Comunicacao de dados

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Bom material par aquem esta a tirar um curso de redes

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Comunicacao de dados

  1. 3. Dado (sua Defini çao) <ul><li>D ado é uma sequência de símbolos quantificados ou quantificáveis. </li></ul><ul><li>Exemplo de ddos: </li></ul><ul><li>um texto, fotos, sons gravados e animacoes. </li></ul>Comunicacao de Dados
  2. 4. Sinal <ul><li>Em geral, entende-se que um sinal é uma sequência de estados em um sistema de comunicação que codifica uma mensagem. A definição pode mudar de acordo com o contexto em que se está trabalhando. </li></ul>Comunicacao de Dados
  3. 5. Classificação dos sinais <ul><li>Sinais podem ser de tempo contínuo ou de tempo discreto e ainda podem ser digitais ou analógicos . </li></ul><ul><li>Sinais de tempo discreto são seqüências de valores, normalmente definidos em instantes de tempo periódicos. Sinais de tempo contínuo possuem seu estado definido em qualquer instante de tempo. </li></ul><ul><li>Sinais digitais só podem assumir valores discretos, enumeráveis, ou inteiros, normalmente de um conjunto limitado de valores possíveis. Sinais analógicos podem assumir qualquer valor real. </li></ul>Comunicacao de Dados
  4. 6. Exemplos de Sinais <ul><li>Analógicos </li></ul><ul><li>Som - Som é a vibração mecânica de um meio físico, como o ar, água ou barbantes. A intensidade de pressão de um ponto em um meio físico pode ser a definição de um sinal. </li></ul><ul><li>Potencial elétrico - A diferença de potencial elétrico entre dois pontos é a definição de um número enorme de sinais. Muitas vezes os dois pontos são dois fios metálicos, como em um microfone ou em uma antena de televisão. </li></ul><ul><li>Nível de água - O nível de água em um tanque pode ser visto como um sinal, e sua medição, por uma régua por exemplo, é uma forma de transmissão deste sinal. </li></ul>Comunicacao de Dados
  5. 7. Exemplos de Sinais <ul><li>Digitais </li></ul><ul><li>CD - Um CD carrega dois sinais digitais, com 44100 amostras por segundo, e 16 bits de resolução cada. </li></ul><ul><li>Redes - A camada física das redes recebem uma seqüência de bits a serem transmitidos, podendo chegar a pacotes com mais de 1000 bits. </li></ul><ul><li>Comportas de um Canal - É possível definir sinais digitais a partir das comportas do canal de Suez ou da barragem de cahora Bassa, representando o facto de cada uma dela estar aberta ou fechada. </li></ul>Comunicacao de Dados
  6. 8. Comunicação de dados <ul><li>Em um sistema de comunicação, o transmissor recebe uma mensagem, e a codifica em um sinal, que é transportado pelo sistema de comunicações até o receptor, que descodifica o sinal e solta uma mensagem. Por exemplo, um texto, ao ser transmitido via telégrafo, é convertido primeiro em traços, pontos e pausas, e o telegrafista acciona o dispositivo de telégrafo criando um sinal, que é a tensão eléctrica a ser transmitida por um par de fios. Do outro lado, o receptor recebe um sinal, também na forma de uma tensão eléctrica em um par de fios. Por fim, o sinal é descodificado, gerando uma mensagem que se espera ser igual ao texto original transmitido. </li></ul>Comunicacao de Dados
  7. 9. Comunicação de dados (cont.) <ul><li>A tensão criada pelo telegrafista, o sinal transmitido, pode sofrer distorções durante a transmissão. Estas distorções podem ser tanto mudanças determinísticas e reversíveis do sinal, quanto a adição de ruídos completamente aleatórios. Estas distorções podem ser intensas o suficiente para modificar o conteúdo da mensagem. </li></ul>Comunicacao de Dados
  8. 10. Transmissao de sinais Comunicacao de Dados
  9. 11. tipos de sinal <ul><li>Ha varios tipos de sinal </li></ul><ul><li>1. Sinais Determinísticos </li></ul><ul><li>- Podem ser completamente caracterizados por uma função no tempo </li></ul>Comunicacao de Dados
  10. 12. Tipos de sinal (cont.) <ul><li>2. Sinais Aleatórios </li></ul><ul><li>- Não podem ser completamente caracterizados por uma função no tempo e devem ser modelados no tempo e probabilisticamente. </li></ul><ul><li>Exemplos </li></ul><ul><li>- Ruído </li></ul><ul><li>- Sinal de Informação (Voz, dados, etc ,…) </li></ul>Comunicacao de Dados
  11. 13. Tipos de sinal (cont.) <ul><li>Sinal Contínuo </li></ul><ul><li>- Varia de forma suave com o tempo amplitude </li></ul>Comunicacao de Dados
  12. 14. Tipos de sinal (cont.) <ul><li>Sinal Discreto </li></ul><ul><li>- Mantém um nível constante durante um intervalo determinado de tempo e depois varia para outro determinado de tempo e depois varia para outro nível constante, assim sucessivamente. </li></ul>Comunicacao de Dados
  13. 15. Tipos de sinal (cont.) <ul><li>Sinal Amostrado </li></ul><ul><li>-Sinal discreto obtido da amostragem de um sinal contínuo </li></ul>Comunicacao de Dados
