz)

Rede telefônica (antiga) 4.000 Áudio em radiodifusão (AM) 5.000

Áudio em radiodifusão (FM) 15.000

Cabo de par trançado categoria 3 16.000.000

Cabo de par trançado categoria 5 100.000.000Cabo de par trançado categoria 6 250.000.000

Cabo de par trançado de categoria6A

500.000.000

Cabo coaxial 1.000.000.000




Largura de Banda

Sinal Digital

(um bit para transmissão no padrão)

Banda passante

(Hz)

Ethernet de 10Mbps 7.500.000



Ethernet de 10Gbps 450.000.000 ATM de 155Mbps 77.000.000

Token Ring de 16Mbps 12.000.000




Potência do Sinal

Um fator importante é a Potência com a qual osinal chega ao receptor; caso seja multo pequena, a

detecção pode ser errônea;

Por isso, a potência, é uma das medidas maisimportantes nos sistemas de comunicação;

Quando se estuda os termos , "atenuação" e "ganho"de um sistema estamos nos referindo à diminuiçãoe ao aumento, respectivamente, da potência dosistema, que, por sua vez, se relaciona com aamplitude dos sinais transmitidos.




Os estudos ligados à transmissão de sinaiselétricos começaram no século XlX,onde ologaritmo era a ferramenta matemática maisutilizada;

Na ocasião foi definida uma unidade de medida -o BEL - que relacionava duas grandezas pormeio de logaritmo;

Com o tempo, foi padronizada a utilização doseu submúltiplo o decibel (dB);




A fórmula é a seguinte :

db = 10log [POT(saída)/POT(ent) ]

db = Relação de Potência

POT(saída) = Potência de Saída do Circuito

POT (Entrada) = Potência de Entrada ou dereferência do circuito




Relação de valores em dB com relação depotência.




A utilização de unidades logarítmicas transformamultiplicações e divisões complicadas em somae subtração;

Desta forma, a potência dos equipamentos deveser convertida em unidades logarítmicas e assimsurge o dBm, onde o m refere-se a sinaismedidos em mW;




Exemplo :

Se tivermos um cabo que atenue 4 dB/km e osnossos terminais estiverem distanciados 10 km.

A atenuação total do percurso será:




Filtros Passa-Baixa e Passa Banda (Passa faixa)

Um canal ou link de transmissão é um filtropassa-baixas ou passa-banda ;

Um canal passa-baixa permite a passagem defrequências compreendidas entre 0 e f;




Assim, nesse canal, o limite inferior de frequência vale 0 eo limite superior pode ser qualquer frequência (incluindo,possivelmente, o infinito);

De outro modo, um canal passa-banda possui uma

largura debanda compreendida entre as frequências f1 e f2;




Transmissão Digital

Um sinal digital precisa, teoricamente, de umalargura de banda infinita;

O limite inferior (0 Hz) é fixo e o limite superior(infinito) pode ir até onde nosso limite quepermitir a transmissão;

No caso do canal é utilizado para transmissãodigital o princípio do passa-baixas isso significauma largura de banda entre 0 e f;




Em geral, um canal passa-baixas é utilizadosomente se o meio é dedicado entre doisdispositivos (ponto a ponto) ou compartilhado

entre diversos dispositivos no tempo.

Por exemplo, numa rede local coaxial, um cabopode ser compartilhado entre as estações;

Desse modo, nesse sistema podemos transmitirdados digitalmente;




Transmissão Analógica

Um sinal analógico normalmente possui umabanda mais estreita que um sinal digital comfrequências entre f1 e f2;

Dito de outra forma, um sinal analógico requerum canal passa-banda.




Limites para a Taxa de Transmissão de dados

A taxa de transmissão de dados depende de trêsfatores :

A largura de banda disponível

os níveis de sinais que podemos utilizar A qualidade do canal (o nível de ruído inerente ao

canal)




Dois estudos foram realizados para determinaçãoda capacidade de transmissão de dados ;

Um estudo verificou o canal sem a presença deruído,realizado por Nyquist e

Outro estudo verificou o canal com a presença deruído,realizado por Shannon.




Canal livre de ruídos :

Para um canal livre de ruídos, a fórmula deNyquist determina o valor teórico máximo para acapacidade de transmissão de um meio, em bitspor segundo:




Exemplo (1):

Considere o canal de voz com uma largura debanda de aproximadamente 3kHz, transmitindoum sinal codificado em dois níveis de tensão.

