telecom i introducao

UNISANTOS

Ciencias da Computação

Eng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 1

DISCIPLINA

Telecomunicações I

Introdução

5. Semestre

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Apresentação

• Esta apostila foi elaborada baseada em notas de aulas

utilizadas na Disciplina Telecomunicações I, 5 Semestre,

pertencente ao Curso de Ciências da Computação, da

UNISANTOS. Para a sua confecção foi utilizada uma

vasta bibliografia, com o intuito de proporcionar ao

estudante uma visão geral de Telecomunicações.

• A bibliografia encontra-se no último slide/página para

referência dos estudantes.

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Mini-currículo

Dados sobre o Autor• MBA Em Gestão Empresarial pela Fundação Getúlio Vargas RJ (2001), com extensão na

Universidade da Califórnia – Campus Irvine e Didática do Ensino Superior pela FGV

• Professor Licenciado para ensino de nível segundo grau pelo CEFET – Paraná (1995)

• Engenheiro Eletrônico pela UNISANTA (1991)

• Inglês e Espanhol

• Diversos Cursos de aperfeiçoamento realizados em: Eletrônica Digital, Fibras Óticas,

Microcontroladores, Telefonia Celular Digital CDMA, GSM, 3G e WiMAX, Softwares de

Planejamento Celular, Sistemas de Mediação e CRM para Operadoras de Telefonia Celular,

Cursos Cisco (CCNA, CCNP, QoS, VoIP), entre outros.

• Atuou em empresas como Alcatel-Lucent, Metapath Software International, Evadin Ind.

Amazônia (Mitsubishi, Motorola, RCA-Directv, etc.), TV Tribuna (Afiliada Rede Globo), entre

outras.

• Atualmente é Consultor de Sistemas de Engenharia Wireless na Cisco do Brasil.

• Possui experiência internacional em vários países da Europa, América Latina, EUA e China.

• Trabalha ainda como professor efetivo da CEFET-SP UNED Cubatão à mais de 19 anos e

da UNISANTOS para cursos tecnológicos e de engenharia.

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Princípios Básicos:

Introdução

Elemento de Acoplamento

Enlace de Comunicação• Cabo de Cobre

• Par Trançado

• Cabo Coaxial

• Cabo de Fibra Óptica

•Freqüência de Rádio

• Microondas

• Satélite

• Redes Celulares

Transmissor

Estação de Trabalho A

Receptor

Estação de Trabalho B

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Camada Física

• Define as características Mecânicas

• tamanho e forma dos conectores

• pinos & cabos

Elétricas

• valores dos sinais elétricos usados para representar bits

• tempo entre mudanças desses valores

• taxas de transmissão e distâncias que podem ser atingidas

Funcionais

• significado dos sinais transmitidos nas interfaces do nível físico

Procedurais

• combinações e seqüências de sinais para a transmissão dos bits

• Para ativar, manter e desativar

• Conexões físicas para a transmissão de bits entre entidades do nível de enlace

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Em Resumo:

• Define a representação dos bits

• Transmite bits

• Preocupações físicas

• Adapta o sinal ao meio de transmissão

• Define o formato e a pinagem dos conectores

Camada Física

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Meios de Transmissão

• É o caminho físico por onde passará a informação na forma

de sinais

• O transporte dos sinais que representam os bits

• da comunicação de dados é feito através de algum tipo de

meio físico

• Cada meio apresentam características próprias de largura de

banda, custo, atraso de transmissão e facilidade de

instalação e manutenção

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Fatores de Projeto dos Meios de Transmissão

• Banda: quanto maior a largura de banda do sinal, maior a

taxa de envio de bits que ele pode carregar

• Limitações físicas: determinam a distância máxima que

pode ser percorrida pelos sinais elétromagnéticos

• Interferência: vários sinais competindo numa mesma faixa

de frequências podem se sobrepor distorcendo ou mesmo

eliminando o sinal resultante

• Número de receptores: cada unidade ligada numa rede

insere atenuações e distorções para que possa receber o

sinal com a informação, limitando a distância e taxa de dados

(bps) possível

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Passos da Transmissão da Informação

1) Geração do padrão da informação (voz, dados, imagem,

vídeo, etc)

2) Descrição do padrão com certo grau de precisão por um

conjunto de símbolos (bits)

3) Codificação destes símbolos numa forma adequada ao meio

de transmissão de interesse

4) Transmissão destes símbolos codificados

5) Decodificação dos símbolos

6) Recriação do padrão original com base nos símbolos

recebidos e sujeito à degradação do meio de transmissão

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Sinais

• Representações do comportamento de uma grandeza elétrica

• Descrevem algum tipo de informação a ser transmitida –

(sinal = informação)

