FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS CAMPUS

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1 FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE SINOP CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA Princípios de Comunicações 03 e 04 Milton Luiz Neri Pereira (UNEMAT/FACET/DEE) 1

2 1.3 Enlace de comunicação Enlace ou link de comunicação é o estabelecimento de comunicação entre pelo menos dois pontos. Sua classificação obedece a três características principais: i) Número de pontos envolvidos; ii) Sentido de transmissão e iii) Mobilidade Número de pontos envolvidos Enlace ponto-a-ponto Milton Luiz Neri Pereira (UNEMAT/FACET/DEE) 2

3 Enlace ponto-multiponto R x1 T x R x2 R x3 Milton Luiz Neri Pereira (UNEMAT/FACET/DEE) 3

4 Enlace multiponto-ponto T x1 T x2 R x T x3 Milton Luiz Neri Pereira (UNEMAT/FACET/DEE) 4

5 Enlace multiponto-multiponto T x1 /R x1 T x4 /R x4 T xa /R xa T xb /R xb T x2 /R x2 R x T x5 /R x5 T x3 /R x3 T x6 /R x6 Milton Luiz Neri Pereira (UNEMAT/FACET/DEE) 5

6 1.3.2 Quanto ao sentido de transmissão Simplex (SX) A transmissão acontece em apenas um sentido. Ex.: radiodifusão comercial Half-Duplex (HDX) A transmissão acontece nos dois sentidos, mas de forma alternada. Ex.: radioamador Full-Duplex (FDX) A transmissão acontece nos dois sentidos, de forma simultânea. Ex.: Telefonia fixa e móvel. Milton Luiz Neri Pereira (UNEMAT/FACET/DEE) 6

7 1.3.3 Quanto à mobilidade Enlace fixo: Os elementos da rede estão em pontos definidos, sem mobilidade, geralmente interligados por uma rede de fios e cabos. Ex.: rede telefônica cabeada. Enlace móvel: Estabelecido entre transmissores ou receptores móveis, por meio de radiofrequência, veiculares ou portáteis. Radiobase: Enlace estabelecido entre estações de rádio fixas no terreno. Enlace misto: Enlace que utiliza rádios e rede fixa de comunicação. Milton Luiz Neri Pereira (UNEMAT/FACET/DEE) 7

8 1. SISTEMA DE COMUNICAÇÃO Fonte de informação (Sinal de Banda Base) Transdutor entrada Sinal de mensagem Transmissor Sinal transmitido Canal de transmissão Sinal recebido Receptor Estimativa de sinal de mensagem Transdutor Saida Usuário da informação Portadora Atenuação, Distorção, Interferência e Ruído Milton Luiz Neri Pereira (UNEMAT/FACET/DEE) 8

9 1.4 Limitações de um sistema de comunicação Ao projetar um sistema de comunicação há, em geral, duas restrições: PROBLEMAS TECNOLÓGICOS Disponibilidade de hardware Recursos econômicos Regulamentações governamentais, etc. LIMITAÇÕES FÍSICAS Leis da natureza que dizem respeito à tarefa em questão. Estas limitações acabará por ditar o que pode ou não pode ser realizado, independentemente dos problemas tecnológicos.. LARGURA DE BANDA RUÍDOS Milton Luiz Neri Pereira (UNEMAT/FACET/DEE) 9

10 1.4.1 Largura de Banda (B) A Largura de Banda (B) ou Bandwidth (termo original em inglês) é a medida da capacidade de transmissão de um determinado meio, conexão ou rede, determinando a velocidade que os dados passam através desta rede específica. Em transmissão de dados temos diversos tipos de meios de transmissão, cada um com uma largura de banda específica de acordo com suas características construtivas cabo coaxial Fibra ótica B 5Mbits/seg ou 5MHz B 200 a 10Gbits/seg Milton Luiz Neri Pereira (UNEMAT/FACET/DEE) 10

11 Todos os Sistema tem uma largura de banda (B) finita e corresponde a diferença entre a maior e menor frequência transmitida, acrecida da banda de guarda.. Exemplo: Canal telefônico: A voz humana está compreendida entre 15 Hz e 20 khz. Entretanto, é no intervalo de Hz que há maior concentração de energia das componenetes da voz, para circuitos telefôncios. Milton Luiz Neri Pereira (UNEMAT/FACET/DEE) 11

12 Portanto, a largura de banda (B) do canal telefônico compreende apenas 4 khz, com banda de guardas laterais para evitar distorções na informação. Milton Luiz Neri Pereira (UNEMAT/FACET/DEE) 12

13 1.4.2 Ruído (N) Há dois tipos de ruídos que pertubam o sinal de informação: internos e externos. O ruído interno é gerado pelas permanenete colisões de elétrons ao se estabelecer a corrente elétrica nos dispositivos resistivos e semicondutoes, presentes nos equipamentos de transmissão e recepção. O ruído externo são captados pela antena de recepção. Podem ser: ruído atmosférico ou estática (descargas elétricas), ruído cósmico (explosões solares, gera forte campo magnético capaz de danificar os transceptores dos satélites de comunicação) e ruído provocado pelo homem (máquinas e equipamentos, motores elétricos, etc.) Milton Luiz Neri Pereira (UNEMAT/FACET/DEE) 13

