Joo PiresSistemas de Telecomunicaes I SISTEMAS DE TELECOMUNICAES I Joo J. O. Pires Departamento de Engenharia Electrotcnica e Computadores Instituto Superior Tcnico 1999 Joo PiresSistemas de Telecomunicaes I ndice_____________________________________________________________________________________ Joo PiresSistemas de Telecomunicaes I I ndice 1Introduo s redes de telecomunicaes ............................................................................................... 1 1.1Evoluo das telecomunicaes...................................................................................................... 1 1.2Estrutura da rede telefnica pblica................................................................................................ 4 1.2.1Estrutura geral ......................................................................................................................... 4 1.2.2Rede local ou de acesso .......................................................................................................... 7 1.2.3Redes de longa distncia e internacionais ............................................................................... 8 1.2.4Critrios de qualidade e plano de transmisso ........................................................................ 9 1.2.5Redes digitais integradas....................................................................................................... 12 1.2.6Redes celulares...................................................................................................................... 13 1.3Estrutura da rede de dados pblica................................................................................................ 15 1.3.1Definio e arquitectura ........................................................................................................ 15 1.3.2Protocolos e modelo OSI ...................................................................................................... 17 1.4Rede Digital com Integrao de Servios ..................................................................................... 20 1.5Normalizao em telecomunicaes ............................................................................................. 20 1.6Bibliografia ................................................................................................................................... 22 2Aspectos da infraestrutura das redes telefnicas................................................................................... 23 2.1Rede de acesso .............................................................................................................................. 23 2.2Equipamento terminal para lacete de assinante analgico ............................................................ 24 2.2.1Equipamento terminal de assinante....................................................................................... 24 2.2.2Equipamento terminal da central local.................................................................................. 26 2.3Meios de transmisso.................................................................................................................... 29 2.3.1Cabos de pares simtricos ..................................................................................................... 29 2.3.2 Cabos de pares coaxiais ............................................................................................................... 36 2.3.3Fibras pticas ........................................................................................................................ 38 2.4Amplificao versus regenerao ................................................................................................. 42 2.4.1Transmisso conforme e distoro........................................................................................ 42 2.4.2Amplificao......................................................................................................................... 43 2.4.3Sistema de transmisso com repetidores no regenerativos.................................................. 46 2.4.4Transmisso digital e regenerao ........................................................................................ 48 2.5Circuitos de 2 e 4 fios ................................................................................................................... 54 2.6Supressores e canceladores de eco................................................................................................ 57 2.6.1Origem do eco....................................................................................................................... 57 2.6.2Controlo do eco..................................................................................................................... 59 2.7Aspectos da transmisso digital na rede de acesso........................................................................ 61 2.7.1Tecnologia usada................................................................................................................... 61 2.7.2Transmisso de dados usando modems................................................................................. 63 2.7.3RDIS e lacete digital de assinante......................................................................................... 65 2.7.4ADSL.................................................................................................................................... 69 2.8Referncias.................................................................................................................................... 70 2.9Problemas...................................................................................................................................... 70 3Sinais e servios em telecomunicaes................................................................................................. 75 3.1Tipos de servios e suas exigncias .............................................................................................. 75 3.2Caractersticas dos sinais de voz e de vdeo e sua digitalizao ................................................... 77 3.2.1Sinais de voz ......................................................................................................................... 77 3.2.2Resposta do ouvido ............................................................................................................... 78 3.2.3Sinais de vdeo ...................................................................................................................... 79 3.2.4Digitalizao ......................................................................................................................... 80 3.3Codificao de fonte ..................................................................................................................... 89 3.3.1PCM no linear (leis A e ) .................................................................................................. 89 3.3.2Tcnicas para realizar a codificao no uniforme ............................................................... 93 ndice_____________________________________________________________________________________ Joo PiresSistemas de Telecomunicaes I II 3.3.3Algoritmo de codificao para a lei A segmentada............................................................... 95 3.3.4Modulao deltae PCM diferencial..................................................................................... 97 3.3.5Outros tipos de codificao................................................................................................. 102 3.4Codificao de linha ................................................................................................................... 103 3.4.1Tipos de cdigos ................................................................................................................. 103 3.5Referncias.................................................................................................................................. 105 3.6Problemas.................................................................................................................................... 105 4Multiplexagem.................................................................................................................................... 107 4.1Princpios do FDM e do TDM.................................................................................................... 107 4.1.1Multiplexagem por Diviso na Frequncia ......................................................................... 107 4.1.2Multiplexagem por diviso no comprimento de onda......................................................... 109 4.1.3Multiplexagem por diviso no tempo.................................................................................. 110 4.2Hierarquia digital plesicrona..................................................................................................... 114 4.2.1Acomodao das flutuaes dos tributrios ........................................................................ 115 4.2.2Estrutura das tramas das segundas hierarquias plesicronas............................................... 118 4.2.3Indicao de justificao..................................................................................................... 120 4.2.4Perda e aquisio de enquadramento .................................................................................. 122 4.3Hierarquia Digital Sncrona ........................................................................................................ 126 4.3.1A SDH como Tecnologia de Transporte............................................................................. 129 4.3.2Elementos da Rede de Transporte SDH.............................................................................. 129 4.3.3Arquitecturas de Redes SDH .............................................................................................. 130 4.3.4Estrutura Estratificada da Rede........................................................................................... 132 4.3.5Estrutura da trama ............................................................................................................... 134 4.3.6Estrutura de multiplexagem................................................................................................ 137 4.3.7O papel dos ponteiros das unidades administrativas ........................................................... 139 4.3.8Transporte dos contentores de ordem superior.................................................................... 142 4.3.9Transporte dos contentores de ordem inferior..................................................................... 143 4.3.10Aspectos de proteco......................................................................................................... 147 4.4Referncias.................................................................................................................................. 152 4.5Problemas.................................................................................................................................... 153 5Trfego, comutao e sinalizao ....................................................................................................... 155 5.1Fundamentos da teoria do trfego............................................................................................... 155 5.1.1Introduo ........................................................................................................................... 155 5.1.2Caractersticas do trfego telefnico................................................................................... 155 5.1.3Medidas de trfego.............................................................................................................. 157 5.1.4Congestionamento............................................................................................................... 158 5.1.5Modelao de trfego.......................................................................................................... 159 5.1.6Frmula de Erlang para sistemas com perdas ..................................................................... 164 5.1.7Sistemas com filas de espera............................................................................................... 167 5.1.8Referncias.......................................................................................................................... 167 5.1.9Problemas............................................................................................................................ 169 5.2Comutao .................................................................................................................................. 171 5.2.1Aspectos genricos.............................................................................................................. 171 5.2.2Evoluo da comutao ...................................................................................................... 171 5.2.3Comutao espacial............................................................................................................. 173 5.2.4Comutao digital ............................................................................................................... 183 5.2.5Arquitecturas de comutao digital..................................................................................... 190 5.2.6Consideraes finais ........................................................................................................... 195 5.2.7Referncias.......................................................................................................................... 195 5.2.8Problemas............................................................................................................................ 