UFSM-CTISM. Teoria da Comunicação Aula-01

Transcrição

1 UFSM-CTISM Teoria da Comunicação Aula-01 Professor: Andrei Piccinini Legg Santa Maria, 2012

2 Objetivo Objetivos da disciplina: Ter conhecimento dos princípios básicos da telecomunicação; Conhecer os conceitos básicos em análise de sinais; Ser capaz de entender e conhecer os tipos de modulação; Conhecer os princípios de codificação, equalização e sincronização.

6 Programa CONCEITOS BÁSICOS EM TELECOMUNICAÇÕES Conceituação das Comunicações; Sistema Básico de Comunicações; Evolução das Redes de Telecomunicações; Classificação dos sistemas; Desempenho do sistema; Lei de Hartley Shannon; Modulação; Codificação; Largura de Banda do Sistema; Duplicação dos meios;

7 Programa CONCEITOS BÁSICOS EM TELECOMUNICAÇÕES Recuperação e manutenção do sistema; Modalidades de comunicações; Enlace de comunicações.

8 Programa ANÁLISE DE SINAIS Análise de Fourier; Funções Pares e Ímpares; Propriedades Elementares; Série Exponencial ou Complexa de Fourier; Transformadas de Fourier; Propriedades das Transformadas de Fourier; Teorema da Amostragem; Teorema de Parseval; Média, Potência e Autocorrelação; Séries de Fourier e a Transformada de Fourier.

9 Programa FILTROS Objetivo de Utilização dos Filtros; Elementos Básicos; Princípios Básicos dos Filtros; Tipo de filtros.

10 Programa MODULAÇÃO EM AMPLITUDE Definições Técnicas; Finalidade da Modulação; Envoltória AM; Espectro de Freqüências e Largura de Banda; Representação Fasorial; Coeficiente de Modulação e Porcentagem de Modulação; Espectro de Voltagem AM; Potência AM.

11 Programa MODULAÇÃO ANGULAR Definição de Modulação Angular; Análise Matemática; Modulação em Fase; Desvio Máximo de Fase; Formas de Onda para FM e PM.

12 Programa TRANSFORMAÇÃO DE SINAIS ANALÓGICOS EM DIGITAIS Teorema da Amostragem; Recuperação do Sinal Amostrado; Teorema de Nyquist; Freqüência de Nyquist e Ciclo de Serviço.

13 Programa MODULAÇÃO POR PULSO Modulação por Amplitude de Pulso; Modulação por Posição de Pulso; Modulação por Largura de Pulso; Modulação por Codificação de Pulso.

14 Programa MODULAÇÃO DIGITAL Utilização de Modems; Modulação ASK; Modulação FSK; Modulação PSK; Velocidade do Modem; Normas de Comunicação; Tipos de Modem.

15 Programa RUÍDO Ruído Feito pelo Homem; Ruído Atmosférico; Ruído Interestelar; Ruído Não-Aleatório; Ruído Aleatório; Temperatura Kelvin; Constante de Boltzmann; Ruído Térmico; Cálculos de Ruído em Sistemas de Telecomunicações.

16 Programa MULTIPLEXAÇÃO DE CANAIS Espaço disponível às comunicações; Multiplexação analógica por divisão de freqüência FDM; Demultiplexação analógica; Multiplexação digital.

17 Programa REDES INTELIGENTES AVANÇADAS Objetivo; Arquitetura da Rede de Informação; Combinação de Serviços - AIN e CTI.

18 Programa SERVIÇOS DE TELECOMUNICAÇÕES NA REDE Serviços de Dados; Serviços de Lan Wan; Serviços Frame Relay; Serviços ATM; Serviço de Voz.

19 Bibliografia BIBLIOGRAFIA BÁSICA: ALENCAR, Marcelo Sampaio de. Sistemas de Comunicações. Editora Erica. MEDEIROS, Julio Cesar de Oliveira. Princípios de Telecomunicações - Teoria e Prática. Editora Erica. NETO, Vicente Soares. Telecomunicações - Sistemas de Modulação. Editora Erica. BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR: GOMES, Alcides Tadeu. Telecomunicações - Transmissão e Recepção. Editora Erica. MORAES, Alexandre Fernandes de. Redes de Computadores Fundamentos. Editora Erica. NETO, Vicente Soares. Telecomunicações - Convergência de Redes e Serviço.Editora Erica.

