SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO DE DADOS

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1 SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO DE DADOS Francisco Tesifom Munhoz

2 2 SUMÁRIO Sinais elétricos... 5 Sinal analógico... 5 Sinal digital... 7 Código ASCII... 7 Sistema de comunicação de dados... 8 Introdução... 8 Elementos de um sistema de comunicação de dados... 8 Conceitos básicos de telecomunicações Comunicação Canal de comunicação Tipos de canais de comunicações Processamento de sinal Sinal analógico de voz PCM - Modulação por código de pulsos Conversão Analógico-Digital Filtragem anti-aliasing Teorema da amostragem Quantização Compressão Codificação atividades I Exemplos de sistema de comunicações Sistema de telefonia fixa Sistema de telefonia móvel celular Sistema de rádio em alta freqüência Sistema de rádio em visibilidade Sistema de comunicação por satélite Sistema de comunicação por rede de computadores Princípios de transmissão de dados Meios de transmissão de dados CABO COAXIAL Tipos de cabos coaxiais PAR TRANÇADO Classificação de par trançado FIBRA ÓPTICA Largura de banda... 27

3 3 Transmissão em banda básica Classificação dos sinais codificados Técnicas de codificação Codificação NRZ Codificação RZ Codificação Manchester Codificação AMI (Alternate Mark Invertion) Codificação HDB-3 (High Density Bipolar with 3 Zero Maximum Tolerance) Transmissão assíncrona Transmissão síncrona Modulação MODULaÇÃO EM AMPLITUDE POR CHAVEAMENTO - ASK PSK MODULAÇÃO EM FASE POR CHAVEAMENTO MODULAÇÃO EM FREQUÊNCIA POR CHAVEAMENTO - FSK Modulação DPSK (Differential Phase Shift Keying Modulação por Desvio de Fase Diferencial): Problemas na transmissão de sinais Atenuação reflexão Ruídos Dispersão Latência Modems Modems analógicos Funcionamento interno de um Modem Supressor de eco Equalizadores Scrambler DRA Condições da portadora Seqüência de sincronização Padrões de Modems V.22, V.22 bis -Principais características: V.25, V.25 bis -Características: V.32 -Características: V.32 bis -Características:... 44

4 4 V.33 -Características: V.34 -Características: V.13 -Características: Tecnologia V Interface de comunicação de dados Recomendações Recomendação V Recomendação V Padrão RS-232C Padrão RS Padrão RS Padrão RS Padrão RS Introdução aos protocolos de roteamento Routing Information Protocol - RIP Algorítmo Vetor-Distância Especificações do Protocolo Open Shortest Path First - OSPF Algorítmo Especificações do Protocolo Vantagens do OSPF sobre o RIP Conclusão ATIVIDADES PROPOSTAS Atividades I Atividades II Atividades III Atividades III Atividades V Atividades V Referências... 64

5 5 SINAIS ELÉTRICOS Antes que possamos entrar no mundo dos sistemas de comunicação, é necessário que sejam feitas algumas conceituações preliminares, que servirão de base para o desenvolvimento do nosso estudo. O primeiro conceito fundamental no estudo dos sistemas de comunicações de dados é o da natureza dos sinais elétricos que trafegam pelos canais de comunicações. As informações que trafegam em um canal de comunicação na forma de sinais elétricos podem ser de duas naturezas: sinal analógico e sinal digital. SINAL ANALÓGICO O movimento harmônico é uma ferramenta bastante útil para que possamos entender o equacionamento de um sinal analógico, pois seu estudo é derivado do movimento circular uniforme, assim como uma tensão alternada, que é obtida a partir da rotação de um gerador. Podemos analisar uma tensão alternada como a interação de um campo magnético e uma espira girando dentro desse campo. Como a espira executa um movimento circular uniforme, a tensão gerada terá uma equação idêntica a de um movimento harmônico simples, acrescida de uma componente contínua (DC), dada por: Onde: VDC = Componente DC ou deslocamento no eixo vertical V(t) = Valor instantâneo da tensão Vmax = Valor máximo que a tensão pode assumir = Velocidade angular da tensão = ângulo de fase inicial Outra grandeza que pode ser definida é a freqüência, que corresponde ao número de voltas que a espira dá, no interior do campo magnético, por unidade de tempo (normalmente um segundo) e que representamos por Hz (Hertz). O valor instantâneo de V(t) pode ser representado por meio de um gráfico, como uma função do tempo, chamada forma de onda de tensão, onde cada valor de tempo está associado a um valor definido da função, dado pela figura 1. As relações entre as tensões de valores máximo (Vmax) ou de pico (Vp), pico a pico (Vpp) e eficaz (Vef) ou RMS, constantes da figura 1, são:

6 6 Figura 1- Sinal analógico Entretanto, devemos saber que nem só o tempo pode ser utilizado como variável independente na representação de grandezas elétricas. Muitos serão os casos em comunicações em que a velocidade angular ( ) e a freqüência (f) são as variáveis independentes mais indicadas. Da mesma forma que um gráfico em função do tempo é chamado "forma de onda", um gráfico em função da velocidade angular ou da freqüência será chamado "espectro" de freqüências. A figura 2 ilustra um gráfico de espectro de freqüência de um sinal analógico.

7 7 Figura 2- Representação do sinal no domínio da frequência Os sinais elétricos analógicos podem ser convertidos de analógicos em digitais e de digitais em analógicos por dispositivos conversores A/D e D/A. A visualização dos sinais elétricos, no domínio do tempo e no domínio da freqüência, respectivamente, é realizada com o auxílio do osciloscópio e o analisador de espectro, dois importantes aparelhos eletrônicos. A figura 3 apresenta um osciloscópio. SINAL DIGITAL Sinais digitais são sinais discretos no tempo, de tal forma que sempre exista uma descontinuidade entre uma condição e outra. Os sinais geralmente aparecem na forma de símbolos, como pulsos elétricos, representando um valor de tensão em um dado instante e a ausência dessa tensão no instante seguinte. Tais sinais são normalmente utilizados em telegrafia e transmissão de dados. A figura 4 ilustra um sinal digital. Figura 3- Sinal Digital Nos circuitos digitais, chamamos cada dígito binário de bit. O bit é a menor quantidade de informação que pode ser armazenada. O bit só pode ser zero (0) ou um (1). De acordo com o número de bits utilizados, podemos representar uma determinada quantidade de números. Por exemplo, com 8 bits, podemos representar 28 valores, ou seja 256. Adotou-se como padrão a utilização de um conjunto de 8 bits para cada caractere. A esse conjunto de 8 bits deu-se o nome de Byte. CÓDIGO ASCII Através do sistema binário podemos representar uma grande quantidade de informações. Entretanto, em 1966 foi criado o código ASCII (American Standard Code for Information Interchange). Esse código utilizava 7 bits para representar as letras de A a Z maiúsculas e minúsculas, números de 0 a 9, diversos sinais de pontuação, e mais alguns caracteres, além de comandos de texto, como avançar cursor, voltar cursor, apagar, pular linha, etc. Atualmente a maioria dos PCs utiliza o código ASCII estendido, formado por 8 bits, que inclui todos os caracteres do código ASCII original, e muitos outros. A tabela 1 apresenta o código ASCII estendido completo, que pode ser encontrado no site

8 8 Figura 4- Tabela ASCII SISTEMA DE COMUNICAÇÃO DE DADOS INTRODUÇÃO Os sistemas de comunicação de dados desempenham um papel muito importante na sociedade brasileira e mundial, o cenário atual aponta que esse setor se tornará ainda mais importante nos próximos anos. Por comunicação de dados entendemos uma cadeia de comunicação constituída basicamente por três elementos: fonte de informação, sistema de comunicação e destino, conforme ilustrado na figura. Figura 5- Modelo da cadeia de comunicação Pode-se dizer que informação ou mensagem é qualquer sinal que contenha um dado que se deseja transferir da fonte para o destino. A fonte de informação é a origem da informação a ser transmitida. Costuma apresentar-se na forma de sons, imagens e texto. Por exemplo, a voz humana é uma fonte de informação, um aparelho de fax, um computador, etc. O sistema de comunicação é o conjunto de equipamentos e materiais, elétricos e eletrônicos, necessários para compor um esquema físico, perfeitamente definido, com o objetivo de estabelecer enlaces de comunicação (links) entre, pelo menos, dois pontos distantes, preservando ao máximo as características originais da informação. Por exemplo, um sistema de telefonia, as redes de computadores na Internet, etc. O destino é onde a informação será utilizada. Por exemplo, celular num sistema móvel de telefonia, terminal de computador na Internet, etc. ELEMENTOS DE UM SISTEMA DE COMUNICAÇÃO DE DADOS Um sistema de comunicação de dados genérico, representado na figura 15, basicamente é constituído pelos seguintes elementos:

9 9 Transdutor - É responsável pela conversão de uma forma de energia para outra. Por exemplo, o microfone que transforma energia sonora em energia elétrica de tal forma que ela possa ser transmitida. Fotocélula que transforma energia luminosa em energia elétrica. Diodo laser que transforma energia elétrica em energia luminosa, etc. Na comunicação de dados via rede, como a Internet, por exemplo, não existe a necessidade de um transdutor, pois o computador através de uma interface de rede pode ser conectado diretamente ao transmissor de dados, ou executar esta função. Transmissor - Consiste na combinação do sinal da informação com um sinal periódico de alta freqüência técnica denominada modulação, que tem como característica principal adequar o sinal de informação a um canal de transmissão. Quando o computador executa a função detransmissor de dados, outra tecnologia também pode ser utilizada, que é a codificação de dados. Em redes de computadores o equipamento utilizado para modulação e codificação é o Modem. Canal de transmissão - É o caminho físico por onde um sinal transmitido se propaga. Pode ser um par de fios de cobre, um guia de ondas, fibras óticas, o ar atmosférico ou o vácuo. A característica mais importante a ser observada num canal de transmissão é sua atenuação, ou seja, o quanto a potência do sinal decresce com o aumento da distância. A banda de um canal é um parâmetro importante para caracterizar um canal de transmissão. Quanto mais larga for a banda de um canal, maior será a velocidade permitida para a transmissão. A velocidade de transmissão de dados depende da aplicação e pode variar entre dezenas de bits por segundo (bps) até milhões de bits por segundo (Mbps). Receptor - A função do receptor é extrair o sinal de informação desejado do canal de transmissão e fornecê-lo ao transdutor de saída. A sua função principal é a demodulação ou decodificação do sinal transmitido, processo inverso ao de modulação ou demodulação, que restaura o sinal de informação à sua forma original. Quando o computador executa a função de receptor de dados, o equipamento responsável pela demodulação ou decodificação de dados é o Modem. Contaminação - Ao longo da transmissão de um sinal ocorrem alguns defeitos indesejáveis. Um deles é a atenuação, que reduz a intensidade do sinal. Porém, os mais sérios são a distorção, a interferência e o ruído. A distorção é uma alteração do sinal, devido a uma resposta imperfeita do sistema ao próprio sinal. Diferentemente do ruído e da interferência, a distorção desaparece quando o sinal é anulado. Projetos de sistemas convenientes ou redes de compensação podem reduzir a distorção. A interferência é a contaminação por sinais estranhos. A solução para esse problema é eliminar o sinal interferente. O ruído é o pior caso, consideramos o ruído como sinais elétricos aleatórios imprevisíveis de causas naturais, tanto externo como internos ao sistema. O ruído quando adicionado a um sinal que contém uma informação pode mascarar ou eliminar a informação. O que distingue o ruído da interferência e da distorção é que o ruído nunca pode ser completamente eliminado.