196 5.3Sinalizao .................................................................................................................................. 198 5.3.1Objectivos e tipos de sinalizao ........................................................................................ 198 5.3.2Funes da sinalizao telefnica ....................................................................................... 199 5.3.3Sinalizao de assinante...................................................................................................... 200 5.3.4Tipos de sinalizao de endereamento .............................................................................. 202 5.3.5Sinalizao na rede de troncas ............................................................................................ 203 ndice_____________________________________________________________________________________ Joo PiresSistemas de Telecomunicaes I III 5.3.6Anlise do processmento de uma chamada telefnica ........................................................ 204 5.3.7Sinalizao em canal comum.............................................................................................. 207 5.3.8Referncias.......................................................................................................................... 219 6Aspectos do RDIS............................................................................................................................... 220 6.1Introduo ................................................................................................................................... 220 6.2Interfaces normalizadas............................................................................................................... 221 6.2.1Descrio geral.................................................................................................................... 221 6.2.2Interface U .......................................................................................................................... 222 6.2.3Interface S/T........................................................................................................................ 223 6.3Sistema de sinalizao digital de assinante ................................................................................. 224 6.4Referncias.................................................................................................................................. 224 Introduo s redes de telecomunicaes_____________________________________________________________________________________ Joo PiresSistemas de Telecomunicaes I 1 1Introduo s redes de telecomunicaes 1.1Evoluo das telecomunicaes A rede de telecomunicaes que nos dias de hoje cobre o globo terrestre sem dvida a maiscomplexa,extensivaecaradetodasascriaestecnolgicas,eporventuraamais til de todas, na medida que constitui o sistema nervoso essencial para o desenvolvimento social e econmico da civilizao. As telecomunicaes so uma cincia exacta cujo desenvolvimento dependeu fortemente dasdescobertascientficasedosavanosnamatemticaocorridosnaEuropaduranteo sculoXIX.Foramasdescobertasnareadoelectromagnetismo,quecriaramas condiesparaoaparecimentodoprimeirosistemadetelecomunicaesbaseadona electricidade, o telgrafo. OtelgrafofoipatenteadonoReinoUnidoporCookeeWheatstone,em1837.No entanto, o sistema por eles desenvolvido requeria cinco condutores metlicos, no sendo por isso muito prtica a sua implementao. Foi a criao por Morse do cdigo que tem o seu nome, que veio dar o grande impulso expansodotelgrafo.OprimeirosistemaexperimentalorientadoporMorsetevelugar nosEstadosUnidosem1844.Estesistemaeraclaramenteumsistemadetransmisso digital, na medida em que a informao era transmitida usando pulsos de corrente. Tinha-sedoistiposdepulsos,umestreito(ponto)eoutromaislongo(trao)easdiferentes letras eram codificadas atravs de combinaes desses pulsos. Osucessodotelgrafofoitalquelogoem1866foiinstaladoumcabosubmarino transatlnticoligandooReinoUnidoaosEstadosUnidos.Em1875,PortugaleoBrasil tambm ficaram ligados atravs de um outro cabo. Em 1875, a rede de cabos de telgrafo j cobria todo o globo incluindo o Extremo Oriente e a Austrlia. Outropontosingularnagrandecaminhadadastelecomunicaesfoiainvenodo telefone.Emboraahistriadainvenodotelefonesejaumtantonebulosa,comvrios inventoresarequereremparasioslourosdessainveno,aprimeirademonstraocom sucesso de transmisso electrnica de voz inteligvel foi realizada por Alexander Graham Bell em 1876, consagrada no histrico apelo de Bell para o seu assistente: Mr. Watson, comehere,Iwanttoseeyou.Interessantessotambmaspalavrasprofticasporele proferidas nessa altura: This is a great day with me and I feel I have at last struck the solution of a great problem-and the day is coming when telephone wires will be laid on the houses, just like water or gas, and friends converse without leaving home. Introduo s redes de telecomunicaes_____________________________________________________________________________________ Joo PiresSistemas de Telecomunicaes I 2 Inventadootelefonetratava-sede resolver o problema da ligao entre os interlocutores envolvidosnumaligaotelefnica.Aprimeirasoluoconsistiunautilizaode centraistelefnicasmanuais.Noentanto,comoaumentodonmerodelinhasa utilizaodestetipodecentraistornou-seimpraticvel.Paraalmdisso,tinha-seo problemadafaltadeprivacidade-asoperadoraspodiamouvirfacilmenteasconversas entre os interlocutores. FoiexactamenteafaltadeprivacidadedascentraismanuaisquelevouStrowgera inventaraprimeiracentraltelefnicadecomutaoautomtica,compatenteconcedida em 1891. Essa inveno compreendia dois elementos bsicos: 1)Umdispositivo(disco)paraserusadopeloassinantequegeravasequnciasde pulsos de corrente correspondentes aos dgitos de 0 a 9; 2)Umcomutadorlocalizadonacentraltelefnica,noqualumbraorotativose movia passo-a-passo num arco semicircular com dez contactos, cada um ligado a umalinhadeassinante,sendoomovimentocontroladopelospulsosdecorrente enviados pelo assinante. AscentraisautomticasStrowgertiveramumagrandeexpansoemtodoomundoe aplicaogeneralizadaataosanos70.Em1994,naredetelefnicaportuguesaainda existiam cerca de 160 000 linhas servidas por centrais Strowger. Outromarcoimportantenahistriadastelecomunicaesfoiademonstraopor Marconi em 1894 da telegrafia/telefonia sem fios. At 1910, as ondas rdio foram usadas essencialmenteparatransmitirsinaistelegrficos.Porm,comainvenoem1907por DeForestdavlvulatermoinica,tornou-sepossvelageraoemodulaode portadoraselctricasearadiotelefoniacomeouadarosprimeirospassos.Progressos tecnolgicosnestareapermitiramestabelecerem1914umserviotransatlnticode telegrafia sem fios, e realizar em 1926 a primeira ligao telefnica (1 canal de voz) entre os Estados Unidos e a Inglaterra. Inaugurava-se, assim, a competio entre os servios de telecomunicaes sem fios e os servios baseados numa transmisso guiada, que tem sido uma constante at aos dias de hoje. Muitasoutrasinovaesvieramcontribuirparaqueastelecomunicaessetornassem, nesteinciodesculo,umadasmaispoderosasindstrias.Noentanto,existeumaoutra que no pode deixar de ser referida - a inveno do PCM (Pulse Code Modulation). Esta foifeitaporAlecReevesemFranaem1936.Como,porm, a transmisso de um sinal de voz digitalizado requeria uma largura de banda mnima de 32 kHz, muito superior aos 3kHzrequeridospelocorrespondentesinalanalgico,aimplementaodosprimeiros sistemasexperimentaistevedeesperaratquenosanossessentaatecnologiadoestado slido a permitisse concretizar. Depoisdestebrevepercursoporalgunsdosfactosmaismarcantesdaevoluodas telecomunicaes, ser pertinente colocar a questo: -O que so as telecomunicaes? Introduo s redes de telecomunicaes_____________________________________________________________________________________ Joo PiresSistemas de Telecomunicaes I 3 Paracomear,oprefixotelederivadodogregoesignificadistncia.Poder-se-, assim,dizerqueastelecomunicaescompreendemoconjuntodosmeiostcnicos necessriosparatransportareencaminhartofielmentequantopossvelainformao distncia. Esta definio dever, no entanto, ser complementada com os seguintes comentrios: Os principais meios tcnicos so de natureza electromagntica; Ainformaoatransmitirpodetomardiversasformas,nomeadamente,voz,msica, imagens fixas, vdeo, texto, dados, etc.; Ossistemasdetelecomunicaesdevemgarantirumelevadograudefidelidade, garantindo que a informao transmitida sem perdas nem alteraes; Afiabilidadeoutraexignciaprimordial,jqueoutilizadoresperadas telecomunicaes um servio permanente e sem falhas; O transporte da informao distncia um problema da transmisso, que um ramo importante das telecomunicaes; Outro ramo importante a comutao, que tem como objectivo o encaminhamento da informao; Asredesdetelecomunicaesdehojesomquinasdegrandecomplexidadee,por isso, a sua gesto uma tarefa de grande importncia e claramente individualizada dos ramos anteriores. A sinalizao constitui o conjunto dos meios pelos quais a gesto da rede actua sobre esta. Introduo s redes de telecomunicaes_____________________________________________________________________________________ Joo PiresSistemas de Telecomunicaes I 4 1.2Estrutura da rede telefnica pblica Oselementosessenciaisdeumaredetelefnicasooequipamentoterminal,o equipamentodetransmisso,oequipamentodecomutaoeoequipamentode sinalizao e gesto. Numa rede convencional o equipamento terminal essencialmente o telefone. O equipamento de transmisso constitudo pelo meio de transmisso (cabos de pares simtricos, cabo coaxial, fibra ptica, ondas hertzianas, etc.) e pelos repetidores. A basedoequipamentodecomutaoumcomutador,quepodeserelectromecnico (Strowgeroucrossbar)ouelectrnico.Acomutaoelectrnicaaindapodeserpor circuitos ou por pacotes. 1.2.1 Estrutura geral Paraqueostelefonesindividuaispossamserteisnecessriolig-losentresi.AFig. 1.1 ilustra um mtodo simplista para efectuar essa ligao. Fig. 1.1 Rede com topologia em malha. Essetipode rede uma rede com conexo total e com topologia fsica em malha. Se se tiveremntelefones,cadatelefonenecessitaden-1linhas.Assim,essarederequerum nmero total de ligaes, que descrito pela seguinte equao: N n n = 121 ( )(1.1) Quando n>>1, vem que N aproximadamente proporcional a n2. Esta configurao pode ser prtica quando n pequeno e o comprimento das linhas reduzido. Contudo, quando n cresce e o comprimento das linhas aumenta, esta estrutura torna-se impraticvel, devido aoseupreoproibitivo.Porexemplo,umsistemaservindo10000assinantesrequeria cercade50milhesdelinhas.Almdisso,paraqueessaredefosseoperacionalera necessrioassociaracadatelefoneumcomutador,oquevempioraraindamaisa situao.Esteproblemapodeserultrapassadoconcentrandotodaacomutaonuma central-centraldecomutaotelefnica-eligandocadaassinanteaessacentralpor meiode uma linha telefnica (ver fig. 1.2). Essa rede apresenta uma topologia fsica em estrela e requer unicamente N=n, ou seja, 10 000 linhas para o caso do exemplo anterior. Introduo s redes de telecomunicaes_____________________________________________________________________________________ Joo PiresSistemas de Telecomunicaes I 5 Fig. 1.2 Rede em estrela com comutao centralizada. Quandoareacobertapelaredeemestrelaeonmerodeassinantesporelaservidos cresce, o preo da linha telefnica aumenta. Ento, pode tornar-se mais econmico dividir essaredeemvriasredesdepequenasdimenses,cadaumadelasservidapelasua prpria central de comutao telefnica. nmero de centrais de comutao custo custo da linha custo totalcusto da comutaon ptimo de centrais Fig.1.3 Variao do custo da rede com o nmero de centrais. Nesse caso, o comprimento mdio da linha de assinante decresce, diminuindo o seu custo total,masemcontrapartidaocustoassociadocomutaoaumenta.Comose exemplifica na figura 1.3 existe um nmero de centrais telefnicas ptimo, para o qual o custo total mnimo. Numareaservidapordiferentescentraislocais,osutilizadoresdeumacentraltero certamentenecessidadedecomunicarcomosutilizadoresdeoutrascentrais.,assim, necessrioestabelecerligaes,oujunes,entreasdiferentescentrais,formando-sea rede de juno. Se as junes so estabelecidas entre todas as centrais locais, tem-se uma rede de juno com conexo total ou em malha. Porm, tambm aqui uma rede em malha podeserantieconmica,sendoprefervelemmuitoscasosligarascentraisentresi atravs de um centro de comutao central, designado por central tandem.(Fig.1.4). Note-se que, a presena desta central introduz uma estrutura hierrquica na rede. Naprtica,junesdirectasentrecentraissoeconomicamentejustificveis,quandose temumgrandefluxodetrfego,ouquandoasdistnciassocurtas.Inversamente, Central deComutaoIntroduo s redes de telecomunicaes_____________________________________________________________________________________ Joo PiresSistemas de Telecomunicaes I 6 quandootrfegoreduzidoeasdistnciassograndespreferveloencaminhamento indirecto atravs de uma central tandem. Fig. 1.4 rea servida por vrias centrais de comutao. Rede de troncas ou de longa-distncia Rede internacional Central internacional Centros de trnsito secundrio Centros de trnsito primrios Centrais locais Linha de assinante Central Tandem Rede local ou de acesso Rede de juno Fig. 1.5 Rede telefnica nacional. Osutilizadoresdarede,paraalmdasligaeslocais,necessitamdecomunicarcom pessoasemoutraspartesdopas.Asdiferentesreasestoligadasentresiporcircuitos delongadistncia,queconstituemarededelonga-distnciaourededetroncas.Tal, comoantieconmicoascentraislocaisestaremtodasligadasentresi,tambmno muitas vezes econmico ter as centrais de longa distncia totalmente interligadas. Assim, surgem os centros de trnsito para encaminhar o trfego entre as diferentes reas, fazendo comqueumaredenacionaltelefnica,apresenteumaestruturahierrquica,comose exemplifica na figura 1.5. Em termos de topologia, essa rede apresenta uma topologia em rvorenopura,jque,quandosesobenahierarquiaaumenta,onmerodeligaes entre centrais do mesmo nvel hierrquico. Umcentrodetrnsitoprimrioconstituiainterfaceentrearededejunoearedede troncas.Cadacentrallocalestligadaaumcentroprimrio,sejadirectamente,seja atravs de uma central de juno tandem.