20 Avaliação Prova 1 Prova teórica com a primeira parte da disciplina. Prova 2 Prova teórica com a segunda parte da disciplina. Nota 3 Trabalhos, listas de exercícios, testes surpresa e participação. Nota Final Nota Final = Prova 1+Prova 2+Nota 3 3 (1)

24 Regras em Sala de aula Não será permitido: O uso de Computadores, Tablets, Celulares e calculadoras gráficas. Presença em aula: Será considerada a presença em aula conforme regulamento da UFSM. Todos os demais itens serão de acordo com o regulamento da UFSM.

27 Sistemas de Comunicação Fonte Transdutor de entrada Transmissor Canal Destino Transdutor de saída Receptor O propósito de um sistema de comunicações é conduzir os sinais de informação a partir de uma fonte, localizada em um ponto, para um usuário de destino, localizado em outro ponto.

28 Sistemas de Comunicação Fonte Transdutor de entrada Transmissor Canal Destino Transdutor de saída Receptor Fonte: origina a mensagem a ser transmitida. Ex. voz humana, imagem da televisão. Todas elas devem ser convertidas por um transdutor numa forma de onda de um sinal elétrico denominado de sinal na banda base ou, simplesmente, mensagem.

29 Sistemas de Comunicação Fonte Transdutor de entrada Transmissor Canal Destino Transdutor de saída Receptor Transmissor: modifica o sinal na banda base para a transmissão do mesmo através de um canal de comunicação.

30 Sistemas de Comunicação Fonte Transdutor de entrada Transmissor Canal Destino Transdutor de saída Receptor Para transmitir um sinal de mensagem em um canal de comunicação, utilizá-se técnica analógica ou digital.

31 Sistemas de Comunicação Fonte Transdutor de entrada Transmissor Canal Destino Transdutor de saída Receptor O canal de comunicação representa o meio de transmissão. No canal o sinal é atenuado, ruído e sinais interferêntes (que se originam de outras fontes) são somados ao sinal transmitido.

32 Sinal de Voz Os sinais de voz apresentam as seguintes características: O sinal de voz ocupa a largura de banda entre 0 e 4kHz. Em aplicações de telefonia a largura de banda é limitada em 3,4kHz; Pitch: é a frequência fundamental de um sinal de voz. O pitch varia de pessoa para pessoa. Para a voz masculina, o pitch está entre 50 e 250Hz. Já para a voz feminina, o pitch está entre 200 e 400Hz.

33 Sinal de Voz Os sinais de voz apresentam as seguintes características: O sinal de voz ocupa a largura de banda entre 0 e 4kHz. Em aplicações de telefonia a largura de banda é limitada em 3,4kHz; Pitch: é a frequência fundamental de um sinal de voz. O pitch varia de pessoa para pessoa. Para a voz masculina, o pitch está entre 50 e 250Hz. Já para a voz feminina, o pitch está entre 200 e 400Hz.

34 Sinal de Voz e áudio Os sinais de voz podem ser classificados em: Sonoros: a,e,o,etc; Surdos: z,t,etc. Os sinais de áudio Os sinais de áudio fazem uso de uma largura de banda igual a 20kHz. As técnicas usadas em sinais de áudio são as mesmas empregadas em sinais de voz.

