Sistemas de Telecomunicações Guiados Licenciatura em Engenharia de Telecomunicações e Informática 3ºano, 1º Semestre, 2007/2008

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1 Sistemas de Telecomunicações Guiados Licenciatura em Engenharia de Telecomunicações e Informática 3ºano, 1º Semestre, 2007/2008 Leccionada por: João Rebola joao.rebola@iscte.pt Gabinete: D616 Cacifo: 324 Telefone interno: Página da Cadeira: Horário de Dúvidas: Quintas-feiras às 17h30. Se algum aluno necessitar de aulas de dúvidas extra, basta entrar em contacto com o docente para se combinar um horário. Avaliação A nota final tem 2 componentes: - 80% máx{ 0,5xTeste1 + 0,5xTeste2; Exame } - 20% nota dos laboratórios Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE 1

2 Testes / Exame Nota mínima em cada teste: 8,0 valores Nota final mínima (para quem efectuar laboratórios): 8,0 valores Nota final mínima (sem laboratórios): 9,5 valores O 1º teste será um pouco depois do meio do semestre e o 2º será coincidente com o 1º exame, podendo o aluno optar por um dos esquemas de avaliação. Laboratórios Nota dos laboratórios vale 4 valores da nota final A inscrição e marcação dos laboratórios será realizada durante o semestre 3 a 4 sessões de laboratórios A entrega dos relatório é efectuada na própria sessão de laboratório Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE 2

3 Programa 1. Introdução 2. Rede telefónica pública comutada 3. Técnicas de codificação de voz: PCM, modulação delta, PCM diferencial e LPC 4. Caracterização da transmissão de sinais 5. Meios de transmissão guiada: cabo coaxial e par simétrico 6. Transmissão por fibra óptica Material de estudo: bibliografia Folhas do Prof. João Pires (Um bloco sobre sistemas de telecomunicações e um bloco sobre sistemas de comunicações ópticas). Folhas do Prof. Adolfo Cartaxo (Um bloco sobre transmissão em fibras ópticas). Govind Agrawal, Lightwave Technology Telecommunication Systems, 1ª ed., 2005, ISBN: Bruce Carlson, Janet Rutledge e Paul Crilly, Communications Systems, 4ª ed., 2002, McGraw-Hill, ISBN: Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE 3

4 O conceito: Sistemas de Telecomunicações Guiados As telecomunicações compreendem o conjunto dos meios técnicos - sistemas - apropriados para codificar, transportar e encaminhar tão fielmente quanto possível informação à distância. Fonte de informação: natureza analógica ou digital. Canal: complexo (e.g., comutação) e imperfeito (e.g. distorção). Sinais: transportados por ondas electromagnéticas (guiado / rádio). Critérios de qualidade de serviço: fidelidade, fiabilidade. Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE 4

5 O espectro electromagnético Designação Prop. Guiada Prop. Rádio Aplicação Ultravioleta 1 µm Visivel Infravermelho 800 nm Fibra óptica 2.55 µm Feixes Laser Telefone, dados, vídeo Hz Hz Comprimento de onda 1 cm 10 cm 1 m 10 m 100 m 1 Km 10 Km 100 Km Ondas milimétricas SHF (super high frequency) UHF (ultra high frequency) VHF (very high frequency) HF (high frequency) MF (medium frequency) LF (low frequency) VLF (very low frequency) Áudio Guia de onda Cabo coaxial Par simétrico Microondas Ondas curtas Ondas longas Satélite, Radar UHF TV telemóveis VHF TV e FM Rádio amador Difusão AM Cabos submarinos Rádio transoceanico Telefone e telégrafo 100 GHz 10 GHz 1 GHz 100 MHz 10 MHz 1 MHz 100 KHz 10 KHz 1 KHz Frequência Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE 5

6 Evolução das Telecomunicações Invenção do telégrafo (Cooke e Wheastone) Invenção do código de Morse (Samuel Morse) º cabo submarino telegráfico transatlântico º cabo submarino telegráfico entre Lisboa e Brasil Invenção do telefone (Alexander Bell) Invenção do primeiro comutador automático (Strowger) Telegrafia sem fios (Marconi) ª ligação rádio transatlântica ª ligação rádio-telefónica transatlântica Teoria da Amostragem (Nyquist) Invenção do PCM (Reeves) Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE 6