  14. 16. Tipos de sinal (cont.) <ul><li>Sinais Periódicos </li></ul><ul><li>Possuem um padrão repetitivo com o tempo </li></ul>Comunicacao de Dados
  15. 17. Tipos de sinal (cont.) <ul><li>Sinais Aperiódicos </li></ul><ul><li>Não possuem um padrão repetitivo </li></ul>Comunicacao de Dados
  16. 18. Características do Sinal <ul><li>- Os sinais são geralmente constituídos por muitas componentes de freqüência </li></ul><ul><li>- As componentes são formas de onda senoidais </li></ul><ul><li>Através da análise de Fourier podemos determinar a contribuição de cada componente freqüência do sinal </li></ul>Comunicacao de Dados
  17. 19. Características do Sinal (cont.) <ul><li>Um sinal periódico tem uma representação no domínio da frequência que é um conjunto de “riscas” </li></ul><ul><li>Um sinal não periódico tem uma representação “contínua” no domínio da frequência </li></ul><ul><li>Representação de um sinais no tempo e na frequência </li></ul>Comunicacao de Dados
  18. 20. Características do Sinal (cont.) <ul><li>Comprimento de onda - λ </li></ul><ul><li>Distância correspondente a um ciclo de um sinal que se propaga num meio </li></ul><ul><li>Sendo T o período, f a frequência e v a velocidade de propagação </li></ul><ul><li>Velocidade de propagação da luz no espaço livre: c = 3 * 10 8 ms-1 </li></ul>Comunicacao de Dados
  19. 21. Características do Sinal (cont.) <ul><li>Atrasos de propagação típicos ( ) </li></ul>Comunicacao de Dados
  20. 22. Características do Sinal (cont.) <ul><li>Sinal nas Frequências </li></ul><ul><li>Sinal periódico 􀃆 expansível em Série de Fourier – Frequência fundamental + harmónicos </li></ul>Comunicacao de Dados
  21. 23. Características do Sinal (cont.) Comunicacao de Dados
  22. 24. Amostragem <ul><li>Tira-se amostras do sinal espaçadas de um intervalo de tempo fixo, o período de amostragem , representado por Ta </li></ul><ul><li>O período de amostragem depende da frequência de amostragem (fa) [em Inglês fs] </li></ul><ul><ul><li>Número de amostras por segundo </li></ul></ul><ul><ul><li>Ex: fa=1000 Hz dá T=1/fa=1/1000=1 ms </li></ul></ul><ul><li>O número total de pontos de um sinal digital depende da sua duração e da frequência de amostragem </li></ul><ul><ul><li>5 segundos amostrados a 10 000 Hz dão 50 000 amostras </li></ul></ul>Comunicacao de Dados
  23. 25. Amostragem <ul><li>Outra forma de enunciar o teorema de Nyquist: </li></ul><ul><ul><li>O receptor pode reconstruir um sinal em que a máxima frequência é f desde que o sinal tenha sido amostrado um ritmo igual ou superior a 2f </li></ul></ul><ul><ul><li>Exemplo: um sinal de voz que está limitado a 4 KHz, só necessita de ser amostrado 8000 vezes/s </li></ul></ul><ul><ul><li>(i.e. Período de amostragem é 1/8000 s = 125 micro segs) </li></ul></ul>Comunicacao de Dados
  24. 26. Amostragem Comunicacao de Dados
  25. 27. Amostragem Comunicacao de Dados Período de amostragem
  26. 28. Quantização <ul><li>Os valores contínuos da amplitude também têm de ser convertidos em valores tratáveis pelo computador </li></ul><ul><ul><li>Os computadores guardam os números usando 0s e 1s, os chamados bits </li></ul></ul><ul><ul><li>3 bits dá para representar 8 números diferentes </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>000 001 010 011 100 101 110 111 </li></ul></ul></ul><ul><li>Este processo designa-se por quantização </li></ul>Comunicacao de Dados
  27. 29. Quantos Hz ? Quantos bits ? <ul><li>Para sinal de voz ? </li></ul><ul><li>Para música (CD) ? </li></ul><ul><ul><li>Quais os valores utilizados pelos leitores de CD ? </li></ul></ul><ul><ul><li>E pelos DATs ? </li></ul></ul><ul><li>Para sinal medindo a abertura e fecho das cordas vocais ? </li></ul><ul><li>Para sinal gravado via telefone ? </li></ul>Comunicacao de Dados
  28. 30. Representação de sinais digitais <ul><li>Depois da amostragem e quantização ficamos com uma lista de números que facilmente se podem tratar em programas como o SFS e o Matlab </li></ul><ul><ul><li>As sinusóides que temos vindo a ver são de facto listas d números como a seguinte: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>0 0.0251 0.0502 0.0753 0.1004 0.1253 0.1502 0.1750 0.1997 0.2243 .... </li></ul></ul></ul>Comunicacao de Dados
  29. 31. Convertendo Digital /Analógico <ul><li>A onda portadora pode ser alterada: </li></ul><ul><ul><li>Amplitude (altura) da onda e fase. </li></ul></ul><ul><ul><li>Freqüência (número de vezes em que uma onda se repete durante um ciclo) da onda. </li></ul></ul><ul><li>A conversão de sinais digitais em analógicos denomina-se modulação. </li></ul><ul><li>A conversão de sinais analógicos em digitais denomina-se demodulação </li></ul>Comunicacao de Dados