centrais locais central tandemIntroduo s redes de telecomunicaes_____________________________________________________________________________________ Joo PiresSistemas de Telecomunicaes I 7 Umcentroprimrioconstituiaprimeiracamadadarededetroncas,sendoonmerode camadasadicionaisdependentedadimensodopas.Afigura1.5mostraumaredede troncasconstitudaporduascamadas.Nestecaso,acamadamaiselevadaasegunda, sendocaracterizadaporumatopologiaemmalha,comcadacentrodecomutao telefnica ligado directamente central internacional do pas. Emsntese,umaredetelefnicanacionalbaseadanumaestruturahierrquica constituda pela interligao das seguintes redes: 1)Rede privada de assinante. Consiste numa rede dentro das instalaes do assinante epodeser,porexemplo,constitudaporvriaslinhastelefnicas,ligando equipamentoterminalaumacentraldecomutaoprivadaouPABX(Private Automatic Branch Exchange). 2)Redelocaloudeacesso,queresponsvelporligarostelefonesouPABXdos assinantes central local. 3)Rede de juno, que interliga as centrais locais aos centros de trnsito primrios. 4)Rede de troncas ou rede dorsal, que interliga os centros primrios atravs do pas. Note-se que, segundo a terminologia do ITU-T a rede local constituda pelo conjunto da rededeacessoerededejuno.Nageneralidadedoscasos,usa-senombitodesta disciplina a definio de rede local dada por 2. 1.2.2Rede local ou de acesso Umapartesignificativadaredelocal(oudeacesso) constituda pela infra-estrutura de cobrequeligaostelefonesdosassinantesscentraislocais.Essainfra-estrutura constitudaquaseexclusivamenteporfiosdecobreentrelaados,designadosporpares simtricos.Noentanto,emmuitospasesesto-seexplorandooutrasalternativasao cobre,nomeadamenteafibraptica.Comestatecnologiatm-se,entreoutras,duas soluesquevaleapenareferir:colocarafibradirectamenteatinstalaodo assinante,designadaporFTTH(Fibre-To-The-Home);colocarafibraatumarmrio exterior s instalaes do assinante, ligando em seguida este armrio ao assinante usando ocobre,designando-seporFTTC(Fibre-To-TheCurb),ouemalternativa,fibraatao quarteiro. Dentro da soluo tradicional saem do repartidor central da central telefnica local vrios cabos de pares simtricos, cada um constitudo por milhares de pares simtricos, que vo serseparadosemfeixesparaumdeterminadonmerodereasdeservio(verfig.1.6). Estasreasdeserviopodemterdiferentesdimenses,desdealgumasdezenasde quilmetrosquadradosnasreasurbanas,atalgumascentenasnasreasrurais.O nmero de pares por rea de servio planeado com antecedncia de modo a ultrapassar onmerodeassinantesnarespectivarea,permitindoservirfuturosutilizadoresnum curto espao de tempo. Emgeral,aslinhasdaredelocalestomuitomalaproveitadas,poisotrfegodeum assinante mdio baixo. Pode-se aumentar a taxa de utilizao dessas linhas usando uma das seguintes tcnicas: Introduo s redes de telecomunicaes_____________________________________________________________________________________ Joo PiresSistemas de Telecomunicaes I 8 Multiplexagemdevrioscanaistelefnicossobreomesmosuportefsicousandopor exemplo,multiplexagempordivisonotempo(transmissodigital),oumultiplexagem por diviso na frequncia (transmisso analgica); Concentrao de trfego atravs de um concentrador prximo dos assinantes, que procede atribuiodaslinhasdisponveisaosassinantesmedidaqueestesnecessitem.O concentrador pode ser visto como o primeiro estgio de comutao da central local. Central LocalLimite da rea de servio Interface de rea de servio Grupos de casas Fig. 1.6Rede de distribuio local. 1.2.3 Redes de longa distncia e internacionais Nascomunicaesnaredelocalosinaltelefnicotransmitidoeorecebidopartilhama mesmalinhatelefnica-transmissoadoisfios.Natransmissodedadostalsituao colocaproblemasgraves,sendonecessriousartcnicasdemodulaoparasepararos doissentidosdetransmisso.Outroproblemaprende-secomaamplificaoe regeneraodossinais.Osamplificadoreseregeneradoresbidireccionaisnoso solues prticas. Fig. 1.7 Conversor de uma ligao de dois para quatro fios (hbrido). Assim, nos casos em que necessrio processar o sinal durante a transmisso prefervel separar fisicamente os dois sentidos de comunicao - transmisso a quatro fios. esse o casodasredesdelonga-distnciaeinternacionais.Aconversodeumaligaodedois Hibrido Impedncia de equilibrio linha de dois fios Introduo s redes de telecomunicaes_____________________________________________________________________________________ Joo PiresSistemas de Telecomunicaes I 9 paraquatrofiosfeitausandoumhbrido(verfig.1.7),cujascaractersticasiroser analisadas em detalhe no captulo 2. Nasredesdelonga-distnciaeinternacionaisnosatcnicadetransmissoque diferente,mastambmomeiofsico.Embora,numpassadomaisoumenosrecente,os feixeshertzianoseossatlitestivessemtidoumpapelderelevonatransmissonessas redes, nos dias de hoje foram completamente ultrapassados pelo uso da fibra ptica. 1.2.4 Critrios de qualidade e plano de transmisso Atendendoaocarcterinternacionaldastelecomunicaes,qualquerredenacionaldeve obedecer a critrios de qualidade bem definidos, de modo que, a qualidade dos circuitos estabelecidosnasligaesinternacionaissejatoindependentequantopossveldo percurso entre o emissor e o receptor da informao. Noplaneamentodasredesdetelecomunicaesanalgicasumdosaspectosmais importanteseraocontrolodaatenuao.Dentrodesseenquadramentofoidefinidoum parmetro-oequivalentedereferncia-quefoiadoptadopormuitasempresasde telecomunicaes para dimensionarem as suas redes. Ocaminhocompletodeumaligaotelefnicaincluiopercursodosinalsonoronoar desde a boca do locutor at ao microfone e do altifalante at ao canal auditivo do ouvinte, paraalmdopercursodosinalelctricoatravsdetodoosistemadecomunicao.A atenuao total deste caminho constitui o equivalente de referncia (ER). A ttulo de exemplo apresentar-se- o significado de alguns equivalentes de referncia: 0dB-correspondeaumapessoafalandoa4cmdoouvidodequemescuta(voz normal); 25 dB - corresponde a dois interlocutores conversando a uma distncia de 70 cm (voz normal); 36dB-correspondeadoisinterlocutoresconversandoaumadistnciade3m(voz normal). O antigo CCITT (actual ITU-T) recomendava um equivalente de referncia mximo entreassinantesde36dB,considerandoumaligaonaqualestavamenvolvidos dois pases de tamanho mdio. Este equivalente distribudo do seguinte modo: 20.8 dB paraa rede nacional do lado do emissor; 12.2 dB para a rede nacional do lado do receptor; 3 dB para a rede internacional. Os 3 dB da rede internacional correspondem ao mximo de 6 ligaes a 4 fios em cadeia (60.5 dB). A distribuio dos equivalentes de referncia numa rede de telecomunicaes feitadeacordocomumplanodetransmisso.Oplanodetransmissodevedefiniros valoresmximosextremo-a-extremoparaosprincipaisfactorescondicionantesda Introduo s redes de telecomunicaes_____________________________________________________________________________________ Joo PiresSistemas de Telecomunicaes I 10 transmisso(atenuao,rudo,ecos,diafonia,etc.)edeveindicaradistribuiodesses valorespelasdiferentespartesconstituintesdaarede.Nafig.1.8representa-seum exemplodeumplanodetransmisso,quesurgeemconsequnciadirectadas recomendaesdoITU-T.Note-se que, nesta figura que se usa a definio de rede local do ITU-T. Fig 1.8 Exemplo de um plano de transmisso de uma rede de telecomunicaes Exemplo 1.1Um operador de uma rede de telecomunicaes pblica tem uma rede analgica com a configurao da Fig. 1.5. Todos os circuitos de troncas so de quatro fios, enquanto os circuitos de juno entre a central local e o centro de trnsito primrio so circuitos a dois fios com uma atenuao mxima de 3 dB. Os sistemas de comutao apresentam uma atenuao desprezvel. Os equivalentes de referncia de emisso (ERE) e de recepo (ERR), para a rede local, so, respectivamente, de 11.8 dB e 3.2 dB. Determine a atenuao nominal mxima (Amax) e mnima (Amin) entre centrais locais para chamadas de longa distncia, tendo presente que as centrais de longa distncia usam comutao de dois fios e que a atenuao dos circuitos de quatro fios (considerada entre os pontos de dois fios de entrada e de sada) de 3dB. Determine o valor do equivalente de referncia mximo e mnimo. Amin=0+3+0 =3dB !Um nico circuito de troncas e os circuitos de juno muito curtos Amax=3+4x3+3=18dB!Quatro circuitos de troncas em cascata e junes com comprimento mximo ER(max)=ERE+ERR+Amax =33 dB ER(min)=ERE+ERR+ Amin =18 dB Umplanodetransmissoapresentanososvaloresdosequivalentesdereferncia mximos,mastambmosmnimos,jqueumsinaldevozcomvolumemuitoelevado no desejvel. Nasredesdetelecomunicaesanalgicasosequivalentesderefernciapodiamvariar significativamente de ligao para ligao. Essa no uniformidade no desempenho deve-se,quersvariaesdaatenuaodaslinhasdeassinantese juno, quer s converses dedoisparaquatrofiosevice-versa,queocorremnarededelongadistncia(comose ver no captulo 2, por cada converso tem-se uma atenuao igual ou superior a 3 dB).

