2 Conceitos de transmissão de dados

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1 2 Conceios de ransmissão de dados 2 Conceios de ransmissão de dados 1/23

2 2.2.1 Fones de aenuação e disorção de sinal Fones de aenuação e disorção do sinal (coninuação) 2/23

3 Imperfeições do canal de ransmissão Aenuação do meio de ransmissão Aenuação do sinal no meio de ransmissão 3/23

4 Imperfeições do canal de ransmissão Aenuação do sinal ao longo da linha de ransmissão Sin[w] Emissor Sin A Sou Sou = S1*A[w] Recepor Sin A =, A 1 S ou Sin Sou Poência à enrada da linha de ransmissão (à saída do emissor) Poência à saída da linha de ransmissão (enregue ao recepor) Aenuação do sinal ao longo de várias secções diferenes da linha de ransmissão Sin[w] Sin Secção1 Secção2 Secção3 A A 1 A2 3 Sou Sou = S1*A[w] Aenuação oal: A = A A A /23

5 Imperfeições do canal de ransmissão Sin Aenuação do sinal ao longo da linha de ransmissão Compensação da aenuação das linhas de ransmissão com a inrodução de amplificadores Secção1 Secção2 Secção3 A 1 1 S S3 S4 S5 Sou G1 G2 G3 A2 A3 Amplificador 1 Amplificador 2 Amplificador 3 S 2 Ganho de cada um dos amplificadores: S2 S4 S G1 = ; G2 = ; G3 = ou, Gn 1 S1 S3 S5 Relação enre a P. saída e a P. Enrada de um amplificador Ganho oal: G = G1 G2 G3 Aenuação oal: A = A A A Noa: Não há aenuação nem ganho se: G = A Sou = Sin Se a relação enre Sou e Sin de um sisema for < 1 esamos perane aenuação. Se for > 1 esamos perane um ganho. 5/23

6 Imperfeições do canal de ransmissão Ruido Ruído 6/23

7 Imperfeições do canal de ransmissão Ruído Ruído érmico Divisão do ruído em 4 caegorias Ruído de inermodulação Diafonia (crossalk) Ruído impulsivo 7/23

8 Imperfeições do canal de ransmissão Ruído Ruído Térmico Inrínseco dos conduores (devido à agiação érmica dos elecrões no conduor) Uniformemene disribuído ao longo do especro em frequência Também referido como ruído branco Devido a eses facores é impossível de eliminar Densidade especral de poência do ruído ao longo de 1 conduor para uma Largura de Banda de 1 Hz 1 N = KT[ WHz ] (3.36) 0 Como é independene da frequência, pode se generalizado para qualquer Largura de Banda (B) N = KTB [ W ] (3.37) Ruído Térmico N0 = Densidade especral de poência do ruído N = Poência do ruído 23 o K = J / K C. Bolzmann T = Temperaura o K B =Largura de Banda do canal 8/23

9 Inermodulação Imperfeições do canal de ransmissão Ruído Ruído de Inermodulação Quando sinais de diferenes frequências parilham o mesmo meio de ransmissão Devido ao meio de ransmissão não ser linear Provoca a misura de sinais de difernes frequências f f2 A misura de dois sinais de frequências e resula sempre em componenes que 1 são a soma e diferença das suas frequências f e que vão inerferir com o 1 + f 2 f1 f2 próprio sinal As não linearidades do meio de ransmissão surgem normalmene devido a problemas de funcionameno nos componenes elecrónicos, ou devido à poência excessiva do sinal 9/23

