Meios de Transmissão de Dados. Fundamentos. Silvio Lucas. FP.AC

Transcrição

1 Meios de Transmissão de Dados Fundamentos Silvio Lucas 2009 FP.AC

2 Dos primórdios... Modelo de Referência TCP/IP 2

3 Apenas relembrando A camada física, por exemplo: Trata de bits brutos por um canal de comunicação; Sinais elétricos, sincronização, etc; Interfaces, conectores, topologias; Modo de transmissão de dados: simplex (halfduplex), full duplex; 3

4 Frequência, Especto e Largura de Banda Conceito no domínio do tempo Sinal analógico Suave variação no domínio do tempo Sinal digital Mantém um nível constante que troca imediatamente para outro nível constante Sinal periódico Padrão repetido no tempo Sinal não-periódico Não existe um padrão 4

5 Sinal Analógico X Sinal Digital 5

6 Exemplo de Sinais Periódicos 6

7 Taxa de Transmissão e Largura de Banda Qualquer sistema de transmissão tem um limite de bandas de freqüências Isto limita a taxa de transmissão que pode ser transmitida pelo meio; Ondas quadradas tem infinitas componentes e largura de banda, mas muito da energia se concentra nas poucas primeiras freqüências Largura de banda limitada aumenta a distorção Existe um direto relacionamento entre a taxa de transmissão e a largura de banda 7

8 Banda Base e Banda Larga Banda Base A capacidade total do meio de transmissão é utilizada para transmitir a informação em um único canal (a sinalização analógica é mais comum neste caso) Fonte: COELHO, 2003, p

9 Banda Base e Banda Larga Banda Larga Neste caso, a capacidade do meio de transmissão é utilizada para fornecerem múltiplos canais Funcionamento do ADSL, onde os canais são divididos em canais menores Fonte: TANENBAUM, 2003, p

10 Banda Base e Banda Larga Banda Larga (continuação) Neste caso, a capacidade do meio de transmissão é utilizada para fornecerem múltiplos canais TV a Cabo: Observe que toda a capacidade do meio é utilizada para transmitir informações distintas Fonte: TANENBAUM, 2003, p

11 Codificação dos Sinais Transmitidos A informação precisa ser primeiro codificada, antes de ser transportada pelo meio físico; O sinal digital requer circuitos eletrônicos mais simples e mais baratos para realizar a codificação; As principais funções da codificação são: Otimizar o uso do canal; Resistir mais aos ruídos; Facilitar a sincronização entre transmissor e receptor; Diminuir taxa de erros; Utilizar a menor banda passante possível, permitindo o uso de cabos mais simples; 11

12 Esquemas de Codificação Dividem-se em Unipolar, Polar e Bipolar Fonte: FOROUZAN, Comunicação de Dados e Redes de Computadores, pag

13 Esquemas de Codificação Codificação Unipolar Utiliza apenas um nível de tensão (bastante simples) Fonte: FOROUZAN, Comunicação de Dados e Redes de Computadores, pag

14 Esquemas de Codificação Codificação Polar Utiliza dois níveis de tensão (um positivo e outro negativo) para representar os dados,podendo ainda um estado ser representado pela ausência de impulso; Fonte: FOROUZAN, Comunicação de Dados e Redes de Computadores, pag

15 Esquemas de Codificação Codificação Polar (cont.) Talvez, uma das mais importantes e conhecidas seja a codificação Manchester (usada na tecnologia 10BaseT); Fonte: FOROUZAN, Comunicação de Dados e Redes de Computadores, pag

16 Esquemas de Codificação Codificação Bipolar Utiliza três níveis de tensão: positivo, negativo e zero! Exemplo: Codificação AMI Fonte: FOROUZAN, Comunicação de Dados e Redes de Computadores, pag

17 Esquema de Codificação Resumindo 10BaseT (802.3i) Codificação Manchester 100BaseT (802.3u) Codificação 4B/5B (vou confirmar) 1000BaseT (Gigabit Ethernet ab)? 17

18 Transmissão de Dados Digitais e Analógicos Dado Entidade que contém significado Sinal e sinalização Representação elétrica ou eletromagnética do dado que fisicamente se propoga através de um meio Transmissão Comunicação do dado pela propagação e processamento do sinal. 18

19 O Sinal Digital O sinal digital é menos susceptível ao ruído do que o sinal analógico, porém ele sofre uma grande alteração da sua forma ao chegar no receptor (obviamente dependendo das condições do meio físico); 19

20 Problemas na Transmissão Sinal recebido pode ser diferente do transmitido causando: Sinal Analógico Degradação da qualidade do sinal Sinal Digital Bits com erros 20

21 Problemas na Transmissão de Dados Os problemas mais significativos são: Ruído Ruído Térmico; Ruído de Intermodulação; Crosstalk; Ruído Impulsivo; Perda por Retorno; Jitter de Fase; Interferência Intersimbólica Atenuação 21

22 Ruído Sinais adicionais indesejados inseridos entre o transmissor e o receptor O ruído limita o desempenho de um sistema de comunicação; A quantidade de ruído presente na comunicação é medida em termos da razão entre a potência do sinal e a potência do ruído A esta razão damos o nome de relação sinal/ruído, ou SNR 22

23 Relação Sinal-Ruído SNR= potência do sinal potência do ruído ou potência do sinal SNR(dB)= 10log 10 potência do ruído 23

24 Bit Error BER (taxa de erro de bit) Critério utilizado para avaliar o desempenho de um sistema de transmissão; Avalia o grau de confiabilidade na transmissão de bits BER= número de erros de bits número total de bits 24

25 Bit Error BER (taxa de erro de bit) Exemplo: um sistema com taxa de 10-9, corresponde a um sistema que em média, ocorre um erro de transmissão a cada um bilhão de bits transmitidos; Em redes locais, a taxa de erros típica é da ordem de 10-9 a Um baixa taxa de erros é a prova de que o sistema de cabeamento estruturado não está interferindo no processo de transmissão das informações em uma rede. 25

26 Ruído (continuação) As fontes de ruídos podem ser as mais variadas; Podemos caracterizar os tipos de ruídos como: Ruído Térmico; Ruído de Intermodulação; Crosstalk; Ruído Impulsivo; 26

27 Ruído Exemplo de sinal digital acometido por ruído: 27

28 Ruído (continuação) Ruído Térmico (ou ruído branco white noise) Existe em qualquer frequência, e seu valor depende da temperatura; Geralmente, é gerado pela agitação dos elétrons nos condutores; 28

29 Ruído Ruído de Intermodulação Ocorre quando sinais de diferentes freqüências compartilham um mesmo meio físico (por exemplo, através de multiplexação), pode-se ter pertubações de um sinal com uma freqüência diferente; 29

30 Ruído (continuação) Crosstalk ou diafonia Um sinal de uma linha é transmitido por outra Crosstalk é uma forma de interferência causada por sinais em condutores próximos O exemplo mais comum é ouvir uma outra ligação enquanto se fala ao telefone (linha cruzada) O Crosstalk pode também ocorrer em rádios, televisores, equipamentos de rede, e até mesmo guitarras elétricas. 30

31 Ruído Ruído Impulsivo Consiste em pulsos irregulares, de grande amplitude e curta duração (chamados de spikes) A priori, não causa grandes problemas em uma transmissão de dados analógica; Seu principal impacto na transmissão digital é a perda de informação, que produz sua retransmissão, ocasionando excesso de tráfego; Maior fonte de erro em sinais digitais 31

32 Ruído Impulsivo Gráfico do ruído impulsivo possivelmente gerado por um interruptor comum (por exemplo, para desligar uma lâmpada), pela formação de arco elétrico nos contatos do interruptor: 32

33 Ruído Impulsivo Quando a corrente elétrica de uma lâmpada é cortada, a corrente elétrica "teima" em continuar percorrendo o circuito. Após a abertura dos contatos do interruptor, por algum tempo a corrente elétrica circula pelo ar, formando uma faísca azul, até que este "arco voltaico" seja extinto. A forma da extinção da corrente é exatamente igual ao gráfico anterior. Imagine a mesma operação de corrente elétrica numa subestação de energia, onde chaves seccionadoras desligam transformadores alimentados por centenas de milhares de volts! O ruído impulsivo "suja" boa parte do espectro de telecomunicações, de modo que muitos serviços (como a TV analógica ou digital) são prejudicados. 33

34 Perda por Retorno É um tipo de atenuação: é a medida de todas as reflexões causadas por anomalias de impedância ao longo do cabo; Um bom casamento de impedâncias entre cabos, conectores e o hardware de conexão, minimiza bastante este problema, diminuindo as perdas; As perdas por retorno dividem-se em jitter de fase e interferência intersimbólica. 34

35 Perda por Retorno Jitter de Fase O Jitter de fase implica na aviação aleatória no tempo dos pulsos digitais, gerando atrasos não uniformes nos diversos componentes de sua freqüência, aumentando a interferência intersimbólica; 35

36 Perda por Retorno Jitter de Fase Fonte: COELHO, 2003, p

37 Perda por Retorno Interferência intersimbólica É a dificultado do receptor em entender os pulsos quando estão submetidos a efeitos de muitos ruídos ou jitters de fase Fonte: COELHO, 2003, p

38 Atenuação Onde a potência do sinal decai com a distância Depende do meio Potência do sinal recebido deve ser: Forte o suficiente para ser detectada Nível suficientemente mais alta que a do ruído para ser recebida sem erro (relação sinal/ruído); Uso de amplificadores e repetidores Varia com a freqüência 38

39 Delay Distortion Somente ocorre em meio guiado Velocidade de propagação varia com a freqüência Então vários componentes de freqüência chegam em tempos diferentes Particularmente crítico para dados digitais Algumas partes de um único bit podem vazar para outros causando interferência intersimbólica 39

40 Delay Skew Os sinais que trafegam por um cabo de pares certamente possuem velocidades de propagação diferentes A diferença de propagação (medida em nanosegundos) entre o maior e menor valor de propagação representa o atraso de propagação (delay skew) Este valor deve ser o menor possível, principalmente em sistemas digitais 40

41 Referências Banda Passante Série de Fourier. Disponível em COELHO, Paulo Eustáquio. Projeto de Redes Locais com Cabeamento Estruturado. Instituto OnLine, Chuviscômetro O caçador de TVDs. Disponível em FOUROZAN, Behrouz A. Comunicação de Dados e Redes de Computadores. Mc Graw-Hill. TANENBAUM, Andrew. Redes de Computadores. Campus Elsevier,