TRANSMISSÃO DE DADOS

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1 TRANSMISSÃO DE DADOS Aula 2: Dados e sinais Notas de aula do livro: FOROUZAN, B. A., Comunicação de Dados e Redes de Computadores, MCGraw Hill, 4ª edição Prof. Ulisses Cotta Cavalca <[email protected]> Belo Horizonte/MG 2015

2 SUMÁRIO 1) Analógico e digital 2) Sinais analógicos periódicos 3) Sinais digitais 4) Perda na transmissão 5) Limites na taxa de dados 6) Desempenho

3 1. Analógico e digital No contexto analógico: Dado analógico refere-se à informação que é contínua, e possui valores contínuos; Sinais analógicos possui infinitos valores dentre de um intervalo pré determinado. No contexto digital: Dado digital refere-se a uma informação que possui estados discretos, e possui valores discretos. Sinais digitais possui valores limitados dentro de um intervalo pré determinado

4 2. Sinais analógicos periódicos Um sinal analógico periódicos simples é modelado a partir da função trigonométrica seno, ao qual é denominada onda senoidal (ou senóide). Um sinal simples é constituído por uma única onda senoidal. Um sinal composto é constituído por múltiplos sinais analógicos, através da Análise de Fourier.

5 2. Sinais analógicos periódicos Parâmetros de uma onda senoidal: Período (T): refere-se à quantidade de tempo que uma onda precisa para completa 1 ciclo. Geralmente é expresso em segundos (s); Frequência (f): é a quantidade de ciclos que uma onda percorre em uma unidade de tempo. Exemplo de unidades: Hz (Hertz), rpm (rotações por minuto). Período e frequência são duas grandezas inversamente proporcionais entre si.

6 2. Sinais analógicos periódicos Frequência é a taxa de variação de um ciclo em relação ao tempo. Variações em um curto espaço de tempo implica em alta frequência. Variações em um amplo espaço de tempo implica em baixa frequência. Se um sinal não apresenta mudança, então sua frequência é igual a zero. Se um sinal mudança instantânea, então sua frequência é infinita.

7 2. Sinais analógicos periódicos Fase de uma onda descreve a posição da onda senoidal em relação ao tempo 0. O deslocamento da posição da onda em relação ao tempo 0s indica a fase de uma onda. Os valores típicos são: 0º, 90º e 180º

8 2. Sinais analógicos periódicos Comprimento de onda: Distância entre duas sucessivas cristas ou dois sucessivos vales; Diz respeito ao alcance de muitos equipamentos com transmissão sem fio; James Maxwell demonstrou que a velocidade de propagação de uma onda magnética é próxima à velocidade da luz no vácuo.

9 2. Sinais analógicos periódicos Comprimento de onda: λ f =c c= 1 μ 0 ε 0 λ :comprimento de onda f :frequência c : velocidade de propagação μ 0 : permissividade ε 0 : permeabilidade

10 2. Sinais analógicos periódicos Domínio de tempo e domínio de frequência: Domínio de tempo: onda eletromagnética é representada em função do tempo para se propagar; Domínio de frequência: onda eletromagnética é representada em função da sua frequência máxima Uma onda no domínio de tempo possui apenas o seu pico de frequência representado no domínio de frequência.

11 2. Sinais analógicos periódicos Sinais compostos: Uma onda senoidal simples não é útil para comunicação de dados. É necessário um sinal composto várias ondas senoidais simples. De acordo com a Análise de Fourier, qualquer sinal composto é uma combinação de ondas senoidais simples, de diferente valor de fase, amplitude e frequência.

12 2. Sinais analógicos periódicos Sinais compostos: Se o sinal composto é periódico, a decomposição de sinais oferece uma série de frequências discretas. Se o sinal composto é não periódico, a composição corresponde na combinação de sinais com frequência contínua.

13 2. Sinais analógicos periódicos Sinais compostos: Decomposição do sinal composto

14 2. Sinais analógicos periódicos Largura de banda: é a diferença entre a maior e a menor frequência de um sinal composto. Largura de banda de um sinal periódico. Observe que os valores de frequência são discretos. Largura de banda de um sinal não periódico. Observe que os valores de frequência são contínuos.

15 3. Sinais digitais Uma informação também pode ser representada por um sinal digital. O bit 1 pode ser codificado com um valor de tensão positivo, e o bit 0 pode ser 0 V. Um sinal digital pode ter mais que 1 nível, o que significa poder enviar mais que 1 bit em cada nível.

16 3. Sinais digitais Transmissão em banda base: Transmissão em banda base preserva o formato do sinal digital. É possível somente se houver um canal passa baixa com uma largura de banda infinita ou muito larga.