10 10 Figura 6- Modelo de sistema de comunicação CONCEITOS BÁSICOS DE TELECOMUNICAÇÕES Hoje os sistemas de Telecomunicações são encontrados em qualquer lugar onde se queira que uma informação seja enviada de um local para outro. O microcomputador, o fax, o PABX, o telefone, o rádio e a televisão se tornaram parte integrante de nossa vida diária. Esses circuitos a longa distância varrem o planeta, conduzindo dados, voz, imagem e texto. COMUNICAÇÃO Definimos comunicação como o processo pelo qual a informação é transferida de um ponto, no espaço e no tempo, chamado fonte, para outro ponto, chamado destino ou usuário. Um sistema de comunicação é o conjunto de mecanismos que possibilitam processar a informação desde sua fonte até seu destino. CANAL DE COMUNICAÇÃO É o caminho para a transmissão elétrica entre dois ou mais pontos. Um canal pode ser um fio de cobre ou um conjunto de fios, um cabo coaxial ou uma parte específica do espectro deradiofreqüências. O objetivo do canal é transportar informações de um ponto a outro. Todos os canais de transmissão apresentam limitações quanto à capacidade que possuem em maipular as informações. Essas limitações dependem das suas características físicas e elétricas.

11 11 TIPOS DE CANAIS DE COMUNICAÇÕES Simplex - É o canal através do qual só pode haver transmissão de um ponto A para um ponto B, ou seja, unidirecional. Exemplos desse tipo de canal podem ser o rádio e a televisão. Figura 7-Canal Simplex Half duplex - É o canal através do qual é possível transmissão não simultânea, em ambos sentidos, A para B e B para A. Se forem utilizados circuitos de dois fios, será necessário haver chaveamento da linha quando o sentido de transmissão mudar. Isso pode ser contornado se forem utilizados circuitos de quatro fios. Figura 8- Canal Half Duplex Full duplex - É um canal que permite transmissão simultânea nos dois sentidos. Apesar de circuitos de quatro fios serem freqüentemente utilizados, circuitos de dois fios podem suportar comunicações Full duplex, se o espectro de freqüências for dividido para os canais de transmissão e de recepção. Figura 9- Canal Full Duplex

12 12 PROCESSAMENTO DE SINAL Processamento de sinal significa transformar o sinal analógico em um sinal que possa ser transmitido e que os equipamentos de um sistema de comunicações entendam. Um sinal analógico deve ser transformado em um sinal digital (seqüências de "uns" e "zeros") para que os equipamentos de uma rede de computadores, por exemplo, entendam. SINAL ANALÓGICO DE VOZ As ondas sonoras correspondentes à voz podem considerar-se como representativas de dados analógicos. No aparelho telefônico ou em um microfone a voz é convertida num sinal elétrico analógico, em geral, que ocupa um espectro de freqüências relativamente limitado. Por isso, a largura de banda necessária para a sua transmissão é, no caso dos sinais de áudio, sem preocupação de grande fidelidade de reprodução de valor bastante aceitável. A maior parte da energia presente na voz humana está compreendida numa faixa de freqüências reduzidas. Por essa razão, é freqüente o sistema telefônico limitá-la a uma banda de freqüências compreendida entre 300 e 3400 Hz, zona em que ela mantém a inteligibilidade, permitindo o seu reconhecimento pelas pessoas que a ouvem. A figura 16 ilustra, na forma de gráfico, o canal de voz no domínio da freqüência. Figura 10- Representação gráfica do canal de voz PCM - MODULAÇÃO POR CÓDIGO DE PULSOS Atualmente os sistemas de redes telefônicas estão sendo transformados em redes digitais, tanto na transmissão como na comutação. Essa transformação teve início quando da introdução dos sistemas de transmissão PCM. A evolução da informática e dos sistemas digitais permitiu a digitalização das centrais telefônicas, surgindo assim, as centrais denominadas CPA (Controle por Programa Armazenado). O PCM (Pulse Code Modulation) transforma um sinal analógico em uma série de pulsos binários que podem ser manipulados. Esse procedimento resulta em um erro, ou ruído intrínseco,provocado pela etapa de atribuições de níveis quânticos ao sinal.

13 13 O PCM consiste em relacionar o sinal a ser transmitido com uma codificação de pulsos. A figura ilustra o chaveamento dos canais num sistema PCM. Figura 11- Multiplexação PCM CONVERSÃO ANALÓGICO-DIGITAL No mundo moderno, os equipamentos eletrônicos são freqüentemente utilizados nos diversos ramos de atividades como a comunicação, o transporte, o entretenimento, etc. Assim o Conversor Analógico Digital, CAD (ADC), e o Conversor Digital Analógico, CDA, tornam-se componentes importantes nesses equipamentos, visto que a maior parte dos sinais do mundo real são analógicos, e estes dois conversores permitem que sejam capazes de processar os sinais analógicos,manipulando-os num meio digital. Por exemplo, no processamento do som, o CAD converte o sinal analógico, obtido através de um equipamento de entrada de áudio, como o microfone, num sinal digital que pode ser processado por um computador. O CDA, por sua vez, converte o sinal digital processado, novamente num sinal analógico, que pode ser reproduzido por um equipamento de saída de áudio, como o alto-falantes. Figura 12- Processamento de sinais Podemos imaginar um número infindável de situações onde o computador interage com o meio externo, havendo então a necessidade de converter impulsos analógicos, próprios de nosso universo, para impulsos elétricos que serão processados em meio eletrônico. Como exemplo, computadores controlando a temperatura ambiente das salas de um grande escritório, ou as centrais de injeção eletrônica dos automóveis, etc. Uma conversão analógico-digital está dividida em quatro etapas distintas, que são: Filtragem Amostragem Quantização

14 14 Codificaçâo FILTRAGEM ANTI-ALIASING A filtragem consiste basicamente em excluir sinais de altas frequências presentes nos sinais analógicos que pretendemos converter. Como a conversão de sinais ocorre em vários domínios, tais como imagem, telemetria, som, etc., teríamos como resultado de uma conversão analógico-digital, por exemplo, uma imagem distorcida, um sinal de controle errático e no caso do som, além das distorçôes, arquivos muito grandes. A figura exibe imagens sem aplicação da filtragem e com a filtragem anti-aliasing, denominação dada ao efeito indesejado Figura 13- Ausência de filtragem Anti-aliasing comparada ao uso da filtragem na segunda imagem Os filtros de sinais elétricos são estruturas elétricas ou eletrônicas projetadas para permitir, impedir ou retardar a passagem de sinais elétricos em determinadas freqüências. Os filtros podem ser de dois tipos: passivos ou ativos. O filtro passivo é formado por componentes passivos R (resistor), L (indutor) e C (capacitor), que dissipam energia e por isso o sinal na saída do filtro sempre será atenuado. O filtro ativo opera, geralmente, com um ou mais circuitos eletrônicos integrados (amplificadores operacionais) e tem a vantagem de propiciar ganho ao sinal, unitário ou maior. O filtro ativo filtra as freqüências indesejadas e amplifica o sinal. Os filtros encontram inúmeras aplicações em circuitos de áudio, vídeo e RF. São exemplos: a seleção das freqüências da voz no espectro de áudio (filtros de voz) e a eliminação de um ruído de áudio indesejável. O equalizador de áudio nada mais é que um conjunto de filtros ativos, do tipo passa-faixa, cada um centrado numa freqüência, entre 40 Hz e 20 KHz com controle de ganho e atenuação. Quanto à seleção das freqüências os filtros podem ser: Passa-altas - Permitem a passagem das freqüências altas e impedem a passagem das freqüências baixas (f > WC). Passa-baixas - Permitem a passagem das freqüências baixas e impedem a passagem das freqüências altas (f < WC). Passa-faixa - Permite a passagem de uma determinada faixa de freqüências (w1 < f < w2).

15 15 Figura 14- Respostas de frequências de diversos filtros A simbologia adotada para a representação em diagrama de blocos dos filtros quanto a sua ação sobre os sinais elétricos, é a que segue. Figura 15- Diagrama de blocos dos filtros TEOREMA DA AMOSTRAGEM Amostrar o sinal analógico consiste em entrecortar eletronicamente o sinal, a intervalos de tempos iguais, para obter estreitos pulsos nos valores de tensão do sinal, conforme a figura 19. A operação de amostragem do sinal pode ser realizada por um circuito modulador PAM (Pulse Amplitude Modulation). Praticamente, o modulador PAM realiza a operação de "fatiar" o sinal analógico.

16 16 Figura 16- Resultante do processo de amostragem - Pulsos PAM Os sinais de entrada aplicados a cada um dos canais correspondentes devem ser periodicamente amostrados para que possam ser codificados e em seguida multiplexados no tempo. De acordo com o Teorema de Nyquist, a quantidade de amostras por unidade de tempo de um sinal, usualmente chamada freqüência de Nyquist, deve ser maior ou igual ao dobro da máxima freqüência do sinal a ser amostrado, para que possa ser reproduzido integralmente sem erro. f a 2f max onde : fa = Freqüência de amostragem fmax = Maior freqüência do sinal amostrado Figura 17- Amostragem de um sinal de voz

17 17 QUANTIZAÇÃO Depois da amostragem do sinal, como os sinais amostrados PAM são analógicos, é necessário convertê-los em sinais digitais. A etapa para essa conversão é chamada quantização. Quantizar consiste em "medir" eletronicamente as alturas dos pulsos gerados pelo estágio modulador PAM, em níveis fixados. Ou seja, aproximar as amplitudes das amostras para valores predeterminados (níveis de quantização). Cada amostra ou pulso PAM é transformado em uma quantidade predefinida de 12 bits, que posteriormente será submetida a uma compressão e reduzida a 8 bits. Por exemplo, com 12 bits é possível representar = 4096 níveis diferentes (0 a 4095). Para facilitar, vamos supor que os pulsos PAM sejam limitados entre 30 e +30 Volts. Cada nível pode ter um valor de 0,014V (ou seja, 60V dividido por 4096 níveis). Um pulso pode não ter exatamente o valor do nível fixado e, em conseqüência, precisa sofrer uma aproximação para mais ou para menos. Por exemplo, um valor real de +0,015V pode ser quantizado como tendo 0,028V ou 0,014V, pois não é possível representar 0,015V com 12 bits. O valor quantizado apresenta, então, um erro, chamado erro de quantização, no caso de +0,013V ou 0,001V. Essa falta ou excesso no valor do sinal provoca o surgimento de um sinal aleatório, chamado ruído de quantização. As figuras 21 e 22 mostram o aspecto do erro ou ruído de quantização para um sinal senoidal. Figura 18 - Processo de quantização