  30. 32. Conversão D/A e vice-versa <ul><li>Modem </li></ul><ul><li>- Abreviação de modulador/demodulador. </li></ul><ul><li>Converte sinal digital em analógico e vice-versa. </li></ul>Comunicacao de Dados
  31. 33. Conversão D/A <ul><li>Reconstrução com impulsos quadrados – “hold </li></ul>Comunicacao de Dados
  32. 34. Formas de Transmissão <ul><li>Transmissão Digital </li></ul><ul><li>Transmissão Analógica </li></ul>Comunicacao de Dados
  33. 35. Transmissão Digital <ul><li>Envia dados como pulsos distintos: ou ligado (on), ou desligado (off). </li></ul><ul><ul><li>Similar à maneira pela qual os dados viajam através do computador. </li></ul></ul><ul><li>Uso de compressão, de códigos de detecção/correção de erros </li></ul>Comunicacao de Dados
  34. 36. Transmissão Analógica <ul><li>Sinal elétrico contínuo na forma de uma onda: </li></ul><ul><ul><li>Denomina-se onda portadora. </li></ul></ul><ul><li>Já existem muitas mídias de comunicação para transmissão analógica (voz): </li></ul><ul><ul><li>Linhas telefônicas são as mais comuns. </li></ul></ul><ul><li>O sinal digital do computador deve ser convertido para a forma analógica para ser transmitido por meio de linhas analógicas. </li></ul>Comunicacao de Dados
  35. 37. Modos de Transmissao <ul><li>Transmissao simcrona </li></ul><ul><li>Transmissao Assincrona </li></ul>Comunicacao de Dados
  36. 38. Transmissao sincrona <ul><li>Estabale-se um canal entre emissor e receptor </li></ul><ul><li>Ordem garantida </li></ul><ul><li>Grandes blocos de caracteres são transmitidos. </li></ul><ul><li>Os clocks internos dos dispositivos são sincronizados. </li></ul><ul><li>Bits de verificação de erros conferem se todos os caracteres foram recebidos. </li></ul><ul><li>Muito mais rápida, porém, o equipamento é mais caro. </li></ul>Comunicacao de Dados
  37. 39. Transmissao sincrona <ul><li>A transmissão SÍNCRONA é caracterizada pela possibilidade de transmitir um bloco inteiro </li></ul><ul><li>com a dição de controles apenas no começo e fim do bloco. Por exemplo, os caracteres de controle </li></ul><ul><li>do protocolo BSC (STX – “Start of TeXt”, ETX – “End of TeXt”). O bloco terá aproximadamente a </li></ul><ul><li>seguinte configuração: </li></ul>Comunicacao de Dados
  38. 40. Transmissão Assíncrona <ul><li>Também chamada de transmissão start/stop. </li></ul><ul><ul><li>Um bit de partida (start) é transmitido no início de cada grupo de bits. </li></ul></ul><ul><ul><li>Um bit de parada (stop) é enviado no final de cada grupo. </li></ul></ul><ul><ul><li>Cada grupo, tipicamente, consiste em um caractere. </li></ul></ul><ul><li>O dispositivo receptor recebe o sinal de partida e cria um mecanismo para aceitar o grupo. </li></ul><ul><li>Usada para comunicações de baixa velocidade. </li></ul>Comunicacao de Dados
  39. 41. Transmissão Assíncrona Comunicacao de Dados
  40. 42. <ul><li>SERIAL – Transmissão de um bit por vez na unidade de tempo. Há necessidade de apenas 1 via. </li></ul><ul><li>Transmissão Serial: </li></ul><ul><ul><li>Os bits do caracter são transmitidos um de cada vez. </li></ul></ul><ul><ul><li>Vantagem: Baixo custo. </li></ul></ul><ul><ul><li>Desvantagem: Necessidade de saber qual bit é o primeiro do caracter para decodificar a informação . </li></ul></ul>Transmissão Serial X Transmissão Paralela Comunicacao de Dados
  41. 43. Transmissão Serial X Transmissão Paralela <ul><li>PARALELA – envio simultâneo de um conjunto de bits. Há necessidade de tantas vias quantos forem os bits utilizados. </li></ul><ul><li>Transmissão Paralela: </li></ul><ul><ul><li>O sistema deve transmitir os bits do caracter de uma vez só. </li></ul></ul><ul><ul><li>Ex: 6 trajetórias separadas para cada bit mais um bit de controle. </li></ul></ul><ul><ul><li>Vantagem: Terminal mais barato (não tem necessidade de decidir quais os bits que aparecem primeiro em cada caracter). </li></ul></ul><ul><ul><li>Desvantagem: Custo alto, impossibilitando cobrir grandes distâncias. </li></ul></ul>Comunicacao de Dados
  42. 44. Transmissão de Dados <ul><li>Transmissão Serial Assíncrona: </li></ul><ul><li>A sincronização é conseguida por um elemento de start que precede cada caracter e um elemento stop no seu final </li></ul><ul><ul><li>Vantagem: O s caracteres podem ser transmitidos e regularmente espaçados no tempo. </li></ul></ul><ul><ul><li>Desvantagem: boa parte transmitida não transporta informação útil . </li></ul></ul>Comunicacao de Dados
  43. 45. Modos de comunica çao <ul><li>Ha tres modos de comunicacao: </li></ul><ul><li>Transmissão Símplex; </li></ul><ul><li>Semidúplex ; </li></ul><ul><li>Duplex Completo. </li></ul>Comunicacao de Dados
  44. 46. Transmissão Símplex <ul><li>A transmissão símplex envia dados em uma única direção apenas. </li></ul><ul><ul><li>Exemplo: transmissão de televisão. </li></ul></ul>Comunicacao de Dados Modos de comunica çao (cont.)