14 1.4.3 Relação Sinal (S) Ruído (N) Medimos o ruído em relação a um sinal de informação em termos de o sinal e o ruído de energia S/N (ou SNR). S N = SNR = Potência do Sinal da informação na recepção (P si) Potência do Ruído na recepção(p no ) São utilizadas escalas logarítmicas para medir as relações entre as potências de sinais elétricos em virtude das grandes variações existentes entre os sinais elétricos. Um canal pode apresentar uma atenuação ou ganho para o sinal. Milton Luiz Neri Pereira (UNEMAT/FACET/DEE) 14

15 A potência de ruído térmico é normalmente pequena, então a relação SΤ N pode ser tão grande que o ruído passa despercebido. Em valores mais baixos de S ΤN, no entanto, o ruído degrada a fidelidade do sinal em comunicação analógica e produz erros em comunicação digital. Sinal analógico original Sinal analógico após adição do ruído Milton Luiz Neri Pereira (UNEMAT/FACET/DEE) 15

16 Sinal digital original Sinal digital após adição do ruído Milton Luiz Neri Pereira (UNEMAT/FACET/DEE) 16

17 1.4.4 Lei de Hartley-Shannon A limitação imposta em comunicação pela largura de banda (B) e a relaçao sinal-ruído (S/N) é definida por Hartley-Shannon. Tendo ambas as limitações em consideração, a taxa de informação não pode exceder a capacidade do canal (C) dado por: C = B log S/N = 3,32 B log S/N [bit/s] Esta lei assume que o ruído é aleatório com uma distribuição Gaussiana. Milton Luiz Neri Pereira (UNEMAT/FACET/DEE) 17

18 1.4.5 Potência transmitida (P tr ) P tr = Potência média do sinal Diante do exposto, concluímos que, ao projetar sistema de comunicação, devemos otimizar dois recursos da forma mais eficiente possível, qual sejam: Largura de banda do canal e a Potência transmitida Potência do sinal de entrada (P in ) Potência transmitida através do canal Potência do sinal de saída (P out ) Milton Luiz Neri Pereira (UNEMAT/FACET/DEE) 18

19 1.5 Decibel (db) Decibel não é unidade de medição de uma grandeza elétrica. Corresponde a uma relação entre duas grandezas elétricas, tais como: Potência, Tensão, Corrente, etc. Decibel (db), é uma função específica que opera um parâmetro adimensional (sem unidade): Por exemplo: Relação entre as potênticias = P out P in ou P in P out Valor em db = 10 log P out P in ou 10 log P in P out Milton Luiz Neri Pereira (UNEMAT/FACET/DEE) 19

20 1.5.1 Nível de potência (LP) em db m e db w Comumente, em telecomunicações, torna-se necessária a representação das grandezas em unidades de potência na ordem de miliwatts por exemplo, em níveis de transmissão de aparelhos celulares. Os dbm e dbw correspondem a medidas de valores em que: dbm é relacionado a 1mW e dbw é relacionado a 1 w. LP(dB m ) = 10 log LP(dB w ) = 10 log P 1mW P 1W Milton Luiz Neri Pereira (UNEMAT/FACET/DEE) 20

21 Em cálculos de balanceamento de enlaces em sistemas de transmissão via satélite, costuma-se usar o nível de potência db w na indicação das potências. Potência de sinal gerada pelo transmissor para o satélite: 20dBw (100W). Sinal transmitido para o satélite (inclui potência do transmissor + ganho da antena parabólica): +70dBw (10 MW) (enlace de subida a 8,0 GHz). Potência recebida pelo satélite: -110,0dBw (10 11 W). Milton Luiz Neri Pereira (UNEMAT/FACET/DEE) 21

22 Valores mínimos de S/N para uma boa recepção Comunicação analógica com voz: S/N > 30 db Comunicação analógica com sinal de video: S/N > 45 db Comunicações digitais: S/N > 15 db Milton Luiz Neri Pereira (UNEMAT/FACET/DEE) 22

23 1.5.2 Perda de transmissão e Decibeis Além de qualquer distorção de sinal, um sistema de transmissão também reduz o nível de potência ou "força" do sinal de saída. Esta redução da intensidade do sinal é expressa em termos de perda de potência de transmissão. Embora a perda de transmissão possa ser compensada pela amplificação de potência, o ruído elétrico sempre presente pode impedir a recuperação bem-sucedida do sinal em face de uma grande perda de transmissão. Milton Luiz Neri Pereira (UNEMAT/FACET/DEE) 23

24 Esta seção descreve a perda de transmissão encontrada em sistemas de comunicação por cabo e rádio. Seja o sistema dado na Figura abaixo Potência do sinal de entrada (P in ) G (ganho) Potência do sinal de saída (P out = gp in ) P out = g P in P out 1mW = g P in 1mW 10log P out 1mW = 10 log g P in 1mW 10log P out 1mW = 10 log g + 10 log P in 1mW P out dbm = g db + P in dbm Milton Luiz Neri Pereira (UNEMAT/FACET/DEE) 24

25 1.5.3 Perda de transmissão e repetidores Qualquer meio de transmissão passivo tem perda de potência em vez de ganho, pois P out < P in. Assim, trabalhamos com a perda de transmissão ou atenuação ( L ). L = 1 g = P in P out 10 log L = 10 log 1 g = 10 log P in P out L db = g db = 10 log P in P out No caso de linhas de transmissão, cabos coaxiais, fibra ótica e guias de onda, a potência de saída diminui exponencialmente com a distância. Escreveremos esta relação na forma: P out = 10 αl 10 P in Milton Luiz Neri Pereira (UNEMAT/FACET/DEE) 25

26 P out = 10 αl 10 P in Onde l é o comprimento do caminho entre a fonte e o destino e α é o coeficiente de atenuação em db por unidade de comprimento. Portanto: L = 1 g = P in P out = 10 αl 10 L db = αl Mostrando que a perda de db é proporcional ao comprimento. Milton Luiz Neri Pereira (UNEMAT/FACET/DEE) 26

27 Grande atenuação certamente requer amplificação para aumentar o sinal de saída. Por exemplo, a Figura abaixo representa um sistema de transmissão por cabo com um amplificador de saída e um amplificador repetidor inserido no meio do caminho. (Qualquer préamplificação na entrada seria absorvida no valor de P in.) Uma vez que os ganhos de potência se multiplicam em uma conexão em cascata como esta temos: P out = (g 1 g 2 g 3 g 4 ) P in = g 2g 4 L 1 L 3 P in Em db: P out = (g 1 +g 4 ) (L 1 + L 3 ) + P in Milton Luiz Neri Pereira (UNEMAT/FACET/DEE) 27

28 Problema 1 - Dado o sistema de transmissão a cabo com amplificador representado na figura abaixo, considere: P in = 0,5W, atenuação (α) igual a 2,0 db/km e o comprimento total é de 50 km. a) Determine o ganho do amplificador repetidor; b) A localização do repetidor. A potência de saída é P out = 50mW e a potência do sinal na entrada de cada amplificador é igual a 20μW. Milton Luiz Neri Pereira (UNEMAT/FACET/DEE) 28

29 1.5.4 Rádio Transmissão A transmissão de sinal por propagação de ondas de rádio pode reduzir o número necessário de repetidores e tem a vantagem adicional de eliminar cabos longos. Embora o rádio envolva processos de modulação descritos em capítulos posteriores, parece apropriado aqui examinar a perda de transmissão para propagação de linha de visada direta, onde a onda de rádio viaja um caminho direto desde a transmissão até a antena receptora. Milton Luiz Neri Pereira (UNEMAT/FACET/DEE) 29

30 Este modo de propagação é comumente empregado para comunicação de longa distância em frequências acima de 100 MHz. A perda de espaço livre em um caminho de visada direta é devido à dispersão esférica da energia na onda de rádio. Esta perda é dada por: L = 4πl λ 2 = 4πfl c Se expressamos l em km e fem gigahertz a equação acima torna-se: 2 L db = 92, log f GHz + 20 log l km Milton Luiz Neri Pereira (UNEMAT/FACET/DEE) 30

31 A Figura mostra um sistema de televisão transoceânico simplificado com um satélite servindo como uma repetidora. O satélite está em órbita geoestacionária e tem cerca de km acima do equador. A frequência de ligação ascendente é de 6 GHz e a frequência de ligação descendente é de 4 GHz. Determinar a) perdas no percurso ascendente e descendente: b) a potência de saída. P in = 35 dbw P amplificador repetidor do satélite = 18 dbw Milton Luiz Neri Pereira (UNEMAT/FACET/DEE) 31

32 Problema 2: Um sistema a cabo de 40 km tem uma potência de entrada de 2 W e uma repetidora com 64 db de ganho está instalada 24 km da entrada. O cabo tgem uma atenuação (α) igual a 2,5 db/km. Utilize as equações em db para encontrar a potência do sinal na: a) Entrada da repetidora; b) Saída final. Milton Luiz Neri Pereira (UNEMAT/FACET/DEE) 32

33 1.6 Plano de atribuição, destinação e distribuição de frequências no Brasil Objetivos Atribuir faixas de frequências, segundo tratados e acordos internacionais Atender o interesse público Desenvolver as telecomunicações brasileiras Facilitar a consulta e planejamento do espectro de radiofrequências e a tomada de decisão dos interessados internos e externos à ANATEL. Milton Luiz Neri Pereira (UNEMAT/FACET/DEE) 33

34 1.6.2 Das Faixas de Frequências As informações contidas nas tabelas estão organizadas por faixas de frequências e estão classificadas da seguinte forma: a) khz: faixas de frequências até khz; b) MHz: faixas de frequências de 29,7 MHz a MHz; c) GHz: faixas de frequências de 10 GHz a 1000 GHz. Milton Luiz Neri Pereira (UNEMAT/FACET/DEE) 34

35 Milton Luiz Neri Pereira (UNEMAT/FACET/DEE) 35