18 18 Figura 19- Sinal PAM quantizado COMPRESSÃO O processo de compressão consiste na redução dos 13 bits codificados em apenas 8 bits, em obediência a um certo critério, de modo a não haver distorção no sinal analógico recuperado, quando na recepção. A característica básica que define o funcionamento de um compressor é a Lei de Compressão. Atualmente existem duas leis mais usadas em compressão digital. Lei µ - A curva característica adotada apresenta 15 segmentos e é utilizada para um sistema PCM de 24 canais. Não é utilizada no Brasil, sendo adotada nos EUA e Japão. Lei A - A curva característica adotada é aproximada para 13 segmentos de reta e é utilizada para sistemas PCM de 32 canais, sendo utilizada na Europa e no Brasil. CODIFICAÇÃO A codificação é usada após a compressão para converter a amplitude de cada pulso PAM em uma combinação de bits zero e um. Os 128 intervalos positivos mais 128 intervalos negativos formam os 256 (28) intervalos do sistema de transmissão PCM, sendo representados por palavrasde 8 bits. O formato da palavra utilizada para representar cada valor codificado é ilustrado na figura. Figura 20 - Formato da palavra de 8 bits Na figura, a letra P indica a polaridade do pulso PAM, ou seja, se ele se encontra na metade superior da curva de compressão p=1, ou se encontra na metade inferior da curva de compressão p=0. A letra B indica o segmento dentro da metade definida por p, em que se

19 19 encontra a amostra em questão (3 bits podem representar 8 segmentos). Para a característica de compressão utilizada, a curva é dividida em 13 trechos. Porém, como o trecho número 7 é subdividido em 4 segmentos, tem-se na realidade um total de 16 segmentos. A letra A indica o nível dentro do segmento ou trecho do segmento (4 bits podem representar 16 níveis). As curvas definidas pela Lei de Compressão são aproximadas por segmentos de reta, onde cada segmento (trecho) tem o mesmo número de níveis, ou seja, 16. A figura 21 mostra a curva característica da Lei A. Figura 21- Curva característica da Lei A

20 20 ATIVIDADES I 1. Defina um sinal analógico 2. Qual a principal característica de um sinal analógico? 3. Defina amplitude, período e frequência de um sinal 4. O que são sinais digitais? 5. O que é processameto de sinal? 6. Defina resumidamente o Teorema de Nyquist. 7. A voz humana ocupa uma faixa de freqüência de 20 a 20 KHz. A faixa de freqüências utilizada em telefonia é de 300 a 4000 Hz, conforme mostrado na figura 21 (representação gráfica do canal de voz). Pergunta-se: a. Qual a freqüência de amostragem que representa 90% da inteligibilidade do sinal? b. Qual o intervalo de tempo entre uma amostra e outra do sinal? c. Considerando-se que cada uma das amostras será codificada por 8 bits, qual é a taxa de transmissão do canal de voz? 8. Qual o objetivo da quantização 9. Em quantos valores podemos quantizar um sinal amostrado se estamos utilizando 4 bits de quantização? 10. O que significa codificação? 11. O que é PCM?

21 21 EXEMPLOS DE SISTEMA DE COMUNICAÇÕES SISTEMA DE TELEFONIA FIXA Nesse sistema, os equipamentos terminais da ponta da linha são os telefones dos assinantes e o equipamento de comutação, responsável pelos enlaces, é uma central telefônica. A figura 28 ilustra um sistema de telefonia fixa. Os telefones são ligados à central por fios, cabos telefônicos e fibras ópticas, que constituem a rede fixa do sistema. As modernas centrais telefônicas são do tipo CPA (Central de Programa Armazenado), um equipamento de comutação eletrônica digital, dotado de microprocessador, que comanda e controla as operações da central. Uma central telefônica pode ser pública ou privada. A central pública serve determinada área ou bairro de uma cidade com os ramais dos assinantes. A central privada é particular, de uma empresa, escritório ou residência. Pode ser um PAX (Private Branch Exchange) que opera apenas com ramais (linhas para telefones internas) ou um PABX (Private Automatic Branch Exchange), em maioria, que é dotado de ramais e de circuitos troncos, para conexão com a central pública. SISTEMA DE TELEFONIA MÓVEL CELULAR É um sistema de comunicações sem fio (wireless) constituído de rádios móveis, terminais dos usuários, conhecidos por telefones celulares e ERBs (Estações de Rádio Base) fixas. Através da ERB, um rádio móvel se liga com outro rádio móvel via uma central telefônica à qual a ERB está ligada. A figura 29 ilustra um sistema de telefonia móvel. O sistema permite comunicação por voz, vídeo, mensagens alfanuméricas, foto e acesso à Internet. O sistema analógico AMPS foi substituído para o sistema digital em diferentes tecnologias: TDMA, GSM, CDMA e W-CDMA. É um sistema de rádio mono ou multicanal, usado para alcançar longas distâncias. A irradiação principal é direcionada para o alto, à região externa da terra denominada ionosfera, distante cerca de 80 Km da superfície terrestre que atua como camada refletora para a onda de rádio.

22 22 SISTEMA DE RÁDIO EM ALTA FREQÜÊNCIA É um sistema de rádio mono ou multicanal, usado para alcançar longas distâncias. A irradiação principal é direcionada para o alto, à região externa da terra denominada ionosfera, distante cerca de 80 Km da superfície terrestre que atua como camada refletora para a onda de rádio. SISTEMA DE RÁDIO EM VISIBILIDADE É um sistema de rádio na faixa de microondas, que transporta a informação a longas distâncias com repetições sucessivas do sinal. Para isso são usadas estações radiorepetidoras e antenas instaladas no alto de torres, distantes em média 50 Km uma da outra. Do alto da torre, um observador posicionado no lugar da antena vê a outra antena à sua frente, por isso o nome enlace rádio em visibilidade ou microondas em visibilidade. A figura 30 ilustra um sistema de microondas.

23 23 SISTEMA DE COMUNICAÇÃO POR SATÉLITE Lançado por foguete ou liberado de um veículo espacial, o satélite artificial de comunicações é colocado em órbita da terra para receber as ondas de rádio emitidas de transmissores instalados na terra e reenviá-los de volta à terra, em outra freqüência. O satélite funciona como uma estação de radiorrepetidora posicionada no espaço. O transpoder é uma unidade rádio do satélite que recebe o sinal captado pela antena, converte a freqüência, amplifica o sinal e devolve-o à estação terrestre. A figura 31 ilustra um sistema de comunicação via satélite. SISTEMA DE COMUNICAÇÃO POR REDE DE COMPUTADORES Uma rede de computadores é um sistema de comunicações, pois ela fornece o conjunto de equipamentos e materiais, elétricos e eletrônicos, necessários para compor uma infra-estrutura física suficiente para a troca de informações ou mensagens instantâneas entre os usuários. As redes permitem o compartilhamento dos canais de comunicações, otimizando a sua utilização. A figura 32 apresenta diversos sistemas de comunicações interligados. PRINCÍPIOS DE TRANSMISSÃO DE DADOS O princípio da transmissão de dados baseia-se na troca de informações entre a origem e o destino. Sempre que desejar enviar uma mensagem por uma longa distância, dois problemas deverão ser resolvidos. Primeiro como expressar a mensagem (modulação ou codificação) e segundo, que método deverá ser usado para transportar a mensagem (portadora). Ao longo da história, existiram diferentes meios com os quais resolveu-se o problema de comunicação em longa distância: mensageiros, cavaleiros, cavalos, telescópios ópticos, pombos-correio e sinais de fumaça. A criação do código Morse revolucionou as comunicações. Atualmente, os computadores, telefones digitais, aparelhos de FAX, rádios de FM/ AM e TVs todos transmitem seus sinais por meio de circuitos eletrônicos. Geralmente, a modulação de ondas de partes diferentes do espectro eletromagnético é usada. MEIOS DE TRANSMISSÃO DE DADOS As informações que são trocadas entre a origem e o destino são constituídas por sinais físicos (elétricos, ópticos, microondas, etc) que se propagam num determinado meio físico de transmissão. Os meios físicos mais comuns são: Cabo STP;

24 24 Cabo UTP; Cabo coaxial; Fibra óptica; Ar (comunicação sem fios -wireless). CABO COAXIAL O primeiro tipo de cabeamento que surgiu no mercado foi o cabo coaxial. Há alguns anos, esse cabo era o que havia de mais avançado, sendo que a troca de dados entre dois computadores era coisa do futuro. Até hoje existem vários tipos de cabos coaxiais, cada um com suas características específicas. Alguns são melhores para transmissão em alta frequência, outros tém atenuação mais baixa, e outros são imunes a ruídos e interferências. Os cabos coaxiais de alta qualidade não são maleáveis e são difíceis de instalar e os cabos de baixa qualidade podem ser inadequados para trafegar dados em alta velocidade e longas distâncias. Ao contrário do cabo de par trançado, o coaxial mantém uma capacidade constante e baixa, independente do seu comprimento, evitando assim vários problemas técnicos. Devido a isso, ele oferece velocidade da ordem de megabits/seg, não sendo necessário a regeneração do sinal, sem distorção ou eco, propriedade que já revela alta tecnologia. O cabo coaxial pode ser usado em ligações ponto a ponto ou multiponto. A ligação do cabo coaxial causa reflexão devido a impedância não infinita do conector. A colocação destes conectores, em ligação multiponto, deve ser controlada de forma a garantir que as reflexões não desapareçam em fase de um valor significativo. A maioria dos sistemas de transmissão de banda base utilizam cabos de impedância com características de 50 Ohm, geralmente utilizados nas TVs a cabo e em redes de banda larga. Isso se deve ao fato de a transmissão em banda base sofrer menos reflexões, devido às capacitâncias introduzidas nas ligações ao cabo de 50 Ohm. Os cabos coaxiais possuem uma maior imunidade a ruídos eletromagnéticos de baixa frequência e, por isso, eram o meio de transmissão mais usado em redes locais. TIPOS DE CABOS COAXIAIS Tipo de Cabo Impedância Diâmetro Conector Cabo fino Ethernet RG ohms 3/16" BNC

