Redes de Computadores

Transcrição

1 Introdução Inst tituto de Info ormátic ca - UF FRGS Redes de Computadores Transmissão de Informações nálise de Sinaisi ula 03 Transmissão é o deslocamento de ondas eletromagnéticas em um meio físico (canal de comunicação Necessário converter informação (dados d em sinais i eletromagnéticos (elétricos ou ópticos função mais importante da camada de nível físico conversão depende: Tipo (natureza da informação: analógica ou digital Meio físico empregado na propagação das ondas eletromagnéticas, sendo necessário adequar a informação (dados a esse meio Redes de Computadores 2 Informação, sinais e transmissão Sinal analógico sinal digital Informação analógica Informação digital (voz, vídeo, etc... (caracteres, inteiros, etc Modulação digital /D e Codecs (keying Modulação Codificação analógica (Próima aula Sinais analógicos Sinais digitais (contínuo (pulsos discretizados Transmissão analógica Transmissão digital Sinal analógico ssume uma quantidade infinita de valores (contínuo Podem ser: Periódicos períodicos Sinal digital ssume uma quantidade finita de valores (discreto Redes de Computadores 3 Redes de Computadores

2 Sinais analógicos Grandezas básicas em sinais periódicos Podem ser: mplitude ( Simples: formado por um único sinal (e. senóide Valor absoluto de maior intensidade (energia que carrega Compostos: formado por vários sinais i simples (e. senóides Período (T Tempo necessário para completar um ciclo Freqüência (f Taa de repetição do sinal medida em ciclos por segundos (Hertz- Hz Período (T tempo para a ocorrência de uma repetição T = /f s Dois etremos: Sinal não varia no tempo 0 troca em t seg (constante 0 Hz s ( t sin(2 f t Sinal varia instantaneamente troca em 0s Hz Fase ( Posição da forma de onda em relação a origem Redes de Computadores Redes de Computadores 6 Eemplos de variações nas grandezas básicas Sinais analógicos compostos Sinais simples têm capacidade limitada para representar informações Possuem apenas um estado Solução: agregar mais estados e combiná-los mplitude Como? modificação e combinação das grandezas básicas (, T ou f, /2 Bit : senóide Bit 0: senóide /2 Freqüência Fase Entretanto: não é mais um sinal simples!!! sinal composto Redes de Computadores 7 Redes de Computadores 8

3 Domínio tempo versus domínio frequência Sinais contínuos no domínio tempo e frequência Domínio tempo: Domínio frequência: Sinal representado através da evolução de sua amplitude no tempo Sinal representado através de sua amplitude em função da frequência Fase e frequência não são eplicitamente representadas t(s 0 0 f (Hz f (Hz Redes de Computadores 9 Redes de Computadores 0 Sinais discretos no domínio tempo e frequência nálise de Fourier 2 2 Sinal composto pode ser representado através do somatório de sinais simples com diferentes amplitudes, frequências e fases Teorema de Fourier: s ( t c a n sin(2 nft b 2 n n n cos(2 nft f = /T : frequência fundamental a n e b n : amplitude senos e cossenos na enésima harmônica Um sinal qualquer pode ser reconstruído a partir de sua série de Fourier, i.é.; conhecendo-se o período (T e suas amplitudes Redes de Computadores Redes de Computadores 2

4 Composição de sinais Espectro de frequência Frequência fundamental: Frequência das demais componentes são múltiplos inteiros (harmônica Período do sinal resultante é igual ao período da fundamental Freqüência fundamental s( t sin(2 f t sin( 2 3f t 3 harmônicas Conjunto de frequências que formam um sinal composto Termos da transformada de Fourier Banda passante do sinal = Diferença entre maior e menor frequência - sin(2 kft s( t k k, impar s ( t sin(2 i(2 ft sin(2 i(2 3 ft sin(2 i(2 ft sin(2 i(2 kft 3 k s( t sin(2ft sin(2 3 ft 3 Redes de Computadores Redes de Computadores Sinal composto versus meio de transmissão Largura de banda (analógica ou bandwitdht Meio de transmissão possui características físicas próprias que: Deiam passar uma certa faia de frequências de um sinal tenuam frequências de forma diferente (mais altas, mais atenuadas Eliminam frequências de determinadas faias Meio ideal: mantém a integridade do sinal (amplitude, fase, frequência Meio de transmissão = C R L Circuito RLC (filtro Meio físico é um filtro passa-baia ou passa-faia Faia de frequências que são transmitidas sem serem fortemente atenuadas Frequência de corte: frequência em que a potência do sinal recebido cai a metade (3dB Propriedade do meio de transmissão comunicação é possível sempre que: o espectro do sinal couber na largura de banda do meio s frequências mínima e máima do espectro estiverem contidas no faia de frequência do meio Redes de Computadores Redes de Computadores 6

5 Largura de banda analógica e o meio Efeito da largura de banda do meio sobre um sinal informação a ser transportada depende da largura de banda e não das frequências inicial e final do sinal o limitar it a largura de banda, limita-se it a taa de dados d (mesmo em canais perfeitos, sem ruídos - s( t k, impar sin(2kft k s( t sin(2ft sin(2 3 ft sin(2 ft sin(2kft 3 k Perda de freqüência 00 Espectro do sinal 00 Banda do sinal (000 Hz Banda do Meio (000 Hz Perda de energia (3 db Perda de frequência f(hz Eemplo: Meio de transmissão s( t (2 a 6 MHz banda= MHz sin(2ft sin(2 3 ft 3 Sinal resultantes para uma frequência de transmissão de 2 MHz. [s harmônicas a partir de f são filtradas] Redes de Computadores 7 Redes de Computadores 8 Influência do meio: dois eemplos gráficos Eemplo: Linha telefônica Banda passante: 3000Hz Filtro passa-faia: preserva uma banda de freqüência Elimina frequências superiores e inferiores a esta faia E: udição: 20Hz até 20kHz Telefone: 300Hz até 3300Hz Parte da energia do sinal é perdida Redes de Computadores 9 Redes de Computadores 20

6 Largura de banda analógica e digital Largura de banda digital (bits/s Largura de banda analógica Banda larga ou banda passante Sinais i com uma frequência mínima ( zero e uma frequência máima ssociada a sinais analógicos (transmissão analógica Sinal analógico pode ser deslocado em frequência modulação Banda base Sinais com frequência próima a zero até uma frequência máima Normalmente associada a sinais digitais (transmissão digital Não pode ser modulado Nome depende d da área (mas estão relacionadas Engenharia: largura de banda analógica e fornecida em Hz Computação: largura de banda digital e fornecida em bits/s Dados binários são codificados em sinais digitais (discretizados São melhor representados por: Intervalo de sinalização ou baud (ao invés de período: tempo para representar uma unidade de informação Taa de baud ou taa de símbolos Taa de bit ou bit rate (ao invés de frequência: quantidade de bits enviados por segundo Depende de baud = log 2 L bps Largura de banda (analógica do meio Quantidade d de níveis (L que um sinal pode assumir Qualidade do meio físico Capacidade máima do canal: Teoremas de Nyquist e Shannon Redes de Computadores 2 Redes de Computadores 22 Capacidade do canal (Nyquist Capacidade do canal (Shannon Constatação: um sinal de w ciclos pode representar 2w estados Valor teórico máimo para a capacidade de transmissão de um meio Capacidade do canal é limitada e independe do número de níveis Depende da relação entre a potência do sinal e do ruído (S/R Ruído térmico C 2B log2 N Onde: B = largura de banda do meio (Hz N = Número de estados possíveis C = capacidade do canal (bits/sec Possível aumentar a capacidade do canal, aumentando-se a quantidade de estados possíveis (N Teoricamente se teria uma capacidade infinita Redes de Computadores 23 S C B log 2 R Eemplo: linha telefônica Canal de 300 Hz Relação sinal/ruído de 30dB S db 0log( N logk logb log b C: capacidade do canal B: largura de banda do canal S/R: razão sinal ruído C 300log2 000 log00 C 300( log 2 3 C bps 0.3 k Redes de Computadores 2

7 Usando ambos limites: taa de transmissão versus S/R Perdas de transmissão Shannon capacidade máima de transmissão do meio Nyquist número de níveis para atingir uma capacidade de transmissão a de transm missão (bps s Ta Shannon Nyquist S/R a de transm missão (bps s Ta Nyquist L Shannon Níveis tenuação: modificação na energia do sinal (perda Ocorre em sinais simples ou compostos Compensação: uso de amplificadores (repetidores Distorção: modificação na forma do sinal Ocorre em sinais compostos (freqüências são alteradas de forma diferente Meios guiados Ruído: modificação no espectro do sinal Ocorre em sinais simples ou compostos Térmico: movimentação de elétrons Induzido: fontes como motores funcionam como antenas transmissoras Croostalk: acoplamento eletromagnético entre fios paralelos (antenas Impulso: sinal de alta energia em um pequeno intervalo de tempo Redes de Computadores 2 Redes de Computadores 26 Comprimento de onda ( Leituras adicionais Distância ocupada por um ciclo Distância entre 2 pontos de mesma fase em 2 ciclos consecutivos Sendo v a velocidade de propagação do sinal, obtém-se: = v.t.f = v Caso particular: v = c (c = 3*0 8 m/s velocidade da luz no vácuo Conclusão: sinais luminosos também possuem freqüência nálise feita para sinais analógicos/digitais pode ser aplicada Tanenbaum,.; Wethreall, D. Redes de Computadores ( a edição, Editora Pearson Education, 20. Capítulo 2 (seção 2 2. Carissimi,.; Rochol, J; Granville, L.Z; Redes de Computadores. Série Livros Didáticos. Bookman Capítulo 3 (seções 3.2 a 3. Redes de Computadores 27 Redes de Computadores 28