Meios de transmissão guiados

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1 Meios de transmissão uiados Pares simétricos - dois fios metálicos (cobre) isolados e entrelaçados usados na rede telefónica local, em LANs; larura de banda MHz (sem pupinização, i.e. cara); sujeitos a diafonia. Cabo coaxial - dois condutores concêntricos usado nas redes híbridas e de dados; larura de banda até centenas de MHz. ibra óptica - transmite sinais ópticos (com frequências próximas da luz) usado em backbones e aluns acessos locais (e.. TTH, TTC, TB); larura de banda muito elevada 50 THz; muito baixa atenuação, 0.2 db/km em 550 nm. Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE - Acetatos 6

2 Características erais dos meios de transmissão uiados Dissipação de potência internamente que reduz a amplitude do sinal à saída atenuação do sinal atenuação p in / p out ; para linhas de transmissão, a potência à saída deesce exponencialmente com a distância, em que l é comprimento da linha e α é o coeficiente de atenuação por unidade de comprimento [db/km]. p out 0 ( α l ) 0 p in Armazenamento de eneria que altera a forma do sinal à saída distorção do sinal; Introdução (eralmente, adição) de sinais indesejáveis sobrepostos ao sinal que se pretende transmitir ruído (e.. ruído térmico). Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE - Acetatos 6 2

3 Transmissão sem distorção e com distorção Transmissão sem sem distorção Transmissão com com distorção O sinal à saída tem a mesma forma do sinal à entrada, sofrendo apenas um atraso e uma atenuação Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE - Acetatos 6 3

4 Análise no domínio do tempo: Transmissão sem distorção dado um sinal na entrada x(t) diz-se que a saída y(t) não está distorcida se ela diferir da entrada somente através da multiplicação de uma constante e de um tempo de atraso finito, t d : Análise no domínio da frequência: a função de transferência do canal não distorcivo é dada por: Conclusão y ( t ) K x ( t t d ) (K e t d são constantes) H ( f ) K exp ( j 2π ) Um ema para não introduzir distorção deve apresentar uma resposta de amplitude constante com a frequência e a fase deve ter uma variação linear com a frequência ar H ( f ) K [ H ( f )] 2πft d ± m π Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE - Acetatos 6 4 ft d (m é um inteiro)

5 Transmissão sem distorção (2) Atenuação, -20 lo 0 H(f), db K t d ase Atraso requência (Hz) t d t ( f ) ( f ) [ H ( f )] ar 2πf 2π d { ar[ H( f )]} df requência (Hz) Atraso de fase relacionado com o atraso que sofre a portadora Atraso de rupo relacionado com o atraso que sofre a envolvente do sinal Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE - Acetatos 6 5

6 Tipos de distorção Distorção linear Distorção de amplitude: ocorre quando o módulo da função de transferência varia com a frequência, i.e. H f ; ( ) K o tipo mais habitual de distorção de amplitude é a atenuação elevada ou anho elevado nas frequências elevadas ou baixas do espectro do sinal. Distorção de fase ou de atraso: ocorre quando a fase da função de transferência não varia linearmente com a frequência, i.e. ar H f 2 ft d ± m ; Distorção não-linear: [ ( )] π π ocorre quando o ema inclui elementos não-lineares (e.. bobinas); eração de componentes espectrais noutras frequências desinadas por produtos de intermodulaçãodiafonia ou osstalk. Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE - Acetatos 6 6

7 Exemplos de distorção linear - Distorção de amplitude - Sinal oriinal - aproximação da onda quadrada que inclui os termos até à 5ª harmónica, i.e. x( t) cos( 2π f 0t) 3 cos( 6πf 0t) + 5 cos ( 0πf 0t) Aproximação da onda quadrada x(t) f 0 Saída Baixas frequências atenuadas para metade do seu valor 0 t 3f 0 5f 0 Distorção de amplitude - as componentes espectrais à saída não estão na correcta proporção, i.e., na mesma proporção que à entrada. Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE - Acetatos 6 7

8 Exemplos de distorção linear - Distorção de fase ou de atraso - Desvio de fase constante (para todas as componentes espectrais) de θ π/2: Aproximação da onda quadrada após desvio de fase constante Distorção de fase ou de atraso - as várias componentes espectrais sofrem diferentes atrasos. 0 t NOTAS: Reparar que o valor de pico aumentou cerca de 50%. Curiosidade: o ouvido humano é insensível à distorção de atraso a transmissão analóica de voz e música não se preocupa com este fenómeno. A distorção de fase é um problema para a transmissão de sinais diitais. Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE - Acetatos 6 8

9 Repetidores - actor de ruído - Para vencer as perdas dos cabos de transmissão usam-se amplificadores colocados ao lono do percurso desinados por repetidores; s n s n i o Secção Secção 2 Secção m cabo c < T amb T 0 repetidor r / c r cabo c < T amb T 0 repetidor r / c r. cabo c < T amb T 0 repetidor r / c r Cada secção é constituída por um troço de cabo seuido por um repetidor cujo anho compensa as perdas do cabo: se o troço estiver à temperatura ambiente de referência, T 0, e as suas perdas forem / c então c / c ; se o repetidor apresentar um anho r e tiver um factor de ruído r cada secção tem anho r c e factor de ruído r / c. Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE - Acetatos 6 9

10 O anho total de m secções em cadeia é: Repetidores - actor de ruído (cont.) - Mostra-se que o factor de ruído total de m secções em cadeia vem na forma,,2, + Se o anho e factor de ruído de todas as secções forem iuais: o anho total de m secções em cadeia é o factor de ruído total de m secções em cadeia é pois Se o anho de todas as secções for, i.e. os amplificadores compensam exactamente as perdas, e o factor de ruído de todas as secções for iual: o anho total de m secções em cadeia é o factor de ruído total de m secções em cadeia é +,,2,3, m,3,, m, m m + + ( ) k k, m,2..., m válido para >> c << m m m m m m + + ( ) ( ) r c k Conclusão: Duplicar o nº de repetidores aumenta o factor de ruído total de 3 db Lembre-se que n n+ k r r k 0 r que pode ser usado em m k 0 ( k + ) ( m ) + Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE - Acetatos 6 0

11 Repetidores - Relação sinal-ruído - Sabendo-se da Termodinâmica que a densidade espectral de potência (DEP) do ruído é S n k B T amb, a potência de ruído à entrada do ema, à temperatura ambiente de referência é: ni kbtamb BN k B constante de Boltzmann Relação sinal-ruído à saída do ema, à temperatura ambiente de referência: s s s s s s n n k T B m k T B m n i i 0 ni 0 B amb N B amb N (s/n) é a relação sinal-ruído à saída da primeira secção (º repetidor) Conclusão: A relação sinal-ruído vai-se deradando com a transmissão, i.e com o aumento do nºde secções. Sistemas de Telecomunicações Guiados - ISCTE - Acetatos 6