redes parte 2 - ondas, informação e sinal

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Fundamentos de Redes de Computadores Ondas, informação e sinal Prof. Ricardo J. Pinheiro

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Esta é a segunda de um conjunto de apresentações que fiz para a disciplina de Redes de Computadores, que lecionei na faculdade e na escola. Engloba a parte de ondas, sinal e informação. Fala sobre os teoremas de Nyquist, a Lei de Shannon, ruídos, interferências, ecos... Muita coisa! Espero que seja útil.

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Page 1: Redes Parte 2 - Ondas, Informação e Sinal

Fundamentos de Redes de Computadores

Ondas, informação e sinal

Prof. Ricardo J. Pinheiro

Page 2: Redes Parte 2 - Ondas, Informação e Sinal

Ricardo Pinheiro 2

Resumo

Ondas

O que são.

Elementos.

Comprimento.

Banda

Sinal

Analógico e digital

Ruídos e interferências

Tratamento do sinal

Modulação

Multiplexação

Page 3: Redes Parte 2 - Ondas, Informação e Sinal

Ricardo Pinheiro 3

O que são ondas?

Uma perturbação oscilante de alguma grandeza física no espaço e periódica no tempo.

Propaga-se através de um meio físico

Ar, fios de cobre, tubos de vidro, vácuo, etc.

Não transfere matéria, mas energia.

Propagação da ondaPropagação da onda Gráfico de uma onda

Page 4: Redes Parte 2 - Ondas, Informação e Sinal

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Tipos de ondas

Mecânica

Gerada por uma perturbação mecânica.

Eletromagnética.

Gerada por uma perturbação eletromagnética.

Tipos de ondas

Dente-de-serra Triangular Quadrada

Page 5: Redes Parte 2 - Ondas, Informação e Sinal

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Elementos da onda

Picos

Pontos mais altos.

Vales

Pontos mais baixos.

Ciclo de onda

Distância entre dois vales ou dois picos.

Amplitude

Nível máximo (positivo ou negativo) alcançado pelo ciclo.

Freqüência

Quantos ciclos ocorrem por unidade de tempo.

Medida padrão: Ciclos/segundo, ou Hertz (Hz).

Page 6: Redes Parte 2 - Ondas, Informação e Sinal

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Elementos da onda

Período

Tempo gasto para ocorrer um ciclo.

Relação:

f = freqüência; T = período.

Comprimento de onda:

c = velocidade da onda (eletromagnética = 300.000 km/s; sonora = 1235 km/h) ; f = freqüência.

Fase:

Deslocamento do ciclo de onda.

Page 7: Redes Parte 2 - Ondas, Informação e Sinal

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Espectro eletromagnético

m kmmmµmnmpm

MHz kHzGHzTHzPHz

Page 8: Redes Parte 2 - Ondas, Informação e Sinal

Ricardo Pinheiro 8

Sinal

Definição

Seqüência de estados em um sistema de informação que codifica uma mensagem.

Materialização da informação, na forma de impulsos eletromagnéticos.

Taxonomia de sinais

Tempo discreto – seqüências de valores definidos em instantes de tempo periódicos.

Tempo contínuo – estado definido em qualquer instante de tempo.

Digitais – só podem assumir valores discretos, enumeráveis, normalmente de um conjunto limitado de valores possíveis.

Analógicos – podem assumir qualquer valor real.

Page 9: Redes Parte 2 - Ondas, Informação e Sinal

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Sinais analógico e digital

Analógico

Variação contínua de amplitude.

Digital

Variação discreta de amplitude.

Qualquer informação pode ser codificada e transmitida por um sinal analógico ou digital.

Page 10: Redes Parte 2 - Ondas, Informação e Sinal

Ricardo Pinheiro 10

Banda passante e largura de banda

Banda passante

Intervalo de freqüências positivas que compõem o sinal.

Largura de banda

Diferença da maior para a menor freqüência da banda do sinal – tamanho da banda passante.

Page 11: Redes Parte 2 - Ondas, Informação e Sinal

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Geradores de distorção nos sinais

Causam distorções no sinal durante a transmissão.

Interferências e ruídos

Quantidade medida pela equação

S = sinal; N = ruído.

Unidade mais aceita é o decibel:

P=potência ; P0 = potência de referência.

Escala logarítmica

Se P/P0 = 10, então P

dB=10 dB.

Se P/P0 = 100, então P

dB=20 dB.

Se P/P0 = 1000, então P

dB=30 dB.

Page 12: Redes Parte 2 - Ondas, Informação e Sinal

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Geradores de distorção nos sinais

Tipos de ruídos

1. Ruído térmico (ou branco)

Provocado pela agitação dos elétrons no meio.

Presente em todos os dispositivos eletrônicos.

2. Ruído de intermodulação

Sobreposição de freqüências no mesmo canal.

Sinais com potência muito alta ou defeito.

3. Crosstalk

Condutores próximos que induzem sinais entre si.

4. Ruído impulsivo.

Não contínuo.

Pulsos irregulares e com grandes amplitudes.

Muito danoso em transmissões digitais.

Page 13: Redes Parte 2 - Ondas, Informação e Sinal

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Geradores de distorção nos sinais

Atenuação

Potência cai com a distância.

Perda de energia por calor e por radiação.

Queda logarítmica - decibéis/unidade de comprimento.

Uso de repetidores para regenerar o sinal, desde que a atenuação não ultrapasse um máximo.

Eco

Efeitos parecidos aos gerados pelo ruído.

Mudança de impedância gera reflexões de sinal.

Uso de terminadores e transceptores de alta impedância para absorver os sinais e evitar a reflexão.

Page 14: Redes Parte 2 - Ondas, Informação e Sinal

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Construção do sinal

Todo sinal periódico pode ser escrito como uma soma de senos e cossenos de diversas freqüências (Fourier, século XIX)

Série de Fourier.

Cada componente é um harmônico do sinal.

Page 15: Redes Parte 2 - Ondas, Informação e Sinal

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Construção do sinal

Conversão do sinal

analógico ↔digital

Quanto maior a banda passante, mais harmônicos podem ser passados através do meio.

Quanto mais harmônicos, o sinal recebido estará mais próximo do sinal original.

Page 16: Redes Parte 2 - Ondas, Informação e Sinal

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Taxa de transferência

Taxas de transmissão

Bps: bits por segundo.

Bauds: número de intervalos de sinalização por segundo.

Teorema de Nyquist

Capacidade máxima de um canal sem ruído algum, dada a sua banda passante.

Lei de Shannon

Capacidade máxima de um canal com ruído térmico, dada a sua banda passante.

C = capacidade; W = largura de banda; S = pot. do sinal;

N = pot. do ruído; L = no. de níveis usado na codificação.

Page 17: Redes Parte 2 - Ondas, Informação e Sinal

Ricardo Pinheiro 17

Conversão de sinal