7 Evolução das Telecomunicações (cont.) Invenção do transistor (Bell Laboratories) Primeiro cabo submarino telefónico (53 repetidores, 35 circuitos) Lançamento do primeiro satélite - Sputnik (Russo) Invenção do laser (light amplification by stimulated emission of radiation) Primeiro satélite geoestacionário (Intelsat1, 240 circuitos) Proposta de usar as fibras ópticas em telecomunicações (Kao) Criação da primeira rede de comutação de pacotes (ARPANET) Primeira central de comutação digital (tecnologia TTL) Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE 7

8 Evolução das Telecomunicações (cont.) Satélite Intelsat V (12000 circuitos) Primeiras recomendações sobre Rede Digital com Integração de Serviços (RDIS) Primeiro cabo transatlântico digital em fibra óptica TAT 8 (40000 circuitos) Primeira recomendação sobre RDIS de banda larga Cabo submarino óptico TAT 12/13 ( circuitos) Satélite Intelsat VIII ( circuitos) Cabo submarino óptico TAT 14/15 (40 Gbps, 1 milhão de circuitos) Sistema experimental de transmissão por fibra óptica com 175 canais a 40 Gbps7 Tbps numa só fibra! - DWDM (Dense Wavelenght Division Multiplexing) Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE 8

9 Evolução dos computadores Década de 40 - Invenção do primeiros computadores A sua função principal era o processamento de dados Década de 50 - Comercialização da calculadora Década de 70 - Partilha de recursos, i.e. os serviços de um dado computador estão disponíveis para vários utilizadores Década de 80 - Computadores pessoais (PC s) foram possíveis devido aos avanços tecnológicos ocorridos nos microprocessadores (tecnologia VLSI - Very Large Scale Integration) Princípios da década de 90 - redução do tamanho dos computadorescomputadores portáteis; redes de computadores mais fiáveis devido à evolução dos Sistemas Operativos e Aplicações (e.g. servidor WWW - facilidade de utilização de recursos; Mosaic - permite apresentar páginas de informação ao utilizador de uma forma bastante atractiva usando texto, imagens, som e video com ligações - links - a outras páginas) Explosão da utilização de serviços usando a INTERNET! Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE 9

10 Tipos de redes de Telecomunicações Rede telefónica pública comutada Redes de dados: WANs, MANs, LANs Rede digital com integração de serviços (RDIS) Voz, dados, imagem e video Redes de satélites TV, GPS (Global Position System) Redes de distribuição de TV por cabo Redes para comunicações móveis Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE 10

11 Ramos das Telecomunicações Transmissão Codificação e transporte da informação. Comutação Encaminhamento da informação (pôr em contacto dois ou mais utilizadores quaisquer, de acordo com as suas ordens). Controlo e Gestão Garante que as redes de telecomunicações são máquinas dinâmicas, com elevado grau de fiabilidade. A sinalização constitui os meios pelos quais a gestão da rede actua sobre esta. Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE 11

12 Classificação dos serviços - Quanto às exigências feitas às redes - Largura de banda (ritmo binário) Pode variar desde alguns khz para telefonia até vários MHz para vídeo. Critérios Simetria / Assimetria da comunicação A comunicação faz-se nos dois sentidos (telefonia) ou preferencialmente num deles (consulta a base de dados). Difusão / Comutado Serviço difundido: a mesma informação chega a todos os clientes; Serviço comutado: clientes diferentes obtêm informação diferente. Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE 12

13 Os serviços de telecomunicações - Quanto às direcções de transferência de informação - Distribuição (difusão) Fluxo contínuo de informação unidireccional, e.g. TV por difusão, teletexto Classes de serviços conversacionais Fluxo de informação bidireccional em tempo real, e.g. videotelefonia, videoconferência, vídeo vigilância. (de acordo com a rec. I.211 do ITU) Interactivos Fluxo de informação bidireccional de mensagem Fluxo de informação bidireccional, via unidades de memória com store-andforward, e.g. serviço de correio electrónico. de consulta Consulta de informação, guardada em centros de informação, e.g. vídeo, imagens de alta-resolução - raios X. Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE 13

