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Propósito principal A troca de informação entre dois agentes

Agente

Informação n Dado g Sinal s (t) Sinal r (t) Dado g’ Informação n’

Dispositivode entrada Transmissor Meio de

transmissão Receptor Dispositivode saída Agente

Comunicação de Dados

Transmissão de Sinais

Modelo de ComunicaçãoModelo de Comunicação

Comunicação de Computadores

Codificação dos Dados Decodificação dos Dados

Transmissão de SinaisTransmissão de Sinais• Terminologia

– Domínio do tempo– Domínio da freqüência

• Qualidade do Sinal– Problemas existentes no meio físico– Capacidade do Canal

• Principais Meios de Transmissão– Par Trançado– Cabo Coaxial– Fibra Ótica– Micro Ondas

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Terminologia:Terminologia::

Transmissão de Sinais Transmissão de Sinais

Meio de Transmissão

É por onde ocorre a transmissão de sinais entre o transmissor e o receptor

Meio GuiadoMeio Guiado as ondas são guiadasguiadas ao longo de um caminho físico (ex. par trançado, cabo coaxial, fibra ótica)

Meio NãoMeio Não--GuiadoGuiado fornece o meio para transmitir as ondas, sem guiá-las (ex. ar, vácuo, oceano)

Em forma de ondas eletromagnéticas

TERMINOLOGIA (TERMINOLOGIA (contcont.) .)

Ligação Direta

sinais se propagam diretamente do transmissor para o receptor, sem dispositivos intermediários, exceto amplificadores ou repetidores usados para aumentar a força do sinal

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TERMINOLOGIA (TERMINOLOGIA (contcont.) .) Ligação Direta

Ponto-a-Ponto somente os dois dispositivos compartilham o meio

Tx/Rx Tx/RxAmplificador

ouRepetidor

0 (zero) ou mais conjuntos

meiofísico

meiofísico


Multi-Ponto mais de dois dispositivos compartilham o meio

Amplificadorou

Repetidor

0 (zero) ou mais conjuntos

meiofísico

meiofísico

Ligação Direta

Tx/Rx Tx/Rx Tx/Rx Tx/Rx

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TERMINOLOGIA (TERMINOLOGIA (contcont.) .) A transmissão pode ser:

De acordo comANSI/USA e ITU-T/Europa

SIMPLEX sinais são transmitidos somente em uma única direção; uma estação é sempre a transmissora e outra sempre a receptora.

HALF-DUPLEX ambas as estações podem transmitir, porém não simultaneamente (uma de cada vez).

FULL-DUPLEX as duas estações podem transmitir simultaneamente.

SIMPLEX

DUPLEX

•• Domínio do TempoDomínio do Tempo:

– Sinal Contínuo x Discreto

– Sinal Periódico x Aperiódico


varia de forma suave no tempo

Mantém um nível constantedurante um tempo e depois muda para um outro nível constante

Padrão se repeteao longo do tempo

Padrão não se repeteao longo do tempo

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Sinais Contínuos x DiscretosSinais Contínuos x Discretos

Sinais PeriódicosSinais Periódicos

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TERMINOLOGIA (TERMINOLOGIA (contcont.) .) •• Domínio da FreqüênciaDomínio da Freqüência:

– Sinal eletromagnético é composto de várias freqüências (ondas senoidais)

– Exemplo:

)])3(2()3/1()2().[/4()( tfsinftsints πππ +=

senóide de freqüência f

senóide de freqüência 3f

TERMINOLOGIA TERMINOLOGIA ((contcont.).)

Freqüência FundamentalFreqüência Fundamental

quando um sinalsinal é composto de componentes de freqüências múltiplasde uma freqüência básicafreqüência básica.

O período do sinal período do sinal compostocomposto (T) é igual ao período da freqüência período da freqüência fundamental.fundamental.

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TERMINOLOGIA (TERMINOLOGIA (contcont.) .) Espectro de FreqüênciaEspectro de Freqüência

Espectro de FreqüênciaEspectro de Freqüência

-X/2 X/2

1.0

t

s(t)

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TERMINOLOGIA (TERMINOLOGIA (contcont.) .) Espectro de um

SinalÉ a faixa de freqüências que esse sinal contém. (Ex.: estende de f a 3f)

Bandwidth Absoluta

É a largura do espectro de um sinal. (Ex.: BW = 2 f )

Bandwidth Efetiva

É a faixa que contém “a maior parte” da energia do sinal. Usada para o caso de sinais de BW infinita. (Ex.: rede telefônica => fmín = 300Hz; fmáx = 3400Hz => BW=3100Hz)


Componente DC

Componente de freqüência zero(sem componente DC o sinal tem amplitude média zero)

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Data Rate x BandwidthData Rate x Bandwidth

• Qualquer meio de transmissãomeio de transmissão tem limitaçõeslimitações sobre a faixa de freqüênciafaixa de freqüênciaque pode transmitir.