  45. 47. Semidúplex <ul><li>A transmissão semidúplex envia dados em ambas as direções, mas somente em um sentido por vez. </li></ul><ul><ul><li>Exemplo: o caixa eletrônico do banco envia dados sobre um depósito; depois que os dados são recebidos, uma confirmação é retornada. Ex rádio polícia </li></ul></ul>Comunicacao de Dados Modos de comunica çao (cont.)
  46. 48. Duplex Completo (fullduplex) <ul><li>A transmissão dúplex completo permite transmissão em ambas as direções ao mesmo tempo. </li></ul><ul><ul><li>Exemplo: uma conversa telefônica. </li></ul></ul><ul><ul><li>comunicação de dados de alta velocidade </li></ul></ul><ul><li>Ex telefone </li></ul>Comunicacao de Dados Modos de comunica çao (cont.)
  47. 49. Erros de transmissão <ul><li>Causas </li></ul><ul><li>- </li></ul>Comunicacao de Dados
  48. 50. Atenuação do sinal <ul><li>• Diminuição da amplitude do sinal transmitido. </li></ul><ul><li>• Atenuação do sinal . </li></ul><ul><li>• Relacionado com o comprimento do meio de transmissão. </li></ul><ul><li>• Limita-se esse comprimento. </li></ul><ul><li>• Inserção de amplificadores/repetidores. </li></ul><ul><li>• Atenuação aumenta com frequência. </li></ul><ul><li>• Equalizadores são utilizados para amplificar as frequências dos sinais que sofrem mais atenuações. </li></ul>Comunicacao de Dados
  49. 51. Limitação da largura de banda Comunicacao de Dados
  50. 52. Distorção e Amplificação do sinal <ul><li>Distorçao </li></ul><ul><li>Distorção de Amplitude </li></ul><ul><li>– A potência do sinal diminui com a distância (atenuação) Em meios guiados, a atenuação varia exponencialmente com a distância (medida em escala logarítmica; unidade: dB / km) </li></ul><ul><li>A transmissão analógica requer amplificadores </li></ul><ul><li>A atenuação depende das características do meio </li></ul>Comunicacao de Dados
  51. 53. Distorção e Amplificação do sinal (cont.) <ul><li>– A atenuação aumenta com a frequência (distorção de amplitude) </li></ul><ul><li>– A potência do sinal recebido </li></ul><ul><li>Deve ser suficiente para ser detectado (sensibilidade do receptor) </li></ul><ul><li>Deve ser superior ao ruído para ser detectado sem erros </li></ul><ul><li>– O sinal digital é regenerado com recurso a repetidores </li></ul>Comunicacao de Dados
  52. 54. Distorção e Amplificação do sinal (cont.) <ul><li>Distorção de fase (atraso de fase) </li></ul><ul><li>– Causa: variação da velocidade de propagação com a frequência </li></ul><ul><li>Se o desvio de fase introduzido pelo canal variar linearmente com a frequência, o sinal não é distorcido mas simplesmente atrasado </li></ul><ul><li>– Característica de meios guiados (cabos, fibras) </li></ul>Comunicacao de Dados
  53. 55. Velocidade de Dados <ul><li>Medida em bits por segundo (bps). </li></ul><ul><ul><li>Os primeiros modems transmitiam a 300 bps. </li></ul></ul><ul><ul><li>Os modems mais rápidos atuais transmitem a 56.000 bps. </li></ul></ul><ul><li>A velocidade real depende das condições da linha e de outras variáveis (operadora...). </li></ul>Comunicacao de Dados
  54. 56. Capacidade de Canal ( Teorema de Nyquist) <ul><li>Apenas ficar com algumas amostras do sinal não leva a perder informação contida no sinal analógico? </li></ul><ul><ul><li>Nyquist mostrou que sinais com largura de banda limitada – que contêm apenas uma certa gama de frequências – podem ser reconstruídos EXACTAMENTE do sinal amostrado desde que a FREQUÊNCIA DE AMOSTRAGEM SEJA O DOBRO da maior frequência contida no sinal </li></ul></ul>Comunicacao de Dados
  55. 57. Capacidade de Canal ( Teorema de Nyquist) <ul><li>– A Capacidade de um canal C ( bit/s ) representa o limite superior do débito binário (de dados) a que o emissor pode transmitir </li></ul><ul><li>O débito binário DR ( D ata R ate / Bit Rate ) expressa o número de símbolos binários que o emissor transmite por segundo (unidade: bit/s ) </li></ul><ul><li>Para transmissão no canal, a sequência binária pode ser convertida num sinal digital com L </li></ul><ul><li>níveis (L = 2, 4, 8, ….); cada nível é representado por um sinal digital elementar </li></ul>Comunicacao de Dados
  56. 58. Capacidade de Canal ( Teorema de Nyquist) <ul><li>– Designa-se por ritmo de modulação MR ( M odulation R ate / Baud Rate ) a frequência transmissão de sinais elementares, ou seja, o inverso da sua duração (unidade: baud ) </li></ul><ul><li>DR = MR log2 L </li></ul><ul><li>– O sinal digital é distorcido pelo canal, dando origem a Interferência Intersimbólica (ISI) </li></ul><ul><li>– De acordo com o 1º Critério de Nyquist, é possível recuperar a informação contida no sinal, </li></ul><ul><li>reduzindo a ISI nos instantes em que o sinal é amostrado, desde que a Largura de Banda do canal, designada por B (unidade: Hz ) seja superior (ou igual) a </li></ul>Comunicacao de Dados
  57. 59. Capacidade de Canal ( Teorema de Nyquist) <ul><li>B0 = MR / 2 (valor mínimo que corresponde a um filtro passa-baixo ideal) – Filtros de Nyquist obedecem à condição B = B0 (1 + ρ ) , sendo 0 < ρ < 1 o factor de roll-off </li></ul><ul><li>– O débito binário DR é então superiormente limitado por </li></ul><ul><li>C = 2 B log2 L (que corresponde a ρ = 0) </li></ul>Comunicacao de Dados
  58. 60. Transmissão de um sinal através de um meio limitado em frequência e sem ruído <ul><li>Teorema de Nyquist (teorema da amostragem de Nyquist) </li></ul><ul><ul><li>Meio só passa as frequências entre 0 e H Hertz </li></ul></ul><ul><ul><li>Todas as componentes de frequência superior a H não passam </li></ul></ul>Comunicacao de Dados
  59. 61. Comunicacao de Dados
  60. 62. Exemplo <ul><li>Seja 100 Hz a frequência mais elevada contida num sinal analógico </li></ul><ul><ul><li>Qual deve ser a frequência de amostragem a utilizar ? </li></ul></ul><ul><ul><li>Estes 100 Hz podem corresponder a algum sinal que conhece da área da voz ? </li></ul></ul><ul><li>E no caso do sinal de voz ? </li></ul>Comunicacao de Dados
  61. 63. Canais com ruído (teorema de Shannon) <ul><li>Teorema de Shannon-Hartley </li></ul><ul><li>Bit rate = H x log 2 (1 + S/N) bps </li></ul><ul><li>Exemplo: linha telefónica caracterizada por H=3000 Hz e S/N = 30 dB </li></ul><ul><li>Bit rate = 3000 X log2(1+1000) ~= 30 Kbps </li></ul><ul><li>Transmissão a 56 Kbps? </li></ul><ul><ul><li>Compressão </li></ul></ul><ul><ul><li>Linhas para os ISPs tem SNR superiores </li></ul></ul>Comunicacao de Dados
  62. 64. Banda de base (baseband) vs banda de canal (broadband) <ul><li>Banda de base – o meio de transmissão é dedicado a um único fluxo de dados </li></ul><ul><li>Banda de canal – o meio de transmissão é dividido em zonas (bandas de frequência) e é usado FDM para transmitir múltiplos canais em simultâneo </li></ul>Comunicacao de Dados
  63. 65. Largura de banda de um canal <ul><li>A largura de banda é o tamanho da banda passante (a maior freqüência menos a menor freqüência). </li></ul><ul><li>Banda passante - é a faixa de freqüências que permanece praticamente preservada pelo meio. </li></ul><ul><li>Qualquer sistema de transmissão através do qual um sinal passe deve ter uma largura de banda suficientemente grande para que todas as freqüências significativas do sinal possam ser transmitidas </li></ul>Comunicacao de Dados
  64. 66. Largura de banda de um canal <ul><li>Baud rate vs bit rate </li></ul><ul><li>Bit rate (bps) – número de bits transferido por unidade de tempo – directamente relacionado com a largura de banda H do meio </li></ul><ul><li>Baud rate – ritmo a que pode variar o sinal transmitido através do meio </li></ul><ul><li>Se o sinal transmitido pode tomar 2 n bit rate = baudrate x n </li></ul>Comunicacao de Dados
  65. 67. Máxima Capacidade de um Canal <ul><li>A máxima capacidade de um canal de transmissão de dados é a velocidade máxima do sinal de transmissão que pode passar através deste canal. A unidade desta medida é o bps (bit por segundo), e os teoremas básicos para encontrar esta velocidade máxima do sinal são o Teorema de Nyquist e o Teorema de Shannon. </li></ul><ul><li>Relembrando logaritmos </li></ul><ul><li>1. Numerador igual à base: Logbb=1 </li></ul><ul><li>2. Exponenciação: Logbn^x=x*logbn </li></ul><ul><li>3. Mudança de base: Logbn=logan/logab </li></ul><ul><li>4. Exponenciação: b^(logbn)=n </li></ul>Comunicacao de Dados
  66. 68. Máxima Capacidade de um Canal <ul><li>Relembrando decibel </li></ul><ul><li>O dB é uma unidade logarítmica muito usada em telecomunicações, representando relações entre duas grandezas de mesmo tipo, como relações de potências, tensões ou outras relações adimensionais p rincipalmente </li></ul>Comunicacao de Dados