A taxa máxima de transmissão de dados podeser calculada como:




Exemplo (2):

Considere o mesmo canal sem ruídos,transmitindo um sinal codificado em quatroníveis (para cada nível são enviados 2 bits porvez).

A taxa máxima de transmissão de dados podeser calculada como:




Exemplo (3)

Um canal é constituído por um espectro defrequência com valores de 30 MHz e 90Mhz.Considere que o sinal é codificado em oito(08) níveis de sinais.Calcule a máxima transmissãode dados no canal.




Canal com ruído

Em 1944 Claude Shannon introduziu umresultado, que hoje leva o nome dele, paradeterminar o limite teórico máximo datransmissão de dados para um canal com ruído:




B refere-se à largura de banda do canalutilizado;

SNR é a razão sinal-ruído do canal;

C é a capacidade de transmissão de Shannon,ou seja, o número de bits por segundo de umcanal na presença de ruído.




A razão sinal-ruído é uma relação estatísticaentre a potência do sinal pela potência doruído no canal;

Nesta fórmula não se verifica os níveis de sinais(n),pois dependemos das condições da relaçãosinal/ruído para determinar a real capacidade docanal;




Se considerarmos um canal com um níve1 deruído extremamente alto, a razão sinal ruído docanal para tenderá a zero.

Uma razão sinal ruído nula indica que, nãoimporta os esforços realizados, é impossíveltransmitir um sinal de comunicação atravésdesse canal, pois o nível de ruído mascara e

destrói completamente a informação que é feitapassar no meio.




Para o canal supracitado a capacidade écalculada através de:




Exemplo (1)

Vamos calcular o limite teórico máximo para atransmissão de dados através do canal de voz

tradicional.

Uma linha telefônica normalmente possui umalargura de banda de 3000Hz (300Hz a 3300Hz).

A razão sinal /ruído de uma linha telefônica boavale 3162. Para este canal, a capacidade écalculada por:




Transmissão com Perdas

Perturbações que afetam o canal de comunicações

O canal de comunicações está sujeito a diversos,fenômenos que podem levar a algum tipo dedegradação do sinal transmitido;

Essas distorções são classificadas em dois tipos:

Distorções sistemáticas e aleatórias.




Transmissão com Perdas

As primeiras são as que ocorrem quandodeterminadas condições aparecem no canal, já asoutras ocorrem sem previsão, devendo ser tratadaspor métodos estatísticos;




Distorções Sistemáticas:

Distorção de Retardo (Delay Distorcion)

Ocorre porque num canal, normalmente, a fase do

sinal não varia de forma-linear com a frequência,permitindo que as diversas componentes defrequência cheguem em tempos diferentes;

Assim, no momento em que o pulso transmitido for

lido, Como todas as componentes não estarãopresente ao mesmo tempo,a forma de pulso estarácomprometida ,causando um erro de leitura doreceptor;




Outro retardo que também está relacionado coma fase é o de grupo ou de envoltória, queocorre quando temos um sinal complexo

(transmissão passa-faixa);

Ele é representado pela inclinação (derivada) dafunção do retardo de fase.




Estes retardos são compensados por meio dedispositivos chamados de equalizadores de fase.

Que reproduzem uma curva inversa àquela doretardo, sendo a soma destas duas curvas umareta, na qual os retardos serão compensados.




Distorção de Atenuação:

Ocorre devido à atenuação seletiva das componentesde frequência do sinal;

Numa transmissão, pode ocorrer uma atenuaçãodemasiada de altas ou baixas frequências, causandodeformações no sinal;

Para neutralizar esse efeito, podemos dispor de duas

soluções: Utilizar equalizadores de atenuação ou adequar as

características de transmissão para utilizar as regiõesde menor distorção.




Distorção Harmônica

Ocorre quando o sinal passa por estágios deamplificação, onde o ponto de operação foi malprojetado, ou

A intensidade de entrada foi excessiva,provocando uma excursão pelas regiões nãolineares da curva de transferência e filtragem.



SINAIS E TRANSMISSÃO DE DADOS Distorção Característica:

É o alongamento dos pulsos, causado pelaslimitações de largura de banda do canal;

Se a banda do canal for próxima ou menor que a do

sinal, as componentes de alta frequência serãoafetadas;

Assim, o pulso sofrerá um espalhamento no tempo,que excederá a duração do símbolo,afetando os

símbolos adjacentes.