• Gera um limitelimite na taxa de dadostaxa de dados que pode ser realizada no meio de transmissão.

TERMINOLOGIA (TERMINOLOGIA (contcont.) .) Data Rate X Bandwidth

)2sen(1

)(1

kftk

tsk

π∑∞

=

=

Sinal de bandwidth infinitaSinal de bandwidth infinita

amplitude da k-th componente de frequência (kf) do sinal é 1/k

Data Rate = 2f bits/segData Rate = 2f bits/seg

Dígito 1Dígito 1

Dígito 0Dígito 0

• Para um determinado meio de transmissão:

> BW > custo< BW > distorção

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)])5(2()5/1())3(2()3/1()2().[/4()( tfsintfsinftsints ππππ ++=

)])7(2()7/1())5(2()5/1())3(2()3/1()2().[/4()( tfsintfsintfsinftsints πππππ +++=

Data Rate X BandwidthData Rate X Data Rate X BandwidthBandwidth

Data Rate x BandwidthData Rate x Bandwidth

)])(2()/1().[/4()(1

tkfsinkAtsímpark

k

ππ ∑∞

==

=

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TERMINOLOGIA (TERMINOLOGIA (contcont.).)

CONCLUSÃO Existe uma relação direta entre data rate e bandwidth: quanto maior a data ratedata rate de um sinal, maior a sua bandwidthbandwidth efetivaefetiva. Quanto maior a bandwidthbandwidth de um sistema de transmissão, maior a data ratedata rate que pode ser transmitida neste sistema.

TERMINOLOGIA (TERMINOLOGIA (contcont.).)Seqüência de bit data rate = 2000 bps

Representação razoável com Bandwidth de 1700

a 2500Hz

Representação muito boa com Bandwidth de 4000Hz

Bits: 0 1 0 0 0 0 1 0 0

Pulso após transmissão: Bandwidth 500Hz

Bandwidth 900Hz

Bandwidth 1300Hz

Bandwidth 1700Hz

Bandwidth 2500Hz

Bandwidth 4000Hz

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Transmissão de SinaisTransmissão de Sinais

A especificação de uma taxa adequada depende principalmente de 2 fatores:

•• Qualidade do SinalQualidade do Sinal-- Problemas existentes no meio físicoProblemas existentes no meio físico-- Capacidade do CanalCapacidade do Canal

•• Características do Meio de TransmissãoCaracterísticas do Meio de Transmissão

Problemas existentes no Problemas existentes no Meio FísicoMeio Físico

• ATENUAÇÃOATENUAÇÃO•• DELAY DISTORTIONDELAY DISTORTION•• RUÍDORUÍDO

Ruído TérmicoRuído TérmicoRuído de Ruído de IntermodulaçãoIntermodulaçãoCrosstalkCrosstalkRuído ImpulsivoRuído Impulsivo

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Problemas existentes no Meio FísicoProblemas existentes no Meio Físico

ATENUAÇÃO perda de potência do sinal no percurso entre transmissor e receptor.

3 considerações para o projetista:

o sinal recebido deve ter “força” suficiente para que o circuito eletrônico de recepção detecte o sinal;o sinal deve manter um nível suficientemente maior que o ruído para a recepção sem erro;

repetidores (sinais digitais)amplificadores (sinais analógicos)

atenuação aumenta com a freqüência.

Equalizadores.

ATENUAÇÃO PARA CANAL DE VOZ:

Com equalizaçãoSem equalização

Atenuação relativ a (decibéis) Nf = -10 log10 PfP1000


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“DELAY DISTORTION” causado pelo fato de que a velocidade de propagação deum sinal no meio guiado varia com a freqüência.

Mais crítico para sinais digitais.

Meio guiadoMeio guiado


“DELAY DISTORTION” PARA CANAL DE VOZ

Com equalizaçãoSem equalização

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RUÍDO sinais elétricos indesejáveis inseridos entre o transmissor e o receptor => fator limitador no desempenho de sistemas de comunicação.

• Ruído Térmico ruído causado pela agitação térmica dos elétrons no condutor - InevitávelÉ uniformemente distribuído peloespectro de freqüência (ruído branco).presente em qualquer meio de transmissão e é função da temperatura

N=kTBN=kTB


Ruído Térmico (W)Constante de Boltzmann

(1.3803x10-23 J/°K)Temperatura (°K)

Bandwidth (Hz)


•Intermodulação ocorre quando sinais de diferentesfreqüências compartilham o meio detransmissãoproduz sinais a uma freqüência que é a soma (ou diferença) de 2 freqüênciasoriginais.produzido quando existe alguma não linearidade no transmissor, receptor ousistema de transmissão, devido a malfuncionamento.

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•Crosstalk acoplamento elétrico que ocorre entrefios fisicamente próximos (2 pares trançados)mesma ordem de grandeza do ruído branco (ruído térmico).

•Impulsivo pulsos irregulares (“spikes”), não contínuos, de curta duração e relativamente de alta amplitude, causado por distúrbios eletromagnéticos (raio), falhas no sistema de comunicação.principal fonte de erro em comunicação de dados digitais.