  67. 69. Relembrando decibel <ul><li>• O ouvido humano tem resposta logarítmica (sensação auditiva versus potência acústica); </li></ul><ul><li>• Em telecomunicações, se usam números extremamente grandes ou pequenos. O uso de logaritmos facilita sua utilização. </li></ul><ul><li>Por definição, uma quantidade Q em dB é igual a 10 vezes o logaritmo decimal da relação de duas potências, ou seja : Q(dB) = 10 log ( P1 / P2 ). </li></ul>Comunicacao de Dados
  68. 70. Modulação <ul><li>processo de variação de altura (amplitude), de intensidade, frequência, do comprimento e/ou da fase de onda numa onda de transporte, que deforma uma das características de um sinal portador (amplitude, fase ou frequência) que varia proporcionalmente ao sinal modulador </li></ul><ul><li>Em telecomunicações, a modulação é a modificação de um sinal electromagnético inicialmente gerado, antes de ser irradiado, de forma que esta transporte informação sobre uma onda portadora </li></ul>Comunicacao de Dados
  69. 71. Modulação (cont.) <ul><li>Modulação é o processo na qual a informação é adicionada a ondas eletromagnéticas. É assim que qualquer tipo de informação, até a voz humana ou transação de dados numa aplicação interativa é transmitida numa onda eletromagnética. O transmissor adiciona a informação numa onda básica de tal forma que poderá ser recuperada na outra parte através de um processo reverso chamado demodulação </li></ul><ul><li>O dispositivo que realiza a modulação é chamado modulador . Basicamente, a modulação consiste em fazer com que um parâmetro da onda portadora mude de valor de acordo com a variação do sinal modulante, que é a informação que se deseja transmitir. </li></ul>Comunicacao de Dados
  70. 72. Porque A Modulação? <ul><li>Podemos resumir: A modulação é necessária para &quot;casar&quot; o sinal com o meio de transmissão. Este &quot;casamento&quot; envolve algumas considerações importantes, detalhadas nos items seguintes: </li></ul><ul><li>MODULAÇÃO PARA FACILIDADE DE IRRADIAÇÃO; </li></ul><ul><li>MODULAÇÃO PARA REDUÇÃO DE RUÍDO E INTERFERÊNCIA; </li></ul><ul><li>MODULAÇÃO PARA DESIGNAÇÃO DE FREQUÊNCIA; </li></ul><ul><li>MODULAÇÃO PARA MULTIPLEXAÇÃO; </li></ul><ul><li>· MODULAÇÃO PARA SUPERAR LIMITAÇÕES DE EQUIPAMENTO; </li></ul>Comunicacao de Dados
  71. 73. Tipos de Modulação <ul><li>Em grande parte, o êxito de um sistema de comunicação depende da modulação, de modo que a escolha do tipo de modulação é uma decisão fundamental em projetos de sistemas para transmissão de sinais. </li></ul><ul><li>A princípio, é possível identificar dois tipos básicos de modulação, de acordo com o tratamento da portadora pelo sinal modulante : </li></ul><ul><li>· MODULAÇÃO ANALÓGICA </li></ul><ul><li>· MODULAÇÃO DIGITAL </li></ul>Comunicacao de Dados
  72. 74. Tipos de Modulacao (cont.) <ul><li>Dependendo do parâmetro sobre o qual se actue, temos as seguintes tipos de modulação: </li></ul><ul><li>Modulação em amplitude (AM) </li></ul><ul><li>Modulação em fase (PM) </li></ul><ul><li>Modulação em frequência (FM) </li></ul><ul><li>Modulação em banda lateral dupla (DSB) </li></ul><ul><li>Modulação em banda lateral única (SSB) </li></ul><ul><li>Modulação de banda lateral vestigial (VSB, ou VSB-AM) </li></ul><ul><li>Modulação de amplitude em quadratura (QAM) </li></ul><ul><li>Modulação por divisão ortogonal de freqüência (OFDM) </li></ul>Comunicacao de Dados
  73. 75. Tipos de Modulacao (cont.) <ul><li>Quando a OFDM é utilizada em conjunção com técnicas de codificação de canal, se denomina Modulação por divisão ortogonal de freqüência codificada (COFDM). </li></ul><ul><li>Também se empregam técnicas de modulação por pulsos, entre elas: </li></ul><ul><li>Modulação por pulso codificado (PCM) </li></ul><ul><li>Modulação por largura de pulso (PWM) </li></ul><ul><li>Modulação por amplitude de pulso (PAM) </li></ul><ul><li>Modulação por posição de pulso (PPM </li></ul>Comunicacao de Dados
  74. 76. Modulação Analógica de Onda Sinusoidal <ul><li>A modulação de portadora sinusoidal compreende a modulação de amplitude, de fase e de frequência, que constituem uma família de métodos de modulação nos quais a amplitude, a fase ou a frequência de uma sinusoide de frequência central pré-determinada é alterada em função do sinal modulador. </li></ul><ul><li>A modulação de amplitude (AM) é caracterizada por uma relativa simplicidade de representação e uma fraca necessidade de banda passante. Por outro lado a sua eficiência em termos de potência é bastante baixa quando comparada com os métodos de modulação angular (fase e frequência) </li></ul>Comunicacao de Dados