17 3. Sinais digitais Transmissão passa banda Se o canal disponível é um canal passa banda, não podemos enviar o sinal diretamente. É necessário converter o sinal digital em um sinal analógico antes de transmiti-lo.

18 3. Sinais digitais Transmissão passa banda: modulação de um sinal

19 4. Perdas na transmissão A transmissão de sinais através dos meios não é perfeita. O que está sendo enviado não é o mesmo que está sendo recebido. Principais tipos de perda: Atenuação Distorção Ruído.

20 4. Perdas na transmissão Unidades de medidas e comparações Watt [W] Unidade de potência básica, associada a maior parte em sistemas elétricos decibéis [db]: Relação entre a potência de entrada e saída em um sistema de transmissão. decibéis relativos à 1 miliwatt [dbm] Forma de estabelecer relação entre Watt e decibéis.

21 4. Perdas na transmissão Unidades de medidas e comparações decibéis [db] Seja o exemplo: 10 1 = 10 log 10 (10) = 1bels 10 2 = 100 log 10 (100) = 2bels 10 3 = log 10 (1000) = 3bels 10 4 = log 10 (10000) = 4bels bels = log 10 (P1/P2) decibels = 10*log 10 (P1/P2) 10:1 = 10 1 bel AP 100mW 100:1 = bel P dbm =10 log P 2 P 1 Laptop 1 10mW 10:1 = 10 1 bel Laptop 2 1mW

22 4. Perdas na transmissão Atenuação: Quando um sinal trafega por um meio de transmissão, ele perde parte de sua energia para superar a resistência do meio. Denominamos como atenuação de sinal

23 4. Perdas na transmissão Distorção: Significa que um sinal muda sua forma ou formato, em termos de suas componentes: frequência, amplitude e fase. Distorção também é definida como a erros introduzidos no sinal de entrada da tensão, quando esta sofre algum tipo de processamento.

24 4. Perdas na transmissão Ruído: São fatores externos que causam distorção do sinal após a sua entrada e antes da sua saída. Meios de transmissão sujeitos à energia térmica, motores de indução e aparelhos elétricos estão sujeitos à ruídos.

25 4. Perdas na transmissão Relação Sinal Ruído: A relação sinal ruído, também conhecida como Signal Noise Rate (SNR), é a razão entre o sinal desejado (sinal) como o que não é desejado (ruído) SNR= potência média do sinal potência média do ruído Essa relação também pode ser expressa em decibéis: SNR db =10 log 10 SNR

26 5. Limites na taxa de dados Quanto rápido um dado pode ser enviado? Taxa de transmissão depende: largura de banda disponível; nível de sinais utilizados; qualidade do canal (perdas na transmissão); frequência de transmissão.

27 5. Limites na taxa de dados Teorema de Nyquist: onde: R=2. B. log 2 L R: taxa de transferência [bps]; B: largura de banda [Hz]; L: nível de sinal. O teorema de Nyquist é aplicado em canais de transmissão sem ruídos.

28 5. Limites na taxa de dados Capacidade de Shannon: onde: C=B.log 2 (1+SNR) C: capacidade de transferência [bps]; B: largura de banda [Hz]; SNR: relação sinal ruído (valor relativo). A capacidade de Shannon é aplicada em canais de transmissão com ruídos.

29 6. Desempenho A questão é: qual é o nível de qualidade da sua rede? Variáveis de desempenho: Largura de banda Throughput Latência Produto largura de banda - atraso

30 6. Desempenho Largura de banda Largura de banda em Hertz: conforme já discutido, representa a diferença entre o maior e o menor valor de frequência de um sinal composto. Largura de banda em bit por segundo: representa o número de bits que um canal de comunicação pode transmitir. Throughput: representa a quantidade de dados transferidos de um ponto a outro ponto.

31 6. Desempenho Latência É o tempo que uma mensagem inteira leva para chegar em seu destino por completo. A latência é composta pela soma do: Tempo de propagação; Tempo de transmissão; Tempo de fila; Tempo de processamento.

32 6. Desempenho Latência Tempo de propagação: representa o tempo necessário para um bit ser transmitido da origem até o destino. tempo propagação= distância velocidade de propagação Tempo de transmissão: tempo que uma mensagem (conjunto de todos os bits, primeiro ao último) gasta para chegar ao seu destino. tamanho mensagem tempo transmissão= largura de banda

33 6. Desempenho Produto largura de banda - retardo O produto largura de banda-retardo define o número de bits capaz de preencher o enlace de dados. Conceito do produto largura de bandaretardo: