Aula. Princípios de Comunicação

Transcrição

1 Aula Princípios de Comunicação

2 Tipos de Sinal Sinal Analógico MAX MIN Sinal Digital MAX MAX = 1 MIN Sinal Binário MIN = 0 MAB-510 2

3 Aterramento Terra de Segurança Dá aos elétrons um condutor extra (que não o seu corpo) por onde podem fluir para a terra Está conectado ao solo próximo do prédio, para onde as voltagens perigosas ou indesejadas são desviadas Fio terra de segurança (na tomada) está conectado à todas as peças metálicas expostas do equipamento elétrico Placas mãe e circuitos do computador são eletricamente conectados ao chassis e ao terra de segurança MAB-510 3

4 Aterramento Terra de Referência Voltagem é criada pela separação de cargas e de ser medida entre dois pontos Significa o ponto de referência, ou o nível 0 volts, nas medições elétricas Terra de segurança e terra de referência estão conectados e são chamados simplesmente de TERRA MAB-510 4

5 Hardware de Comunicação Interface Não Balanceada Cada sinal utiliza um fio Sinais compartilham o mesmo terra Tx Rx sinal 1 sinal 2 terra cabo sinal 1 sinal 2 MAB-510 5

6 Hardware de Comunicação Interface Não Balanceada Pouco imune a ruídos sinal transmitido ruído na linha sinal recebido MAB-510 6

7 Hardware de Comunicação Interface Balanceada Cada sinal utiliza dois fios (sinal+ e sinal-) O receptor faz a diferença entre os dois sinais (recepção diferencial) Utiliza par trançado para os fios do sinal O terra não precisa ser compartilhado sinal Tx + - cabo + - Rx sinal terra terra MAB-510 7

8 Hardware de Comunicação Interface Balanceada Boa imunidade a ruídos devido à recepção diferencial e ao par trançado sinal + sinal - ruído sinal na linha sinal recebido MAB-510 8

9 Freqüência de onda Número de oscilações por segundo de uma onda eletromagnética medida em Hertz Velocidade de propagação No vácuo igual a c ( = km/s = 3 x 10 8 m/s), independente da freqüência Em outro meio, como cobre ou fibra é aproximadamente 2/3 de c e ligeiramente dependente de f Comprimento de onda (λ) é a distância entre dois pontos máximos (ou mínimos) consecutivos λ f = c MAB-510 9

10 Banda de Passagem P in circuito P out Ganho do circuito em decibéis is ou db = 10 log (P out / P in ) P out / P in = 1/2 P out / P in = 1 Ganho = - 10 log 2 = - 3 db Ganho = 10 log1 = 0 db Para potência absoluta, 0 dbm = 1 mw FILTRO PASSA-BAIXA ganho 0 db ganho 0 db -3 db fc fc = freqüência de corte IDEAL freq fc fc = freqüência de corte REAL banda de passagem = largura do espectro de freqüências até a freqüência de corte freq MAB

11 Harmônicas Um sinal periódico (período T) pode ser decomposto em uma soma (talvez infinita) de ondas senoidais (expansão em série de Fourier) de diferentes amplitudes, em múltiplos da freqüência fundamental f = 1/T ou primeira harmônica b codificado em 8 bits Se taxa de 300 bps então: T amplitude das harmônicas 1 bit a cada 1/300 s T = 8 x 1/300 = 26,67 ms f = 1/T = 37,5 Hz (primeira harmônica) NA PRÁTICA Transições repentinas causam componentes harmônicas altas Cortar harmônicas superiores significa atenuar transições e sinal é distorcido Potência do sinal tende a se concentrar nas harmônicas baixas MAB

12 Linha de Comunicação como Filtro Passa Baixa entrada saída Linha telefônica de voz fc = 3 khz Taxa (bps) T (ms) F=1/T (Hz) # harmônicas ,67 37, , , , , , , , MAB

13 Baud Baud = taxa de transmissão de símbolos = taxa de amostras Um símbolo representa um número de bits (depende da modulação utilizada) Taxa em bps = baud x número de bits por símbolo MAB

14 Comprimento de Onda x Freq. Tomando λ f = c e derivando: df = dλ c 2 λ Tomando diferenças finitas em módulo, pode-se obter a banda de freqüências correspondente a uma determinada largura de banda de comprimento de ondas: Exemplo: f = c λ 2 λ λ =0,17x10-6 m, λ =1,3x10-6 m f =30x10 12 Hz = 30 THz MAB