25 25 ARCNET RG ohms 3/16" BNC ou RG-59/U 75 ohms 3/16" Utiliza um rabicho RG-62 na extremidade com BNC CABO ESPESSO ETHERNET 50 ohms 1/2" Transceptor/MAU no cabo espesso com uma derivaçãdo de par trançado até o cordão da rede Cabo derivado de Ethernet espesso (não é coaxial, é um cabo de par blindado) - 3/8" DIX/AUI PAR TRANÇADO Com o passar do tempo, surgiu o cabeamento de par trançado. Esse tipo de cabo tornou-se muito usado devido a falta de flexibilidade de outros cabos e por causa da necessidade de se ter um meio físico que conseguisse uma taxa de transmissão alta e mais rápida. Os cabos de par trançado possuem dois ou mais fios entrelaçados em forma de espiral e, por isso, reduzem o ruído e mantém constante as propriedades elétricas do meio, em todo o seu comprimento. A desvantagem deste tipo de cabo, que pode ter transmissão tanto analógica quanto digital, é sua suscetibilidade às interferências a ruídos (eletromagnéticos e radiofrequência). Esses efeitos podem, entretanto, ser minimizados com blindagem adequada. Vale destacar que várias empresas já perceberam que, em sistemas de baixa frequência, a imunidade a ruídos é tão boa quanto a do cabo coaxial. O cabo de par trançado é o meio de transmissão de menor custo* por comprimento no mercado. A ligação de nós ao cabo é também extremamente simples e de baixo custo. Esse cabo se adapta muito bem às redes com topologia em estrela, onde as taxas de dados mais elevadas permitidas por ele e pela fibra óptica ultrapassam, e muito, a capacidade das chaves disponíveis com a tecnologia atual. Hoje em dia, o par trançado também está sendo usado com sucesso em conjunto com sistemas ATM para viabilizar o tráfego de dados a uma velocidade extremamente alta: 155 megabits/seg. CLASSIFICAÇÃO DE PAR TRANÇADO

26 26 Categoria Velocidade Mídia do Cabo Conector Uso Categoria 1 Não adequada a LANs Categoria 2 Não adequada a LANs Categoria 3 Até 10 Mbps UTP 4 pares 100 ohms 568A ou 568B de 8 fios 10BASE-T Categoria 4 Até 16 Mbps STP 2 pares 150 ohms STP-A 10Base-T ou Token Ring Categoria 5 Até 100 Mbps UTP 4 pares 100 ohms 568A ou 568B de 8 fios 10Base-T, 100Base-T, FDDI, ATM, Token Ring Figura 22-Cabo UTP CAT 5e Figura 23- Cabo UTP CAT6 Figura 24 -Comparativo entre Cabos UTP CAT6 e UTP CAT5e

27 27 FIBRA ÓPTICA Quando se fala em tecnologia de ponta, o que existe de mais moderno são os cabos de fibra óptica. A transmissão de dados por fibra óptica é realizada pelo envio de um sinal de luz codificado, dentro do domínio de frequência do infravermelho a uma velocidade de 10 a 15 MHz. O cabo óptico consiste de um filamento de sílica e de plástico, onde é feita a transmissão da luz. As fontes de transmissão de luz podem ser diodos emissores de luz (LED) ou lasers semicondutores. O cabo óptico com transmissão de raio laser é o mais eficiente em potência devido a sua espessura reduzida. Já os cabos com diodos emissores de luz são muito baratos, além de serem mais adaptáveis à temperatura ambiente e de terem um ciclo de vida maior que o do laser. Apesar de serem mais caros, os cabos de fibra óptica não sofrem interferências com ruídos eletromagnéticos e com radiofrequências e permitem uma total isolamento entre transmissor e receptor. Portanto, quem deseja ter uma rede segura, preservar dados de qualquer tipo de ruído e ter velocidade na transmissão de dados, os cabos de fibra óptica são a melhor opção do mercado. O cabo de fibra óptica pode ser utilizado tanto em ligações ponto a ponto quanto em ligações multiponto. A exemplo do cabo de par trançado, a fibra óptica também está sendo muito usada em conjunto com sistemas ATM, que transmitem os dados em alta velocidade. O tipo de cabeamento mais usado em ambientes internos (LANs) é o de par trançado, enquanto o de fibra óptica é o mais usado em ambientes externos. Apenas para complementar: segundo livros que eu tenho falando sobre o assunto, um cabeamento de fibra ótica teria uma largura de banda típica em torno de 1ghz, o suficiente para utilizar-se os serviços mais corriqueiros da Internet ( FTP, , Web, videoconferência etc... ) com muita folga, assumindo-se um comprimento máximo de 1,5 KM. LARGURA DE BANDA A largura de banda é a medida da quantidade de informação que pode ser transferida de um lugar para o outro em um determinado período de tempo. A quantidade de fluxo de informações (bits) em um intervalo de tempo específico (segundos) é expressa em bits por segundo. A largura de banda depende de 2 aspectos: tecnologia empregada e meio físico. A tecnologia empregada define a quantidade de bits que trafegam na rede por segundos (bps).por exemplo: Tecnologia 10BaseT=10 Mbps. Tecnologia 100Base T = 100 Mbps. Tecnologia 1000BaseT=1 Gbps. O meio físico define a categoria do cabo, ou seja, a freqüência (Mhz) máxima permitida na rede. Por exemplo:

28 28 Categoria3-16Mhz de portadora Categoria4-20Mhz de portadora Categoria Mhz de portadora (Fast Ethernet) Categoria 5e -100 Mhz de portadora (Fast Ethernet) Categoria Mhz de Portadora (Giga Ethernet) A largura de banda é um conceito muito útil, porém ela tem limitações. Não importa como você envia mensagens, ou qual meio físico você usa, a largura de banda é limitada. O throughput se refere à largura de banda real, medida em uma determinada hora do dia, com o uso de rotas específicas da Internet, enquanto se faz o download de um determinado arquivo. Infelizmente, por muitas razões, o throughput é muito menor que a largura de banda digital máxima possível do meio que está sendo usado. TRANSMISSÃO EM BANDA BÁSICA Sempre que se desejar transmitir um sinal digital por uma longa distância, dois problemas deverão ser resolvidos: como expressar a mensagem (tipo de codificação) e como transportar a mensagem (tipo de modulação). A modulação não é a única forma de se transmitir um sinal digital para um ponto remoto. Desde que a distância entre o transmissor e receptor seja de alguns quilômetros, a banda de transmissão disponível seja em torno de 15 KHz e o meio de transmissão tenha certas características, é possível realizar a codificação banda base do sinal digital. Esse processo consiste na reconfiguração do sinal digital, informação que se quer transmitir, em um sinal mais bem adaptado às condições de transmissão. CLASSIFICAÇÃO DOS SINAIS CODIFICADOS A codificação do sinal digital em banda base pode ser classificada de duas formas: quanto à duração do pulso e quanto à polaridade do pulso. Quanto à duração do pulso temos: NRZ (Non Return to Zero) -Cada bit 0 é representado por um pulso Off e cada bit 1 por um pulso On ocupando todo o intervalo significativo do bit; RZ (Return to Zero) -Cada bit 1 é representado por um pulso On positivo ou negativo, com duração de meio intervalo do bit. Cada bit 0 é indicado por uma não-mudança, não há pulso na ocorrência de bit 0. Quanto à polaridade: Unipolar -Os dois níveis têm a mesma polaridade, por exemplo, o bit 0 é igual a 0V e o bit 1é igual a +V. Polar -Os dois níveis são representados com pulsos de polaridades opostas. Por exemplo, o bit 0 é igual a -V e o bit 1 é igual a +V.

29 29 Bipolar -Os sucessivos bits 1 são representados com pulsos de polaridade alternada. TÉCNICAS DE CODIFICAÇÃO Existem diversas técnicas de codificação banda base, vejamo algumas dessas técnicas. CODIFICAÇÃO NRZ Com o código NRZ, o nível do sinal é mantido constante em uma de duas tensões possíveis, pela duração de um intervalo de bit. Se as duas voltagens permitidas são0ev,a forma de onda NRZ é dita Unipolar. Esse sinal tem um componente DC diferente de zero. Por outro lado, o sinal NRZ Bipolar usa duas polaridades, +V e -V, deste modo provê uma componente DC nula. A codificação NRZ apresenta carência de transições de dados, o que resulta em um pobre desempenho na recuperação do clock. Essa característica limita seu uso apenas para pequenas distâncias de transmissão e conexões entre estações. A forma mais simples de codificação NRZ consiste em associar um nível de tensão a cada bit. Essa codificação é conhecida por NRZ-L (Non Return to Zero Level), um bit 1 será associado a um nível de tensão e um bit 0 sob a forma de uma tensão baixa ou ausência de tensão. O padrão de codificação NRZ é bastante encontrado em fitas magnéticas, pois evita que seqüências de bit nível 1 não apresentem nenhuma variação. A sigla NRZ remete à sentença Non-Return to Zero, ou sem retorno para zero; isto porque o bit transmitido permanece em seu nível correspondente por todo o período, não retornando para zero quando este está sendo representado por um sinal nível 1. Na codificação NRZ-M os bits não têm um nível de tensão fixo que os represente, o valor de tensão que este apresentará será relativo ao valor assumido pelo bit anterior. Os bits de valor 1 são representados por uma transição de nível no início de

30 30 seu período, enquanto que bits de valor zero não apresentam transição alguma ao longo de seu período. Como pode haver seqüências sem qualquer transição, como uma seqüência de bits 0, por exemplo, faz-se necessário a transmissão também de um sinal de sincronismo. Sendo então, essa codificação qualificada como codificação síncrona. CODIFICAÇÃO RZ O nível do sinal que representa o bit de valor 1 dura a primeira metade do intervalo do bit, após o qual o sinal retorna para o nível de referência (zero) para o restante do intervalo do bit (outra metade). Um bit 0 é indicado por uma não-mudança de nível, com o sinal continuando no nível de referência (zero). Sua principal vantagem reside no aumento das transições em comparação com a codificação NRZ, com uma melhoria na recuperação do Clock. A figura 39 apresenta um exemplo de codificação RZ. CODIFICAÇÃO MANCHESTER 1 Nenhuma das codificações do utiliza a codificação binária direta com 0 volts para bit 0 e 5 volts para um bit 1, pois isso gera ambiguidades. Se uma estação enviar o string de bits , outras poderão erroneamente interpretá-lo como ou , pois não conseguem identificar a diferença entre um transmissor inativo(0 volts) e um bit 0 ( 0 volts). É necessário haver uma maneira de os receptores determinarem exatamente o início, o fim ou o meio de cada bit, sem fazer referência a um relógio externo. Dois desses métodos são denominados codificação Manchester ( Manchester Encoding) e codificação Manchester Diferencial (Diferential Manchester Encoding). Na codificação Manchester, cada período de bits é dividido em dois intervalos iguais. Um bit 1 binário é enviado quando a voltagem é definida como alta durante o primeiro intervalo e como baixa no segundo intervalo. No 0 binário, acontece exatamente o contrário: primeiro baixa e depois alta. Esse esquema garante que cada período de bits tenha uma transição na parte intermediária, tornando fácil para o receptor sincronizar-se com o transmissor. A desvantagem da codificação Manchester é que ela requer duas vezes mais largura de banda que a codificação binária direta, pois os pulsos são a metade da largura. A codificação Manchester é mostrada na Figura a seguir. A codificação Manchester diferencial, mostrada na figura acima é uma variação da codificação Manchester básica. Nela, um bit 1 é indicado pela ausência de uma transição no início do intervalo. Um bit 0 é indicado pela presença de uma transição no início do intervalo. Em ambos os casos, existe uma transição no meio. O esquema diferencial requer equipamento mais complexo, mas oferece menor imunidade a ruído. Todos os sistemas de banda básica usam a 1 Segundo Tanenbaum

