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Modulação e Codificação
�Modulação� Dados analógicos Sinais analógicos� Dados digitais Sinais analógicos
�Codificação� Dados analógicos Sinais digitais� Dados digitais Sinais digitais
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Modulação� Processo pelo qual o sinal de dados (dito sinal modulante)
modifica um ou mais parâmetros (amplitude, freqüência ou fase) de uma onda senoidal, dita portadora.
� A informação impõe o modo como vai ser modificada a portadora.
� Ao se analisar, na recepção, as modificações sofridas pela portadora, pode-se recuperar a informação digital (demodulação). Por isso, se diz que a portadora transporta a informação.
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Modulação
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Modulação
� Uso mais comum: transmissão de dados digitais em rede telefônica.� Rede telefônica: sinais de voz - 300 a 3400 Hz.
� Há basicamente quatro técnicas� modulação em amplitude� modulação em frequência� modulação em fase� modulação QAM
� Através destas técnicas de modulação pode-se transformar um dado digital em um sinal analógico.
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Técnicas de Modulação� Modulação em Amplitude
� Também chamada de ASK (Amplitude Shift Keying – chaveamento de amplitude).
� A amplitude da onda portadora é modificada de acordo com o sinal a ser transmitido.
• Exemplo: binário 10 binário 0
� Existem duas variações desta técnica: modulação de amplitude e suspensão de portadora.
� Sensível a ruídos e a interferências.� Trabalha até 1200 bps em linhas de voz � Pode ser usada para transmitir dados digitais sobre fibra ótica.
• LED - Binário 1 - presença de luzBinário 0 - ausência de luz
• Laser - nível de luz baixo ou alto
)2cos( tfA cπ
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Técnicas de Modulação
� Modulação em Frequência� Também chamada de FSK (Frequency Shift Keying –
chaveamento de freqüência). � A mais comum é a FSK binária (BFSK).� A freqüência da onda portadora é modificada de acordo com o
sinal a ser transmitido.• Exemplo binário 1
binário 0
)2cos( 1tfA π)2cos( 2tfA π
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Técnicas de ModulaçãoEspecificação dos modems série 108 da Bell System
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Técnicas de Modulação
�BFSK é menos suscetível a erros do que a ASK.�Trabalha acima de 1200 bps em linhas de voz.�Pode ser usada para transmissão de rádio de alta
frequência (de 3 a 30 MHz).
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Técnicas de Modulação
� Modulação em Fase� Também chamada de chamada de PSK (Phase Shift Keying –
chaveamento de fase). � A fase da onda portadora é modificada de acordo com o sinal a ser
transmitido.� Varia-se a fase da portadora, mantendo-se suas amplitudes e
freqüências constantes.� Possui um alto rendimento e baixa interferência a ruídos.
Técnicas de Modulação�PSK Binária (BPSK)
� Duas fases para os dois dígitos binários (180o)
�PSK Diferencial (DPSK)� Mudança de fase faz referência a transmissão do bit
anterior.
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Técnicas de Modulação
�Quadature PSK (QPSK)� Cada elemento de sinal pode representar mais do que
um bit.• Ex.: Usa mudanças de fase de 90o.
Cada elemento pode representar dois bits.
� Pode usar 8 ângulos de fase e ter mais do que umaamplitude.
� Modems de 9600bps usam 12 ângulos , quatro dos quais tem duas amplitudes.
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Técnicas de Modulação
� Modulação QAM (Quadrature Amplitude Modulation)� Usada na ADSL e em alguns padrões de redes wireless.� Combina ASK e PSK, mantendo sua frequência constante.� Pode ser considerada uma extensão da QPSK.� Tem-se uma constelação de pontos de modulação possíveis.
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Dados Analógicos Sinais Digitais
� Em uma operação semelhante ao que é feito pelo modem, dados analógicos podem ser representados por sinais digitais.
� O dispositivo que faz essa função é um codec(codificador/decodificador). � pega um sinal analógico, que representa dados de voz, e transforma
esse sinal em um fluxo de bits. � No receptor, o fluxo de bits é usado para reconstruir os dados
analógicos
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Digitalização de Dados Analógicos
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PCM
� PCM (Pulse Code Modulation) � É baseada no teorema de Nyquist� assegura que uma taxa de amostragem de 2W vezes por
segundo é suficiente para recuperar o sinal com banda passante W Hz.