17.3 dB 3.5 dB 3dB 3.5 dB 8.7 dB Rede localRede de longa distncia Rede internacional Introduo s redes de telecomunicaes_____________________________________________________________________________________ Joo PiresSistemas de Telecomunicaes I 11 Ascentraisdecomutaotelefnicaanalgicaspodemcomutarcircuitos,queradois, quer a quatro fios. A utilizao de comutao a quatro fios tem a vantagem de reduzir o nmerodeconverses,contribuindoparaaumentaressauniformidade.Destemodo,na generalidade dos casos, as redes de longa-distncia e internacionais para alm de usarem transmisso a quatro fios tambm usam comutao a quatro fios. Exemplo 1.2 Considere que na rede de telecomunicaes caracterizada no exemplo 1.1 as centrais de trnsito de longa distncia usam comutao a quatro fios. Neste caso, a atenuao total na rede de longa distncia de quatro fios (nos pontos de dois a dois) pode ser descrita pela seguinte equao: A n = + 4 05 . dB onde n representa o nmero de ligaes de quatro fios em cascata. Neste caso, determine o valor mximo e mnimo do equivalente de referncia. Amin=0+4.5+0=4.5 dB,Amax=3+(4+2)+3=12 dB ER(max)=ERE+ERR+Amax =27 dB ER(min)=ERE+ERR+ Amin =19.5 dB Note-seque,nestecaso,avariaodosequivalentesderefernciade7.5dB,enquantono caso do exemplo anterior era de 15 dB, ou seja, com a utilizao de comutao a quatro fios na rede de longa-distncia melhorou-se em termos de uniformidade do desempenho. Como j se referiu, ser conveniente que as ligaes comutadas tenham um desempenho touniformequantopossvel,obviamente,oquenasredesanalgicassconseguido dentro de certos limites. Para atingir esse objectivo usam-se sinais de teste que, em todas astroncas,soajustadosparanveisdepotnciaespecificadosemcadacentralde comutao, o que conseguido atravs da medida do nvel desses sinais de teste e da sua comparaocomumnveldereferncia.Comoasperdasdetransmissovariamcoma frequncia,essessinaisdetestesoespecificadosparafrequnciasbemdefinidas, usualmente 800 ou 1000 Hz para os circuitos de fonia. Oprocessoreferidoleva-nosaoconceitodepontodenveldetransmisso(PNT).Cada pontonarede,ondeossinais convencionais de teste podem ser medidos, designa-se por ponto de nvel de transmisso. O nvel de transmisso em cada ponto a relao entre a potnciadosinaldetestenessepontoeapotnciadomesmosinalnumpontode refernciaarbitrrio,designadoporpontodenvelzerodetransmisso(PNT0),e expressoemdBr.Opontodenvelzero,assim,caracterizadopor0dBr.Nasredes telefnicasanalgicas,opontodenvelzero,normalmente,definidocomoopontode entrada a dois fios nos centros de trnsito primrios. A potncia de um sinal medida no ponto de nvel zero expressa em dBm0. Se o sinal de teste for igual a 0 dBm0 no ponto de nvel zero, ento o valor do nvel de transmisso igualpotnciarealdosinaldetesteemcadaPNT.Ofactodeaqualidadedeuma ligaotelefnicaanalgicadependerdopercursoseguido deve-se ao facto de nas redes Introduo s redes de telecomunicaes_____________________________________________________________________________________ Joo PiresSistemas de Telecomunicaes I 12 analgicasosfactoresdegradadores,taiscomoperdas,rudoedistoroseacumularem ao longo do percurso. Esteproblemaresolvidoquandoseusamtcnicasdigitais,devidoaofactodossinais seremregeneradosnosrepetidoresemalternativasimplesamplificaodocaso analgico. Assim, nas redes que usam transmisso e comutao digitais possvel obter-se um desempenho praticamente uniforme, como o caso das redes digitais integradas, as quais iro ser abordadas na seco seguinte. CR CL RDI Central analgica Equipamento de rede. Converso A/DCLCTCRTransmisso digital Transmisso analgica CTCT CLCT CL CLCL Central de trnsito digital Central local digital Concentrador digital Fig. 1.9 Definio de uma rede digital integrada. As fronteiras da RDI so delimitadas a ponteado. 1.2.5Redes digitais integradas UmaRedeDigitalIntegrada(RDI)definidacomosendoumaredenaqualtodasas centrais de comutao so digitais e o trfego nas junes e nas troncas transportado em sistemasdetransmissodigital.Almdisso,asinalizaoentreascentraisassumida como sendo do tipo canal-comum, como , por exemplo, o Sistema de Sinalizao n7. DentrodaRDItodososcanaisdetrfegosoemformatodigital(PCM),sendo,por conseguinte,aconversoanalgica-digitalrequeridasomentenassuasfronteiras,que geralmentesesituamnaentradadascentraislocais.Opassoseguintedeevoluo consisteemproporcionartransmissodigitalataoassinantee,nestecaso,somos levadossRedesDigitaiscomIntegraodeServios(RDIS),queseroanalisadas posteriormente. Introduo s redes de telecomunicaes_____________________________________________________________________________________ Joo PiresSistemas de Telecomunicaes I 13 Outroaspecto.dignoderealcenestasredesqueacomutaodigitalsemprefeitaa quatro fios, de modo que, todos os circuitos dentro da RDI so circuitos a quatro fios. A qualidade de transmisso de uma RDI apresenta os seguintes atributos: -Asperdasdetransmissosoindependentesdonmerodetroosecentraispresentes numa ligao; -Asligaesapresentamumnvelmaisbaixoderudodoqueasanalgicas correspondentes; - As ligaes so mais estveis do que nas redes analgicas a dois fios. O primeiro atributo particularmente importante para um operador de telecomunicaes, poisgarantequeasperdasdetransmissonasfronteirasdaRDIsemantmconstantes para todos os tipos de ligaes, ou seja, possvel garantir uniformidade no desempenho, o que, como se viu, era difcil de satisfazer no caso analgico. As perdas de transmisso soagoraescolhidasdemodoagarantirumequivalentederefernciaapropriadoe simultaneamentesatisfazerosrequisitosimpostospelaestabilidadeeecos,requisitos estes que analisaremos em detalhe no captulo 2. Um valor tpico para essas perdas , por exemplo, 6 dB. Exemplo 1.3 Uma parte da rede da Fig. 1.5 convertida para uma rede digital integrada. A rede de longa-distncia totalmente digital, mas algumas centrais locais tm ainda equipamento analgico, com ligaes analgicas a dois fios nas suas junes. As perdas totais entre centrais digitais (entre pontos a dois fios) so de 3 dB. Considerando os dados do exemplo 1.1 que forem necessrios, determine a atenuao mxima e mnima e os correspondentes equivalentes de referncia. A atenuao mnima ocorre quando todas as centrais so digitais: Amin=3 dB A atenuao mxima ocorre quando todas as centrais locais so analgicas: Amax=3+3+3 =9 dB. ER(max)=ERE+ERR+Amax =24 dB ER(min)=ERE+ERR+ Amin =18dB Note-se que, no caso em que todas as centrais so digitais (RDI), o equivalente de referncia igual a 18 dB para todo o tipo de ligaes, ignorando evidentemente as pequenas flutuaes que ocorrem no comprimento da linha de assinante. 1.2.6 Redes celulares Oconceitobsicosubjacentescomunicaescelularesconsisteemdividir asregiesdensamentepovoadasemvriasregiesdepequenadimenso, designadasporclulas.Cadaclulatemumaestaobasequeproporciona umacoberturaviardioatodaaclula.Comosemostranafig.1.10cada estaobaseestligadaaumacentraldecomutaodemveis,designada por MSC (Mobile Switching Centre). Introduo s redes de telecomunicaes_____________________________________________________________________________________ Joo PiresSistemas de Telecomunicaes I 14 Fig.1.10 Estrutura de uma rede celular Os componentes bsicos da rede so, assim, os telefones mveis, as estaes debaseeosMSC.CadaMSCcontrolatodasaschamadasmveisentreas clulas de uma determinada rea e a central local. Aestaodebaseestequipadaparatransmitir,recebereencaminharas chamadas para, ou de, qualquer unidade mvel dentro da clula para o MSC. Aclulacompreendeumareareduzida(poucosquilmetrosquadrados),o que permite reduzir a potncia emitida pela estao de base at um nvel em queainterferncianasclulasvizinhasnegligencivel.Talpermitequea mesmaradiofrequnciasejausadaparadiferentesconversaesem diferentes clulas, sem existir o perigo de interferncia mtua. 1.2.6.1Operao Cadaclulatemdisponvelvriosradiocanaisparatrfegodevozeum,oumais,para sinalizao de controlo. Cada canal ocupa uma largura de banda entre os 25 e os 30 kHz. Quandootelefonemvelligado,oseumicroprocessadoranalisaonveldesinaldos diferentes canais de controlo pertencentes a uma mesma MSC, e sintoniza o seu receptor paraocanalcom o nvel mais elevado. Esta operao designa-se por auto-localizao, e permiteestabelecerumlaceteentreaunidademveleaestaodebase,queser mantidoenquantootelefoneestiverligado.Periodicamente,onveldesinaldos diferentescanaisdecontrolocontinuaaseranalisado,garantindo-se,assim,o estabelecimentodelacetescomoutrasestaesbase,naeventualidadedeaunidade mvelsedeslocarparaoutrasclulas.Outraoperaoassociadaaoestabelecimentode uma ligao o registo de presena. No incio da ligao e posteriormente, em intervalos regulares, o telefone mvel envia informao da sua presena para a MSC mais prxima. EssainformaoarmazenadanumabasededadosepermiteMSCterumaideia aproximada da localizao do mvel. MSC Estao base Telefone mvel Central local Introduo s redes de telecomunicaes_____________________________________________________________________________________ Joo PiresSistemas de Telecomunicaes I 15 Quandoaunidademvelpretenderealizarumachamada,transmiteonmerodo destinatrioparaaestaobase,usandoocanaldecontrolo.A estao base envia ento essainformaoparaoMSC,juntamentecomseunmerodeidentificao. Imediatamente, o MSC atribui um radiocanal de voz bidireccional para o estabelecimento da ligao entre o telefone mvel e a estao base. Depois de receber esta informao, o microprocessadordotelefonemvelajustaosintetizadordefrequnciaparaemitire recebernasfrequnciasatribudas.LogoqueoMSCdetectaapresenadaportadorada unidademvelnocanaldesejado,achamadaouprocessadapeloprprioMSC,ou enviada para a central local para a ser processada. Uma funo importante da MSC consiste em localizar o destinatrio, no caso em que este ummvel.Afunodelocalizaoestassociadaaopaging.Depoisdelocalizado,o sinal de chamada pode em seguida ser ouvido no telefone mvel do destinatrio. Quando a estao base de uma determinada clula detecta que a potncia do sinal emitido porumadeterminadaunidademveldesceabaixodeumdeterminadonvel,sugere MSC para atribuir o comando dessa unidade a outra estao base. A MSC, para localizar omvel,pedesclulasvizinhasinformaosobreapotnciadosinalporeleemitido, sendo atribudo o comando do mvel estao base que reportar um nvel de sinal mais elevado.UmnovocanaldevozatribudoaessaunidademvelpeloMSC,sendoa chamada transferida automaticamente para esse novo canal. Este processo designa-se por handovereduracercade200ms,oquenosuficienteparaafectarumacomunicao de voz. 1.3Estrutura da rede de dados pblica 1.3.1Definio e arquitectura Umaredededadosumaredequepermiteatrocadeinformaodigitalentre computadores,terminaiseoutrosdispositivosprocessadoresdeinformao,usando