31 31 codificação Manchester devido a sua simplicidade. O sinal alto é de +0,85 volts e o sinal baixo é de -0,85 volts, resultando em um valor DC de 0 volts. CODIFICAÇÃO AMI (ALTERNATE MARK INVERTION) O método bipolar AMI (Alternate Mark Inversion -Inversão Alternada de Marcas) utiliza três níveis de sinal (+,0,-) para codificar a informação binária a ser transmitida. O bit "0" é representado pelo nível 0 (nível nulo), enquanto o bit "1" corresponde a pulsos retangulares com metade da duração do bit e polaridade alternada (+,-). Com essa alternância de marcas, consegue-se garantir a ausência de nível DC no sinal codificado, entretanto, quando ocorrer uma seqüência longa de zeros, o sinal codificado fica muito tempo sem transições na linha, o que dificulta o sincronismo do clock. A figura 41 apresenta uma codificação AMI. CODIFICAÇÃO HDB-3 (HIGH DENSITY BIPOLAR WITH 3 ZERO MAXIMUM TOLERANCE) Para assegurar um número mínimo de transições no sinal codificado, é necessário limitar as longas seqüências de nível "0" no sinal de dados. Isso é feito violando-se a regra bipolar (polaridades alternadas para os bits "1") através da codificação HDB-3 (Código com Alta Densidade de Pulsos). Nesse tipo de codificação, o sinal digital a ser transmitido é verificado e, cada vez em que é detectada uma seqüência de quatro zeros consecutivos, esta seqüência é substituída por uma outra seqüência padronizada. Para isso, é utilizado o recurso da "violação", que consiste no uso de um pulso contendo a mesma polaridade que o pulso anterior. No HDB- 3, os quatro zeros consecutivos são substituídos pela seqüência 000V ou V00V, onde "V" é a violação, e a substituição dependerá do último pulso transmitido, observando sempre o princípio da alternância de pulsos. Caso o último pulso transmitido não seja uma violação e tenha polaridade oposta à polaridade da violação anterior, transmitirá 000V. No caso em que o último pulso transmitido seja uma violação ou tenha polaridade idêntica à polaridade da violação anterior, transmitirá V00V. Na recepção, o decodificador tem de verificar, inicialmente, a violação AMI e, posteriormente, o número de zeros que precede essa violação, para determinar se o último pulso transmitido é também uma violação. Isto é feito da seguinte forma: se na recepção houver dois pulsos, com mesma polaridade, separados por três zeros, o segundo pulso é violação, logo, é suprimido. Se

32 32 na recepção houver dois pulsos, com mesma polaridade, separados por dois zeros, ambos os pulsos são violação, logo, ambos são eliminados. Na codificação HDB-3 são contornados os problemas do aparecimento do nível DC e da falta de transições para recuperação do sinal de clock. A tabela a seguir, resume o processo de codificação HDB-3 TRANSMISSÃO ASSÍNCRONA A transmissão assíncrona não utiliza um mecanismo de clock para manter o dispositivo emissor e receptor sincronizado. Como o fluxo de caracteres não é homogêneo, não haveria como distinguir a ausência de bits sendo transmitidos de um eventual fluxo de bits zero e o receptor nunca saberia quando viria o próximo caractere. Portanto, o receptor não teria como identificar o que seria o primeiro bit do caractere. Para resolver esses problemas de transmissão assíncrona, foi padronizado que, na ausência de caracteres a serem transmitidos, o transmissor mantém a linha sempre no estado 1 (Idle), ou seja, transmite ininterruptamente bits 1, o que distingue também de linha interrompida. Quando o transmissor transmite um caractere, para permitir que o receptor reconheça o seu início, o transmissor insere um bit de partida, denominado de start bit. Convencionou-se que esse start bit seria um bit 0 interrompendo, assim, a seqüência de bits 1 que caracteriza a linha livre (Idle). Para maior segurança, ao final de cada caractere, o transmissor insere um ou dois bits de parada, dependendo do padrão adotado, denominado stop bit. Convencionou-se que esse stop bit seria um bit 1, para distingui-lo do start bit. Os bits de informação são transmitidos em intervalos de tempo uniforme entre o start bit eo stop bit. Portanto, o transmissor e o receptor somente estarão sincronizados durante o intervalo de tempo entre os bits de start e stop. A transmissão assíncrona também é conhecida como star-stop. A figura ilustra a transmissão assíncrona de dois caracteres. A detecção de erros em transmissão assíncrona utiliza o bit de paridade. Vários esquemas são

33 33 implementados para uso do bit de paridade. Os mais comuns são os seguintes: Paridade par -O bit de paridade é definido para assegurar que seja enviado um número par de bits 1. Se o campo de dados tiver três bits 1, o bit de paridade será definido em 1 para produzir um total de 4 bits. Paridade ímpar -O bit de paridade é definido para assegurar que seja enviado um número ímpar de bits 1. Se o campo de dados tiver três bits 1, o bit de paridade será definido em 0 para produzir um total de três bits 0. As técnicas de paridade podem detectar erros que afetam um bit. Elas podem, contudo, ser incapazes de detectar erros que afetam dois ou mais bits. A transmissão assíncrona é uma tecnologia simples e barata, adequada para transmissão de pequenos frames em intervalos irregulares. Como os bits de início, de fim e de paridade precisam ser acrescentados a cada caractere a ser transmitido, o desempenho da transmissão assíncrona não atende de forma satisfatória à troca de grandes quantidades de dados. A transmissão assíncrona é freqüentemente utilizada para comunicações micro a micro e terminal a Host. Os dados nesses ambientes são geralmente de natureza intensa e baseados em caracteres, o que é ideal para a comunicação assíncrona. Em ambos os casos, geralmente também é desejável reduzir custos com hardware de comunicação, o que é mais bem atingido com a transmissão assíncrona. TRANSMISSÃO SÍNCRONA Na comunicação síncrona, o intervalo de tempo entre dois caracteres subseqüentes é fixo. Nesse método, os dois dispositivos, transmissor e receptor, são sincronizados, pois existe uma relação direta entre o tempo e os caracteres transferidos. A comunicação poderá ser feita de forma mais eficiente se os clocks nos dispositivos transmissor e receptor estiverem sincronizados. Essa sincronização é realizada de duas maneiras: Transmitindo-se sinais de sincronização juntamente com os dados. Algumas técnicas de codificação garantem uma transição de sinal com cada bit transmitido, são inerentemente sinais de clock interno. Utilizando-se um canal de comunicação separado para transportar o sinal de dados e outro para transportar o sinal de clock. Ambas as transmissões começam com uma série de sinais sincronizados, que informam ao receptor o início de um frame. Os sinais sincronizados geralmente utilizam um padrão de bits que não pode aparecer em qualquer ponto nas mensagens, garantindo que eles serão sempre distintos e fáceis de ser reconhecidos pelo receptor. Uma ampla variedade de tipos de dados pode ser transmitida. A figura 45 ilustra um frame de dados baseado em caracteres. Observe que os caracteres múltiplos podem ser transmitidos em um único frame de dados. Como o transmissor e o receptor permanecem sincronizados durante a transmissão, os frames podem ser extensos. SYN SYN STX DADOS ETX BCC Quando os frames são maiores, a paridade passa a não ser mais um método adequado de detecção de erros. Se estiverem ocorrendo erros, é mais provável que vários bits serão afetados e que as técnicas de paridade não informarão um erro adequadamente. A técnica

34 34 usada com a transmissão síncronaéade verificação de redundância cíclica, conhecida como CRC (Cyclic Redundancy Check). O transmissor utiliza um algoritmo para calcular um valor de CRC que resuma o valor inteiro de bits de dados. Esse valor de CRC é anexado ao frame de dados. O receptor usa o mesmo algoritmo, recalcula o CRC e compara o CRC inserido no frame ao valor que havia calculado. Se os valores corresponderem, é praticamente certo que o frame foi transmitido sem erro. Um padrão de bit de fim inequivocamente indica o fim de um frame. Assim como os bits de sincronização, o padrão de bit de fim é freqüentemente um padrão que não pode aparecer no corpo de um frame de dados, eliminando a confusão por parte do receptor. Quando os enlaces (links) de transmissão síncrona estão inativos, é comum transmitirem-se bits de preenchimento que mantêm dispositivos sincronizados, eliminando a necessidade de sincronizar novamente os dispositivos, quando um novo frame for transmitido. A transmissão síncrona tem muitas vantagens sobre a assíncrona. Os bits de overhead (de sincronização, CRC e fim) são uma proporção menor do frame de dados geral, tornando a transmissão síncrona muito mais eficaz no uso da banda passante. A sincronização permite que os sistemas utilizem velocidades mais elevadas e melhorem a detecção de erros. A desvantagem da transmissão síncrona está principalmente nos custos mais elevados em virtude da maior complexidade dos componentes necessários no circuito. Conseqüentemente, a transmissão síncrona é empregada principalmente quando grandes volumes de dados precisam ser transmitidos. A transmissão síncrona é normalmente utilizada em comunicações mainframe a mainframe,eé também usada para se atingirem altos níveis de eficácia em redes locais. Tanto o padrão Ethernet como o Token Ring, por exemplo, utilizam sinais de clock interno. MODULAÇÃO MODULAÇÃO EM AMPLITUDE POR CHAVEAMENTO - ASK ASK (Amplitude Shift-Keying), é a técnica de modulação mais simples entre as utilizadas para modular sinais discretos (digitais). Consiste na alteração da amplitude da onda portadora em função do sinal digital a ser transmitido. A modulação em amplitude translada o espectro de frequência baixa do sinal binário, para uma frequência alta como é a da onda portadora. A amplitude da portadora é comutada entre dois valores, usualmente ligado e desligado ( na modulação em amplitude multinível podem ser utilizados mais valores). A onda resultante consiste então em pulsos de rádio frequência ( RF ), que representam o sinal binário "1" e espaços representando o dígito binário "0" (supressão da portadora). Esta técnica é equivalente a modulação AM para sinais contínuos com um sinal modulante na

35 35 forma de um pulso retangular. O preço desta simplicidade é a excessiva largura de faixa da transmissão. A técnica de modulação ASK também representa perda de potência relativa a onda portadora. A largura de faixa da transmissão pode ser reduzida se os pulsos empregados forem formatados (limitados em banda) antes da modulação. PSK MODULAÇÃO EM FASE POR CHAVEAMENTO A técnica de modulação conhecida por PSK ( Phase Shift- Keying), é o processo pelo qual se altera a fase da onda portadora em função do sinal digital a ser transmitido. Para este processo são usados pulsos bipolares de altura A/2 e - A/2 no sinal senoidal da onda portadora em lugar de dois pulsos de altura 0 e A. Quando ocorrer uma transição de nível lógico do sinal digital a ser transmitido (sinal modulante ), haverá uma mudança de 180 graus na fase da onda portadora com relação ao ângulo anterior. A transição observada pode ser tanto de nível lógico "0" para "1" como de nível lógico "1" para "0". Para este tipo de modulação deve se usar a detecção síncrona, já que esta tem como base o conhecimento preciso a respeito da fase da onda portadora recebida, bem como da sua frequência. Esta técnica de modulação devido ao fato mencionado, envolve circuitos de recepção (demodulação ) mais sofisticados; em compensação oferece melhor desempenho que as técnicas ASK e FSK

36 36 MODULAÇÃO EM FREQUÊNCIA POR CHAVEAMENTO - FSK O processo de modulação FSK (Frequency shift-keying), consiste em variar a frequência da onda portadora em função do sinal modulante, no presente caso, o sinal digital a ser transmitido. Este tipo de modulação pode ser considerado equivalente a modulação em FM para sinais analógicos. A amplitude da onda portadora modulada é mantida constante durante todo o processo da modulação; quando ocorrer a presença de um nível lógico "1" no sinal digital, a frequência da portadora é modificada para poder ser depois compreendida no processo de demodulação. A frequência resultante transmitida será a frequência da onda portadora fp diminuida de uma frequência de desvio fd. Matematicamente a onda resultante modulada será: fr = fp - fd. Se registrada a ocorrência de um nível lógico "0" no sinal digital, a frequência resultante aplicada será a frequência da onda portadora acrescida da frequência de desvio: fr = fp + fd.

