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1 2 Conceitos de transmissão de dados 2 Conceitos de transmissão de dados 1/26

2 2.2 Meios físicos de transmissão de dados 2/26

3 Tipos de meios de transmissão Pares de fios Pares entrançados Cabo coaxial Fibras ópticas Ondas electromagnéticas no ar Em linha de vista Microondas, Rádio, Laser, Infravermelhos Via Satélite Microondas 3/26

4 Pares simétricos de fios Meios de transmissão de dados Pares simétricos de fios Linha de transmissão constituída por dois condutores isolados e separados por um dieléctrico Modelo de um troço elementar de uma linha de transmissão dx Parâmetros primários R [ Ω/Km] : resistência dos condutores + efeito pelicular L [ H/Km] : indutância devida ao campo magnético entre os condutores C [ F/Km] : capacidade devida à permissividade do dieléctrico entre os condutores G [S/Km] : condutância transversal devida aos defeitos de isolamento e perdas dieléctricas Dependem da frequência e características do cabo Nota: R varia com a frequência: para frequências elevadas R é proporcional a f 4/26

5 Pares simétricos de fios Parâmetros secundários Impedância característica Z o ( ω) = R G + + jωl jωc Constante de propagação ( R + jωl)( G jωc) γ ( ω) = + (3.59) (3.60) Para condutores iguais e paralelos, Z 0 relaciona-se directamente com a estrutura da linha de transmissão e a forma do dieléctrico μ D z0 = 0.73 log [ Ω] ε a Entre 150 Ω e 600Ω (3.61) 1 Permissividade absoluta do dieléctrico ε = ε r ε [ Fm ] Permissividade do vácuo Permissividade relativa do dieléctrico Permeabilidade relativa do dieléctrico Permeabilidade do vácuo 12 ε 0 = F / m = 8.85 pf / m ε ε r = μ ε 0 μ = μ0μ r 7 0 = 4π 10 [ H / m 0 ] D Distância de separação entre os centros de cada condutor a Raio do condutor 5/26

6 Pares simétricos de fios Características -Largura de banda: baixa -Capacidade de transmissão: baixa Cerca de bps em 50m -Imunidade ao ruído: baixa Pouco imune ao ruído (especialmente radiações electromagnéticas de fontes eléctricas externas) Pouco imune à diafonia devido ao acoplamento capacitivo entre os dois condutores -Atenuação: Elevada para altas frequências (efeito pelicular ou skin) -Custo: baixo Utilização -Telefonia (transmissão analógica) -Ligações locais de PC s a modems (transmissão digital) 6/26

7 Meios de transmissão de dados Pares entrançados Pares entrançados Constituído por um ou mais pares de condutores eléctricos de cobre entrelaçados. A proximidade entre o cabo de sinal e a massa, leva a que o ruído devido a interferências electromagnéticas externas seja induzido em ambos os condutores, reduzindo o seu efeito na diferença do sinal O entrelaçamento dos cabos reduz a diafonia Tipos de pares entrançados Sem malha de protecção exterior UTP Unshielded twisted pair Com malha de protecção exterior STP Shielded twisted pair (maior redução de interferências ou ruído) 7/26

8 Pares entrançados Divisão em categorias UTP Norma EIA-568-A Categoria 3 Categoria 4 Categoria 5 Cabos e hardware associado para uma especificação das características de transmissão até 16 Mhz Cabos e hardware associado para uma especificação das características de transmissão até 20 Mhz Cabos e hardware associado para uma especificação das características de transmissão até 100 Mhz Categoria 6 Cabos e hardware associado para uma especificação das características de transmissão até 200 Mhz Categoria 7 Cabos e hardware associado para uma especificação das características de transmissão até 600 Mhz 8/26

9 Pares entrançados Pares entrançados Características UTP e STP Frequency (MHz) Category 3 UTP Attenuation (db per 100 m) Category 5 UTP 150-ohm STP Category 3 UTP Near-end Crosstalk (db) Category 5 UTP 150-ohm STP /26

10 Pares entrançados Características -Largura de banda: razoável -Capacidade de transmissão: boa Cerca de 1000 Mbps em 100m (UTP cat 5) Gigabit Ethernet -Imunidade ao ruído: razoável Interferência igual nos dois condutores Razoável imunidade à diafonia -Atenuação: Elevada para altas frequências (efeito pelicular ou skin) -Custo: baixo Utilização -Telefonia (transmissão analógica) -Redes locais de computadores (LAN s) com UTP e STP (Transmissão Digital) 10/26

