Introdução. Sistema de Comunicação Ponto-a-Ponto. O que é Comunicar?

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1 O que é Comunicar? Transmissão de mensagens contendo informação Como definir informação? Existe uma teoria formal que associa a informação e a imprevisibilidade das mensagens; uma mensagem transporta tanto mais informação quanto menos provável a sua ocorrência I = log 2 ( 1/p) A unidade de informação chama-se bit Telecomunicações I (TEC) 1 Sistema de Comunicação Ponto-a-Ponto Transmissor Processamento Modulação Codificação Canal Atenuação Ruído aditivo Distorção Interferência Receptor Amplificação Filtragem Desmodulação Descodificação Mensagem Mensagem Telecomunicações I (TEC) 3 Mensagens: analógicas: voz, música, imagens, grandezas físicas digitais: alfabeto restrito: telégrafo, telex, fonte digital, As mais correntes são as fontes digitais do tipo binário (transmitem-se 11 e 00) Telecomunicações I (TEC) 2 Ligação: Duplex - nos dois sentidos em simultâneo Half Duplex - nos dois sentidos, não em simultâneo Simplex - só num sentido Telecomunicações I (TEC) 4

2 Transmissão Digital de Sinais Analógicos Diferença fundamental resulta de, num sistema digital só um determinado número de mensagens é possível e todas as formas intermédias que cheguem ao receptor estão erradas. Usando técncias adequadas posso corrigir, ou seja, elimina-se a contribuição que o canal introduziu em termos de ruído e distorções a menos que haja erros na identificação da mensagem recebida. Esta vantagem levou à grande popularidade do digital. Telecomunicações I (TEC) 5 Vejamos um exemplo de transmissão digital Fonte Mensagem Conv. A/D Codifi. de fonte Codifi. de canal analógico digital Representação analógica dos 11 e 00 Modulação Canal Canal digital Desmod. Descod. De canal Descodifi. de fonte Conv. D/A Mensagem Telecomunicações I (TEC) 7 Problema do armazenamento é idêntico ao da transmissão e por isso também aí tudo tem vindo a migrar para o digital. Aúdio (minidisk, CD, mp3, ) vídeo (CDROM, TV, DVD, ) manipulação dos sinais faz-se em gerações sucessivas sem perda de qualidade desde que eu consiga manter os 00 e 11 ao longo do processo Telecomunicações I (TEC) 6 Modulação digital converte 11 e 00 em formas de onda a transmitir, que sejam entendidas no receptor como 11 e 00. Exemplos: modems para gravar programas em cassetes áudio, utilizando fsk (duas portadoras de frequências áudio, uma freqùência representando um 0 e outra um 1) Telecomunicações I (TEC) 8

3 Conversão A/D e codificação de fonte são responsáveis pela digitalização, pela compressão da informção e por um primeiro nível de protecção contra erros Codificação de canal introduz novos níveis de protecção contra erros e dá aos sinais forma apropriada para transmissão. Telecomunicações I (TEC) 9 Ruído: a limitação Fundamental à comunicação Num canal com largura de banda de 1Hz (p.ex.) poderia enviar informação de frequência arbitrariamente elevada desde que pudesse amplificar o sinal recebido para compensar a forte atenuação. Só não é possível fazer deste modo porque o ruído torna a operação de amplificação inviável. Telecomunicações I (TEC) 11 Modulação converte 11 e 00 em formas de onda a transmitir na banda do canal Exemplos: CD áudio - sem compressão CD áudio - sem compressão Minidisk e mp3 - com compressão DVD - tudo Recentes desenvolvimentos em codificação de fontes são enormes (MPEG4) Telecomunicações I (TEC) 10 Isto aliás temvantagens porque de outro modo não havia hipótese de sigilo... A limitação vem por isso do par largura de banda e nível de ruido Ruido é inevitável porque faz parte do mundo físico em que vivemos. Em bora não vamos dar em detalhe teoria de informação (ciência autónoma das matemáticas e da engenharia das telecomunicações, que estudarão mais tarde) vamos referir uma dos seus resultados Telecomunicações I (TEC) 12

