Modelo de Comunicação Propósito principal A troca de informação entre dois agentes Comunicação de Computadores Comunicação de Dados Transmissão de Sinais Agente Dispositivo de entrada Transmissor Meio de transmissão Receptor Dispositivo de saída Agente Informação n Dado g Sinal s (t) Sinal r (t) Dado g Informação n Codificação dos Dados Decodificação dos Dados Transmissão de Sinais Terminologia Domínio do tempo Domínio da freqüência Qualidade do Sinal Problemas existentes no meio físico Capacidade do Canal Principais Meios de Transmissão Par Trançado Cabo Coaxial Fibra Ótica Micro Ondas
Transmissão de Sinais Terminologia: Meio de Transmissão É por onde ocorre a transmissão de sinais entre o transmissor e o receptor Em forma de ondas eletromagnéticas Meio Guiado as ondas são guiadas ao longo de um caminho físico (ex. par trançado, cabo coaxial, fibra ótica) Meio Não-Guiado fornece o meio para transmitir as ondas, sem guiá-las (ex. ar, vácuo, oceano) TERMINOLOGIA (cont.) Ligação Direta sinais se propagam diretamente do transmissor para o receptor, sem dispositivos intermediários, exceto amplificadores ou repetidores usados para aumentar a força do sinal
TERMINOLOGIA (cont.) Ligação Direta Ponto-a-Ponto somente os dois dispositivos compartilham o meio Tx/Rx meio físico Amplificador ou Repetidor meio físico Tx/Rx 0 (zero) ou mais conjuntos TERMINOLOGIA (cont.) Ligação Direta Multi-Ponto mais de dois dispositivos compartilham o meio Tx/Rx Tx/Rx Tx/Rx Tx/Rx meio físico Amplificador ou Repetidor meio físico 0 (zero) ou mais conjuntos
TERMINOLOGIA (cont.) A transmissão pode ser: De acordo com ANSI/USA e ITU-T/Europa SIMPLEX sinais são transmitidos somente em uma única direção; uma estação é sempre a transmissora e outra sempre a receptora. HALF-DUPLEX ambas as estações podem transmitir, SIMPLEX porém não simultaneamente (uma de cada vez). FULL-DUPLEX as duas estações podem transmitir DUPLEX simultaneamente. TERMINOLOGIA (cont.) Domínio do Tempo: Sinal Contínuo x Discreto varia de forma suave no tempo Mantém um nível constante durante um tempo e depois muda para um outro nível constante Sinal Periódico x Aperiódico Padrão se repete ao longo do tempo Padrão não se repete ao longo do tempo
Sinais Contínuos x Discretos Sinais Periódicos
TERMINOLOGIA (cont.) Domínio da Freqüência: Sinal eletromagnético é composto de várias freqüências (ondas senoidais) Exemplo: s( t) = (4 / π ).[ sin(2πft) + (1/ 3) sin(2π (3 f ) t)] senóide de freqüência f senóide de freqüência 3f TERMINOLOGIA (cont.) Freqüência Fundamental quando um sinal é composto de componentes de freqüências múltiplas de uma freqüência básica. O período do sinal composto (T) é igual ao período da freqüência fundamental.