diferentesligaesens.Existemtrstiposderedesdedados:LAN(LocalArea Network) que uma rede localizada numa rea geogrfica limitada (edifcio ou campus) e geralmentepertencenteaumanica organizao; MAN (Metropolitan Area Network) umaredecujospontosdeacessoselocalizamnumareametropolitana;WAN(Wide Area Network) pode estender-se por vrias cidades e mesmo pases. Aredetelefnica,cujostraosgeraisjforamanalisados,noapropriadaparaa transmisso interactiva de dados, pois esta projectada para fornecer servios com maior duraoecomfrequnciasdepedidosdeacessoredemenor.Nemoselementosde controlo nos comutadores, nem a capacidade dos canais so capazes de acomodar pedidos com muita frequncia para mensagens muito curtas. Surgiu,assim,anecessidadedeprojectarumaredecomumafilosofiadeoperao claramentedistintadadasredestelefnicas.Atecnologiadeencaminhamentobase escolhida para estas redes foi a comutao de pacotes. Introduo s redes de telecomunicaes_____________________________________________________________________________________ Joo PiresSistemas de Telecomunicaes I 16 A fig. 1.11 ilustra o funcionamento de uma rede baseada na comutao de pacotes. Cada mensagemnafontedivididaempacotes,paratransmissoatravsdarede.Esses pacotes, tambm designados por datagramas, para alm da informao propriamente dita incluem um cabealho, com informao do endereo do destinatrio, da fonte, o nmero do prprio datagrama e outra informao de controlo. Osdatagramaspertencentesaumadeterminadamensagemsoenviadospelarede independentemente, podendo seguir percursos diferentes at ao seu destino. Neste tipo de comunicaononecessrioestabelecerumaligaoprviacomodestinatrio, pois o cabealhocontmoendereododestinofinalecadan,atravsdaleituradesse cabealho, est em condies de definir o trajecto a seguir. Este tipo de ligao designa-seporconnectionless.Estetipode rede permite garantir um nvel de segurana bastante elevado, na medida em que qualquer intruso na rede somente consegue obter fragmentos damensagemtransmitida.Almdisso,nestaredenoexisteumpontodefalhanico, porqueseumn,ouumaligaofalham,ousosabotados,existemsempreligaese nsalternativos.Almdisso,ocontrolodestetipoderededistribudoporvriosns, nohavendoumaestruturahierrquicacomonasredestelefnicas.Foramestas vantagensquelevaramimplementaoem1967nosEstadosUnidosdeumaredede dadosbaseadanesteprincpios,designadaporARPANET(AdvancedResearchProjects Agency NETwork), a qual evolui para uma rede escala mundial, ou seja a INTERNET. Fig.1.11 Princpio de operao de uma rede de comutao de pacotes. As redes de dados pblicas usam, contudo, um conceito um pouco diferente daquele que foi exposto. Nestas redes, antes de se iniciar a transmisso da mensagem, tem-se uma fase inicialparaestabelecerumaligaolgicacom o destinatrio. Assim, o primeiro pacote queenviadoresponsvelporestabelecerumaligaolgicaatravsdarede, designadaporcircuitovirtualetodosospacotescorrespondentesmensagemseguem por essa ligao. Neste caso, o cabealho do pacote necessita de conter a identificao do circuito virtual e emcadannonecessriotomardecisessobreoencaminhamentodainformao, comoacontecianasligaescomdatagramas.Estasimplificaopermitesredescom circuitosvirtuaisescoartrfegocomdbitosmaiselevadosecommaiorrapidezdoque asredescomdatagramas.Perde-se,noentanto,asegurana,flexibilidadeefiabilidade associadas tecnologia dos datagramas. B C R U X T XDT D U R CB XD T U R C B Fonte Controlo da sequncia N Introduo s redes de telecomunicaes_____________________________________________________________________________________ Joo PiresSistemas de Telecomunicaes I 17 Em sntese, pode dizer-se que a comutao baseada em circuitos virtuais mais adequada para transmisses longas e com dbitos elevados, enquanto a comutao com datagramas prefervel para transmisso de dados de curta durao. 1.3.2 Protocolos e modelo OSI Paraqueacomunicaodedadossejapossvelatravsdeumadeterminadarede necessrioestabelecerumconjuntoderegrasouconvenes,quegovernamomodo como duas entidades cooperam para trocarem informao entre si. Estas regras designam-se por protocolos. Comodesenvolvimentodacomunicaodedadossurgiuanecessidadedecomunicar entrecomputadoreseterminaisdediferentesfabricantes.Tallevouaodesenvolvimento doconceitoopensystemsinterconnection(OSI),quepermitiutornarasredes transparentes ao tipo de mquina. OdesenvolvimentodasespecificaesedosprotocolosparaoOSIfoirealizadopela InternationalStandardsOrganization(ISO).OpadroISObaseadonumprotocolo de 7 nveis conhecido por ISO Reference Model for OSI. Exemplo 1.4 Considere a troca de informao entre dois computadores ligados a uma rede de dados. As tarefas tpicas envolvidas nesse processo so as seguintes: 1)A fonte dever informar a rede da identidade do destinatrio da informao; 2)A fonte deve determinar se o destinatrio est preparado para receber a informao; 3)Aaplicaoresponsvelpelatransfernciadosficheirosnafontedeverdeterminarseo programagestordosficheirosnodestinatrioestpreparadoparaaceitarememorizaros ficheiros deste utilizador particular; 4)Seosformatosusadospelosdoissistemassoincompatveis,sertambmnecessrio realizar uma traduo de formatos num dos sistemas. Comoatrocadeinformaoentrecomputadores,terminaiseoutrosdispositivos processadores de informao uma tarefa bastante complexa, ser vantajoso dividi-la em subtarefas,quepossamserimplementadasisoladamente.Foiessaaideiaquelevouao desenvolvimento do modelo OSI, cuja estrutura se representa na fig. 1.12. Na perspectiva dos utilizadores, a comunicao parece ter lugar entre os diferentes nveis. Na realidade, a informao gerada em qualquer nvel desloca-se para o nvel mais baixo (fsico) no terminal emissor, atravessa a rede at ao terminal receptor e em seguida volta a subir na hierarquia at ao nvel correspondente. Talvez se possa analisar esse processo com mais detalhe. Quanto um computador inicia o processodecomunicaocomarede,comeaporentregarasequnciadedadosde informaoaonveldeaplicao. Este nvel processa esses dados e adiciona alguns bits decontrolonumcampodesignadoporcabealho.Estecabealhodestina-seaonvelde aplicao no receptor e constitui o meio pelo qual os dois nveis de aplicao comunicamvirtualmente entre si. O conjunto dos bits de informao e cabealho constitui uma PDU Introduo s redes de telecomunicaes_____________________________________________________________________________________ Joo PiresSistemas de Telecomunicaes I 18 (ProtocolDataUnit)daaplicao.EstaPDUemseguidaenviadaparaonvelde apresentao do computador transmissor. A PDU de aplicao vista agora por este nvel como sendo dados, aos quais vai adicionar um cabealho, sendo o conjunto designado porPDU da apresentao. O cabealho adicionado vai permitir estabelecer uma comunicao virtualcomonveldeapresentaodoreceptor.Esteprocessorepete-separacada nvel ataonvel2(Verfig.1.13).Finalmente,onvelfsicotransmiteastramasgeradasno nvel 2 atravs de sequncias de bits.

Aplicao Apresentao Sesso Transporte Rede Ligao lgica Fsico 7 6 5 4 3 2 1 7 6 5 4 3 2 1Ligao fsica Nveis Fig. 1.12 Modelo OSI de 7 nveis Fig. 1.13 Processo de comunicao usando o modelo OSI. C C C C C C 1 2 3 4 5 6 7 RS-232 X25 X.400,X.500 PDU de aplicao PDU de aprsentao Bits Trama Pacote PDU de sesso PDU de transporte Dados enviados por um computador para a rede Nveis OSI Bits Introduo s redes de telecomunicaes_____________________________________________________________________________________ Joo PiresSistemas de Telecomunicaes I 19 Doladodoreceptorasequnciarecebidasegueumprocessoinverso.Aqui,cadanvel retiraocabealhoquelhedestinado,atqueonvel7entregaaoutilizadorosdados quelhesodestinados.Vai-se,agora,analisarcommaisdetalheaestruturadomodelo OSI, a qual constituda pelos seguintes nveis: Nvel fsico Defineascaractersticaselctricas,mecnicasefuncionaisdeumainterfaceapropriada para a transmisso de sinais bit a bit. Ex: Quantos volts correspondem ao nvel lgico 1, e quantos correspondem ao nvel 0, qual oritmodetransmisso,atransmissofull-duplexouhalf-duplex,qualotipodeinterface mecnica, como por exemplo o RS-232, etc. Nvel de ligao lgica Asseguraumatransfernciafivel,ouseja,semerrosdainformao,proporcionando controlo de erros, controlo de fluxo e sincronizao. Envia a informao organizada em tramas, sendo responsvel pela suasincronizao, tambm designada por enquadramento, ou seja pela definio do incio e fim das tramas. O controlo de erros correspondem deteco e correco de erros, incluindo os pedidos de retransmisso da informao. Ocontrolodefluxooprocessopeloqualumnreceptorasseguraqueonemissorno envia mais informao do que aquela que ele tem capacidade para receber. Nvel da rede Estenvelresponsvelpelocontrolodaredeentreosterminais,proporcionandoos meios necessrios para estabelecer, manter e terminar as ligaes. Ex: Encaminhamento dos pacotes na rede, controlo de congesto, taxao, etc. Como exemplo de um protocolo a usar neste nvel tm-se o X25. Nvel de transporte Responsvelpeloprocessodeconversodainformaogeradapeloutilizador,num formato apropriado para ser transportado pela rede. Ex: Diviso da informao em pacotes para serem transmitidos numa rede com comutao de pacotes Nvel de sesso Responsvelporestabelecer,gerireterminarligaes(sesses)entrediferentes terminais. Nvel de apresentao Temavercomaspectoscomorepresentaodainformao,compressodedados, criptografia etc. Introduo s redes de telecomunicaes_____________________________________________________________________________________ Joo PiresSistemas de Telecomunicaes I 20 Nvel de aplicao Define a natureza das tarefas que podem ser realizadas. Ex: Processamento de texto, correio electrnico, transaces bancrias, etc. 1.4Rede Digital com Integrao de Servios Arededigitalcomintegraodeservios(RDIS)(eminglsISDN,IntegratedServices DigitalNetwork)resultadaevoluonaturaldaredetelefnica.Aredetelefnicafoi projectada simplesmente para trfego de voz sobre linhas analgicas, mas nos anos 50 os modems foram introduzidos para transportar dados sobre essa infra-estrutura. Contudo,devidoslimitaesdosritmosdetransmissoequalidadedosmodems,os operadoresde telecomunicaes criaram uma rede digital para suportar a transmisso de dadoscommaiorvelocidadeemelhorqualidade,aredepblicadedados,analisadaem traos muito gerais na seco anterior. A RDIS surge como tentativa de integrar todas as redes pblicas (telefnica, dados, telex) numa nica rede, com um acesso nico ao assinante. Assim, o utilizador pode atravs de uma nica linha de assinante ter acesso a uma grande diversidade de servios, como voz, dados,imagem,texto,etc.,comumacaractersticafundamental,queadetodosserem digitais. A evoluo para a RDIS s possvel com a digitalizao da linha de assinante (ou lacete de assinante), o que permite eliminar o fosso analgico existente nas redes RDI. Na linha digital de assinante pode continuar-se a usar a linha telefnica a 2 fios (pares simtricos), s que para garantir com essas linhas um transmisso digital com qualidade necessrio umgrandeesforodeprocessamentodigitaldosinal,spossveldeconcretizarcomo advento das modernas tcnicas de VLSI (Very Large Scale Integrated Circuits). NaprimeirafasedodesenvolvimentodoRDISsoabrangidosservioscomumritmo binriomximode2Mbit/s.Numasegundafasecaminhar-se-paraoRDISdebanda larga, que integrar servios como o vdeo e a transmisso de imagens de alta resoluo, requerendoporissoritmosmuitomaiselevados.Nestafaseexplorar-se-onovos conceitosdemultiplexagemecomutaobaseadosnatecnologiaATM(Asynchronous Transfer Mode). 1.5Normalizao em telecomunicaes Devidoaocarcterinternacionaldastelecomunicaesfundamentalanormalizao, sobretudo, em certos aspectos mais relevantes tais como: Aspectostcnicos:definiodaqualidadedeservioedosparmetrosquea influenciam;especificaodasinterfaces,nomeadamente,dossinaisusadosna transmisso e sinalizao, etc. Introduo s redes de telecomunicaes_____________________________________________________________________________________ Joo PiresSistemas de Telecomunicaes I 21 Planificaogeraldarede:estruturadaredeinternacional,planodetransmisso, distribuio dos nmeros telefnicos, etc. Problemasdeexploraoegesto: definio dos preos das chamadas internacionais, anlise do trfego, etc. No plano das redes nacionais a normalizao tambm importante de modo a: Garantir a compatibilidade dos sistemas provenientes de fabricantes diferentes; Assegurar a mesma qualidade de servio mnima a todos os utilizadores; Respeitar as convenes internacionais. AnormalizaonareadastelecomunicaeslevadaacabopelaInternationalTelecommunication Union (ITU), fundamentalmente nos seguintes rgos: ITUTelecommunicationSector(ITU-T),quecorrespondeaoantigoComit ConsultatifInternationalTlgraphiqueetTlphonique(CCITT).Assuasfunes incluemoestudodequestestcnicas,mtodosdeoperaoetarifasparaas comunicaes telefnicas, telegrficas e de dados. ITURadiocommunicationsSector(ITU-R),quecorrespondeaoantigoComit Consultatif International des Radiocommunications (CCIR). Estuda todas as questes tcnicaseoperacionaisrelacionadascomradiocomunicaes,incluindoligaes ponto-a-ponto,serviosmveiseradiodifuso.AssociadoaoITU-Resto International Frequency Registration Board (IFRB), que regula a atribuio das bandas de frequncias aos diferentes servios. Tanto o ITU-T como o ITU-R so compostos de delegados dos governos, operadores de telecomunicaeseorganizaesindustriais.Ambostmumelevadonmerodegrupos deestudo.Osseustrabalhostomamaformaderecomendaes,quesoratificadaspor assembleiasplenrias,quetmlugardequatroemquatroanos.Osresultadosdessas sessesplenriassopublicadosnumasriedevolumes,queproporcionam recomendaeseinformaoactualizadaparatodososinteressadosnareadas telecomunicaes. Alm do ITU ser de referir tambm a International Standards Organization (ISO). Esta organizaotemumaactividadedenormalizaoemdiferentesreas,incluindoas tecnologiasdeinformao.Recorde-seque,omodeloOSI,analisadoanteriormente,foi definido por esta organizao. OutraorganizaodignaderealceoETSI(EuropeanTelecommunicationStandards Institute), o qual foi criado em 1988 para desenvolver as normas necessrias criao de uma rede de telecomunicaes pan-europeia. Introduo s redes de telecomunicaes_____________________________________________________________________________________ Joo PiresSistemas de Telecomunicaes I 22 1.6 Bibliografia J. Bray, The Communications Miracle, Plenum Press, 1995. T. Ramteke, Networks, Prentice-Hall, 1994. J .E. Flood, Telecomunications Switching, Trafic and Networks, 1994. W. Hioki, Telecommunications, Prentice-Hall, 1995. F. J. Redmill e A. R. Valdar, SPC Digital Telephone Exchanges, Peter Peregrinus, 1995. M.S.NuneseA.J.Casaca,RedesDigitaiscomIntegraodeServios,Editorial Presena, 1992. Aspectos da infraestrutura das redes telefnicas_____________________________________________________________________________________ Joo PiresSistemas de Telecomunicaes I 23 2Aspectos da infraestrutura das redes telefnicas 2.1Rede de acesso Umapartesignificativadaredelocaloudeacessoconstitudapelainfra-estruturade cobre que liga a instalao do assinante central local, designada por lacete de assinante (oulacetelocal).Essainfra-estruturaconstitudaquaseexclusivamenteporparesde cobreentrelaados,designadosporparessimtricos,cujascaractersticasdetransmisso iro ser objecto de anlise na seco seguinte. Os cabos telefnicos que saem do repartidor principal da central de comutao local so constitudosporvriosmilharesdessespares.Essescabos,designadosporcabosde alimentao,terminamnormalmentenumpontodesub-repartio,deondesaemcabos dedistribuiodemenoresdimenses,queporsuavezterminamnascaixasde distribuio de assinantes, como se mostra na Fig. 2.1. Ponto de distribuio Ponto de sub-repartio Central Local Assinante AcessoPrimrio Acesso Secundrio Distribuio Fig. 2.1 Arquitectura tpica de uma rede de acesso. A atenuao mxima admissvel no lacete de assinante de 8 dB (@1 kHz). Assim, o projecto da rede local envolve uma escolha criteriosa do calibre do cabo de modo a garantir aquele objectivo. Normalmente, o calibre dos pares de cobre usados nos cabos de alimentao menor do que nos restantes cabos. Assim, uma linha telefnica tpica consiste, normalmente, em diferentes seces de cabo com diferentes calibres, ligados entre si, podendo ainda incluir derivaes, que no so mais do que pares de cobre em circuito aberto, inseridos de modo a aumentar a flexibilidade da rede.Agrandevariaonacomposiodasdiferenteslinhastelefnicasconduzaumagrande variabilidade das caractersticas de transmisso de ligao para ligao. Ao longo das redes de acesso longas (maior do que 5 km), como aquelas que so usadas para servir zonas rurais, habitual ainda colocar bobinas de modo a compensar os efeitos capacitivos dos cabos (pupinizao) e assim aplanar a resposta em frequncia da linha na banda da voz. Outraalternativapossvelparaarededeacessoconsisteemcolocarunidadesremotas prximasdegruposconcentradosdeassinantes.Estasoluopermitesimultaneamente Aspectos da infraestrutura das redes telefnicas_____________________________________________________________________________________ Joo PiresSistemas de Telecomunicaes I 24 aliviar os cabos de alimentao e reduzir as perdas de transmisso das linhas telefnicas servidaspelasunidadesremotas.Nestecaso,essasunidadesmultiplexamnotempo (TDM)vrioscanaistelefnicos,quesotransportadosparaacentraltelefnicalocal usando fibra ptica, ou transmisso digital sobre cobre com regenerao. Transmisso digit alcom regeneraoou fibra pt icaUnidadeRemot aCentralLocalUR Fig. 2.2 Utilizao de unidades remotas na rede de acesso. Asunidadesremotaspodemfuncionarnomodoconcentradoounoconcentrado.No primeirocasoaunidaderemota ligada a um nmero de assinantes superior ao nmero decanaisdaviadetransmissodigitalqueligaaURcentrallocal.Refira-se,como exemplo,ocasoemqueaviadetransmissosuporta30canaiseaURserve240 assinantes. Tal sistema apresenta um factor de concentrao de 8. O modo concentrado sobretudointeressanteparareascomtrfegoreduzido,namedidaemquea concentraoenvolveaexistnciadebloqueio(comoseiranalisarnocap.5),isto, quandoonmerodepedidosdechamadasuperioraonmerodecanaisdaviade transmisso, existem um certo nmero de pedidos que no so atendidos. Probabilidades de bloqueio entre 0.1 e 0.5% so perfeitamente aceitveis. No modo no concentrado no hbloqueio,porqueonmerodecanaisdisponveisnosinalmultiplexerigualao nmero de assinantes. 2.2Equipamento terminal para lacete de assinante analgico 2.2.1Equipamento terminal de assinante Oequipamentoterminaldeassinanteanalgicoinclui,nomeadamente,ostelefones residenciais, as cabines pblicas, os terminais de telecpia, os PABX analgicos, etc. Os modems usados para a transmisso de dados so tambm fontes de informao analgica, namedidaemqueestesdispositivossousadosparaadaptarainformaodigitals caractersticas de transmisso dos canais analgicos usados para a transmisso de voz. Oequipamentoterminalconvencionaldoassinanteconstitudopelotelefone.Cada telefonealimentadoporbateriacentral(situadanacentraldecomutaolocal)que fornece uma tenso contnua de -48 V (valor tpico). Quandootelefoneestnodescansoestenopercorridopornenhumacorrente significativa,poisaimpednciadolacetedeassinantemuitoelevada.Quandoo Aspectos da infraestrutura das redes telefnicas_____________________________________________________________________________________ Joo PiresSistemas de Telecomunicaes I 25 telefone levantado estabelece-se um fluxo de corrente Is no lacete (ver fig. 2.3). O valor dessa corrente depende da tenso de alimentao e da resistncia do lacete. Fig. 2.3 Telefone alimentado com bateria central. Aresistnciadolaceteincluiaresistnciadalinhatelefnicaearesistnciadoprprio telefone,sendoaresistnciadalinhatelefnicadependentedocalibredospares simtricosedoseucomprimento.Valorestpicosparaaresistnciamximadolacete variamentreos1250e1800,enquantoosvalorestpicosparaacorrentede lacete se situam entre os 20 e os 100 mA. Nosentidodeuniformizarautilizaodotelefoneserconvenientequeascorrentes vocaischeguemcentraldecomutaolocalsensivelmentecomomesmonvel, qualquerquesejaocomprimentodolacetedeassinante.Nessesentido,ostelefones actuaisincluemumdispositivoregulador(oucompensador),quepermitegarantirem certamedida,queacorrentequepercorreomicrofoneindependentedocomprimento dolacetedeassinante.Essesreguladoresso,normalmente,varistores(resistnciasno lineares),cujaresistnciadecrescemedidaqueacorrentedolaceteaumenta,ouseja, que o seu comprimento diminui. Em sntese, o efeito do varistor variar a resistncia do telefone em torno do seu valor nominal situado entre os 100 e 200 . Circuito de equilbrio Linha Telefnica MicrofoneAuscultador Ze Fig. 2.4 Converso de dois para quatro fios usando um hbrido. Comomostraafigura2.3notelefonenecessriofazerumaconversodequatrofios (auscultador+microfone)emdoisfios,poisnolacetedeassinanteossinais correspondentesemissoerecepoviajamnomesmopardefios.Essaconverso feita usando um dispositivo denominado hbrido, que se representa de modo simplificado nafigura2.4.Nocasoemquehequilbrioperfeito,ouseja,quandoaimpednciado circuitodeequilbrio(Ze)idntica(emmduloefase)impednciaapresentadapela linha (Zl), a corrente (vocal) gerada pelo microfone repartida em duas partes iguais, que Circuito dotelefone - 48V + Lacete de assinante Is Central Local Microfone Auscultador Aspectos da infraestrutura das redes telefnicas_____________________________________________________________________________________ Joo PiresSistemas de Telecomunicaes I 26 fluem pelo circuito primrio do hbrido com sinais contrrios, fazendo com que a corrente gerada no secundrio onde est ligado o auscultador seja nula. Deste modo, este circuito tambm se costuma designar por circuito anti-efeito local, j que os sinais vocais gerados pelo microfone no afectam o auscultador. Ostelefonesmodernosusamnocircuitodeequilbriocircuitosapropriadospara compensaraimpednciadelinha,paradiferentescomprimentosdestae,assim,garantir umequilbrioperfeito.Contudo,ostelefonesso,normalmente,projectadoscomum certodesequilbrio,demodoaqueoutilizadorpossaouvirasuavoze,assim,tera percepo de que o telefone est activo. Nafig.2.5representa-seumesquemasimplificadodeumtelefone.Nesseesquema podem-seidentificarosseguinteselementos:acampainha,oganchoerespectivos contactos,omarcador(discoouteclado),compensador(varistor),emissor(microfone), receptor (auscultador) e o hbrido com o respectivo circuito de equilbrio. A campainha activada aplicando uma tenso alterna de 75 Vrms frequncia de 25 Hz. A capacidade em srie com a campainha usada para evitar que a corrente contnua que percorre o telefone, quando os contactos associados ao gancho esto fechados, atravesse a campainha.Omarcadorresponsvelpelasinalizaodelacete.Nocasodostelefones dedisco,estemarcadornomaisdoqueuminterruptor,queinterrompeacorrente contnua um nmero de vezes idntico ao dgito marcado. Campainha M VaristorMarcadorGancho Hbrido Auscultador Microfone Circuito deequilbrio Fig. 2.5 Estrutura simplificada de um telefone. 2.2.2Equipamento terminal da central local Umacentraldecomutaolocaldigitalqueservelacetesdeassinanteanalgicos responsvelpelarealizaodeumconjuntodefunesquepodemsersintetizadaspelo acrnimoBORSCHT,ouseja,alimentao(Batery),protecocontrasobretenses (Over-voltageprotection),geraodacorrentedetoquedacampainhadotelefone Aspectos da infraestrutura das redes telefnicas_____________________________________________________________________________________ Joo PiresSistemas de Telecomunicaes I 27 (Ringing), superviso do estado da linha de assinante (Supervision), converso dos sinais analgicosparadigitaisevice-versa(Coding),conversode2para4fios(Hybrid)e vriostiposdeteste(Testing).Essasfunesso,normalmente,implementadasnum circuito designado por interface de linha de assinante (ILA), que se representa na Fig. 2.6. Rel deteste deacessoRel detoqueUnidadedesupervisoAlimentaode linhaProtecode sobre-tensesHbridoDescodificadorCodificador64 kb/s64 kb/s Fig. 2.6 Interface de linha de assinante analgica numa central de comutao digital. As diferentes funes realizadas pela ILA so descritas sinteticamente a seguir: Alimentao de linha: A alimentao do telefone com uma tenso de -48 V realizada recorrendo a uma bateria central. Nas centrais analgicas a potncia era fornecida aos telefonesdosdoisassinantesenvolvidosnumachamadaatravsdautilizaode pontesdetransmisso.Nafigura2.7apresenta-seocircuitodeumadessaspontes,o qual conhecido por ponte de Stones. relBateria200 200 200 200 Fig. 2.7 Ponte de transmisso de Stones. Nessecircuitousam-serels(bobinasenroladasemncleometlicos),parabloqueara transmissodossinaisvocaisparaabateria,jqueestesdispositivosapresentambaixa resistnciacorrentecontnuaeumaaltaimpednciasfrequnciasvocais.Apontede transmissocompletadapelautilizaodecondensadoresemsriocomoslacetesde assinante, de modo a isolar a nvel de corrente contnua as duas linhas. Contrariamentescentraisanalgicas,ascentraisdigitaisdeixampassarunicamenteas correntesetensescorrespondentesaosnveislgicosdigitais(Ex:5V).Assim,as funes correspondentes ponte de transmisso so realizadas pela ILA, como se mostra nsfigura2.8ondecadaILArealizametadedasfunescorrespondentespontede transmisso. Aspectos da infraestrutura das redes telefnicas_____________________________________________________________________________________ Joo PiresSistemas de Telecomunicaes I 28 ComutadorDigitalBateria dacentralLacete doassinante ALacete doassinante BILA(A) ILA(B)Central LocalDigitalBus de alimentao Fig. 2.8 Mecanismo de alimentao numa central digital. Protecocontrasobretenses:Protecodoequipamentoedopessoalcontraaltas tenses originadas, quer por descargas atmosfricas, quer por cruzamento com linhas de alta tenso. Toquedacampainha:Acentrallocalnecessitadeenviarumsinaldealertaparao telefone do assinante chamado, avisando-o do facto de estar uma chamada em espera. A frequncia do sinal de chamada de cerca de 25 Hz e a sua tenso rms de 75 V. Estesinalestligadodurante2seestdesligadodurante4s,eobtidopela interrupo de um gerador de corrente partilhado por vrios telefones. Superviso:Comoascentraisdigitaisnopermitemumcaminhometlicoentreos assinantes envolvidos numa chamada, a superviso do lacete de assinante realizada na periferia da central, ou seja, na parte analgica do ILA, contrariamente s centrais analgicas,ondeerarealizadanointeriordaprpriacentral.Afunoessencialda superviso consiste em analisar o estado do lacete de assinante, detectando a presena ou a ausncia do fluxo de corrente contnua nesse lacete, e converter este estado num sinal apropriado para ser interpretado pelo sistema de controlo da central. Esta tarefa requerumsensor(normalmenteumrel)comcapacidadeparadiscriminar eficientemente, qualquer que seja o comprimento da linha telefnica, entre a corrente correspondenteaoestadofora-do-gancho(telefonelevantado)eacorrenteresultante do rudo e das correntes de fuga. Codificao:CorrespondesfunesA/DeD/A,asquaisiroseranalisadascom detalhe no captulo seguinte. Hbrido: O hbrido responsvel pela converso de 2 fios para 4 fios e vice-versa. O seufuncionamentojfoianalisadoapropsitodoestudodotelefone.Anica Aspectos da infraestrutura das redes telefnicas_____________________________________________________________________________________ Joo PiresSistemas de Telecomunicaes I 29 diferena a salientar que o hbrido da ILA dever ser projectado para um equilbrio to perfeito quanto possvel. Teste:Estafunorequeroacessoaolacetelocaleaoscircuitosdacentralpara detectarpossveisfalhaseproporcionarmanuteno.Ostestesdevemserfeitos automaticamente, em horas de fraca utilizao e com periodicidade. 2.3Meios de transmisso O meio de transmisso dominante na rede local das redes telefnicas pblicas o cabo de paressimtricos,quecomojsereferiubaseadoemparesdecobreentrelaados.Por suavez,narededetroncasusa-seouafibrapticaoumeiosradioelctricos,comoos feixeshertzianoseossatlites.Ocabocoaxialteveoseuperodoureonatransmisso analgica, antes do aparecimento da tecnologia ptica. Contudo, a crescente implantao dasredesdedistribuiodetelevisoporcabo,baseadasnatecnologiahbrida (fibra/coaxial), fizeram ressurgir a importncia deste meio de transmisso. Nestaseco,ir-se-analisarasprincipaiscaractersticasdetransmisso(atenuao, distoroediafonia)doscabosdeparessimtricos,doscaboscoaxiaisedasfibras pticas. Os meios de transmisso radioelctricos sero estudados em outras disciplinas. 2.3.1Cabos de pares simtricos Umparsimtriconomaisdoqueumalinhadetransmissoconstitudapordois condutoresisoladoseentrelaados.Omaterialusadonoscondutores,normalmente,o cobre,enquantocomoisoladorseusaopolietileno.Nosentidodemelhoraras propriedadesdediafoniaosquatrofioscorrespondentesadoisparessoentrelaados formandoumaquadra,designadaporquadra-estrela.Umoutrotipo,designadapor quadraDM(donomedosseusinventoresDieselhorst-Martin),ouquadradepares combinados,obtidaentrelaandodoisparespreviamenteentrelaados.Umcabode pares simtricos constitudo por vrias quadras dispostas de modo conveniente. 2.3.1.1Parmetros caractersticos de uma linha A anlise das caractersticas de transmisso dos pares simtricos pode-se fazer recorrendo teoria daslinhasdetransmisso.Deacordocomestateoria,umtrooelementardelinhapode-se modelarpeloesquemaequivalenterepresentadonaFig.2.9.Oselementosdesseesquema designam-se por parmetros primrios da linha e so os seguintes: R (/km): resistncia por unidade de comprimento dos condutores da linha, incluindo o efeito pelicular; L(H/km):indutnciaporunidadedecomprimentodevidaaocampomagnticoentre os condutores; G(S/km):condutnciatransversalporunidadedecomprimentodevida,queraos defeitos de isolamento, quer s perdas dielctricas; Aspectos da infraestrutura das redes telefnicas_____________________________________________________________________________________ Joo PiresSistemas de Telecomunicaes I 30 C(F/km):capacidadeporunidadedecomprimentoligadapermitividadedo dielctrico situado entre os condutores. LdxRdxGdxCdxdx Fig. 2. 9 Modelo de um troo elementar de linha de transmisso. Tabela 2.1 Parmetros primrios caractersticos de um cabo do tipo 24 AWG(70 F) f(kHz)R(/km)L(mH/km)G(S/km)C(F/km) 11720.6130.0710.052 51720.6110.2900.052 10 1730.6100.5300.052 50 1780.5952.1450.052 1001920.5813.9270.052 5003370.53315.9280.052 Todosessesparmetros variam em funo da frequncia e das caractersticas dos cabos, comosejamodimetrodoscondutores,otipodedielctricousado,etc.Natabela2.1 apresenta-seavariaodessesparmetrosemfunodafrequncia,paraumcabocom isolamentodepolietilenodecalibre0.5mm,designadosegundoaterminologiada American Wire Gauge por 24 AWG. Como se pode ver, a capacidade independente da frequncianabandadefrequnciasconsideradas,aindutnciatemumdecrescimento lentocomafrequncia,enquantoaresistnciaeacondutnciacrescemambascoma frequncia.Aresistnciaparaaltas-frequnciasproporcionalraizquadradada frequncia,devidoaoefeitopelicular(tendnciaparaacorrenteseconcentrarna superfcie do condutor quando a frequncia aumenta). Osparmetrossecundriosdeumalinha,definidosusualmente,soaimpedncia caractersticaZ0,eaconstantedepropagao.Essesparmetrossocalculados directamente em termos dos primrios do seguinte modo: ZR j LG j C0( ) =++ (2.1) ( ) ( ) ( ) ( )( ) = + = + + j R j L G j C(2.2) onde = 2 f ,fafrequncia,ocoeficientedeatenuaoexpressoemNeperpor quilmetro(Np/km)eocoeficientedefaseexpressoemradianosporquilmetro Aspectos da infraestrutura das redes telefnicas_____________________________________________________________________________________ Joo PiresSistemas de Telecomunicaes I 31 (rad/km). Note-se que, para obter o coeficiente de atenuao em dB/km necessrio um factor multiplicativo de20 8 68 log . e dB/ Np. Umalinhadiz-sequeestadaptadaseforterminadaporumacargaigualsua impedncia caracterstica. Uma linha de comprimento l, adaptada nas duas extremidades, apresenta uma funo de transferncia dada por H f lV f lV fe e ell f l f jl f( , )( , )( , )( ) ( ) ( )= = = 0 (2.3) onde V(f,0) e V(f,l) a transformada de Fourier da tenso no incio e no fim da linha. A partir de (2.3) pode-se calcular a atenuao da linha para a frequncia f, resultando A f l H f l l fdB( , ) log ( , ) . ( ) = 20 8686 (2.4) Comosepodeconcluiratravsde(2.4)a atenuao de uma linha aumenta directamente com o comprimento da linha, sendo tambm uma funo crescente da frequncia como aparente a partir de (2.2). Outracaractersticaimportantedosmeiosdetransmissooatrasodegrupo(expresso ems/km),quenomaisdoqueoinversodavelocidadedegrupoe,porconseguinte, dado por: dff dg2) (=(2.5) Quandooatrasodegrupodeumdeterminadomeioumaconstanteistosignificaque esse meio introduz um atraso de propagao constante para todas as frequncias presentes noespectrodeFourierdosinaltransmitido.Emalternativa,quantooatrasodegrupo dependedafrequncia,diferentescomponentesespectraistmdiferentestemposde propagao,oqueconduzaumadistorodosinal,designadapordistorodefase.A dependnciadocoeficientedeatenuaocomafrequnciaconduzdistorode amplitude.Ummeiodetransmissoqueintroduzdistorodefaseedeamplitude designa-se por meio dispersivo. 