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Telecom i introducao

  1. 1. UNISANTOS Ciencias da Computação DISCIPLINA Telecomunicações I Introdução 5. SemestreEng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 1
  2. 2. UNISANTOS Ciencias da Computação 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. Eng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 2
  3. 3. UNISANTOS Ciencias da Computação Mini-currículoDados 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. Eng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 3
  4. 4. UNISANTOS Ciencias da Computação IntroduçãoPrincípios Básicos: Elemento de Acoplamento Estação de Trabalho A Estação de Trabalho B Transmissor Enlace de Comunicação Receptor • Cabo de Cobre • Par Trançado • Cabo Coaxial • Cabo de Fibra Óptica •Freqüência de Rádio • Microondas • Satélite • Redes CelularesEng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 4
  5. 5. UNISANTOS Ciencias da Computação 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 enlaceEng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 5
  6. 6. UNISANTOS Ciencias da Computação Camada FísicaEm Resumo:• Define a representação dos bits• Transmite bits• Preocupações físicas• Adapta o sinal ao meio de transmissão• Define o formato e a pinagem dos conectoresEng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 6
  7. 7. UNISANTOS Ciencias da Computação 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 manutençãoEng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 7
  8. 8. UNISANTOS Ciencias da Computação 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) possívelEng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 8
  9. 9. UNISANTOS Ciencias da Computação Passos da Transmissão da Informação1) 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 interesse4) Transmissão destes símbolos codificados5) Decodificação dos símbolos6) Recriação do padrão original com base nos símbolos recebidos e sujeito à degradação do meio de transmissãoEng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 9
  10. 10. UNISANTOS Ciencias da Computação 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 descriçãoEng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 10
  11. 11. UNISANTOS Ciencias da Computação 1. Sinais Elétricos 1.1 Sinal Analógico e Sinal Periódico: Período (seg.) Amplitude (Vpp) Fase () e(t)Freqüência = Ciclos/segundo, unidade em HzEng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior f(t) 11
  12. 12. UNISANTOS Ciencias da Computação 1. Sinais Elétricos 1.2 Sinais Discretos: Função Impulso Trem de Impulsos Onda Retangular Pulso Retangular Sinal DigitalEng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 12
  13. 13. UNISANTOS Ciencias da Computação 1. Sinais Elétricos• Sinal aleatório  Sinal de duração infinita que nunca se repete
  14. 14. UNISANTOS Ciencias da Computação 1. Sinais Elétricos• Pseudo-aleatório  Sinal com intensa variação que se repete a cada longo intervalo de tempo T
  15. 15. UNISANTOS Ciencias da Computação 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 eletromagnéticosEng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 15
  16. 16. UNISANTOS Ciencias da Computação 1. Sinais Elétricos 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 à uma referência, assim: • dBm = 10 log (Psinal / 1mW) (Potência) • dBm = 20 log (Vsinal / 1mV) (Tensão) • dB = 10 log (Psinal / 1W) • dB = 20 log (Vsinal / 1V)Eng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 16
  17. 17. UNISANTOS Ciencias da Computação 1. Sinais ElétricosEXEMPLO: 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 ATENUADOREng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 17
  18. 18. UNISANTOS Ciencias da Computação 1. Sinais Elétricos 1.4 Representação Gráfica Sinal Elétrico:Eng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 18
  19. 19. UNISANTOS Ciencias da Computação 1. Sinais Elétricos1.6 Banda Base do Sinal Digital TOnda Quadrada formada por 5 harmônicas A t (seg) A 1 0 1 0 1 Soma de 5 harmônicas t (seg) A B=f=1/T=n/2 F (Hz)Eng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 19
  20. 20. UNISANTOS Exemplo de uma Série FourierCiencias da Computação
  21. 21. UNISANTOS Exemplo de Espectro de AmplitudesCiencias da Computação
  22. 22. UNISANTOS Ciencias da Computação 1. Sinais Elétricos1.7 Unidades de Medida de Transmissão de Dados• VELOCIDADE DE TRANSMISSÃO (bit rate):  Número de bits transmitidos por segundo - unidade b.p.s.• TAXA DE SINALIZAÇÃO OU VELOCIDADE DE SINALIZAÇÃO (Baud rate):  número de símbolos que podem ser transmitidos por segundo.  Entende-se por símbolo ao conjunto de bits representados por uma 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 . Eng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 22
  23. 23. UNISANTOS Ciencias da Computação 1. Sinais Elétricos1.8 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)Eng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 23
  24. 24. UNISANTOS Ciencias da Computação 1. Sinais Elétricos1.9 Outras Características de Sinais:  Throughput  Velocidade de Propagação  Tempo de Propagação  Comprimento de OndaEng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 24
  25. 25. UNISANTOS Ciencias da Computação 2. Linhas de Transmissão2.1 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 FreqüênciaEng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 25