TERMINOLOGIA (cont.) Espectro de Freqüência s(t) Espectro de Freqüência 1.0 -X/2 X/2 t
TERMINOLOGIA (cont.) Espectro de um Sinal É a faixa de freqüências que esse sinal contém. (Ex.: estende de f a 3f) Bandwidth Absoluta É a largura do espectro de um sinal. (Ex.: BW = 2 f ) Bandwidth Efetiva É a faixa que contém a maior parte da energia do sinal. Usada para o caso de sinais de BW infinita. (Ex.: rede telefônica => fmín = 300Hz; fmáx = 3400Hz => BW=3100Hz) TERMINOLOGIA (cont.) Componente DC Componente de freqüência zero (sem componente DC o sinal tem amplitude média zero)
Data Rate x Bandwidth Qualquer meio de transmissão tem limitações sobre a faixa de freqüência que pode transmitir. Gera um limite na taxa de dados que pode ser realizada no meio de transmissão. Dígito 1 TERMINOLOGIA (cont.) Data Rate X Bandwidth Dígito 0 Sinal de bandwidth infinita s( t) = = k 1 1 sen(2πkft) k amplitude da k-th componente de frequência (kf) do sinal é 1/k Data Rate = 2f bits/seg Para um determinado meio de transmissão: > BW > custo < BW > distorção
Data Rate X Bandwidth s( t) = (4 / π ).[ sin(2πft) + (1/ 3) sin(2π (3 f ) t) + (1/ 5) sin(2π (5 f ) t)] s( t ) = (4 / π ).[ sin(2πft ) + (1/ 3) sin(2π (3f ) t) + (1/ 5) sin(2π (5 f ) t) + (1/ 7) sin(2π (7 f ) t )] Data Rate x Bandwidth s( t) = A(4/ π ).[ k= 1 k= ímpar (1/ k) sin(2π ( kf ) t)]
TERMINOLOGIA (cont.) CONCLUSÃO Existe uma relação direta entre data rate e bandwidth: quanto maior a data rate de um sinal, maior a sua bandwidth efetiva. Quanto maior a bandwidth de um sistema de transmissão, maior a data rate que pode ser transmitida neste sistema. TERMINOLOGIA (cont.) Bits: 0 1 0 0 0 0 1 0 0 Seqüência de bit data rate = 2000 bps Pulso após transmissão: Bandwidth 500Hz Bandwidth 900Hz Bandwidth 1300Hz Representação razoável com Bandwidth de 1700 a 2500Hz Bandwidth 1700Hz Bandwidth 2500Hz Representação muito boa com Bandwidth de 4000Hz Bandwidth 4000Hz
Transmissão de Sinais A especificação de uma taxa adequada depende principalmente de 2 fatores: Qualidade do Sinal - Problemas existentes no meio físico - Capacidade do Canal Características do Meio de Transmissão Problemas existentes no Meio Físico ATENUAÇÃO DELAY DISTORTION RUÍDO Ruído Térmico Ruído de Intermodulação Crosstalk Ruído Impulsivo
Problemas existentes no Meio Físico ATENUAÇÃO perda de potência do sinal no percurso entre transmissor e receptor. 3 considerações para o projetista: o sinal recebido deve ter força suficiente para que o circuito eletrônico de recepção detecte o sinal; o sinal deve manter um nível suficientemente maior que o ruído para a recepção sem erro; repetidores (sinais digitais) amplificadores (sinais analógicos) atenuação aumenta com a freqüência. Equalizadores. Problemas existentes no Meio Físico ATENUAÇÃO PARA CANAL DE VOZ: Sem equalização Com equalização Atenuação relativ a (decibéis) N f = -10 log 10 P f P 1000
Problemas existentes no Meio Físico DELAY DISTORTION causado pelo fato de que a velocidade de propagação de um sinal no meio guiado varia Meio com a freqüência. guiado Mais crítico para sinais digitais. Problemas existentes no Meio Físico DELAY DISTORTION PARA CANAL DE VOZ Sem equalização Com equalização
Problemas existentes no Meio Físico RUÍDO sinais elétricos indesejáveis inseridos entre o transmissor e o receptor => fator limitador no desempenho de sistemas de comunicação. Ruído Térmico ruído causado pela agitação térmica dos elétrons no condutor - Inevitável É uniformemente distribuído pelo espectro de freqüência (ruído branco). presente em qualquer meio de transmissão e é função da temperatura N=kTB Ruído Térmico (W) Constante de Boltzmann (1.3803x10-23 J/ K) Bandwidth (Hz) Temperatura ( K) Problemas existentes no Meio Físico Intermodulação ocorre quando sinais de diferentes freqüências compartilham o meio de transmissão produz sinais a uma freqüência que é a soma (ou diferença) de 2 freqüências originais. produzido quando existe alguma não linearidade no transmissor, receptor ou sistema de transmissão, devido a mal funcionamento.
