Camada Física. Bruno Silvério Costa

Transcrição

1 Camada Física Bruno Silvério Costa

2 Sinais Limitados por Largura de Banda (a) Um sinal digital e suas principais frequências de harmônicas. (b) (c) Sucessivas aproximações do sinal original.

3 Sinais Limitados por Largura de Banda (2) (d) (e) Sucessivas aproximações do sinal original.

4 Meios Guiados para Transmissão de Dados Mídia Magnética Par Trançado Cabo Coaxial Fibra Optica

5 Par Trançado 1mm de espessura. Megabits/s por alguns kilometros. (a) Categoria 3 UTP (Unshielded Twisted Pair). 16 MHz (b) Categoria 5 UTP. Mais voltas por centímetro linear 100 MHz Categoria 6 e MHz e 600 MHz

6 Cabo Coaxial Um cabo coaxial. Núcleo de Cobre Material Isolante Condutor externo em malha Capa plástica protetora 1. Muito usado em sistemas telefônicos em linhas de longa distância, mas foram substituidos por fibra óptica Ohms Ohms 4. Cabos modernos têm largura de banda de 1 GHz

7 Fibra Óptica 1. Limite prático de 10 Gbps 2. Alcança-se 100 Gbps em laboratórios 3. Um pulso de luz indica um bit 1 (a) Três exemplos de feixes de luz incidindo sobre a superfície da fibra em ângulos diferentes em relação ao meio externo.(b) Reflexão total do feixe luminoso.

8 Transmissão de Luz através da Fibra Óptica São feitas de vidro, que por sua vez são feitos de areia, que é um material barato e abundante Os vidros de fibras são altamente transparentes A atenuação da luz no vidro depende do comprimento de onda da luz, bem como de algumas propriedades físicas do vidro. O comprimento da onda visível varia de 0,4 a 0,7 mícrons A comunicação óptica utiliza 3 bandas de comprimento de onda 0,85; 1,30 e 1,55 As duas últimas têm boas propriedades de atenuação (cerca de 5% por km)

9 Transmissão de Luz através da Fibra Óptica Atenuação da luz através da fibra óptica em uma faixa referente ao infravermelho.

10 Cabos de fibra Núcleo (vidro) Revestimento Cobertura Revestimento Interno (vidro) Cobertura (plástico) Núcleo Revestimento Interno Revestimento interno tem índice de refração inferior ao do núcleo Fibras multimodo tem comprimento de 50 microns de diâmetro Fibras multimodo tem núcleo entre e 10 microns Os conectores da fibra perdem de 10% a 20% da luz. Fusão deixa a fibra quase tão boa quanto a sem emendas (a) Visão lateral de uma fibra simples. (b) Visão do corte de um cabo com três fibras.

11 Cabos de Fibra (2) Comparação de um laser semicondutor e LEDs como fonte de luz. Item Taxa de Dados Tipo de Fibra Distância Sensibilidade a temperatura Tempo de Vida Custo LED Baixa Multimodo Curta Menor Longa Baixo Laser Alta Monomodo e multimodo Longa Substancial Curta Alto

12 Utilização de fotodiodos na recepção de fibra O foto-diodo tem tempo de resposta de 1 nanossegundo. Isso limita as taxas de dados a 1 Gpbs.

13 Redes de Fibra Óptica Uma rede de fibras ópticas e repetidores ativos

14 Redes de Fibra Óptica (2) Há repetidores puramente ópticos que dispensam as conversões ópticas/elétricas/ópticas a) Uma conexão em estrela passiva em uma rede de fibra óptica.

15 Comparação entre fibra e fios de cobre Fibra gerencia larguras de bandas maiores Repetidores para fibra a cada 50 km, enquanto que são de 5 km para cobre Fibra não são afetadas por picos de tensão, interferência eletromagnética, e quedas no fornecimento de energia Fibra é mais leve Fibras não desperdiçam luz, Fibras podem se danificar com facilidade Fibras são unidirecionais, a comunicação bidirecional exige duas fibras. Interfaces de fibras são mais caras

16 Transmissão sem fio O Espectro Eletromagnético Transmissão a Rádio Transmissão de Microondas Infravermelho e ondas milimétricas Transmissão por ondas de luz

17 O Espectro Eletromagnético Quando os elétrons se movimentam criam ondas eletromagnéticas que se propagam pelo espaço (inclusive pelo vácuo). Foram observadas pela primeira vez pelo físico Heinrich Hertz em O número de oscilações por segundo de uma onda é chamada frequência. A distância entre 2 pontos máximos consecutivos é chamado comprimento de onda No vácuo as ondas viajam a velocidade da luz (3x 10 8 m/s). No cobre ou fibra a velocidade cai para cerca de 2/3 desse valor

18 O Espectro Eletromagnético O Espectro eletromagnético e o seu uso nas telecomunicações.

19 Transmissão de Rádio (a) Nas bandas VLF, LF, e MF, as ondas de rádio acompanham a curvatura da terra (podem ser detectadas num raio de mil km em VLF). (a) A potência cai cerca de 1/raio ² no ar (b) Na banda HF e VHF, elas são refratadas pela Ionosfera (altura de 100 a 500km).

20 A Política do Espectro Eletromagnético As bandas ISM (Industrial, Scientific, Medical) nos Estados Unidos.

21 Transmissão por ondas de luz Correntes de convecção podem interferir nos sistemas de comunicação a laser.

22 Satelites de Comunicação Satelites Geoestacionários Satelites de órbita média Satelites de órbita baixa Satelites x Fibra Óptica

23 Satelites de comunicação Satélites de comunicações e algumas propriedades: Altitude, tempo de retardo de ida e volta, número de satélites para cobertura global

24 Satelites de Comunicação (2) As principais bandas de satélites.

25 Satelites de comunicação (3) VSATs utilizando um hub.

26 Satelites de órbita baixa Iridium (a) (b) (a) Os satelites Iridium forma seis órbitas em volta da terra. (b) 1628 células móveis cobrem a terra.

27 Globalstar (a) Retransmissão no espaço. (b) Retransmissão no solo.

28 Rede Pública de Telefonia Comutada Estrutura do Sistema Telefônico Loop local: Modems, ADSL e redes Wireless Troncos e Multiplexação Comutação

29 Estrutura do Sistema Telefônico (a) Rede Totalmente Interconectada (b) Comutação Centralizada. (c) Hierarquia de dois níveis.

30 Estrutura do Sistema Telefônico(2) Rota de um circuito típico para uma chamada de média distância.

31 Principais Componentes dos Sistema Telefônico Loops Locais Pares trançados de sinal analógico chegam até casas e empresas Troncos Fibra óptica digital conectando as estações de comutação Estações de comutação Onde as chamadas são transferidas de um tronco para outro

32 O Loop Local: Modems, ADSL, e Redes Wireless O uso das transmissões analógicas e digital para uma chamada entre dois computadores. A conversão é feita por modems e codecs.

33 Modems (a) Sinal Digital (b) AM (c) FM (d) Modulação em Fase

34 Modems (2) (a) QPSK. (b) QAM-16. (c) QAM-64.

35 Modems (3) (a) (b) (a) V.32 para bps. (b) V.32 bis para bps.