11 Meios de transmissão de dados Cabo Coaxial Cabo coaxial Constituído por um condutor cilíndrico e um condutor axial separados por um dieléctrico μ d2 Impedância característica z0 = log [ Ω] (3.62) ε d1 entre 40 e 150 Rec. G.621, G.622 e G.623 d2/d1 = 3.6 => Z 0 = 75Ω Ω Ω Coeficiente de atenuação α( f ) = a + b f + cf [db/km] (3.63) para condutores interiores de 4.4mm, a=0.07, b=5.15, c= d d 2 1 Raio do condutor cilíndrico Raio do condutor axial (interior) Coeficiente de fase Vel. propagação v Atraso de grupo τ = l g p ε β ( ω) = r ω, f > 100KHz c C = (3.65) ε r ε C r (3.66) (3.64) 11/26

12 Cabo coaxial Características -Largura de banda: boa (350 Mhz) -Capacidade de transmissão: boa Cerca de 10 Mbps em 1km -Imunidade ao ruído: muito boa A malha protege o condutor de interferências -Atenuação: baixa -Custo: médio Utilização -Telefonia (transmissão digital de longa distância) -Redes locais de computadores (LAN s) -Distribuição de televisão (CATV) 12/26

13 2.2.4 Fibra óptica Meios de transmissão de dados Fibra óptica Constituída por: Núcleo ou secção interior condutora de luz -> Secções muito finas de fibra de vidro ou sílica Envolvente do núcleo. Secção condutora de luz com propriedades ópticas diferentes do núcleo Bainha. Material plástico para protecção contra abrasivos, choque, etc. 13/26

14 Fibra óptica Ângulo de refracção β 1 n 2 Índice refracção Meio 2 Funcionamento: Ângulo de incidência α 1 α α c 2 Reflexão n 1 Índice refracção Meio 1 Sempre que um feixe de luz passa de um material para outro com diferente índice de refracção ocorre o fenómeno de refracção da luz. O ângulo do feixe de luz refractado com a normal aumenta em relação ao ângulo de incidência, se n 1 > n2 Existe um determinado ângulo de incidência para o qual não haverá refracção Ângulo crítico Para um ângulo de incidência maior que o ângulo crítico ( ) apenas haverá reflexão do feixe α 2 α c 14/26

15 Fibra óptica Tipos de fibra óptica Mult-imodo50μm Vários modos de propagação da luz : directo e com reflexões Mono-modo 8μm Um único modo de propagação da luz : directo As multi-modo subdividem-se em : Variação gradual do índice de refracção Variação abrupta ou em escada do índice de refracção 15/26

16 Fibra óptica Tipos de fibra óptica Multimodo 50 μm Monomodo8μm -Na mono-modo, a secção da fibra é aproximadamente igual ao comprimento de onda da luz 16/26

17 Fibra óptica Características -Largura de banda: Muito boa (20 Thz) -Capacidade de transmissão: Muito boa Cerca de 1 Gbps em 1km -Imunidade ao ruído: óptima Imunidade total ao ruído electromagnético -Atenuação: muito baixa -Custo: elevado Utilização -Telefonia (transmissão digital de longa distância) -Redes Locais (LAN), metropolitanas (MAN) e alargadas (WAN) de computadores -Distribuição de televisão (CATV) 17/26

18 Atenuação típica dos meios de transmissão guiados Par entrançado Curvas de atenuação meios transmissão 18/26

19 Atenuação típica dos meios de transmissão guiados Cabo coaxial 19/26

20 Atenuação típica dos meios de transmissão guiados Fibra óptica 20/26

21 Atenuação típica dos meios de transmissão guiados Gráfico composto 21/26

22 Microondas Terrestres ou em linha de vista (distâncias máximas entre 50Km e 100Km) Distância máxima entre antenas em Km: d = 7.14 Kh[ m] Gama de frequências utilizadas: 2 a 40 Ghz Atenuação: 4πd A = 10log λ 2 [ db] (3.67) Microondas Performance típica para ligações digitais em microondas h Altura da antena em metros K Factor que reflecte a refracção na curvatura da terra Banda(GHz) L.B. (MHz) Débito transmissão (Mbps) /26

23 Meios de transmissão de dados Satélite Satélite Qualquer distância Largura de banda de 500 MHz Capacidades de 1x 50Mbps, 800x64Kbps ou outras Elevado atraso de propagação (centenas de ms) 23/26

24 Resumo 2.2 Meios físicos de transmissão Introdução Pares simétricos de fios Capítulo 2 Conceitos de transmissão de dados Modelo elementar de uma linha de transmissão Pares entrançados Cabo Coaxial Fibra óptica Curvas de atenuação dos meios de transmissão Microondas Satélite Resumo 24/26

25 Referências Stallings Data and Computer communications Cap. III (Meios de transmissão) Leon Garcia Communication Networks, Cap. III (Propriedades dos meio de transmissão digitais) Halsall Data Communications, Computer Networks and Open Systems 4th Edition Cap. II (Interface Eléctrica) Neff Introductory Electromagnetics Cap V (Linhas de transmissão) Held, Gilbert Data Communications Networking Devices: Operation and Utilization Cap I (Camada Física) 25/26

26 FIM 26/26

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