10 Imperfeições do canal de ransmissão ( ) = A1 cosω 1 + A2 cosω x 2 Ruído Ruído Inermodulação Quando sinais de diferenes frequências parilham o mesmo meio de ransmissão 2 3 Meio ransmissão não linear apresena à saída: y( ) = α 1x( ) + α 2 x ( ) + α 3x ( ) Se Enão y ) = α A A cos( ω + ω ) + α A A cos( ω ) ω1, ω 2 ( ω 2 Componenes em 2ω1 ω y 2ω1, ω 2( ) = α3a1 A2 cos(2ω1 + ω2) + α3a1 A2 cos(2ω1 ω2) Fig Componenes em 2ω 2 ω y 2ω 2, ω1( ) = α 3 A1 A2 cos(2ω 2 + ω1) + α 3 A1 A2 cos(2ω 2 ω1) Fig ω ω2 2 ω1 2 α 3 2ω ω 2ω ω1 Se a disância enre e fôr pequena as componenes e aparecem na vizinhança de e ω Esas componenes resulam do facor muliplicaivo.são os chamados Produos de inermodulação de 3ª Ordem 10/23

11 Diafonia (crossalk) Acoplameno indesejado enre os caminhos Tx e Rx do sinal Imperfeições do canal de ransmissão Diafonia Ruído - + Near End Cross Talk - NEXT Ocorre na erminação local Far end Cross Talk - FEXT Menos gravoso O maior efeio é o eco E C = A + = C D B Fig /23

12 Imperfeições do canal de ransmissão Ruído Ruído impulsivo Ruído não conínuo consiuído por impulsos irregulares de ruído de cura duração Impulsos de energia elécrica associados a acividades exernas ao sisema de ransmissão. Ex: Descargas elécricas (rovoadas), relés dos anigos comuadores elefónicos, ec. Ao conrário dos ouros ipos de ruído, é muio difícil de prever ou modelar. Corrompe grandes quanidades de dados digiais.para uma linha de 2400bps, um pico de ruído com a duração de 0,5s corrompe meade dos dados -> 1200 bis Afeca mais as comunicações de dados digiais. Para as comunicações de voz analógicas apenas causa o efeio da audição de pequenos clicks Felizmene não é muio frequene Ruído impulsivo 12/23

13 Relação sinal ruído Imperfeições do canal de ransmissão Ruído Aferidores de qualidade do sisema do comunicações digial Relação sinal / ruído S _ [ ] = Poência Sinal W N Poência _ Ruído[ W ] Para sinais digiais exise uma oura relação, mais conveniene que S/N para deerminação de axas de ransmissão de dados e axas de erros. E b N 0 Com E b = S b Relação enre a energia por bi e a densidade especral de poência do ruído S b Sendo o rimo de ransmissão :Poência do sinal em W :Tempo de bi em s r b b e 1 =,enão E b = N S r b = N B 0.Como Poência do ruído em W presene na largura de Banda B. N = KT N = N B e 0,enão: 0 E N S r = / KT b b = 0 S r KT b ou: E N b 0 = S B N r b Em função da Largura de Banda 13/23

14 Imperfeições do canal de ransmissão Ruído Aferidores de qualidade do sisema do comunicações digial Taxa de erros de bi BER (Bi Error Rae) Aferidores de qualidade dum sisema digial BER Ne Ne = = (3.42) N r b Probabilidade de erro de bi Ne = número de bis errados conados no inervalo N = número oal de bis conados no inervalo Valores da ordem dos 10 9 a para sisemas de comunicação por fibra ópica A axa de erros de bi não é mais do que probabilidade de ocorrência de 1 bi errado 4 relaivamene ao número de bis recebidos. (ex: axa de erros de = 1 bi errado em 10 bis recebidos) /23

15 Lei de Shannon Imperfeições do canal de ransmissão Ruído Capacidade do canal de Shannon-Harley Como verificado, quano maior o rimo de ransmissão, maior a desruição dos dados devido ao ruído Shannon verificou que a capacidade do canal depende da sua relação sinal ruído C = B log 2 (1 + S N )[ bps] (3.43) S _ [ ] = Poência Sinal W N Poência _ Ruído[ W ] Esa lei apenas em em linha de cona o ruído branco. Na práica a capacidade do canal é menor que a indicada por Shannon. Esa lei apenas impõe um limie máximo eórico S N Para sinais binários,somene para < 3 é que é mais resriiva que a de Nyquis C 2B 15/23