• Servem como meio de transporte da informação que se

deseja transmitir

• Sofre com as condições físicas do sistema de comunicações

• Existe todo um embasamento matemático para a sua

descrição

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1.1Sinal Analógico e Sinal Periódico:

1. Sinais Elétricos

Freqüência = Ciclos/segundo,unidade em Hz

Período (seg.)Amplitude (Vpp)

f(t)

e(t)Fase ()

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1.2 Sinais Discretos:Função Impulso Trem de Impulsos

Pulso Retangular

Onda Retangular

Sinal Digital


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• Sinal aleatório

Sinal de duração infinita que nunca se repete


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• Pseudo-aleatório

Sinal com intensa variação que se repete a cada longo intervalo de

tempo T


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Sinais Digitais

• Representados como uma sequência de símbolos de um

“alfabeto” de textos e dígitos

• A capacidade de um canal digital é medida em bps – bits por

segundo

• Os dados digitais são binários: usam 1’s ou 0’s para

representar qualquer informação

• Os dígitos binários podem ser representados por alterações

em sinais eletromagnéticos

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1.3 ESCALA dB (DECIBEL):

• Ganho = Ps / Pe Ganho (dB) = 10 log (Ps / Pe) unidade dB (deciBel)

• Ganho de Tensão (Gv) = Vs / Ve Gv (dB) = 20 log (Vs / Ve)

• Ganho de Corrente (Gi) = Is / Ie Gi (dB) = 20 log (Is / Ie)

Podemos Também considerar o sinal em dB, em relação àuma referência, assim:

• dBm = 10 log (Psinal / 1mW) (Potência)

• dBm = 20 log (Vsinal / 1mV) (Tensão)

• dB = 10 log (Psinal / 1W)

• dB = 20 log (Vsinal / 1V)


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EXEMPLO:

Calcular o ganho de cada elemento e o ganho total do

sistema abaixo em escala decimal e deciBel:

Pe = 200mW 50mW 4W Ps = 500mW

ATENUADOR AMPLIFICADOR ATENUADOR


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1.4 Representação Gráfica Sinal Elétrico:


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F (Hz)B=f=1/T=n/2

A

1.6 Banda Base do Sinal Digital

1 0 1 0 1A

t (seg)

A

t (seg)

TOnda Quadrada formada por 5 harmônicas

Soma de 5 harmônicas


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Ciencias da ComputaçãoExemplo de uma Série Fourier

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Ciencias da ComputaçãoExemplo de Espectro de Amplitudes

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• VELOCIDADE DE TRANSMISSÃO (bit rate): Número de bits transmitidos por segundo - unidade b.p.s.

• TAXA DE SINALIZAÇÃO OU VELOCIDADE DESINALIZAÇÃO (Baud rate): número de símbolos que podem ser transmitidos por segundo.

Entende-se por símbolo ao conjunto de bits representados poruma característica do sinal.

• Técnica Dibit - 1 símbolo = 2 bits

• Tribit - 1 símbolo = 3 bits

• Tetrabit - 1 símbolo = 4 bits

• Octabit - 1 símbolo = 8 bits

• Unidade: BAUD/s => TxS = V/n .

1.7 Unidades de Medida de Transmissão de Dados


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1.8 Limites para Taxa de Transmissão de Dados

A Taxa de Transmissão de Dados depende de:

• Largura de Banda Disponível

• Níveis de Sinais que pode-se utilizar

• Qualidade do sinal

Fórmula de Nyquist (canal livre de ruídos)

• CN = 2*B*log2(L)

Lei de Shannon (Canal com ruído)

• CS = B*log2(1+SNR)

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1.9 Outras Características de Sinais:

Throughput

Velocidade de Propagação

Tempo de Propagação

Comprimento de Onda

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2. Linhas de Transmissão

2.1 Degenerações do Sinal Transmitido:

Um sinal elétrico pode sofrer diversas formas degenerações que,

variando de intensidade, podem provocar até a ininteligibilidade

deste sinal. Interferência Intersimbólica (ISI)

Atenuação de Amplitude

Ruído Branco

Ruído Impulsivo

Oscilação de Amplitude

Oscilação de Fase

Distorção Harmônica

Distorção de retardo

Drop Out

Eco

Diafonia

Translação de Freqüência

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2.1.1 Interferência Intersimbólica - ISI


Canal

ou

Linha de Transmissão

ISI

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2.1.1 Interferência Intersimbólica - ISI


Resposta em Amplitude de Filtro Cosseno

Elevado com diferentes fatores

Resposta a Impulso de Filtro Cosseno

Elevado com diferentes fatores

BW refere-se a FPB!