2.3.1.2Aproximaes para os parmetros da linha Normalmente,nosentidodeganharumacompreensomaisimediatadaspropriedades fsicasdaslinhasdetransmisso,recorre-seadeterminadasaproximaesparaas equaes (2.1) e (2.2). Uma dessas aproximaes consiste em considerar o caso em que a reactnciaindutivadalinha,assimcomoacondutncia,sodesprezveis,oque corresponde s frequncias para as quais se verifica a seguinte relao: L R C e R L >> (2.9) Nesta banda de frequncias tem-se que: ZLC0 (2.10) +R CLG LC 2 2 (2.11) LC (2.12) Asequaesanterioresmostramqueparaasfrequnciasquesatisfazem(2.9)a impednciacaractersticarealeindependentedafrequncia,equeaconstantedefase crescelinearmentecomafrequncia,oqueconduzaumatrasodegrupoconstante,ou seja,nohdistorodefase.Quantoaocoeficientedeatenuaoesteproporcionala R,espodeconsiderar-seindependentedafrequnciaquandooefeitopelicularfor desprezvel.Casocontrrio,avariaodeRcomf fazcomqueocoeficientede atenuao tambm seja proporcional af . Aspectos da infraestrutura das redes telefnicas_____________________________________________________________________________________ Joo PiresSistemas de Telecomunicaes I 33 19AWGFrequncia (kHz) 0.1 110100100101.0 Atenuao (dB/km)100026 AWG Fig. 2.10 Variao da atenuao em funo da frequncia. Frequncia (kHz) 010 2030 4097 5 Atraso de Grupo(s/km) Fig.2.11 Variao do atraso de grupo em funo da frequncia para um cabo 24 AWG. Em sntese, o coeficiente de atenuao apresenta uma variao comf , tanto nas baixas como nas altas frequncia. Na regio de transio, o crescimento com a frequncia mais lento,sendoaproximadamenteproporcionalaf1 4 /(verFig.2.10).Porsuavez,oatraso degrupodecrescecomafrequncia,atingindoumvalorconstanteparaasaltas frequncias.Parafrequnciasmuitobaixas,oatrasodegrupotemumavariaomuito rpida, conduzindo a distores de fase muito elevadas (ver Fig. 2.11). Ocomportamentodaatenuaoemfunodafrequnciadescritoanteriormentelevaa considerar-se em muitos casos a seguinte aproximao: ( ) / f f f =0 0 (2.13) onde 0 o coeficiente de atenuao frequncia0f . Asequaes2.11e2.12mostramquenocasoemqueareactnciaindutivamaiordo quearesistnciaeoefeitopelicularnosignificativoalinhatemumcomportamento aproximadamente linear, ou seja, no introduz nem distoro de amplitude, nem distoro de fase. Aspectos da infraestrutura das redes telefnicas_____________________________________________________________________________________ Joo PiresSistemas de Telecomunicaes I 34 Nofimdosc.XIXPupinteveaideiadereproduziressascondiesnasbaixas frequncias,introduzindonalinhabobinasdiscretasemintervalosregulares.Daa designaodelinhaspupinizadas,oulinhascarregadas.Apresena dessa indutncia vai fazercomqueaatenuaosemantenhasensivelmenteconstanteatseatingira frequncia de corte, a partir da qual a atenuao cresce bruscamente (ver fig. 2.12). Essa frequncia de corte pode ser calculada usando a equao: fL Cdcp p=1 (2.14) ondeLp o valor de indutncia das bobinas de carga edp a distncia entre as bobinas. Linhano pupinizadaFrequncia (kHz)0 1 23 4Atenuao(dB) 420Linha pupinizada Fig. 2.12 Comparao da atenuao de uma linha pupinizada com a de uma no-pupinizada. Escolhendo,convenientemente,ovalordaindutnciadasbobinasdecargaedo espaamentoentreestas,possvelgarantirquenabandanecessriaparaatransmisso de voz analgica a atenuao dos pares simtricos seja aproximadamente constante. Esta soluoparticularmenteinteressantequandoosassinantesestomuitosafastadosda central local, como acontece nas zonas rurais. No entanto, ser importante realar, que os parescarregadosnopodemserusadosparaatransmissodavozdigitalizadae,por conseguinte,nopodemservirdeinfra-estruturadetransmissonoslacetesdigitaisde assinante. 2.3.1.3Diafonia Como j se referiu os pares simtricos no so mais do que dois fios de cobre isolados e entrelaados.Oscabosdeparessimtricospodem,porexemplo,serconstrudos agregando vrios grupos de pares simtricos, como se mostra na figura 2.13. Aspectos da infraestrutura das redes telefnicas_____________________________________________________________________________________ Joo PiresSistemas de Telecomunicaes I 35 Fig.2.13 Cabo de 90 pares simtricos estruturado em 5 grupos. Aproximidadedosparesnocabovaioriginarinterfernciasmtuasentreosdiferentes pares,designadaspordiafoniaoucrosstalk.Estasinterfernciastmorigem, fundamentalmente,noacoplamentocapacitivoentreoscondutoresdedoispares,assim como,noacoplamentoindutivoresultantedocampomagnticodeumdospares atravessar os outros pares. Adiafoniaumalimitaosriadoscabosdeparessimtricos,principalmente,noque dizrespeitotransmissodigital.Podem-seidentificardoistiposdediafonia:a paradiafoniaeatelediafonia.EstestipossoilustradosconceptualmentenaFig.2.14. Nessafiguraadmite-sequeosinalv ts( )aplicadoentradadoparperturbador. medidaqueestesinalsepropagavaiinduzirdoistiposdesinaisinterferentesnopar adjacente,designadoporparperturbado.Osinalv tp( ),queinduzidonaextremidade esquerda, e corresponde paradiafonia e o sinalv tt( ) , que surge na extremidade direita, e representa a telediafonia. A paradiafonia pode constituir uma limitao sria, j que o seu nvelpodeserdamesmaordemdegrandezadosinalrecebidoprovenienteda extremidade D. Tele-diafonia Para-diafoniaParperturbadorPar Perturbadovs(t)vp(t)vt(t)ABCD Fig. 2.14 Tipos de diafonia nos pares simtricos. Paracalculararelaosinal-diafonianecessrioconheceradensidadeespectralde potnciadadiafonia.Admitindoqueadensidadeespectraldepotnciadosinalv ts( ) dada por S(f), pode-se escrever a densidade espectral de potncia dev tp( ) (paradiafonia) originada por uma multiplicidade de pares como Aspectos da infraestrutura das redes telefnicas_____________________________________________________________________________________ Joo PiresSistemas de Telecomunicaes I 36 S f S f X f S f fp p p( ) ( ) ( ) ( )/= 23 2(2.15) ondeX fp( )afunodetransfernciadaparadiafoniaepumparmetroque depende das caractersticas do par perturbado. Para um par com isolamento de polietileno e calibre de 0.5 mm (24 AWG), um valor tpico para esse parmetro de 1.7x10-9 kHz-3/2. Para o caso da telediafonia, a densidade espectral de potncia pode ser dada por S f S f X f S f f let t tf l( ) ( ) ( ) ( )( )= 22 (2.16) ondeX ft( ) a funo de transferncia da telediafonia, l o comprimento do cabo, (f) o coeficiente de atenuao et um parmetro cujo valor tpico igual a 10-10 kHz-1/2 para o par com as caractersticas referidas. Como mostram as equaes (2.15) e (2.16) o efeito dos dois tipos de diafonia cresce com oaumentodafrequncia.Assim,serdeesperarque,nocasodoslacetesdeassinante analgicos,queusamabandadetransmissosituadaentreos300eos3400Hzasua acosejadesprezvel.Porm,noslacetesdigitais,quepodemusarbandassuperiores a 100kHzoefeitodadiafoniamuitoproblemticoenopodeserignoradopelo projectista destes lacetes. 2.3.2 Cabos de pares coaxiais Um par coaxial constitudo por dois condutores concntricos, sendo o condutor interior isoladoecentradocomaajudadeummaterialdielctrico(verFig.2.15).Ospares coaxiaissoagrupadosempequenonmeronumcaboprotegidoporumabainhacom propriedades mecnicas apropriadas para resistir aos esforos de traco colocados. d1d2r Fig. 2. 15 Par coaxial. Aimpednciacaractersticadeumparcoaxial,dentrodahiptesequeL R >>(largamente verificada no domnio de utilizao destes cabos) dada por

Zddor=6021ln(2.17) Aspectos da infraestrutura das redes telefnicas_____________________________________________________________________________________ Joo PiresSistemas de Telecomunicaes I 37 onde r a permitividade relativa do dielctrico (=1.074) ed1 ed2 so, respectivamente, osdimetrosdoscondutoresinterioreexterior.Ocoeficientedeatenuaopodeser calculada com base na expresso = + + a b f cf , dB/km (2.18)

ondea,becsotrsconstantes,quedependemdasdimensesfsicasdocaboef frequncia dada em MHz. Para um cabo de 1.2/4.4 mm tm-se a=0.07, b=5.15 e c=0.005. Verifica-se,facilmente,queotermodominantenaequao(2.18)otermocom dependnciaemf ,oquepermiteaproximaraatenuaodoscaboscoaxiaisporuma expressosimilar(2.13)(notar.noentanto,que2.18expressaemdB/km).Paraas frequncias de interesse (f>100 kHz) o coeficiente de fase apresenta uma variao linear com a frequncia, sendo descrita por =rc (2.19) onde c a velocidade de propagao da luz no vazio. Como se conclui o atraso de grupo sdependedascaractersticasdodielctrico( g rc = / ),ouseja,oparcoaxialno introduz distoro de fase para as frequncias referidas. Pode-sedemonstrar,queaatenuaodocabomnimaparaumarelaoentreo dimetro do condutor exterior e condutor interior igual a 3.6. Por isso, os cabos coaxiais normalizadospeloITU-Ttmumarelaoprximadaquelevalor,comosepode constatar a partir da tabela 2.2. Tabela 2.2:Pares coaxiais normalizados Tipo2.6/9.51.2/4.40.7/2.9 Recomendao ITU-TG 623G 622G 621 d12.6 mm1.2 mm0.7 mm d29.5 mm4.4 mm2.9 mm d2/d13.653.674.14 Impedncia caracterstica 751 751 751 Aestruturadosparescoaxiaiseliminapraticamenteapossibilidadedeacoplamentos capacitivoseindutivosentreosdiferentespares.Assim,emborapossamsurgir acoplamentosgalvnicosentreoscondutoresexteriores,aspropriedadesdediafonia destemeiodetransmissosoexcelentesparafrequnciasdeoperaoacimados60 kHz. Abaixo dos 60 kHz, os cabos coaxiais no podem ser usados devido ao problema da captaodeinterfernciasexteriores(diafoniaelevada),assimcomoaofactode introduzirem distoro de fase. Oscaboscoaxiaisconstituramomeiodetransmissoporexcelnciadossistemasde transmissoanalgicadegrandedistncia,tendopermitidosuportarsistemasFDMde grandecapacidade,comosejamossistemasdefinidospelarecomendaoG.333do Aspectos da infraestrutura das redes telefnicas_____________________________________________________________________________________ Joo PiresSistemas de Telecomunicaes I 38 ITU-T (10 8