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Redes de Computadores

Nível Físico

Profa. Débora Christina Muchaluat Saade

[email protected]

Departamento de Ciência da Computação - UFF

Digitalização de Sinais

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Digitalização de Sinais

Codificando cada nível com 4 bits:

1100 1110 1110 1110 1010 0011 0001 1001 1010 ...

Na recepção...

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

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Taxa de Amostragem

➽  O teorema de Nyquist diz que, para se obter uma representação precisa de um sinal analógico, a amplitude do mesmo deve ser amostrada a uma taxa igual ou superior a duas vezes a frequência da componente de mais alta frequência do sinal. •  Taxa de amostragem >= 2fmax

➽  A taxa de Nyquist é dada em Hz ou em amostras por segundo (sps) ➽  Amostragens abaixo da taxa de Nyquist introduzem componentes de

frequência adicionais ao sinal, causando distorção definitiva no sinal original (alias signal).

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Sinal original

Pulsos PAM

Pulsos PCM

Saída PCM 100110011010101010100001101111101

7.0

6.0

4.1 4.5 2.5

5.0

2.2 3.0 1.1

5.0 5.0

100 110 011 010 101 010 100 001 101 111 101 0 1 2 3 4 5 6 7

PCM - Pulse Code Modulation

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Quantização

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Ruído de Quantização

➽ A diferença entre o valor real de uma amostra e seu representante binário é chamado erro de quantização. Como este erro varia de amostra para amostra, a distorção causada por tal erro é chamada ruído de quantização.

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The Local Loop: Modems

The use of both analog and digital transmissions for a computer to computer call. Conversion is

done by the modems and codecs.

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Acesso a Provedor

A/D D/A

Central Central

D/A A/D

A Conversão Analógico/Digital

Gera um Ruído chamado Ruído de Quantização

MODEM

Não é possível mais do que 30 kbps !!

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Acesso a Provedor

A/D

Central Central

D/A A/D MODEM

Linha Digital (T1 ou E1, p. ex.)

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Acesso a Provedor

A/D

Central Central

D/A A/D MODEM

30kbps

~56kbps

Multiplexação no Tempo

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Multiplexação por Divisão de Tempo

➽ Ao invés de se utilizar as várias faixas de frequências para separar os sinais a serem transmitidos, utiliza-se o tempo como a grandeza a ser compartilhada. • obtém-se o compartilhamento do meio físico

intercalando-se porções de cada um dos sinais ao longo do tempo.

• A forma com que o tempo é subdividido dá origem a duas formas de TDM: o TDM síncrono e o TDM assíncrono (ou Estatístico).

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Meio Físico

A

B

C

D


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T

A1

Banda Desperdiçada Dados

B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2

Primeiro Ciclo Segundo Ciclo

➽  Multiplexação Síncrona (TDM) (synchronous Time Division Multiplexing)

Meio Físico

A

B

C

D


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➽  Multiplexação Síncrona (TDM) (synchronous Time Division Multiplexing)

➽  Multiplexação Assíncrona ou Estatística (STDM) (Statistical Time Division Multiplexing)

T

A1 B1 B2 C2

Banda Extra Disponível Cabeçalho

A1

Banda Desperdiçada Dados

B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2

Primeiro Ciclo Segundo Ciclo

Meio Físico

A

B

C

D


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Canal

➽ Representação para uma parcela da utilização do meio físico alocada a transmissão de um sinal.

➽ A implementação de um canal varia de acordo com a forma de multiplexação. Assim, tem-se um tipo de canal no FDM e um outro tipo de canal no TDM síncrono. •  No FDM, um canal corresponde a uma faixa de freqüências •  No TDM síncrono, denomina-se canal o conjunto de todos

os slots, um em cada frame, identificados por uma determinada posição fixa dentro desses frames.

– Ex.: o canal 3 é formado pelo terceiro slot dentro de cada ciclo.

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Canais de Comunicação

➽ Dedicado (ou permanente) x Chaveado ➽ Ponto-a-ponto x Multiponto

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Multiplexador x Acesso Múltiplo

➽  A multiplexação pode ser realizada tanto de forma centralizada, por um equipamento específico denominado de multiplexador (MUX), como de forma distribuída, onde as várias fontes de sinais encontram-se diretamente conectadas a um meio físico compartilhado. •  Nesse último caso, a multiplexação é comumente denominada de

mecanismo de acesso múltiplo.

TDMA

MUX

63


Hierarquias de Transmissão Digital

➽ Em uma hierarquia de sinais digitais, os sinais de taxa mais alta são obtidos através do cascateamento de multiplexadores, como ilustrado no exemplo da figura abaixo.