37 Unidades de informação Base 2 kilo(k) = 2 10 = bit = a 1 ou 0 (b) 4 bits = 1 nybble (?) 8 bits = 1 byte (B) 1024 bits = 1 kilobit (Kb) 1024 bytes = 1 Kilobyte (KB) 1024 Kilobytes = 1 Megabyte (MB) 1024 Megabytes = 1 Gigabyte (GB) 1024 Gigabytes = 1 Terabyte (TB)

38 Unidades de informação Base 2 kilo(k) = 2 10 = bit = a 1 ou 0 (b) 4 bits = 1 nybble (?) 8 bits = 1 byte (B) 1024 bits = 1 kilobit (Kb) 1024 bytes = 1 Kilobyte (KB) 1024 Kilobytes = 1 Megabyte (MB) 1024 Megabytes = 1 Gigabyte (GB) 1024 Gigabytes = 1 Terabyte (TB)

39 Unidades de informação Base 10 kilo(k) = 10 3 = nhz = 1000pHz 1 µ Hz = 1000nHz 1 mhz = 1000 µ Hz 1 Hz = 1000 mhz 1 KHz = 1000 Hz 1 Kpixel = 1000pixel 1 MHz = 1000 KHz 1 Mpixel = 1000Kpixel 1 GHz = 1000 MHz 1 Mpixel = 1000Mpixel 1 THz = 1000 GHz 1 Tpixel = 1000Gpixel

40 Unidades de informação Base 10 kilo(k) = 10 3 = nhz = 1000pHz 1 µ Hz = 1000nHz 1 mhz = 1000 µ Hz 1 Hz = 1000 mhz 1 KHz = 1000 Hz 1 Kpixel = 1000pixel 1 MHz = 1000 KHz 1 Mpixel = 1000Kpixel 1 GHz = 1000 MHz 1 Mpixel = 1000Mpixel 1 THz = 1000 GHz 1 Tpixel = 1000Gpixel

41 Exemplos de sinais de áudio Para aplicações de áudio(cd) a frequência de amostragem é de 44,1kHz (T=23µs) e cada amostra é quantizada com 16 bits. Para dois canais de áudio estéreos a taxa de transmissão demandada é igual à 2 44, = 1, bps.

42 Imagem Imagem digital: Na codificação de imagens, as imagens são divididas em unidades básicas chamadas de pixels. Cada pixel tem a sua amplitude quantizada e quanto maior o número de pixel, maior é a qualidade da imagem reconstruída. Exemplo: Se uma imagem é codificada com a resolução de pixel se cada pixel é representado por 24 bits, então o tamanho da memória necessária para armazenar a imagem é /8 = 247, 5 kbytes= 1980 kbits

43 Video Video digital: Um sinal de vídeo ocupa uma largura de banda igual a 5MHz. Usando o teorema da amostragem de Nyquist, deve-se amostrar o sinal de vídeo com uma taxa de amostragem igual a 10M amostras/s. PCM 8-bit Se a técnica PCM com 8-bit é usada, então o sinal de vídeo de manda uma taxa de transmissão igual a 80Mbps. Compressão de video Como essa taxa de transmissão é muito elevada, recomenda-se o uso de técnicas de compressão de vídeo visando reduzir a taxa de transmissão.

44 Modos de Comunicação Broadcasting Utilização de um único transmissor e vários receptores. A informação flui em um único sentido. Comunicação ponto a ponto A comunicação acontece entre um único emissor e um único receptor. Essa comunicação pode ser classificada como: Half duplex: fluxo é unidirecional; Full duplex: fluxo é bidirecional.

47 Sistema de Comunicação Digital Fonte de informação Codificador de fonte Codificador de canal Modulador Canal Destino Decodificador de fonte Decodificador de canal Demodulador Codificador de fonte: A codificação da fonte é realizada visando reduzir redundância na mesma. Classificam-se em: Sem perda Ex. Algoritmos que rodam no winzip. Com perda Ex. MPEG, JPEG.

50 Sistema de Comunicação Digital Fonte de informação Codificador de fonte Codificador de canal Modulador Canal Destino Decodificador de fonte Decodificador de canal Demodulador Codificação de canal: Introduz, de forma controlada, informações redundantes visando garantir que o receptor (destinatário) use essas informações para detecção e correção de erros.

51 Sistema de Comunicação Digital Fonte de informação Codificador de fonte Codificador de canal Modulador Canal Destino Decodificador de fonte Decodificador de canal Demodulador Modulador digital: Modulação é um processo de mapeamento do sinal. Isso implica diretamente na taxa de transmissão do sistema de comunicação.