BW

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2.1.2 Atenuação em Amplitude


Distância (Km)

Atenuação

Amplitude

2.1.3 Ruído Branco

Pr

Ps

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2.1.4 Ruído Impulsivo


2.1.7 Oscilação de Fase

2.1.6 Oscilação de Amplitude

2.1.5 Distorção Harmônica

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2.1.8 Outros Tipos de Degenerações:

DropOut

Eco

Diafonia

Distorção de Retardo

Translação em freqüência


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Tx

Rx

Tx

Rx

Near End Crosstalk

Far End Crosstalk

2.1.8 Diafonia (Crosstalk)

Tx

RxRx


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2.2 MEIOS DE PROPAGAÇÃO DA INFORMAÇÃO:

Transmissão Guiada (Wireline):

Eletricidade – Cabo metálico:

Par Trançado

Cabo Coaxial

Óptico

Fibras Ópticas:

Meio Óptico (luz)

Não sofre interferência eletromagnética e eletrostática

Transmissão Sem fio (Wireless):

Rádio-freqüência:

Geralmente formando Links (Enlaces) de microondas, com antenas

Parabólicas em Linha Direta ou Via Satélite.

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2.2 MEIOS DE PROPAGAÇÃO DA INFORMAÇÃO:

Transmissão Guiada (Wireline):

Eletricidade – Cabo metálico:

Par Trançado

Cabo Coaxial

Óptico

Fibras Ópticas:

Meio Óptico (luz)

Não sofre interferência eletromagnética e eletrostática

Transmissão Sem fio (Wireless):

Enlaces Ponto-a-Ponto:

Geralmente formando Links (Enlaces) de microondas, com antenas

Parabólicas em Linha Direta ou Via Satélite.

Enlaces Ponto-Multiponto:

Acesso de Redes Celulares, WiFi, entre outros

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2.2.1 Cabos Elétricos:

a) Par Trançado (Twisted Pair):

• baixo custo

• facilidade de aplicação

• não há imunidade à ruídos

• linha balanceada

• impedância entre 100 e 600

• Muito utilizado em Telefonia e

redes de computadores.

• Largura de banda restrita

• Tranças para reduzir interferências

• Quanto mais, melhor a qualidade


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b) Cabo Coaxial:

• custo superior

• relativa facilidade de aplicação

• imunidade à ruídos

• Largura de Banda elevada

• Grande atenuação com

distância

• menor resistência DC que o

Par Metálico

• linha não balanceada

• impedância de 50 e 75

2.2.1 Cabos Elétricos (continuação):

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f) Tipos de Cabos Elétricos e Conectores


• RJ: Registered Jack, conector largamente

utilizado para cabos de pares trançados.

• RJ11: padrão americano para conector

de telefonia.

• RJ45: padrão para conexão de redes

Ethernet

• BNC (bayonet Neill-Concelman):

conector largamente utilizado em

cabos coaxiais

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• Tipos de Cabos

UTP – Unshielded Twisted Pair (Par Trançado Não Blindado)

• Mais utilizado, mais barato.

STP - Shielded Twisted Pair (Par Trançado Blindado)


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• Outras Interfaces e Cabos:

USB – Universal Serial Bus

Referencias: http://pinouts.ws/usb-pinout.html

http://pt.wikipedia.org/wiki/USB

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2.2.2 Cabos Ópticosa) Fibras Ópticas

• Custo mais elevado

• Dificuldade de Emendas e Acoplamentos

• Sensível a Calor

• Maior Durabilidade

• Maior Imunidade a Ruídos e Interferências Eletromagnéticas

• Muito Maior Velocidade de Transmissão de Dados (Até Tbps)

• Menor atenuação, maior resposta em freqüência

• Menor Peso e Dimensão

• Grande Flexibilidade


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2.2.2 Cabos Ópticos (cont.)b) Tipos de Fibras Ópticas

• Monomodo (MM)

• Multimodo (SM)

Índice Degrau

Índice Gradual


Conector SC

Conector MT-RJ

Conectores de Fibras Ópticas

Conector ST

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Exercícios:

1. Quais as vantagens da Fibra Óptica em relação aos

sistemas de cabos elétricos?

2. Uma linha de transmissão se comporta como que tipo de

filtro?

3. Cite 3 tipos de cabeamento Ethernet:

4. O que são ondas estacionárias e quais as conseqüências

em sistemas de transmissão? Como pode-se reduzir os

seus efeitos?

5. Quantos pares de fios trançados existem em um cabo UTP

CAT5?

6. O que é certificação de cabeamento?


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Transmissão da Informação Digital

• A informação analógica ou digital pode ser codificada como

sinal analógico ou digital

• Alguns meios como FO ou comunicação sem fio somente

irão propagar adequadamente sinais analógicos (não

transmitem bem sinais puramente digitais)

• Parâmetros importantes a serem considerados num primeiro

momento:

Largura de banda necessária para o sinal

Sincronização entre transmissor e receptor

Possibilidade de detecção de erros

Custo e complexidade do sistema

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Comunicação Paralela

• Um conjunto de bits, em geral um

byte, é transmitido em vários

suportes (pinos e condutores), cada

bit do byte em um meio

independente e ao mesmo tempo

• Por exemplo: conexões internas do

computador e conexões entre o

computador e os periféricos

• Para grandes distâncias a

transmissão em paralelo mostra-se

inadequada, devido ao custo de

fabricação de longas metragens de

cabos

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Comunicação Serial

• Os bits de um byte são transmitidos, um após o outro,

utilizando um mesmo meio físico.

Além da economia da interconexão, os dados, mesmo transmitidos

seqüencialmente, deslocam-se com velocidade muito maior

• A transmissão serial divide-se em dois tipos:

assíncrona

síncrona

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Modos de Transmissão

• Na transmissão dos bits do sinal digital, o receptor deve ser

capaz de reconhecer:

Onde se inicia um bit

Onde se inicia/termina um elemento de dado (byte ou caracter)

Onde se inicia/termina uma mensagem (conjunto de bytes)

• Desta forma o problema de sincronização entre quem envia e

quem recebe é muito importante

Transmissão Assíncrona: sincronismo do transmissor e do receptor

são independentes

Transmissão Síncrona: transmissor e receptor trabalham com o

mesmo sincronismo

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Transmissão Assíncrona

• Sincronismo entre dispositivos não é relevante

• Informação trocada por processo de sinalização Início-Fim.

• O padrão de transmissão baseado no envio de caracteres

Agrupamento de 7 ou 8 bits

Enviado como Caractere + Sinalização

• Considera-se que o enlace está sempre pronto para transmitir

• O sistema é assíncrono em nível de caractere já que cada bit apresenta o

mesmo tempo de duração.

• Os bits de start/stop e a condição de repouso alertam o receptor para início e

fim de cada caractere

Ao receber o Start bit, o Receptor dispara um relógio e começa a contar os bits que

chegam até ele.

Os bits Start/Stop e marca tornam a transmissão assíncrona mais lenta do que a

síncrona.

As vantagens ficam pelo custo menor e maior simplicidade de circuitos.

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Transmissão Síncrona

• Blocos de bits são combinados em longos QUADROS ou FRAMES

Podem ser constituidos de vários BYTES

• Os Bytes são introduzidos no enlace sem qualquer intervalo entre sí.

• O Receptor deve ser capaz de separar os quadros em Bytes e

decodificar o propósito deles.

Os dados são transmitidos em cadeia longa e ininterrupta

O Receptor quebra a cadeia em bytes ou caracteres para reconstruir a

informação

• O Receptor necessita de um sincronísmo estável e confiável para ser

capaz de “contar” os bits que chegam em ordem.

• As vantagens são:

Velocidade

Menos bits transmitidos para controle (Overhead)

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Transmissão Assíncrona vs Síncrona

• Transmissão Assíncrona

Direção do Fluxo

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Transmissão Assíncrona vs Síncrona

• Transmissão Síncrona

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Bibliografia

• Ethernet – O Guia Definitivo Charles E. Spurgeon Ed. Campus

• Apostila Redes de Computadores Prof. Mauro Tapajós

• Comunicacão de Dados e Redes de Computadores Behrouz A. Foruzan Bookman Editora, 3ª Edição, 2006

• Redes de Computadores - Dados, Voz e Imagem Lindeberg Barros de Souza Ed. Érica

• Redes Locais de Computadores - Tecnologia e Aplicações Autor: W. F. Giozza, J. F. M. de Araújo, J. A. B. Moura e J. P. Sauvé Ed. Makron Books - EMBRATEL

• Transmissão de Dados em Redes de Computadores Autor: W. L. Zucchi Ed. Livros Técnicos e Científicos S.A.

• Redes de Dados, Teleprocessamento e Gerência de Redes Autor: Vicente Soares Neto Ed. Érica

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