4 Trata-se da expressão teoricamente deduzida que nos dá a capacidade de um canal S C = B. log N em que C = capacidade do canal para transmitir informação B = largura de Banda do Canal S/N = Potência de Sinal/Potência de Ruido Telecomunicações I (TEC) 13 As modulações são extremamente importantes para adquar os sinais aos canais Ex: AM, FM, PAM, QPSK As modulações permitem: transferir espectros dos sinais para frequências úteis dos canais (as frequências da voz, p. ex., não se propagariam bem na atmosfera) partilha de um mesmo canal para diferentes sinais, efectuando a transferência para frequências distintas. Telecomunicações I (TEC) 15 Esta expressão mostra claramente que existe um trade-off entre a relação S/N e a largura de Banda. Para S/N elevados será possível transmitir muita informação mesmo em canais de banda estreita. Telecomunicações I (TEC) 14 Exemplo: AM (modulação de amplitude) Sinal Portadora de Alta frequência O espectro deste sinal não está na banda de base e aparece em da frequência escolhida para a portadora Telecomunicações I (TEC) 16

5 Espectro Radio-Eléctrico Frequências de Transmissão Propagação na Atmosfera Transmissão Guiada em Cabos Áreas de Aplicação 1-10kHz Má propagação Pares de Cobre Telefone, transmissão de voz, telégrafo 10kHz a 1MHz Difusão acompanha curva terrestre (Onda de Terra) ~1MHz Onda Terra (<difusão) e Onda Espaço 10 a 50MHz Onda Espaço e Onda Reflectida na Ionosfera ~100MHz Onda Espaço (linha de vista) 100MHz - 900MHz Onda Espaço (linha de vista) 1-100GHz Onda só em linha de vista Cabos cobre, coaxiais Aeronautica, Rádio Ondas Longas Cabo coaxial Rádio Onda Média Cabo coaxial Rádio Onda Curta, Amadores, Defesa Cabo coaxial Rádio FM Cabo coaxial TV, Rádio Móvel, Aeronáutica, Defesa Cabo coaxial, guias de onda metálicas Tráfego Telecomunica-ções de grande capaci-dade, Feixes, Satélites, navegação, astronomia THz (óptica) Propagação óptica Fibras ópticas Transmissão de alta capacidade Tabela: Caracterização do Espectro Radioléctrico em Telecomunicações Telecomunicações I (TEC) 17 Âmbito Telecomunicações incluem assim estudo de todas estas tecnologias: electrónicas de LF a RF, Microondas, modems para RF e cabos, tecnologia óptica, propagação atmosférica e nos cabos, antenas, modulação, codificações analógica e digital, transmissão de dados, redes de dados, radares, sistemas de comunicação por partilha de meio, sistemas de navegação, etc... Telecomunicações I (TEC) 19 Espectro gerido pelos governos e pela ITU (International Telecommunications Union), por forma a garantir a comunicação internacional Espectro bem escasso que é gerido de forma apertada. Utilização sujeita a processos de licenciamento. Em Portugal compete ao ICP (Instituto das Comunicações de Portugal) Telecomunicações I (TEC) 18 Algumas peculiaridades: electrónica de RF de alta potência (válvulas, sistemas com circulação de água, com carters em que se muda óleo,, necessidades de eficiência energética) antenas podem ser sistemas gigantescos com pesos de dezenas de toneladas atmosfera: ionosfera, efeitos chuva e gelo no topo das nuvens, (em microondas) Telecomunicações I (TEC) 20

6 Consequências da digitalização electrónica digital substitui analógica nos pontos mais inesperados (soft receivers), integração do digital permite maior flexibilidade, inteligência, repetibilidade, facilidade de manutenção, não necessitam afinação, sistemas adaptativos são progresso determinante. Telecomunicações I (TEC) 21 Rede Telefónica (comutada) Satélite Assinantes Pares de cobre Cabo ou fibra Central de Trânsito Ligação por cabo, fibra, satélite, feixe, cabo submarino Central Local Centrais de comutação são sistemas muito complexos a que muito se exige... Telecomunicações I (TEC) 23 A necessidade das redes a capacidade estabelecer uma ligação entre dois pontos não é suficiente para criar um serviço público que permita aos utilizadores ligações com quem quiserem e quando quiserem, ou, noutros casos permitir escolhas de informação a receber. Vejamos alguns exemplos de redes actualmente existentes. Telecomunicações I (TEC) 22 Centrais de comutação são sistemas muito complexos geração1: manuais e por contactos geração 2: mecânicas, baseadas em interruptores, automáticas (Strowger, Crossbar,...). Nas primeiras sinalização era processada à medida que se efectuava marcação geração 3: tudo digital. Computadores com grande capacidade I/O Telecomunicações I (TEC) 24