  75. 77. Modulação Analógica de Onda Sinusoidal (cont.) <ul><li>Os métodos de modulação AM são ainda hoje frequentemente empregues em difusão rádio e TV, comunicações ponto a ponto (SSB) e multiplexagem em telefonia. Os métodos de modulação de fase e frequência são mais difíceis de implementar mas bastante mais eficientes e imunes ao ruído e daí uma qualidade de recepção bastante superior </li></ul>Comunicacao de Dados
  76. 78. Modulação AM <ul><li>Definição de AM </li></ul><ul><li>Portadora:    vp(t) = Vp sen (2 p fp t) </li></ul><ul><li>Sinal modulante:    vm(t) = Vm sen (2 p fm t) </li></ul><ul><li>Taxa ou índice de modulação:    M = Vm / Vp  (M também pode ser expresso em %) </li></ul><ul><li>Onda modulada em AM:   vam(t) = [ Vp + vm(t)] sen (2 p fp t) </li></ul><ul><li>Portanto:   vam(t) = Vp [1+M sen (2 p fm t)] sen (2 p fp t) </li></ul><ul><li>Ecfectuando o produto de senos temos : </li></ul><ul><li>vam  =  Vp sen (2 p fp t)   +  (M / 2) Vp cos (2 p (fp - fm) t )   -  (M / 2) Vp cos (2 p ( fp+fm) t)                  portadora                        banda lateral inferior                           banda lateral superior </li></ul>Comunicacao de Dados
  77. 79. Modulação AM <ul><li>Conclusão : </li></ul><ul><li>uma onda AM difere da portadora pura pelo facto de conter além da portadora duas bandas laterais de mesmo nível = M Vp / 2, e com frequências simétricas em relação a frequência da portadora fp, tendo a raia lateral superior frequência de fp+fm e a raia lateral inferior fp-fm </li></ul><ul><li>Quando pretendemos modular a amplitude de uma onda chamada portadora, na verdade a amplitude desta onda portadora permanece constante e aparecem duas novas ondas, as bandas laterais, que somadas a portadora resultam numa onda composta e com amplitude proporcional ao valor instantâneo do sinal modulante, ou seja, modulada em amplitude. Portanto, não é a portadora que está modulada em amplitude, mas a onda composta resultante da soma da portadora pura mais as bandas laterais. </li></ul>Comunicacao de Dados
  78. 80. Comunicacao de Dados
  79. 81. Modulação FM <ul><li>Por volta de 1920, a fim de contornar os problemas causados pela degradação da amplitude do sinal modulado, resolveu-se estudar a modulação da frequência (FM - frequency modulation ) de uma onda cossenoidal com variação proporcional ao sinal modulador, mantendo a amplitude da onda constante. </li></ul><ul><li>Para melhor entendimento da modulação em frequência, deve ser definido o conceito de frequência instantânea (frequência variável no tempo), já que, de acordo com a transformada de Fourier, um sinal pode ser representado no domínio do tempo ou no domínio da frequência, mas nunca em ambos simultaneamente. </li></ul>Comunicacao de Dados
  80. 82. <ul><li>Quando a frequência da onda senoidal varia no tempo, esta é calculada para cada instante de tempo através do limite quando </li></ul>Comunicacao de Dados
  81. 83. Comunicacao de Dados
  82. 84. <ul><li>Nesta análise será utilizado um sinal modulador cossenoidal de amplitude A1 e frequência F1. Se um circuito VCO for utilizado, a frequência instantânea será proporcional ao sinal modulador g(t) </li></ul>Comunicacao de Dados
  83. 85. Comunicacao de Dados
  84. 86. Comunicacao de Dados
  85. 87. Modulação por Pulsos <ul><li>iniciou a partir da teoria da amostragem, a qual estabelece que a informação contida em qualquer sinal analógico pode ser recuperada a partir de amostras do sinal tomadas a intervalos regulares de tempo. </li></ul><ul><li>No caso analógico, os valores das amostras do sinal são transferidos para as amplitudes, durações ou posições de pulsos de formato fixo conhecido. </li></ul><ul><li>No caso digital, os valores das amostras são convertidos para números binários que por sua vez são codificados em sequências de pulsos que representam cada um dos valores binários. </li></ul>Comunicacao de Dados
  86. 88. Modulação por Pulsos (cont.) <ul><li>A modulação digital tem preferência sobre a analógica devido a um fator fundamental: a informação transmitida na forma digital pode ser regenerada, replicada e retransmitida, mantendo-se livre de distorções. Esta vantagem, entretanto, possui um certo custo: o sinal modulado digitalmente ocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente. Outra vantagem da modulação digital consiste na possibilidade de multiplexação de sinais de informação originalmente analógica juntamente com dados provenientes de computadores os quais já são digitais por natureza. </li></ul>Comunicacao de Dados