37 37 MODULAÇÃO DPSK (DIFFERENTIAL PHASE SHIFT KEYING MODULAÇÃO POR DESVIO DE FASE DIFERENCIAL): Éé uma variante da PSK, onde a cada bit não se associa uma fase da portadora, mas, sim, uma mudança ou não desta mesma fase, ou seja, para cada bit 0, efetua-se uma inversão de 180º na fase da portadora e, no bit 1 não se altera a fase, conforme figura abaixo. A modulação DPSK tornou-se padrão (CCITT) para as transmissões síncronas de a 4.800bps. Verificamos neste tipo de modulação que as alterações na fase da portadora são realizadas tomando como referência a última alteração produzida, o que obriga a portadora a alterar-se mesmo numa seqüência de bits iguais (no caso bits 0 ), ajudando sobremaneira ao sincronismo de comunicação. PROBLEMAS NA TRANSMISSÃO DE SINAIS Ao longo da transmissão de um sinal podem ocorrer alguns problemas indesejáveis.conhecidos como contaminação. A seguir são apresentados os mais importantes. ATENUAÇÃO Quando a amplitude de um sinal sofre uma redução durante uma transmissão, é dito que o sinal sofreu uma atenuação, portanto atenuação é a perda de energia do sinal para o meio físico. Isso ocorre, por exemplo, quando os cabos excedem a extensão máxima. Isso significa que um sinal com nível 1 sofre redução em sua amplitude, à medida que a energia passa do sinal para o cabo. Embora a escolha cuidadosa dos materiais (por exemplo, usar cobre em vez de carbono) e a geometria (a forma e o posicionamento dos fios) possam reduzir a atenuação elétrica, alguma perda será sempre inevitável quando a resistência elétrica estiver presente. Todo meio físico metálico possui uma resistência, portanto todo sinal, quando transmitido em um cabo, sofrerá uma redução em sua amplitude devido ao meio. A atenuação também acontece com sinais ópticos; a fibra óptica absorve e dispersa alguma energia da luz quando o pulso de luz (bit) trafega pela fibra. Isso pode ser minimizado pelo uso de uma fibra monomodo ou multimodo. Mesmo com essas opções, alguma perda de sinal é inevitável.

38 38 A atenuação também ocorre em ondas de rádio e microondas, quando são absorvidas e dispersadas por moléculas específicas na atmosfera. A atenuação pode afetar a transmissão, uma vez que limita o comprimento dos cabos pelos quais a mensagem pode ser enviada. Se o cabo for longo ou atenuante demais, um bit 1 enviado de uma origem pode parecer um bit 0 quando chegar ao seu destino. REFLEXÃO A reflexão ocorre durante uma transmissão quando um sinal elétrico encontra uma descontinuidade no meio. Uma parte da energia do sinal que foi transmitido retorna provocando alterações no sinal original. No caso de uma transmissão digital, se não for controlada com cuidado, essa energia refletida interfere nos bits posteriores. A figura 48 ilustra o efeito da reflexão na transmissão de um sinal digital. Quando pensamos em um único bit, podemos não visualizar tal problema, porém, em uma rede, onde comumente queremos transmitir milhões de bits por segundo, é necessário controlar essa energia refletida. Dependendo do cabeamento e das conexões usadas pela rede, as reflexões podem ser um grande problema. A reflexão também ocorre na transmissão de sinais ópticos. Os sinais ópticos são refletidos sempre que atingem uma descontinuidade na fibra óptica. Um exemplo desse efeito pode ser notado à noite quando olhamos pela janela e é possível ver nosso reflexo, mesmo ela não sendo um espelho. A luz refletida do seu corpo refletese na janela. Isso também acontece com ondas de rádio e microondas, quando encontram camadas diferentes na atmosfera. A reflexão pode causar problemas na transmissão de sinais. Para otimizar o desempenho das transmissões de dados, é importante que os canais de comunicações tenham impedância específica, para coincidir com os componentes elétricos nas placas de rede. A menos que os meios tenham a impedância correta, o sinal irá sofrer reflexão e será gerada uma interferência. RUÍDOS O ruído é o pior caso dos problemas encontrados na transmissão de sinais. O ruído pode ser considerado como sinais elétricos aleatórios imprevisíveis de causas

39 39 naturais, tanto externos como internos ao sistema. A figura 49 apresenta o registro de um ruído elétrico no domínio do tempo. O ruído pode tornar a informação ininteligível e até inviabilizar as comunicações. Existem diversos tipos de ruídos: Diafonia -Quando o ruído elétrico no cabo é originado de sinais presentes em outros fios do mesmo cabo, isto é conhecido como diafonia. Quando dois fios estão próximos e não estão trançados, a energia de um fio pode acabar em um fio adjacente devido à indução eletromagnética e vice-versa. Isso pode causar ruído nas duas extremidades de um cabo terminado. Existem, na verdade, várias formas de diafonia que devem ser consideradas na criação de cabeamento de redes, por exemplo, que podem ser tratadas com tecnologia de terminação, observância rigorosa aos procedimentos padrão de terminação e uso de cabos de par trançado de qualidade. Ruído térmico -O ruído térmico é inevitável, pois os elétrons estão em constante movimento. Porém, esse tipo de ruído é relativamente pequeno se comparado ao nível elétrico do sinal. Ruído de terra de referência -Os ruídos provocados pelo terra de referência são problemas cruciais na transmissão de sinais. O ruído da linha AC está sempre a nossa volta, pois a eletricidade é levada a aparelhos e máquinas através de fios embutidos em paredes, pisos e tetos. Se o ruído não for evitado corretamente, o ruído de linha de energia pode causar problemas graves na transmissão e recepção de dados.. Essa interferência pode ser difícil de ser detectada e rastreada. Comumente, ela se origina no fato de os eletricistas e instaladores não se preocuparem com o comprimento dos fios terra e neutro, que são levados a cada tomada elétrica. Infelizmente, quando os fios são longos, podem agir como uma antena e captar o ruído elétrico. Interferência eletromagnética -Os raios, motores elétricos e sistemas de rádio são as fontes externas de impulsos elétricos mais comuns que podem prejudicar a qualidade de sinais elétricos. Esses tipos de interferência são chamados interferência eletromagnética e interferência da freqüência de rádio..cada fio em um cabo pode agir como uma antena. Quando isso acontece, o fio, na verdade, absorve sinais elétricos de outros fios do cabo e de fontes elétricas fora do cabo. Se o ruído elétrico resultante obtiver um nível suficientemente alto, isso pode atrapalhar a distinção entre o ruído e o sinal.

40 40 DISPERSÃO A dispersão ocorre quando durante uma transmissão de dados o sinal se espalha com o tempo. É causada pela influência do meio de comunicação envolvido. Se a dispersão for suficientemente séria, um bit pode interferir no próximo bit e confundi-lo com os bits anteriores e posteriores. A figura 50 ilustra a dispersão de um bit. Uma vez que se deseja enviar bilhões de bits por segundo, deve-se ter cuidado para não permitir que os sinais se espalhem. A dispersão pode ser resolvida com um projeto de cabo apropriado, limitando o comprimento dos cabos e encontrando a impedância do cabo adequada. Em fibras ópticas, a dispersão pode ser controlada pelo uso de um laser de comprimento de onda específico. Para comunicações sem fio, a dispersão pode ser minimizada pela seleção adequada das freqüências usadas para transmissão. LATÊNCIA A latência, também conhecida como atraso, tem duas causas principais. Primeiramente, a teoria da relatividade de Einstein afirma que "nada pode viajar mais rápido que a velocidade da luz no vácuo (3,0x10 8 metros/segundo)". Numa transmissão de dados, geralmente, os sinais trafegam a uma velocidade um pouco menor do que a velocidade da luz no vácuo. Os sinais em meios de comunicação de cobre trafegam a uma velocidade no intervalo de 1,9x10 8 m/s a 2,4x10 8 m/s. Os sinais em meios de comunicação de fibra óptica trafegam a aproximadamente 2,0x10 8 m/s. Então, para trafegar por uma distância, um bit leva pelo menos um pequeno intervalo de tempo para chegar ao seu destino. Além disso, se o bit trafegar através de dispositivos eletrônicos, a latência aumentará. A solução para o problema da latência é o uso cuidadoso de dispositivos de internetworking, diferentes estratégias de codificação e protocolos de várias camadas.