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Hierarquias de Transmissão Digital

➽ Esquemas de hierarquias de transmissão têm sido utilizados em sistemas de telefonia digital, tendo passado por processos de padronização em várias entidades internacionais, sendo, hoje em dia, utilizados também na transmissão de dados.

➽ E.U.A e Europa definiram diferentes padrões para o sinal básico e para a forma de multiplexação na geração dos sinais de ordem mais alta. • Enquanto a hierarquia americana está baseada no

T1, a hierarquia européia (que é a adotada pelo padrão brasileiro) define a utilização de um sinal básico denominado E1.

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Sinal Digital Número de Canais de Voz Taxa de Transmissão

DS-1 DS-2 DS-3 DS-4

24 96

672 4032

1,544 Mbps 6,312 Mbps

44,736 Mbps 274,176 Mbps

MUX T2

MUX

1

7

T3

T1 MUX

1

24

Hierarquia de Sinais Digitais Norte-Americana

➽  Inicialmente definido pela AT&T, tendo posteriormente se tornado o padrão utilizado para a transmissão digital de voz em sistemas telefônicos nos EUA. •  prevê a multiplexação síncrona no tempo, de vinte e quatro canais de

voz, a 64 Kbps cada, transportados em um sinal de 1,544 Mbps (denominado DS-1 — Digital Signal Level 1).

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Taxa dos Sinais em Hierarquias Digitais

➽  A definição da taxa dos sinais básicos das hierarquias digitais foi influenciada diretamente pela utilização dessas hierarquias em telefonia digital •  vinte e quatro canais, onde cada slot tem duração suficiente para a

transmissão dos 8 bits de uma amostra PCM. •  A cada frame ainda adiciona-se um bit denominado bit de framing, para a

marcação. –  Assim, cada frame tem a duração para a transmissão de

24 x 8 + 1 = 193 bits. •  A banda passante necessária para um sinal de voz em um serviço telefônico é

igual a 4.000 Hz, –  A taxa de amostragem para construirmos a saída PCM é de 8.000 amostras

por segundo. Logo, para que se mantenha uma taxa assegurada para cada canal, é necessário que os frames se repitam 8.000 vezes por segundo

–  Em outras palavras, um frame tem duração total de 1/8.000 = 125 µseg, e por isso a taxa total do sinal DS-1 é de 8.000 x 193 = 1,544 Mbps.

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Time Division Multiplexing

The T1 carrier (1.544 Mbps).

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Time Division Multiplexing (3)

Multiplexing T1 streams into higher carriers.

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Hierarquia Européia

Sinal Digital Número de Canais de Voz Taxa de Transmissão

E1 E2 E3 E4

30 120 480

1920

2,048 Mbps 8,448 Mbps

34,368 Mbps 139,264 Mbps

➽ O esquema E1 é oriundo do padrão utilizado para a transmissão de voz em sistemas telefônicos digitais na Europa e no Brasil • 30 canais de voz, a 64 Kbps cada, transportados em

um sinal de 2,048 Mbps.

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Linhas Digitais

A/D

Central Central

D/A A/D MODEM

Linha Digital

E1, p. ex.

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Linhas Digitais

➽ RDSI-FE •  Acesso básico (ISDN-BRI)

– 2 B+D •  Acesso Primário (ISDN-PRI)

– E1 (30B + 2D); T1 (23B + D)

Central Central

Equipamento De Modulação Digital

Linha Digital Canal B = 64 kbps Canal D = 16 kbps

Canais B e D = 64 kbps

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Diferentes Hierarquias de Sinais Digitais

Nível EUA Europa Japão

1234

1,544 Mbps (DS-1)6,312 Mbps (DS-2)

44,736 Mbps (DS-3)274,176 Mbps (DS-4)

2,048 Mbps (E-1)8,448 Mbps (E-2)

34,368 Mbps (E-3)139,264 Mbps (E-4)

1,544 Mbps 6,312 Mbps

32,064 Mbps 97,728 Mbps

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Unificação das Hierarquias

155,52 x N Mbps

155,52 Mbps

51,84 Mbps

6,312 Mbps

1,544 Mbps 2,048 Mbps

x4 x3

x7

x3

xN

Sinal básico SONET (STS-1)

Sinal básico SDH (STM-1)

SDH

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Time Division Multiplexing (5)

SONET and SDH multiplex rates.

75


Uma Visão de Outra Solução para o Acesso Residencial: xDSL

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Digital Subscriber Lines (2)

Operation of ADSL using discrete multitone modulation.

77


Digital Subscriber Lines (3)

A typical ADSL equipment configuration.

78


Uma Visão de Outra Solução para o Acesso Residencial: Cable Modem

79


Internet over Cable

Cable television

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Spectrum Allocation

Frequency allocation in a typical cable TV system used for Internet

access

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Cable Modems

Typical details of the upstream and downstream channels in North

America.

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