52 Canal de Comunicação Canal de Comunicação Canal é um meio usado para a transmissão da mensagem. Ex:cabo coaxial, cabos de energia, fibra óptica, link de rádio, onda guiada) O canal atua como um filtro, ou seja, atenua o sinal transmitido e provoca deslocamento de fase (atraso ou avanço no tempo). As distorções introduzidas pelo canal podem ser lineares e não lineares. Ambas as distorções podem ser eliminadas com o uso de equalizadores.

56 Ruído Ruído Além das distorções introduzidas pelo canal, o sinal que trafega através do canal de comunicação é corrompido pela presença de ruído. O ruído pode ser aditivo ou multiplicativo. A origem do mesmo pode ser externa ou interna: Interna: movimentação de elétrons nos condutores, emissões ou difusões aleatórias de cargas elétricas em equipamentos eletrônicos, etc. Pode somente ser reduzido. Externa: sinais transmitidos nas proximidades, gerados pelo homem, descargas atmosféricas, etc. Podem ser minimizados ou eliminados

59 Razão Sinal-Ruído (SNR) Razão Sinal-Ruído (SNR) Uma medida para se analisar canais de comunicação corrompidos pela presença de ruídos é a razão sinal-ruído (signal to noise ratio - SNR). A SNR é a razão entre a potência do sinal recebido com a potência do ruído na entrada do receptor.

62 Meios para Transmissão de Dados Wireline Par trançado (Twisted Pair); Cabo coaxial (Coaxial Cable); Fibra óptica (Optical Fiber); Cabos de energia (power line cable). Wireless Ar (ondas de rádio).

68 Receptor: Processa o sinal recebido visando a recuperação da mensagem transmitida. A saída do receptor alimenta um transdutor que converte o sinal elétrico para a forma original da mensagem. Destinatário: É aquele que faz uso da mensagem recebida.

69 Quando a transmissão é digital, o receptor faz uso das seguintes técnicas: Demodulador: É o processo inverso da modulação. Decodificador de canal: É responsável pela detecção e pela correção de erros baseado em redundância que foi previamente introduzida pelo codificador de canal. Decodificador de fonte: Reestrutura a sequência de bits no formato correto.

70 Analógico versus Digital Mensagem analógica: É caracterizada por dados cuja valores variam sobre um faixa contínua. Ex: temperatura, pressão do ar. Mensagens digitais: São construídas por um alfabeto finito de símbolos. Ex: código morse que é constituído dos símbolos ponto (.) e espaço ( ), a língua portuguesa constituída de um número finito de palavras, etc. Se uma mensagem é binária, então somente dois símbolos são usados. Se a mensagem é construída por M símbolos, então a mesma é M-ária (ternária, quaternária, etc).

71 Analógico versus Digital Transmissão analógica: O sinal cuja amplitude varia continuamente é transmitido através de um canal de comunicação. A reprodução do sinal analógico no receptor é bastante difícil, posto que pequenas distorções geradas pelo canal e/ou ruído corrompem a mensagem transmitida. Transmissão digitais: 1s e 0s são transmitidos na forma de pulsos de tensão. Assim sendo, se ocorre alguma distorção devido ao canal e/ou ruído, é possível detectar os pulsos recebidos pelo receptor, até um certo limite. Podemos afirmar que, a transmissão digital apresenta superior imunidade ao ruído em relação à transmissão analógica.

72 Analógico versus Digital Uma fonte de informação analógica pode ser convertida para o formato digital Amostragem (Teorema de Nyquist) O sinal deve ser amostrado a uma frequência mínima igual ao dobro da máxima fequência contida no sinal. Quantização Esta associada ao nível de precisão exigida pela aplicação, que possibilite representar o sinal de forma adequada. Quanto maior numero de níveis maior é a quantidade de bits para representar uma amostra do sinal. Representação digital - Código de linha Símbolos discretos são finalmente mapeados para formas de ondas físicas. Ex. onda quadrada.

73 Analógico versus Digital A/2 t A/2 t

74 Analógico versus Digital A m(t) t