41 41 MODEMS Um dos meios de comunicação mais utilizados são as linhas telefônicas, sistemas de rádio, microondas. Tais meios foram projetados para transmitir freqüências da voz humana, sendo que esses sinais são analógicos e estão compreendidos entre as freqüências 15 Hz e Hz. Por questões de economia, foi escolhida a faixa de voz entre 300 e 3400Hz para a construção das linhas telefônicas, o que garante 85% da inteligibilidade (palavras bem compreendidas numa conversação) e 68% de energia da voz humana. A largura do canal de voz em telecomunicações é de 4000Hz, sendo que as extremidades (0 a 300Hz e 3400 a 4000Hz) são utilizadas como banda de guarda para evitar a interferência entre os sinais que fluem em canais vizinhos (figura 16). Se injetarmos em uma linha telefônica os sinais binários oriundos do computador, obteremos na outra ponta um sinal distorcido, no qual as transições se mostram bem atenuadas e poderá ser interpretado erroneamente pelo destino. A solução é adaptar o sinal digital aos tipos de degradação inerentes aos meios de transmissão. Para isto, foram desenvolvidos dispositivos capazes de transformar o sinal digital do computador em uma forma possível de ser transmitida pelo meio sem que ocorram danos graves. Esses dispositivos são chamados de Modems. O Modem, cujo nome é formado pela contração das palavras modulador edemulador. É um equipamento bidirecional que, instalado nas duas extremidades de uma linha telefônica, por exemplo, tem por função adequar um sinal digital às características da linha. Esse equipamento executa uma transformação, por modulação (modem analógico) ou codificação (modem digital), dos sinais digitais emitidos pelo computador, gerando sinais analógicos adequados à transmissão sobre uma linha telefônica. No destino, um equipamento igual a esse demodula (modem analógico) ou decodifica (modem digital) a informação, entregando o sinal digital restaurado ao equipamento terminal a ele associado. Os sinais, no seu formato digital normal, podem ser transmitidos por cabo comum a uma distância de 15 metros no máximo. Além deste limite, o índice de erros pode se tornar extremamente elevado, exigindo o uso de Modems para resolver o problema. MODEMS ANALÓGICOS Os Modems analógicos são equipamentos que realizam o processo de modulação para que os sinais digitais possam trafegar pelo meio telefônico. Na transmissão, o modulador recebe os bits e faz com que atuem sobre uma onda portadora senoidal, geralmente da faixa de áudio de 300 Hz a 4 KHz, para modificar a sua amplitude (ASK), freqüência (FSK) ou fase (PSK), ou dois desses parâmetros simultaneamente (QAM). Eletronicamente, o estágio modulador efetua uma operação denominada chaveamento (keying) da portadora analógica, que consiste na modulação de um sinal digital. Na recepção, o Modem opera inversamente, e ao receber a portadora chaveada, recupera os bits da informação, refazendo os pulsos Modems digitais Os Modems digitais são equipamentos que realizam uma codificação no sinal digital visando a adequá-lo à transmissão em uma linha física. A codificação é uma

42 42 mudança na representação do sinal digital, transformando o próprio sinal digital oriundo de um computador em um outro sinal mais adequado às condições da linha. Rigorosamente, esse tipo de equipamento não deveria ser chamado de Modem, uma vez que não realiza a modulação/demodulação do sinal digital. Os Modems digitais são também conhecidos como Modem Banda Base ou Data Set. Uma das vantagens de se usar um Modem digital é que, pelo fato de apenas realizar a codificação do sinal, ele é mais simples em nível de circuitos, tornando o seu preço mais acessível que os Modems analógicos. As diversas técnicas de codificação do sinal digital como AMI, HDB-3 e Miller procuram gerar o sinal codificado com muitas transições, a fim de facilitar a recuperação do sincronismo no Modem receptor. Além disso, procura-se concentrar o espectro de transmissão do sinal codificado dentro de uma faixa de freqüência com pouco componente DC Comparação entre Modems digitais e analógicos Fatores Modem digital Modem analógico Custo Econômico Caro Modulação Codificação ASK, FSK, PSK e QAM Codificação AMI, HDB-3 e Miller Modulação Distância Pequena:8a20Km Não tem limite Velocidade Opera em qualquer velocidade Conexão Interurbana Inadequado Adequado Opera em determinadas velocidades CCITT Não são padronizados São padronizados FUNCIONAMENTO INTERNO DE UM MODEM SUPRESSOR DE ECO Eco é a reflexão de parte da energia transmitida de um sinal, resultante do descasamento de impedância entre uma linha a dois fios e a linha híbrida do modem distante (circuito elétrico constituído por 2 transformadores, com o objetivo de realizar a conversão de 2 fios para 4 fios e -vice-versa). Para evitar esse inconveniente, é utilizado um circuito elétrico denominado Supressor de Eco, que elimina o sinal refletido na linha de transmissão. EQUALIZADORES Os equalizadores são circuitos especiais compostos de malha de resistências, capacitores e indutores que são adicionados ao meio de transmissão para melhorar a resposta à atenuação, aos retardos de freqüências inferiores do sinal e às perdas pequenas para freqüências superiores. Existem diversos tipos de equalizadores implementados nos modems. Equalizadores fixos -Compensam uma curva de distorção levantada estatisticamente e com parâmetros invariáveis. Equalizadores manuais -Ajustados manualmente à curva característica da linha que está sendo utilizada.

43 43 Equalizadores automáticos -Ajustam-se automaticamente, sem intervenções manual, no momento da inicialização do Modem. Para isso, ocorre troca entre os Modems de certos padrões específicos durante o intervalo RTS/CTS. Equalizadores adaptativos -Ajustam-se didaticamente às condições da linha, baseados em análise do sinal que está sendo recebido. SCRAMBLER O scrambler é um circuito interno dos Modems analógicos que realiza um "embaralhamento" dos dados a serem transmitidos, segundo um padrão definido, de modo a possibilitar o posterior "desembaralhamento" na recepção. Normalmente, esse embaralhamento é feito usando-se o método polinomial, no qual os dados a serem transmitidos são divididos pelo polinômio padrão e, na recepção, multiplicam-se, assim, os dados originais. O dispositivo de acesso à rede telefônica DART é um acessório dos Modems analógicos de baixa velocidade, cuja finalidade é tornar possível a utilização desses Modems na rede telefônica comutada (discada), alternadamente com o aparelho telefônico. DRA O dispositivo de resposta automática DRA é um acessório dos Modems de baixa velocidade. Sua finalidade é capacitar os Modems a serem utilizados na rede telefônica comutada (discada), alternadamente com o aparelho telefônico, permitindo o estabelecimento de ligações para a transmissão de dados sem a necessidade do operador. CONDIÇÕES DA PORTADORA Um modem assíncrono pode ser configurado para trabalhar com a portadora em duas condições: Portadora constante -Sempre presente na linha, mesmo que não tenha dados a transmitir. Portadora controlada -A portadora só aparece na linha mediante a solicitação do terminal, através do sinal RTS. Alguns tipos de Modems permitem trabalhar com a pseudoportadora, simulação da portadora, ou seja, a portadora está sempre presente na linha. SEQÜÊNCIA DE SINCRONIZAÇÃO Os Modems de alta velocidade síncronos analógicos são dotados de uma seqüência de sincronização (bits predefinidos), que é enviada pelo modem local durante o intervalo RTS-CTS, com a finalidade de ajustar os circuitos: AGC, equalizador, amplificador e oscilador do Modem remoto. Todos os tipos de Modems analógicos ou digitais possuem recursos de Loop, que permitem pesquisa de problemas nos circuito de comunicação de dados PADRÕES DE MODEMS Os seguintes padrões de Modems foram desenvolvidos pela CCITT: V.22, V.22 BIS -PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS: Transmissão de dados síncrona/assíncrona; Operações full duplex; Taxa de transmissão de dados de 1200 bps (V.22 bis, 2400 e 1200 bps); Os usuários podem eliminar a despesa de um acesso dedicado e usar os modems V.22 acoplados

44 44 a linhas telefônicas de discagem; Acomoda os equipamentos encontrados na rede "híbrida" de hoje: mainframes e terminais síncronos, e PC's assíncronos; O V.22 bis duplica o número de troca de dados (para 2400 bps) para maior rapidez em transferência de arquivos maiores. V.25, V.25 BIS -CARACTERÍSTICAS: Discagem automática e circuitação de resposta para uso em linhas de discagem direta; O V.25 define uma interface paralela de discagem; O V.25 bis define uma interface serial de discagem. Esses padrões permitem que qualquer computador, síncrono ou assíncrono, execute funções de autodiscagem com um modem nos padrões V.25. V.32 -CARACTERÍSTICAS: Transmissão de dados síncrona/assíncrona; Operação full duplex sobre discagem direta de 2 fios, ou de linhas dedicadas de 2/4 fios; Taxa de transmissão de dados de 9600 bps (alternância para 4800 bps); Primeiro padrão universal para modems de 9600 bps, em linhas telefônicas dedicadas ou de discagem; Utiliza modulação trellis-codificada permitindo maior velocidade de dados e reduzindo erros. V.32 BIS -CARACTERÍSTICAS: Transmissão de dados síncrona/assíncrona; Operação full duplex sobre linhas dedicadas ou de discagem sobre dois fios; Taxa e transmissão de 14400, 12000, 9600, 7200, 4800 bps; O modem V.32 bis transmite dados com maior rapidez -até 14400bps; O V.32 bis redefine as negociações sobre modems (training e retraining). Training: procedimento que dois modems usam para fazer a conexão, "discutem" e "concordam" sobre a taxa de transmissão de dados. Retraining: negociação subseqüente à troca de dados (muitos modems "concordam" em reduzir a transmissão para uma velocidade menor, para sobreporem-se ao ruído da linha ambiente). O retraining é ativado pelo ruído de linha. Após um "retraining"de modems, a transferência de dados será resumida; O V.32 também proporciona um novo procedimento, chamado "fastrain", que permite que o modem caia para uma velocidade menor, ou suba para uma velocidade maior. Quando dois modems V.32 bis fazem um "fastrain", eles param, determinam que podem correr mais, e aumentam a velocidade em alguns milésimos de segundos; O V.32 bis pode enviar dados síncronos a bps, sobre uma linha dedicada de 4 fios e uma linha de discagem sobre 2 fios -muito mais barata do que a dedicada. V.33 -CARACTERÍSTICAS: O V.33 você pode enviar dados síncronos a bps sobre uma linha dedicada de 4 fios; Transmissão de dados assíncrona; Operação full duplex, sobre linhas dedicadas de 4 fios; Taxa de transmissão de dados de ou bps. V.34 -CARACTERÍSTICAS: Transmissão de dados síncrona/assíncrona; Operação full duplex, sobre dial de dois fios, e linhas dedicadas; Queda de transmissão automática para os modems compatíveis menos potentes, tais como V.32 bis, V.32, e V.22 bis. O V.34 suporta

45 45 velocidades de 2,4 Kbps a 28,8 Kbps. V.13 -CARACTERÍSTICAS: Proporciona controle half duplex simulado (switched-carrier); Os modems padrões V.32 e V.33 que suportam o V.13 podem ser usados em ambientes síncronos, assim essas redes podem tirar proveito da tecnologia V.32/V.33. TECNOLOGIA V.90 Com a tecnologia V.90, uma das extremidades da comunicação, onde se incluem provedores de acesso à Internet e corporações, deve ter uma conexão digital com a rede telefônica, a fim de tirar proveito da alta velocidade desse tipo de conexão. Tecnologia V.90 A comunicação só poderá chegar a 56 Kbps se, no caminho entre essas duas extremidades, houver, no máximo, uma conexão analógica (a conexão entre o usuário e sua central telefônica) e se todas as centrais telefônicas forem digitais. Embora, atualmente, a maioria das redes telefônicas seja digital, ainda há uma linha analógica da sua casa até a rede telefônica. Isso significa que você não poderá ligar para outro usuário de Modem 56K a uma velocidade de 56 Kbps, pois essa transmissão envolve duas conexões analógicas: uma da sua casa para a rede telefônica e outra da rede telefônica para a casa do outro usuário. No entanto, se você conectar-se a um provedor de serviços da Internet (ISP) ou a um serviço de acesso remoto (RAS) da sua empresa, essas limitações normalmente não o afetarão. O ISP e RAS têm conexões digitais, o que significa que haverá somente uma conexão analógica em todo o percurso de transmissão (da sua casa até a rede telefônica). A figura 61 ilustra a comunicação do usuário a um provedor via ISP ou RAS.