Exemplo: “spike” de 10ms a 4800bps => RAJADA de 48 bits

Ruído ImpulsivoRuído Impulsivo

Sinal original

Ruído Impulsivo

Sinal mais ruído

Taxa de amostragemDado recebidoDado original

Dado a ser transmitido

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CONCLUSÃO Vários fatores distorcem e corrompem o sinal

Como esses fatores limitam ataxa de transmissão de sinal?

CAPACIDADE DO CANALCAPACIDADE DO CANAL

taxa máxima com que pode se transmitir taxa máxima com que pode se transmitir dados através de um canal, sob certas condiçõesdados através de um canal, sob certas condições

CAPACIDADE DO CANALCAPACIDADE DO CANAL4 Conceitos relacionados:

• taxa de dadostaxa de dados (bps) que o dado pode ser transmitido;• bandwidthbandwidth (Hz) determinada pelo transmissor e o meiode transmissão;

• nível médio de ruídoruído na comunicação;• taxa de errostaxa de erros.

OBJETIVO:

Obter a maior taxa de dados, a uma taxa de erro limite,para uma certa bandwidth problema = ruproblema = ruíídodo

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CAPACIDADE DO CANALCAPACIDADE DO CANALCanal sem ruído Caso ideal, cuja limitação é

apenas a BANDWIDTH.

Dada uma certa bandwidth WW

Máxima taxa de transmissão de

sinal = 2W2W

Ex: canal de voz = 3100Hz C = 2W = 6200bps

Fórmula de NyquistFórmula de Nyquist

Com codificação adequada:C= 2W log2 M M = número de símbolos

distintos na codificação

CAPACIDADE DO CANALCAPACIDADE DO CANALCanal com ruído Para um certo nível de ruído,

quanto maior o data ratemaior a taxa de erro!

SHANNONSHANNON Cmáx = W log2 (1 + S/N)

Ex: canal de voz = 3100 log2 (1 + 1000/1) C = 30.894bps na prática = 9600bps.

Só leva em consideração ruído branco

(bps) (Hz) Relação sinal/ruído

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Principais Meios de TransmissãoPrincipais Meios de TransmissãoPrincipais Meios de Principais Meios de TransmissãoTransmissão

Meio de Transmissão

• É o caminho físico entre o transmissor e o receptor

• As características e qualidade da transmissão de dados são determinadas tanto pela natureza do sinal quanto pela natureza do meio.

• Meio guiado o meio é mais importante na limitação da transmissão;• Meio Não-Guiado bandwidth do sinal é mais importante.

Espectro de Freqüência dos SinaisEspectro de Freqüência dos Sinais

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Características de Transmissão Ponto-a-Ponto para Meios Guiados

Principais Meios de TransmissãoPrincipais Meios de TransmissãoPrincipais Meios de Principais Meios de

TransmissãoTransmissãoAtenuação dos meios de

transmissão guiadosAtenuação dos meios de

transmissão guiados

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Par TrançadoPar Trançado

• Consiste de dois fios de cobre arranjados em um padrão regular em espiral.• O fato de ser trançado minimiza a interferência eletromagnética e crosstalk• O mais usado meio de transmissão para sinais analógicos e digitais(Ex.: sistema telefônico).• Repetidores a cada 2 ou 3 kms;Amplificadores a cada 5 ou 6 kms.

5 a 15cm

Principais Meios de TransmissãoPrincipais Meios de Transmissão

Cabo CoaxialCabo Coaxial

• Consiste também de dois condutores mas arranjados de forma diferente (um condutor cilíndrico e um condutor interno).• Devido à construção, é menos susceptível a interferência e crosstalkque o par trançado • Ex.: LANs, cable TV, redes telefônicas de longa distância.

D= 1 a 2.5cm

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Fibra ÓticaFibra Ótica

Principais Meios de TransmissãoPrincipais Meios de Transmissão

• Meio físico flexível fino (core=8 a 100 µm), capaz de conduzir raio ótico.

•Características principais:maior bandwidth (100’s Gbps-10’s km);menor tamanho e peso;menor atenuação;isolamento eletromagnético(imune a interferência, ruídoimpulsivo e crosstalk);maior espaçamento entre repetidores.

(vidro ou plástico)

Multimode - refere-se à variedade de ângulos que irão refletir;

Multimode Graded index - caso intermediário, através da variação do índice de refração do core;

Singlemode - reduzindo o core à ordem de grandeza do comprimento de onda, somente um ângulo poderá passar (melhor desempenho).

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Micro OndasMicro Ondas

• tipo mais comum de antena é a parabólica(parabolic dish ~ 3m diâmetro).

• Sem obstáculos, a distância máxima é dada por: (km)

h = altura da antena (m)K = fator de ajuste = 4/3

• telecomunicações de longa distância.• Sujeita a influência do tempo e construções.

Khd 14.7=

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