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: usado em backbones e aluns acessos locais (e.. TTH, TTC); larura de banda muito elevada 50 THz; muito baixa atenuação, 0.2 db/km em 550 nm.

2 Características erais dos meios de transmissão uiados Dissipação de potência internamente que reduz a amplitude do sinal à saída atenuação do sinal ( ) α l 0 atenuação = p in / p out ; pout = 0 pin 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. 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). 2

3 Transmissão sem distorção e com distorção Transmissão sem distorção O sinal à saída tem a mesma forma do sinal à entrada Canal de transmissão não distorcivo Transmissão com distorção Canal de transmissão distorcivo 3

4 Transmissão sem distorção Análise no domínio do tempo: 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 : y ( t ) = K x ( t t d ) (K e t d são constantes) Análise no domínio da frequência: a função de transferência do canal não distorcivo é dada por: H ( f ) = K exp ( j2π ) ft d Conclusão: Um ema para não introduzir distorção deve apresentar: H(f) = K e a fase deve ter uma variação linear em função da frequência - ar[h(f)] = -2πft d ± mπ (m é um nºinteiro). 4

5 Transmissão sem distorção - Representação ráfica no domínio da frequência - Atenuação, -20 lo 0 H(f), db K Atraso, t d (f), se. t d t d ( f ) = [ H ( f )] ar 2π f requência (Hz) requência (Hz) 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 ; 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 )] 2π ft ; d ± m π factor ítico no desempenho da transmissão de impulsos: desenvolvimento de técnicas de Iualação (equalization). Distorção não-linear: ( ) K ocorre quando o ema inclui elementos não-lineares (e.. bobinas); eração de componentes espectrais noutras frequências desinadas por produtos de intermodulaçãodiafonia. 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. ( t ) = cos ( 2π f t ) 3 cos ( 6πf t ) + 5 cos ( πf t ) x Aproximação da onda quadrada Saída Distorção de amplitude - as componentes espectrais à saída não estão na correcta proporção, i.e. mesma proporção que à entrada. 0 t Baixas frequências atenuadas para metade do seu valor 3 componentes espectrais 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. 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. 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,,2 = m , m m + = + ( ) k k = =, m,2..., m Lembre-se que n n+ k r r = k = 0 r que pode ser usado em m k = 0 = válido para >> c << ( k + ) ( m ) + m m m m m m = + = + ( ) = ( ) = r c k = Conclusão: Duplicar o nº de repetidores aumenta o factor de ruído total de 3 db 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 nº de secções.