7 Rede de Telex (comutada) tecnologia já antiga mas ainda utilizada. Rede completamente comutada como a telefónica. Hoje só se mantem para garantir compatibilidade com equipamento instalado nalguns países não europeus. Teletipos mecânicos Telecomunicações I (TEC) 25 Telefone Móvel (comutada) Estende a rede telefónica a unidades móveis usando técnicas de rádio (rede digital celular trans-europeia GSM) Telecomunicações I (TEC) 27 Rádio e TV (difusão) essencialmente através da atmosfera, podendo o utilizador seleccionar um dos programas distribuidos em simultâneo Rede analógica em UHF exige grande número de frequências tendência para incrementar uso de cabo coaxial ou fibra óptica na distribuição em Portugal Telecomunicações I (TEC) 26 Transmissão de dados (comutação de pacotes) Rede com comutação por pacotes e não de comutação por circuitos (as primeiras redes de dados usavam a rede telefónica estabelecendo uma ligação para através dela enviar os dados; pouco eficiente na maior parte dos casos pois a linha é usada em pequena parte da sua capacidade). Telecomunicações I (TEC) 28

8 Nas redes com comutação de pacotes os dados de cada utilizador são introduzidos em pacotes com endereço e remetente que a rede encaminha gerindo os seus recursos da melhor forma). De: Silva Para: Maria Mensagem: bd hç sd aasda Encaminhamento automático a conectividade implica necessidade de protocolos normalizados (modelo OSI 7 camadas) Telecomunicações I (TEC) 29 Evolução recente no sentido da desregulação do sector das comunicações, iniciada nos EUA no início dos anos 80 Intervenção inicial toda sob a tutela do estado pelo seu grande impacto Grande impacto em muitas áreas da tecnologia, dos serviços e de negócio por se tratar de grande volume Telecomunicações I (TEC) 31 Redes com Integração de Serviços integração num acesso dos dois tipos de redes: comutação de circuitos para voz e comutação de pacotes para dados (2x64kbits/s+16kbit/s) está a dar-se na rede fixa e na móvel (RDIS, DSL, UMTS) Telecomunicações I (TEC) 30 Desregulação com privatização a começar pelos serviços menos críticos: Serviços de Valor Acrescentado novo conceito que inclui a prestação de serviços através da rede de telecomunicações Serviços complementares Serviços básicos Telecomunicações I (TEC) 32

9 Neste momento tendências chegam mesmo ao sector da comunicação social. Isso deve-se em parte ao facto de cada vez mais o negócio estar ligado aos conteúdos e menos ao seu transporte ( a liberalização faz baixar preços de transporte por mecanismos de concorrência) Telecomunicações I (TEC) 33 Outras áreas tradicionalmente incluidas em Telecomunicações Sistemas de navegação Sistemas de Detecção Remota Sistemas da Defesa - Radar Sistemas de vigilância Telecomunicações I (TEC) 35 Liberalização confunde negócios TV Cabo entra na internet e nos telefones Redes telefónicas entram na difusão de TV usando DSL Redes IP ganham terreno e oferecem ~serviços de voz e de difusão de rádio e TV Operadores compram empresas de conteúdos... Telecomunicações I (TEC) 34 Âmbito da disciplina descrição de operações de transmissão analógica, estudo do ruído, introdução aos princípios da comunicação digital tecnologia só para ilustrar nas visitas veremos a tecnologia, as empresas, ouviremos falar do sector e dos seus desenvolvimentos o resto no próximo episódio Telecomunicações I (TEC) 36