Problemas existentes no Meio Físico Crosstalk Impulsivo acoplamento elétrico que ocorre entre fios fisicamente próximos (2 pares trançados) mesma ordem de grandeza do ruído branco (ruído térmico). pulsos irregulares ( spikes ), não contínuos, de curta duração e relativamente de alta amplitude, causado por distúrbios eletromagnéticos (raio), falhas no sistema de comunicação. principal fonte de erro em comunicação de dados digitais. Ruído Impulsivo Dado a ser transmitido Sinal original Ruído Impulsivo Sinal mais ruído Taxa de amostragem Dado recebido Dado original Exemplo: spike de 10ms a 4800bps => RAJADA de 48 bits
Problemas existentes no Meio Físico CONCLUSÃO Vários fatores distorcem e corrompem o sinal Como esses fatores limitam a taxa de transmissão de sinal? CAPACIDADE DO CANAL taxa máxima com que pode se transmitir dados através de um canal, sob certas condições CAPACIDADE DO CANAL 4 Conceitos relacionados: taxa de dados (bps) que o dado pode ser transmitido; bandwidth (Hz) determinada pelo transmissor e o meio de transmissão; nível médio de ruído na comunicação; taxa de erros. OBJETIVO: Obter a maior taxa de dados, a uma taxa de erro limite, para uma certa bandwidth problema = ruído
CAPACIDADE DO CANAL Canal sem ruído Fórmula de Nyquist Fórmula de Nyquist Caso ideal, cuja limitação é apenas a BANDWIDTH. Dada uma certa bandwidth W Máxima taxa de transmissão de sinal = 2W Ex: canal de voz = 3100Hz C = 2W = 6200bps Com codificação adequada: C= 2W log 2 M M = número de símbolos distintos na codificação CAPACIDADE DO CANAL Canal com ruído SHANNON Para um certo nível de ruído, quanto maior o data rate maior a taxa de erro! C máx = W log 2 (1 + S/N) Só leva em consideração ruído branco (bps) (Hz) Relação sinal/ruído Ex: canal de voz = 3100 log 2 (1 + 1000/1) C = 30.894bps na prática = 9600bps.
Principais Meios de Transmissão Principais Meios de Transmissão M eio de Transmissão É o caminho físico entre o transmissor e o receptor As características e qualidade da transmissão de dados são determinadas tanto pela natureza do sinal quanto pela natureza do meio. Meio guiado o meio é mais importante na limitação da transmissão; Meio Não-Guiado bandwidth do sinal é mais importante. Espectro de Freqüência dos Sinais
Principais Meios de Transmissão Principais Meios de Transmissão Características de Transmissão Ponto-a-Ponto para M eios Guiados Principais Meios de Transmissão Principais Meios de Transmissão Atenuação dos meios de de transmissão guiados
Principais Meios de Transmissão Principais Meios de Transmissão Par Trançado 5 a 15cm Consiste de dois fios de cobre arranjados em um padrão regular em espiral. O fato de ser trançado minimiza a interferência eletromagnética e crosstalk O mais usado meio de transmissão para sinais analógicos e digitais (Ex.: sistema telefônico). Repetidores a cada 2 ou 3 kms; Amplificadores a cada 5 ou 6 kms. Principais Meios de Transmissão D= 1 a 2.5cm Cabo Coaxial Consiste também de dois condutores mas arranjados de forma diferente (um condutor cilíndrico e um condutor interno). Devido à construção, é menos susceptível a interferência e crosstalk que o par trançado Ex.: LANs, cable TV, redes telefônicas de longa distância.
Principais Meios de Transmissão (vidro ou plástico) Fibra Ótica Meio físico flexível fino (core=8 a 100 µm), capaz de conduzir raio ótico. Características principais: maior bandwidth (100 s Gbps-10 s km); menor tamanho e peso; menor atenuação; isolamento eletromagnético (imune a interferência, ruído impulsivo e crosstalk); maior espaçamento entre repetidores. Multimode - refere-se à variedade de ângulos que irão refletir; Singlemode - reduzindo o core à ordem de grandeza do comprimento de onda, somente um ângulo poderá passar (melhor desempenho). Multimode Graded index - caso intermediário, através da variação do índice de refração do core;
Principais Meios de Transmissão Principais Meios de Transmissão Micro Ondas tipo mais comum de antena é a parabólica (parabolic dish ~ 3m diâmetro). Sem obstáculos, a distância máxima é dada por: d = 7. 14 Kh (km) h = altura da antena (m) K = fator de ajuste = 4/3 telecomunicações de longa distância. Sujeita a influência do tempo e construções.