46 46 Ilustração da comunicação do usuário com um provedor As comunicações do modem 56K são assimétricas, ou seja, a velocidade de transferência de dados downstream (dados enviados para o seu computador, como download de arquivos, navegação na web, etc.) é de 56K, enquanto a velocidade de transferência de dados upstream (dados enviados do seu computador, como uploads de arquivos) é de 33,6K. Isto acontece porque a tecnologia V.90 é diferente dos outros padrões, ou seja, ela codifica dados downstream digitalmente em vez de modulá-los, como os Modems analógicos fazem, enquanto os dados upstream são enviados como transmissões analógicas, seguindo o padrão V.34. A figura 62 apresenta um exemplo de comunicação com Modem 56K, padrão V.90. Por esse motivo, a tecnologia V.90 tornou-se ideal para os usuários da Internet, pois a maioria das transmissões de dados são do tipo downstream. A velocidade de 56K dificilmente é atingida, pois ela pode variar, dependendo das condições da linha. Uma destas condições é a distância entre o Modem do usuário e a central telefônica usada. Quanto maior for a distância percorrida pelos dados, maior será a atenuação do sinal e maior também será a interferência de ruídos, ocasionando erros que irão provocar constantes verificações e retransmissões, o que forçará automaticamente a redução da velocidade. Se a distância entre a central telefônica o e usuário for maior do que 4 km, o Modem 56K não utilizará todo o seu potencial. Outro fator que pode influenciar a velocidade é o fato de haver muitos aparelhos ligados em paralelo ao Modem (fax, extensões, outros Modems), pois isto diminui a impedância da linha e reduz a velocidade de transmissão.

47 47 INTERFACE DE COMUNICAÇÃO DE DADOS A comunicação entre o DTE (Data Terminal Equipment) e o DCE (Data Circuit Equipment), geralmente envolve vários pares de fios, além de dados, também há necessidade de circular informação de controle. Trata-se de uma interface de comunicação de dados DTE-DCE, que possui várias padronizações. RECOMENDAÇÕES Internacionalmente, as primeiras tentativas de padronização surgiram em 1969, quando a Bell e a EIA (Eletronic Industries Association) especificaram a RS-232, que sofreu algumas alterações e passou a ser chamada de padrão RS-232C. Ao mesmo tempo, o CCITT padronizou a interface terminal-modem através das recomendações V.24 e V.28. A diferença entre as duas padronizações é a pinagem do conector. No Brasil, a Telebrás adota a norma internacional recomendada pelo CCITT. A interface mecânica é padronizada pela ISO (International Organization for Standartization), através de sua norma ISO , compatível com a V.24, utilizando um conector de 25 pinos, denominado DB-25P. A recomendação V.24 define a direção do sinal (origem/destino) e a função de cada pino, enquanto a recomendação V.28 define as características elétricas dos Modems e estabelece os níveis de tensão para a transmissão de dados. Na V.28, o estado lógico 1 (marca) é definido como sendo uma tensão negativa compreendida entre a faixa de -15 e -25 volts, enquanto o estado lógico 0 (espaço) é definido como uma tensão positiva compreendida entre a faixa de +15 e +25 volts. Como os receptores reconhecem sinais de no máximo +/-3 volts, sobra uma margem de segurança (região de transição) de 6 volts entre os níveis1e0,que contribui para aumentar a imunidade a ruídos. RECOMENDAÇÃO V.24 Como mencionado anteriormente, a recomendação V.24 define as características funcionais da interface, isto é, a função de cada pino e a direção do sinal (origem/destino), especificando cerca de 40 circuitos. O número maior de circuitos pela V.24, em relação à quantidade de pinos do DB-25P, é devido a essa recomendação cobrir todos os tipos de Modems. Entretanto, para um determinado modelo, apenas parte desse circuito é utilizado. RECOMENDAÇÃO V.28

48 48 A recomendação V.28 define as características elétricas dos Modems e equipamentos, com velocidades inferiores a bps, desenvolvidos com tecnologia discreta. A recomendação V.28 estabelece os níveis de tensão para a transmissão de dados. Assim, o estado lógico 1 (marca) é definido como sendo uma tensão negativa ente -15 e -25 volts, enquanto o estado lógico 0 (espaço) é definido como sendo uma tensão positiva entre +15 e +25 volts, tudo referenciado ao terra de sinal e com previsão de uma queda de tensão de 12 volts ao longo das linhas de transmissão (cabo digital). Como os receptores são obrigados a receber sinais de, no máximo, +/-3 volts, sobra uma margem de segurança (região de transição) de 6 volts entre os níveis1e0,oque contribui para aumentar a imunidade a ruídos e a diferença de potencial de massa. O estado do sinal não necessariamente será identificado de forma única quando a tensão estiver na região de transição. Recomenda-se a utilização de cabos digitais curtos, interligando o DTE ao DCE, com no máximo 15 metros. PADRÃO RS-232C Esse padrão define três tipos de conexão: elétrica, funcional, e mecânica. Trata-se de interfaces mais comumente usadas, ideais para a faixa de transmissão de dados de 0-20 Kbps. Esse padrão utiliza sinalização balanceada que é normalmente utilizada com conectores da forma D de 25 pinos (DB25) para conectar os DTE's (computadores, controladoras, etc.) e DCE's (modems, conversores, etc.). Os dados seriais saem através da porta RS-232C, via pino Transmit Data (TD) e chegam à porta RS-232C do dispositivo de destino através do pino Receive Data (RD). Compatível com os padrões: ITU V.24, V.28; ISO IS2110. A figura 63 apresenta a pinagem do conector DB-25 para a interface RS-232C. Pinagem do conector DB-25 para a interface RS-232C PADRÃO RS-442 O padrão RS-442 define uma interface balanceada sem nenhum conector físico

49 49 que o acompanhe. Por não haver padronização de nenhum conector, os fornecedores que aderiram a esse padrão utilizam muitos conectores diferentes, incluindo parafusos terminais, DB9, DB25 com pinagem não padrão, DB25 seguindo o RS-530, e DB37 seguindo o RS-449. O RS-442 é muito utilizado em comunicações ponto a ponto, conduzidas com um driver de estado duplo. As transmissões podem ir a longas distâncias e a altas velocidades PADRÃO RS-449 Esse padrão define as interfaces funcionais e mecânicas para DTE/DCE's que empregam intercâmbio de dados binários seriais. Trata-se de um padrão utilizado geralmente em transmissões assíncronas. Identifica sinais que correspondem aos números dos pinos para uma interface balanceada em conectores DB37 e DB9. Deveria substituir o RS-232, mas a engenharia dos dois padrões é completamente incompatível. A figura 64 apresenta a pinagem de um conector DB-37 para uma interface RS PADRÃO RS-485 O padrão RS-485 é diferente do RS-442 no fato de que os drivers associados utilizam três estados (são de estado triplo), em vez de dois (estado duplo). Utilizado em aplicações multiponto, no qual um computador central controla vários dispositivos diferentes. Pode-se ligar até 64 equipamentos com o RS PADRÃO RS-530 O padrão RS-530 está intrinsecamente ligado os padrões RS-449 e RS232, pois ele ultrapassa o RS-449 e complementa o RS-232. Com base em uma conexão de 24 pinos, trabalha em conjunto com interface elétrica RS-442 (circuito elétrico balanceado), e com RS-423 (circuitos elétricos não -balanceados). Define as interfaces mecânica e elétrica entre DTE's e DCE's que transmitem dados binários seriais, sejam assíncronos ou síncronos. A grande vantagem desse padrão é o fato de

50 50 permitir altas taxas de dados com o mesmo conector mecânico usado por RS-232 (apesar de não serem compatíveis). Acomoda transmissão de dados de 20 Kbps para 2 Mbps (a distância máxima depende da interface elétrica usada). Compatível com os padrões ITU V.10, V.11, X25; MIL 188/14; RS-449. A figura 65 apresenta um conector DB-25 para uma interface RS-530. Principais sinais de uma interface de comunicação RS-530 Figura 25 -Conectores V.35 - para RS-530 A figura 26 apresenta o diagrama de interligação de um equipamento DCE para outro DTE. A seguir são descritos os principais sinais de uma interface de comunicação de dados.

51 51 Figura 26-Interligação de equipamentos DCE -DTE Cada pino da interface de comunicação de dados é ativado por um sinal emitido pelo terminal ou Modem, exceto o sinal terra, terra de proteção e terra de sinal. Circuito 101 -Internamente ligado à caixa do Modem, sua função é proteger o equipamento e o usuário contra descargas elétricas. Circuito 102 -Estabelece o nível de terra de sinal e pode ser ligado ao "terra de proteção" por meio de um strap, conforme for necessário para satisfazer as normas de segurança ou minimizar a introdução de ruído em circuitos eletrônicos. Circuito 103 -É o circuito de transmissão. Os dados transmitidos pelo terminal (DTE) são encaminhados ao Modem (DCE) para a modulação e transmissão pelo pino 2. Circuito 104 -É o circuito de recepção. Os dados recebidos pelo Modem (DCE) são demodulados e encaminhados ao terminal (DTE) através do pino 3 na forma digital. Circuito 105 -É um circuito de controle. O RTS (Request to Send) é a indicação do terminal ao Modem, através do pino 4, de que está pronto para iniciar a transmissão de dados. Quando o Modem está com strap para operar com portadora controlada, o mesmo só coloca a portadora na linha mediante o aparecimento do RTS. Em transmissão half duplex, o circuito 105 é quem comanda a liberação do clock do Modem para o terminal (circuito 114, pino15 -Modem síncrono trabalhando com clock interno). Com o sinal RTS, a portadora é liberada na linha e, depois de decorrido o delay programado, é transmitido o sinal CTS (Clear to Send)e começa a transmissão dos dados via circuito 103. Circuito 106 -É um circuito de controle, ele emite o sinal CTS (Clear to Send) do Modem para o terminal através do pino 5, sinalizando que o mesmo já está pronto para iniciar a transmissão de dados. O sinal CTS é uma resposta ao sinal RTS, que, além de liberar a portadora na linha (portadora controlada), aciona um temporizador interno do Modem. Somente decorrido o delay do temporizador é que o circuito 106 será acionado, informando aos DTEs que os Modems estão prontos para a transmissão. Durante esse intervalo, o Modem aproveita para enviar sinais que o Modem distante utiliza para se ajustar, preparando-se para a recepção. Esse sinal pode ser simplesmente a portadora ou alguma seqüência de bits predefinida, denominada seqüência de treinamento (Round Robin), que serve para ajuste dos amplificadores, equalizadores