� Utilizando uma taxa de amostragem maior ou igual a 2W, o sinal original deve ser amostrado e, a cada amostra, deve-se associar um valor proporcional à amplitude do sinal naquele ponto.
PCM� Esse processo é conhecido como PAM (Pulse Amplitude
Modulation).� A partir dos pulsos PAM, pode-se produzir os pulsos PCM
através de um processo conhecido como “quantização”, onde cada amostra PAM é aproximada a um inteiro de nbits.
� A saída PCM corresponde ao resultado dessa quantização.
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PCM
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PCM
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Conversão Digital Digital
�Três tipos mais simples são:� unipolar� polar� bipolar
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Unipolar� É o mais simples e mais primitivo. Já está quase obsoleto. � Usa somente uma polaridade. � Essa polaridade é assumida para um dos estados binários,
geralmente o 1. O outro estado, geralmente o 0, érepresentado pela voltagem 0.
tempo
0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1
Amplitude
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Polar
� Usa dois níveis de voltagens: um positivo e outro negativo.
Polar
NRZ RZ Bifase
NRZ-L NRZ-I Manchester Manchester Diferencial
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Polar
� NRZ (NonReturn to Zero): o nível do sinal é sempre positivo ou negativo.� NRZ-L: o nível do sinal depende do tipo de bit que ele representa.
Uma voltagem positiva geralmente significa que o bit é 0 e uma negativa significa o bit 1 (ou vice-versa).
� NRZ-I: Uma inversão no nível de voltagem representa um bit 1. Ele é a transição entre uma voltagem positiva e uma negativa. Um bit 0 é representado sem mudança.
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Polar� O NRZ-I é superior ao NRZ-L devido a sincronização
fornecida pela troca de sinal cada vez que um bit 1 éencontrado.
� Uma string de 0s ainda pode causar problemas.
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Polar
� RZ (Return to Zero): usa três valores: positivo, negativo e zero.
� O sinal não troca entre bits, mas durante cada bit. � Como NRZ-L, uma voltagem positiva significa 1 e uma
voltagem negativa significa 0. � Mas, na metade do caminho, o sinal retorna para o zero. � Um bit 1 é representado por positivo-para-zero e o 0 por
negativo-para-zero.
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Polar
� Desvantagem: requer duas trocas de sinal
Amplitude
0 1 0 0 1 1 1 0
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Polar� Bifase: melhor solução para o problema de sincronização. � Neste método, o sinal troca no meio do intervalo do bit,
mas não retorna para zero.� Manchester: uma transição negativa-para-positiva representa o 1
binário e uma transição positiva-para-negativa representa o 0. Alcança o mesmo nível de sincronização que a RZ, mas com somente dois níveis de amplitude.
� Manchester Diferencial: a inversão no meio do bit é usada para sincronização, mas a presença ou ausência de uma transição adicional no início do intervalo é usada para identificar o bit. Uma transição significa o 0 e sem transição significa o 1. Requer duas trocas de sinal para representar o 0 e somente uma para representar o 1.
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Polar
Manchester Diferencial
Manchester
t
0 1 0 0 1 1 0 0
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Bipolar
� É como a RZ, usa três níveis de voltagens: positivo, negativo e zero.
� Diferente da RZ, o nível 0 é usado para representar o binário 0. O 1 é representado pelas voltagens positivas e negativas.
� Se o primeiro bit 1 é representado pela amplitude positiva, o segundo será representado pela negativa, o terceiro pela positiva e assim por diante. Isso ocorre mesmo quando os bits 1s não são consecutivos.
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Bipolar
� AMI (Alternate Mark Inversion): é o tipo mais simples de codificação bipolar.
� Mark vem do telégrafo e significa 1, isto é, inversão de 1 alternado.
� Um neutro, voltagem zero, significa o 0. � O 1 binário é representado pelas voltagens positiva e
negativa.� Uma variação é chamada de Pseudo-ternário, na qual o 0
alterna entre voltagens negativas e positivas.
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Bipolar
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Meios físicos
� Alguns fatores que podem ser levados em consideração na escolha do meio físico:� taxas de transmissão� facilidade de instalação� imunidade a ruídos� confiabilidade� custo total
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Meios Físicos�Pares Metálicos
� Cabo coaxial� Par Trançado
�Condutores Óticos� Fibra
�Ar� Rádio� Microondas� Satélites� Infravermelho
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Meios físicos�Cabo Coaxial
� Consiste em um condutor de cobre central, uma camadade isolamento flexível (dielétrico), uma blindagem com uma malha ou trança metálica e uma cobertura externa.