15 Máxima Taxa de Transmissão (canal sem ruído) Nyquist (1924) Máxima taxa de transmissão (bps) = 2H log 2 V V níveis de sinal e banda passante de H (Hz) H=3 khz e V=2 (tx binária) bps ou 6 kbps H=3 khz e V=1024= kbps MAB

16 Máxima Taxa de Transmissão (canal com ruído randômico) Shannon (1948) Máx. taxa de transmissão (bps) = H log 2 ( 1+ S/N) = 3,32 H log 10 (1 + S/N) S (potência do sinal), N (potência do ruído) e banda H (Hz) S/N = 100 (20 db), H = 3 khz 20 kbps S/N = (40 db), H = 3 khz 40 kbps Resultado válido para qualquer codificação ou freqüência de amostragem Se ruído tiver freqüência definida, pode-se obter taxas maiores às previstas acima MAB

17 Tipos de Comunicação Ponto-a-ponto Multiponto MAB

18 Direção do Fluxo de Dados Simplex : unidirecional Tx Rx Half-Duplex : bidirecional alternada Tx / Rx Tx / Rx Full-Duplex : bidirecional simultânea Tx e Rx Tx e Rx MAB

19 Direção do Fluxo de Dados 4 Fios : 2 linhas half-duplex : uso de uma linha inibe a outra full-duplex : as duas linhas são usadas Tx / Rx Linha 1 Linha 2 Tx / Rx 2 Fios : 1 linha half-duplex : a mesma linha é usada para Tx ou Rx full-duplex : canais em freqüências diferentes são usados na mesma linha para Tx e Rx Tx / Rx Linha 1 Tx / Rx MAB

20 Comunicação Assíncrona A linha em repouso equivale ao nível 1 start bit : bit em 0 no inicio do caracter stop bit : bit em 1 no fim do caracter (duração de 1, 1 e 1/2 ou 2 bits) repouso caracter repouso start bit stop bit amostragem (relógio, clock) O sinal de sincronização (clock) é gerado pelo receptor ao detectar um start e amostra o centro dos intervalos dos bits MAB

21 Comunicação Assíncrona A transmissão é feita caracter a caracter O tempo entre caracteres consecutivos é variável (de zero até horas) repouso repouso repouso char char char star bit stop bit MAB

22 Comunicação Assíncrona Orientada a byte ou caractere Overhead de 33% no pior caso 1 bit de START (habilita a amostragem) 7 ou 8 bits de dados 1 bit de PARIDADE 1, 1 1/2 ou 2 bits de STOP (retorna o estado da linha) Relógios não sincronizados independentes no transmissor e receptor Velocidade máxima dependente da interface serial, em geral abaixo de 100 kbps Para maiores velocidades, solução é transmissão síncrona (orientada a bit) MAB

23 Comunicação Síncrona Existe sincronismo ao nível de bit durante a transmissão, garantido pela presença de transições na linha devido a codificação utilizada Sinal de relógio indica exatamente a posição do bit Na recepção, o sinal de relógio (clock) é sempre recuperado do sinal recebido PLL (phase locked loop) MAB

24 Comunicação Síncrona A linha em repouso equivale ao nível físico 1 A transmissão é feita bloco a bloco, com caractere de sincronismo inserido no início de cada bloco A linha não pode ficar em repouso no meio de um bloco, senão não há transições para recuperação do sinal de relógio e o sincronismo se perde bloco sync char 1 char 2... char n MAB

25 Codificação Manchester Existe sempre uma transição no centro de cada bit: 0 ( ) e 1 ( ) A presença de trnsições garante a recuperação do relógio e permite que transmissor e receptor operem completamente sincronizados Se a taxa de transmissão do transmissor variar, isso é acompanhado diretamente pelo relógio extraído da informação recebida pelo receptor MAB

26 Comunicação Síncrona repouso bloco preamb sync char 1 char 2... char n Preâmbulo: seqüência de bits inserida pelo hardware no início da transmissão para permitir que o circuito decodificador esteja operando corretamente no início do sincronismo Exemplo: Ethernet (rede local) usa 56 bits de preâmbulo Caso haja interrupção da transmissão, sincronismo pode ser recuperado com uso de preâmbulo Ex.: leitura de disco, transmissão em Ethernet, etc. MAB