16 Imperfeições do canal de ransmissão Ruído Considerações sobre a Lei de Shannon-Harley A lei de Shannon apenas define o limie máximo eórico da capacidade do canal Para aumenar a capacidade do canal, aparena que basa aumenar a L.B. ou o nível do sinal. No enano, quano maior o nível do sinal, maior as não linearidades do sisema, aumenando o ruído de inermodulação Aumenando a L.B., aumena ambém o ruído branco inroduzido no sisema. Logo S/N desce É imporane na práica deerminar o nível mínimo de sinal a usar relaivamene ao nível do ruído, de forma a ober um axa de erros de bi mínima (BER) 16/23

17 Imperfeições do canal Arasos de ransmissão de propagação e ransmissão Arasos de ransmissão e propagação 17/23

18 Araso de propagação do canal Imperfeições do canal de ransmissão Araso de propagação Velocidades de propagação do sinal no meio de ransmissão C v p = (3.55) ε C = Velocidade da luz no espaço livre = 3x10 8 ε = Consane dielécrica do meio. ε =1 ε 1 Para o espaço livre Para ouros meios Araso de propagação do sinal desde o início aé ao final do meio de ransmissão p = d v p [s] (3.56) d v p = Comprimeno (disância) do meio de ransmissão em mero Velocidade de propagação no meio de ransmissão em m/s Valores ípicos de v p v p v p 8 1 = 2 10 ms 8 1 = 3 10 ms Num cabo No espaço livre 18/23

19 Imperfeições do canal de ransmissão Araso de ransmissão Tempo de ransmissão de um conjuno de bis (bloco de dados) para a linha Tempo que o compuador demora a colocar L bis de dados na linha de ransmissão T x = L r b [ s] (3.57) L r b = Número de bis a ransmiir =Rimo binário de ransmissão do canal (em bps) Araso de propagação normalizado: a a = T p x (3.58) a > 1 a = 1 Ambos os arasos êm igual efeio a < 1 Produo araso x Débio Binário: Araso de propagação dominane Araso de ransmissão dominane = p x rb 19/23

20 Imperfeições do canal de ransmissão Exercícios de aplicação Demos com Apples Java Verificação experimenal do araso de propagação e ransmissão Uilização do Apple Java : Demo 20/23

21 Exercícios de aplicação Imperfeições do canal de ransmissão Eficiência do canal T1 P 1 = 1W G1 G2 P 2 =? 20Km 4.8Km 100Km A1 A2 A3 T2 A1 = 0.5 / Km A2 = 0.25 / Km A3 = 0.75 / Km 1) Considere o sisema de comunicação composo por 3 secções de cabo (A1-A3) e dois amplificadores (G1-G2) com as caracerísicas da figura e que inerligam dois erminais. a) Sabendo que G1 max = 20, Quais os valores de G1 e G2 de modo a que não haja aenuação ou amplificação do sinal que chega a T2. b) Uilizando e fixando os valores de G1 e G2 da alínea anerior, qual o comprimeno máximo da secção A3 de modo a que a poência que chega a T2 : P2 200mW 21/23

22 Imperfeições do canal de ransmissão Eficiência do canal Exercícios de aplicação 2) Como sabe, a capacidade máxima eórica de um canal pode ser obida aravés das leis de Nyquis ou Shannon. No caso de se rabalharem sinais binários, calcule o valor máximo da relação sinal / ruído, para o qual a lei de Shannon se orna mais resriiva que a lei de Nyquis: 3) Assuma que será necessária uma relação Eb/N0 de 1000, para se ober uma probabilidade de erro de bi de Sendo a emperaura do ruído for 290ºK e o rimo de ransferência de dados de 1Mbps, qual a poência em Wa necessária na recepção do sinal. 4) Um bloco de dados com 125 bye é ransmiido enre dois compuadores. Admiindo que a ligação é efecuada via saélie com uma disância oal de Km ( um débio de 10 Mbps, calcule : (Assuma vp = 3x108 ms-1) a) O araso de propagação normalizado. b) O número de bis em rânsio na ligação enre os dois compuadores 22/23

23 FIM 23/23

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