  87. 89. Modulação por Pulsos (cont.) <ul><li>Modulação em Portadora Senusoidal. (Digital) </li></ul><ul><li>Exemplo: </li></ul>Comunicacao de Dados
  88. 90. Modulação por Pulsos (cont.) <ul><li>Modulação em Portadora Trem-de-pulso. </li></ul><ul><li>Trem-de-pulso: Sinal discreto. Tem como características a amplitude, a duração e o período. </li></ul>Comunicacao de Dados
  89. 91. Modulação por Pulsos (cont.) <ul><li>Modulação em Portadora Trem-de-pulso. </li></ul><ul><li>Modulação Analógica. </li></ul><ul><ul><li>PAM (Pulse Amplitude Modulation): Informação impressa na característica de amplitude. </li></ul></ul><ul><ul><li>PWM (Pulse Widht Modulation): Informação impressa na característica de duração de pulsos . </li></ul></ul>Comunicacao de Dados
  90. 92. Modulação por Pulsos (cont.) <ul><li>Modulação em Portadora Trem-de-pulso. </li></ul><ul><li>Modulação Analógica. (cont) </li></ul><ul><ul><li>PPM (Pulse Position Modulation): Informação impressa na característica dos deslocamentos relativos dos pulsos em relação a referência de tempo igualmente espaçada. </li></ul></ul><ul><ul><li>PFM (Pulse Frenquency Modulation): Informação impressa na característica de frequência. </li></ul></ul>Comunicacao de Dados
  91. 93. Modulação por Pulsos (cont.) <ul><li>Modulação em Portadora Trem-de-pulso. </li></ul><ul><li>Modulação Digital. </li></ul><ul><ul><li>PCM (pulse code modulation): modulação em código de pulsos. </li></ul></ul><ul><ul><li>DPCM ( PCM diferencial): Informação é enviadapor código representando a diferença dos valores da moduladora em instantes consecutivos de amostragem. </li></ul></ul><ul><ul><li>DM (Delta Modulation): modulação delta. </li></ul></ul>Comunicacao de Dados
  92. 94. Exemplos do uso de PCM <ul><li>Rede telefónica </li></ul><ul><ul><li>8000 amostras/s </li></ul></ul><ul><ul><li>8 bits por amostra, não linear </li></ul></ul><ul><ul><li>64 Kbps </li></ul></ul><ul><li>CDs </li></ul><ul><ul><li>Frequência de amostragem 44.1 KHz </li></ul></ul><ul><ul><li>16 bits por amostra, linear </li></ul></ul><ul><ul><li>Bit rate – 44.1x16x2 bits/s > 1 Mbps ... </li></ul></ul>Comunicacao de Dados
  93. 95. Tipos de Modulação <ul><li>Esquematização: </li></ul>Comunicacao de Dados
  94. 96. Transmissão de Dados <ul><li>transmissão de dados serão usados vários formatos de modulação para transmitir sequências de bits (BS - bit stream ) sem distinção se estes são provenientes de sinais PCM ou de dados de computadores e se são multiplexados ou não. Em se tratando da transmissão de sequências de bits, os processos de modulação são otimizados a fim de reduzir a largura de faixa de frequências ocupada pelo sinal a ser transmitido sem provocar distorções ou deixar o informação susceptível ao ruído. </li></ul>Comunicacao de Dados
  95. 97. Transmissão de Dados (cont.) <ul><li>Existem duas categorias básicas para transmitir dados: </li></ul><ul><li>não modulados (sem onda portadora de alta frequência) </li></ul><ul><ul><li>OOK ( on-off keying ) </li></ul></ul><ul><ul><li>BK ( bipolar keying ) </li></ul></ul><ul><li>modulados (com onda portadora de alta frequência) </li></ul><ul><ul><li>ASK ( amplitude shift keying ) </li></ul></ul><ul><ul><li>BPSK ( bipolar phase shift keying ) </li></ul></ul><ul><ul><li>DPSK ( diferencial phase shift keying ) </li></ul></ul><ul><ul><li>QAM ( quadrature amplitude modulation ) </li></ul></ul><ul><ul><li>MSK ( minimum shift keying ) </li></ul></ul><ul><li>FSK ( frequency shift keyin </li></ul>Comunicacao de Dados
  96. 98. Transmissão de Dados (cont.) <ul><li>A tabela abaixo mostra alguns exemplos de modulação relacionados com os sistemas de transmissão de dados em que são aplicados. </li></ul>Comunicacao de Dados Modulação Aplicação BK LAN ( local area network ) BPSK telemetria espacial, modems a cabo DPSK satélite, DAMPS ( digital advanced mobile phone system - TDMA) QAM satélite, modems, sistemas CDMA ( code division multiple access ), rádio digital de alta capacidade, tele-difusão digital MSK GSM ( global system for mobile communication - europeu) FSK telefone sem fio, pager, AMPS ( advanced mobile phone system - FDMA)

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