27 Princípio Básico em Transmissão Serial Síncrona Quadros delimitados pela seqüência (flag) XXXXX.XXXXXXX flag dados flag O que acontece se flag aparece nos dados? Não pode! Bit stuffing Na transmissão, bit 0 inserido automaticamente, após 5 bits 1 Na recepção, bit 0 descartado automaticamente, após 5 bits 1 Implementado por hardware Overhead baixo, geralmente desprezado MAB

28 Princípios de Comunicação Modems Interfaces

29 Linhas Telefônicas Para diminuir distorção na transmissão de voz, indutâncias são adicionadas às linhas (pupinização) MAB

30 Efeito da Pupinização atenuação freqüência (khz) Atenuação constante abaixo dos 4 khz Atenuação extremamente alta acima dos 4 khz, inviabilizando transmissão em banda básica a altas taxas MAB

31 Linhas Telefônicas Tipos de linhas telefônicas Normal Adequada para transmissão analógica de dados Condicionada Equalizadores são adicionados para compensar distorção da linha B (sem pupinização) Pode ser usada para tx dados em banda básica (sinal digital direto no meio físico) MAB

32 Componentes de uma Ligação DTE = Data Terminal Equipment Equipamento digital: computador ou terminal DCE = Data Communication Equipment Equipamento de comunicação: modem ou interface Linha = meio de transmissão DTE DCE linha DCE DTE MAB

33 Tipos de Modems Modems analógicos Modems banda básica MAB

34 Modems Analógicos Utilizam uma portadora (sinal analógico) como sinal de referência, alterando amplitude, freqüência e/ou fase da portadora Podem ser usados em linhas telefônicas comuns Sem limites de distância Velocidade depende da qualidade da linha, mas é baixa (< 56kbps) MAB

35 Modems Analógicos Modulação em Amplitude (AM) muito sensível a ruídos pouco usada MAB

36 Modems Analógicos Modulação em Freqüência (FSK) baixo custo boa imunidade a ruídos MAB

37 Modems Analógicos Modulação em Fase (PSK) bit 0 : altera a fase da portadora em 0 o bit 1 : altera a fase da portadora em 180 o MAB

38 Modems Analógicos Modulação em Mudança de Fase (DPSK) bit 0 : mantém a fase, sem alteração no início do bit bit 1 : altera a fase do sinal em 180 º, no início do bit MAB

39 Modems Analógicos Codificação multibit: transmitidos vários bis por mudança na portadora monobit (1 bit) dibit (2 bits) tribit (3 bits) tetrabit (4 bits) MAB

40 Modems Analógicos Modulação em Mudança de Fase dibit 00 : altera a fase do sinal em 0 o dibit 01 : altera a fase do sinal em 90 o dibit 10 : altera a fase do sinal em -90 o dibit 11 : altera a fase do sinal em 180 o MAB

41 Modems Analógicos Modulação em Quadratura (QAM) também chamada de modulação mista usa amplitude e mudança de fase exemplos de constelações : Tribit Tetrabit Fase Anterior 110 Fase Anterior 111 MAB

42 Modems Analógicos QAM Tribit MAB

43 Tipos de Modems Modems digitais ou banda básica transmitem sinal digital direto na linha só podem ser usados em linhas não pupinizadas limitados a poucos quilômetros (linhas urbanas) permitem maiores velocidades velocidade depende da distância custo muito inferior aos modems analógicos MAB

44 Codificações digitais +V -V +V -V Polar ou NRZ-L Polar com Retorno a Zero ou RZ MAB

45 Codificações digitais +V NRZ-M -V +V BIO-L -V +V AMI -V MAB

46 Codificações digitais +V Manchester -V +V -V Manchester Diferencial MAB

47 Codificação Manchester Sempre há transição do sinal no meio do intervalo do bit Seqüência de bits 1 gera uma onda quadrada, propiciando a recuperação do clock e alcance do sincronismo Manchester Puro Bit 0: transição positiva no centro do bit Bit 1: transição negativa no centro do bit Manchester Diferencial Bit 0: nível do sinal antes e depois do início do intervalo do bit são opostos Bit 1: mantém nível do sinal no início do intervalo do bit Comparação da amplitude do sinal antes e depois do início do intervalo do bit pode dar confiabilidade na deteção Sentido da transição não identifica o bit como no Manchester MAB