14 Classificação dos serviços - Quanto ao tipo de ligação assegurado pela rede - Classes de serviços Orientados para a ligação - connection oriented Sem ligação - connectionless Circuitos comutados (e.g. rede telefónica) Circuitos virtuais (e.g. redes ATM) Permitem a transferência de informação sem necessidade de prévio estabelecimento da ligação; Serviços caracterizados por transmissões curtas e esporádicas, e.g. Internet. Antes da transferência de informação a ligação deve ser estabelecida; Serviços caracterizados por transmissões longas e razoavelmente contínuas. Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE 14

15 Classificação dos serviços - Quanto às formas de representação da informação - Multimédia Usam várias formas de representação de informação num único serviço. Classes de serviços áudio habitualmente connection-oriented Monomédia vídeo habitualmente connection-oriented dados Connection oriented: rede pública de dados Connectionless: Internet Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE 15

16 Alguns serviços e débitos binários Telefonia kb/s rede assin kb/s assin. rede Acesso Internet kb/s rede assin kb/s assin. rede Correio electrónico kb/s rede assin kb/s assin. rede Filmes a pedido kb/s rede assin. 9 kb/s assin. rede TV alta definição kb/s rede assin. - assin. rede Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE 16

17 Normalização em Telecomunicações - Razões da sua existência - Devido ao carácter internacional das telecomunicações é fundamental a normalização, nomeadamente em: aspectos técnicos: definição da qualidade de serviço e dos parâmetros que a influenciam; especificação das interfaces, e.g. dos sinais usados na transmissão e sinalização. planificação geral da rede: estrutura da rede internacional, plano de transmissão, distribuição dos números telefónicos, etc. problemas de exploração e gestão: definição dos preços das chamadas internacionais, análise do tráfego, etc. Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE 17

18 Normalização em Telecomunicações - Organismos - International Telecommunication Union (ITU) Organismo da ONU responsável por todos os aspectos das telecomunicações e estruturado nos seguintes orgãos permanentes: ITU Development Sector (ITU-D) - responsável pela administração e publicações, incluindo as recomendações; ITU Telecommunications Sector (ITU-T), antigo Comité Consultatif Télégraphique et Téléphonique (CCITT) - responsável por questões técnicas, métodos de operação e tarifas para as redes telefónicas, telegráficas e de dados ITU Radiocommunications Sector (ITU-R), antigo Comité Consultatif International des Radiocommunications (CCIR) - responsável por questões técnicas e operacionais relacionadas com rádio-comunicações, incluindo ligações ponto-a-ponto, serviços móveis e radiodifusão. O International Frequency Registration Board (IFRB) regula a atribuição das bandas de frequências aos diferentes serviços. International Standards Organization (ISO) esta organização tem uma actividade de normalização em diferentes áreas, incluindo as tecnologias da informação - o modelo OSI (Open System for Interconnection) foi definido por esta organização. Site: Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE 18

19 Normalização em Telecomunicações - Organismos (cont.) - European Telecommunications Standards Institute (ETSI) Criado em 1988, é uma organização não lucrativa cujo objectivo principal é produzir normas de telecomunicações para a Europa. Site: Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) Maior organização profissional do mundo; publica jornais e revistas da especialidade e também possui um grupo que desenvolve normas na área das telecomunicações, e.g. norma IEEE 802 para redes locais (LANs) que posteriormente foi adoptada pelo ISO, dando origem à norma ISO Site: American National Standards Institute (ANSI) organização privada, não-lucrativa. As suas recomendações normalmente são adoptadas pelo ISO. Site: Internet Research/Engineering Task Force (IRTF / IETF) - IAB Aprovação de normas : Internet Standards Documentos técnicos : RFC Request for Comments, Internet Drafts Sites: e Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE 19