  26. 26. UNISANTOS Ciencias da Computação 2. Linhas de Transmissão2.1.1 Interferência Intersimbólica - ISI Canal ou Linha de Transmissão ISIEng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 26
  27. 27. UNISANTOS Ciencias da Computação 2. Linhas de Transmissão2.1.1 Interferência Intersimbólica - ISI BW Resposta a Impulso de Filtro Cosseno Resposta em Amplitude de Filtro Cosseno Elevado com diferentes fatores  Elevado com diferentes fatores  BW refere-se a FPB!Eng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 27
  28. 28. UNISANTOS Ciencias da Computação 2. Linhas de Transmissão 2.1.2 Atenuação em Amplitude Amplitude Atenuação Distância (Km)2.1.3 Ruído Branco Pr PsEng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 28
  29. 29. UNISANTOS Ciencias da Computação 2. Linhas de Transmissão 2.1.4 Ruído Impulsivo 2.1.6 Oscilação de Amplitude 2.1.5 Distorção Harmônica 2.1.7 Oscilação de FaseEng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 29
  30. 30. UNISANTOS Ciencias da Computação 2. Linhas de Transmissão 2.1.8 Outros Tipos de Degenerações:  DropOut  Eco  Diafonia  Distorção de Retardo  Translação em freqüênciaEng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 30
  31. 31. UNISANTOS Ciencias da Computação 2. Linhas de Transmissão 2.1.8 Diafonia (Crosstalk) Tx Near End Crosstalk Rx Tx Rx Tx Rx Far End Crosstalk RxEng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 31
  32. 32. UNISANTOS Ciencias da Computação 2. Linhas de Transmissão2.2 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.Eng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 32
  33. 33. UNISANTOS Ciencias da Computação 2. Linhas de Transmissão2.2 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 outrosEng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 33
  34. 34. UNISANTOS Ciencias da Computação 2. Linhas de Transmissão 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 qualidadeEng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 34
  35. 35. UNISANTOS Ciencias da Computação 2. Linhas de Transmissão2.2.1 Cabos Elétricos (continuação): 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 Eng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 35
  36. 36. UNISANTOS Ciencias da Computação 2. Linhas de Transmissãof) Tipos de Cabos Elétricos e Conectores• RJ: Registered Jack, conector largamente • BNC (bayonet Neill-Concelman):utilizado para cabos de pares trançados. conector largamente utilizado em • RJ11: padrão americano para conector cabos coaxiais de telefonia. • RJ45: padrão para conexão de redes Ethernet Eng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 36
  37. 37. UNISANTOS Ciencias da Computação 2. Linhas de Transmissão• Tipos de Cabos  UTP – Unshielded Twisted Pair (Par Trançado Não Blindado) • Mais utilizado, mais barato.  STP - Shielded Twisted Pair (Par Trançado Blindado) Eng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 37
  38. 38. UNISANTOS Ciencias da Computação 2. Linhas de Transmissão• Outras Interfaces e Cabos:  USB – Universal Serial Bus Referencias: http://pinouts.ws/usb-pinout.html http://pt.wikipedia.org/wiki/USBEng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 38
  39. 39. UNISANTOS Ciencias da Computação 2. Linhas de Transmissão2.2.2 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 FlexibilidadeEng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 39
  40. 40. UNISANTOS Ciencias da Computação 2. Linhas de Transmissão2.2.2 Cabos Ópticos (cont.) Conectores de Fibras Ópticasb) Tipos de Fibras Ópticas Conector SC• Monomodo (MM)• Multimodo (SM)  Índice Degrau  Índice Gradual Conector ST Conector MT-RJEng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 40
  41. 41. UNISANTOS Ciencias da Computação 2. Linhas de TransmissãoExercícios: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?Eng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 41
  42. 42. UNISANTOS Ciencias da Computação 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 sistemaEng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 42
  43. 43. UNISANTOS Ciencias da Computação 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 Eng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 43
  44. 44. UNISANTOS Ciencias da Computação 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  síncronaEng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 44
  45. 45. UNISANTOS Ciencias da Computação 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 sincronismoEng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 45
  46. 46. UNISANTOS Ciencias da Computação 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. Eng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 46
  47. 47. UNISANTOS Ciencias da Computação 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) Eng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 47
  48. 48. UNISANTOS Ciencias da Computação Transmissão Assíncrona vs Síncrona• Transmissão Assíncrona Direção do FluxoEng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 48
  49. 49. UNISANTOS Ciencias da Computação Transmissão Assíncrona vs Síncrona• Transmissão Síncrona Eng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 49
  50. 50. UNISANTOS Ciencias da Computação 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 Eng. Prof. Arnaldo de Carvalho Junior 50
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