Nesse caso, ocorrerá o que denominamos deInterferência entre Símbolos (lSl-lnter Symbollnterference).




Distorções Aleatórias:

Ruídos: são perturbações elétricas aleatórias queocorrem ao longo da transmissão;

Dois tipos de ruídos são considerados: ruído térmicoe ruído impulsivo;

O primeiro é devido ao movimento térmico doselétrons e está sempre presente nos meios decomunicações, sendo proporcional à temperatura e àbanda passante.




O segundo representa as perturbaçõesesporádicas que ocorrem num canal decomunicações;

São repentinas e podem ter causas diversas,como descargas atmosféricas, explosões solares,ignições de automóveis, linhas de transmissãoelétrica, proximidade a motores elétricos,

reatores de lãmpadas fluorescentes (convencionais), etc.




Ruído




Diafonia (Crosstalk):

Ocorre quando dois ou mais sinais distintos, emmeios de transmissão próximos,começar ainterferir entre si;

É causado por baixo isolamento,acoplamento decircuitos,não linearidade dos meios e problemas demultiplexadores ;




Eco

É a reflexão de parte do sinal transmitido devidoàs variações de impedância das linhas de

transmissão;

Para evitá-lo, utilizamos dispositivos chamadosde supressores de eco;

Porém, quando realizamos transmissões digitais,estes dispositivos devem ser desligados, poisprovocam retardos que distorcem os sinais;




Agitação de Fase (Phase Jitter)

Consiste na variação instantânea da fase do sinaltransmitido, que ocorre nos momentos onde estesinal passa pelo valor zero, sendo bastantecrítica nos sistemas que operam com modulaçãoem fase;




Drop-out

Representa a perda, por um curto intervalo detempo, da portadora de um sinal de dados;

Normalmente, é causada por fading em link demicro-ondas, comutação num sistema de micro-ondas, soldas frias, conexões mal apertadas oucondições atmosféricas adversas.




Modos de Transmissão de Sinais Digitais

Transmissão Paralela: é aquela na qual todos osbits, que compõem o byte, são transmitidossimultaneamente, o que resulta na existência deum canal para cada bit;

Transmissão Serial: é aquela em que cada bité transmitido de cada vez por meio de ummesmo canal de comunicações.




Modos de Operação

Modo Simplex

Modo Half-Duplex

Modo Full-Duplex




Throughput

É uma medida da velocidade com que os dados cruzamum ponto ou uma rede;

Se considerarmos o ponto como sendo um plano verticalque seciona o meio, o throughput é o número de bits queatravessa esse plano em um segundo




Tempo de propagação

O tempo de propagação mede o tempo necessário para queum sinal ou um bít viaje de um ponto específico no meio detransmissão a outro;

O tempo de propagação é calculado dividindo a distanciapercorrida pela velocidade de propagação do sinal.




Tempo de propagação




Velocidade de Propagação

É uma medida da distância que um sinal ou bitpode viajar, através de um meio, numa unidade detempo de 1 segundo;

A velocidade de propagação de sinaiseletromagnéticos depende do meio e da frequênciado sinal.

Por exemplo, no vácuo, a luz propaga-se com umavelocidade de 3 x 10 (8) m/s;

A velocidade da luz no ar é menor que o valor dovácuo e é menor ainda dentro de uma fibra óptica.




Comprimento de onda

O comprimento de onda é outra característicaimportante de um sinal que viaja num meio detransmissão;

O comprimento de onda une o período ou afrequência de uma senóide simples com avelocidade de propagação do meio.




De outra maneira, enquanto a frequência de um sinalindepende do meio, o comprimento de onda guardauma relação estreita com a frequência e o meio;

Embora possa associar um comprimento de onda a

sinais elétricos, é melhor utilizá-lo quando estivermoslidando com a transmissão de luz numa fibra ópticaou com transmissão de ondas eletromagnéticas emmeios abertos.




O comprimento de onda é a distância que umsinal simples pode viajar durante um período dosinal ;




Se representarmos o comprimento de ondaatravés da letra grega," (lê-se lambda), a veloci-dade de propagação por r (velocidade da luz) ea frequência pela letra f, temos:



Fim do capítulo 3

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