1 Capa Plástica Protetora2 Camada Condutora3 Camada Isolante4 Fio de Cobre
1 2 3 4
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Meios físicos
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Meios físicos
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Meios físicos
�Par Trançado� Consiste de pares fios de cobre enrolados de forma
helicoidal � reduz a interferência elétrica entre dois pares de fios.
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Meios físicos
�Existem dois tipos de par trançado:� STP (Shielded Twisted Pair) - cabo com blindagem
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Meios físicos� UTP (Unshielded Twisted Pair) - cabo sem blindagem
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Meios físicos� Cabos UTP são divididos em 5 categorias de acordo com a
capacidades de utilização, calibre do fio, cobertura.
Referência(banda passante)
Impedância Aplicações(Telefonia e Dados)
EIA/TIA Cat. 1 150 Ohms Telefonia analógica 4KHzTelefonia digital 64KHz
EIA/TIA Cat. 2(até 1 MHz)
100 Ohms ISDN DadosIBM 3270, AS 400
EIA/TIA Cat. 3(até 16 MHz)
100 Ohms IEEE 10BaseTToken Ring 4 Mbit/s
EIA/TIA Cat. 4(até 20 MHz)
100 Ohms IEEE 10BaseTToken Ring 4 e 16 Mbit/s
EIA/TIA Cat. 5(até 100 MHz)
100 Ohms IEEE 10BaseT e100BaseT
Token Ring 4 e 16 Mbit/s
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Meios físicos
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Meios físicos
�Fibra Ótica� Composta basicamente de material dielétrico, seguindo
uma longa estrutura cilíndrica, transparente e flexível, de dimensões microscópicas.
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Meios físicos
�Existem três tipos de fibras:� multimodo com índice degrau� multimodo com índice gradual� monomodo
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Meios físicos
�Multimodo com índice degrau
Diferentes índices de refração
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Meios físicos
�Multimodo com índice gradual
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Meios físicos
�Monomodo� evita vários caminhos de propagação da luz dentro do
núcleo
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Meios físicos�Vantagens:
• baixas perdas de transmissão e grande banda passante;
• pequeno tamanho e peso; • imunidade a interferências; • isolação elétrica; • segurança do sinal; • matéria-prima abundante.
�Desvantagens:• fragilidade das fibras sem
encapsulamento; • dificuldade de conexão; • configuração básica ponto a
ponto.
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Nomenclatura• 10Base2 10Base5 10BaseT 10Base FL
10 Mbps10 Mbps10 Mbps
500 m500 m500 m
sinalização em banda BASEsinalizasinalizaççãoão emem bandabanda BASEBASE
10BASE510BASE5
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Nomenclatura
Nome
10BASE5
10BASE2
10BASE-T
10BASE-F
Cabo
Coaxial grosso
Coaxial fino
Par trançado
Fibra ótica
Max. seg
500 m
200 m
100 m
2000 m
Nodos/seg
100
30
1024
1024
Vantagens
Bom para backbones
Sistema mais barato
Fácil manutenção
Melhor entre prédios
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Nomenclatura�10BASE5
� conexões através de vampire taps
�10BASE2� conectores BNC formando
junções T
�10BASE-T� utilização de hub� conectores RJ-45
10BASE210BASE2
10BASE10BASE--TT
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Espectro Eletromagnético
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Espectro Eletromagnético�Frequências
� 30MHz to 1GHz• Omnidirectional• Rádio em Broadcast
� 2GHz to 40GHz• Microondas• Altamente direcional• Ponto a Ponto• Satélite
� 3 x 1011 to 2 x 1014
• Infravermelho• Aplicação local
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Ar
�Meio não guiado� Transmissão e recepção via antena
�Direcional� Visada direta
�Omnidirectional� Sinal espalha-se em todas as direções� Pode ser recebido por muitas antenas
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Ar�Rádio
� Produz ondas onidirecionais• A propagação usual é para todas as direções• O uso de antenas permite o direcionamento das ondas
� Pode usar ondas de freqüência baixa• Ondas de freqüência baixa atravessam objetos e perdem
muita potência com a distância
� Pode usar ondas de freqüência alta• Ondas de freqüência alta tendem a ricochetear em
objetos sólidos ao longo do caminho
� Uso em redes locais sem fio (Wireless LAN)
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Ar
�Microondas Terrestre� Altas freqüências� Direcional� Problemas
• Períodos de precipitação intensa• Desalinhamento das antenas
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Ar
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Ar�Instalação
��������������� � ������������������� � ����
������������
��������������������
������������
������������������������
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Ar�Tipos de Links
����������������������
��������������������������������
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Ar
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Ar
�Aplicações� Telefonia celular� Comunicações entre dois prédios
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Ar
�Satélite� O Satélite é uma estação de “relay”� O satélite recebe em uma freqüência amplifica ou
repete o sinal e transmite em outra freqüência� Para enviar informação sobre o planeta, giram em torno
de seu próprio eixo (o que mantém seu equilíbrio), ao mesmo tempo que "varrem" a superfície da Terra.
� Usado para• Televisão• Telefonia de longa distância• Redes Privadas
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Ar
Ar�Satélites geoestacionários
� São satélites colocados em órbita sobre o equador de tal forma que o satélite tenha um período de rotação igual ao do planeta Terra.
� As estações terrestres utilizam antenas fixas, que apresentam um pequeno custo de operação e manutenção em relação às móveis.
� A uma altitude de 37.000 km, o período de deslocamento com vel. de 28.000km/h é igual a 24 horas e está girando com a mesma velocidade angular que a Terra.
� A União Internacional de Telecomunicações (UIT) dividiu o espaço geoestacionário em 180 posições orbitais, cada uma separada da outra de um ângulo de 2°.
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Ar
�Satélites não geoestacionários� São satélites colocados em órbita circular com a terra, onde:
velocidade de rotação do satélite ≠ velocidade de rotação da terra
� As estações terrestres utilizam antenas móveis, com custos de operação e manutenção maiores em relação às fixas
� Um satélite a 800 km de altitude se desloca com uma velocidade de 28.000 km/h, completando uma órbita em 100 minutos.
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Ar
�Frequências� BANDA C
• Espectro de freqüência segundo o IEEE - 3.9 GHz até 6.2 GHz. • Espectro de freqüência comercial utilizado - 3.7GHz até 6.425GHz. • É utilizado um sinal de freqüência 6GHz para comunicação no sentido
terra -> satélite e 4GHz no sentido satélite -> terra.
� BANDA KU• Espectro de freqüência segundo o IEEE - 15.35GHz até 17.25 GHz.• Espectro de freqüência comercial utilizado - 10.7GHz até 18GHz. • É utilizado um sinal de freqüência 14GHz para comunicação no sentido
terra -> satélite e 12GHz no sentido satélite -> terra
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Ar� Banda KU X Banda C
� Por operar em uma freqüência mais alta, a Banda KU não sofre interferência dos enlaces terrestres de microondas nas áreas metropolitanas. A banda C, por atuar em uma freqüência mais baixa, estásujeita a enfrentar problemas de interferências tanto climáticas quanto do excesso de tráfego.
� Internacionalmente, a banda mais popular é a banda Ku, pois permite cursar tráfego com antenas menores que as de banda C, devido ao fato das suas freqüências serem mais altas.
� Devido ao mesmo fato, a transmissão em banda Ku é mais suscetível a interrupções causadas pela chuva. Dessa forma a banda C é mais popular
em países tropicais.
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Ar
�Vantagens do uso de satélites� Grande largura de banda disponível� Cobertura de grandes áreas� Todos os usuários têm as mesmas possibilidades de
acesso� Facilidade de utilização em comunicações móveis� Superação de obstáculos naturais
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Ar
�Desvantagens do uso de satélites� Alto investimento inicial� Pequena vida útil� Aspectos institucionais, legais e regulamentais� Dificuldades e alto custo de manuntenção
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Ar�Infravermelho
� Uso facilitado por projeto fácil e custo baixo� Apresentam curto alcance� São razoavelmente unidirecionais, com pouca
abertura� Problemas
• Espectro compartilhado com a luz do Sol• Interferência de luz fluorescente• Não atravessa objetos opacos
� Vantagens• Segurança• Não interferência entre redes em salas diferentes