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Capítulo 7Camada física

e meiosde transmissão

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Capítulo 7: Esboço

7.1 DADOS E SINAIS

7.2 TRANSMISSÃO DIGITAL

7.3 TRANSMISSÃO ANALÓGICA

7.4 UTILIZAÇÃO DE BANDA

7.5 MEIOS DE TRANSMISSÃO


Figura 7.1 Comunicação na camada física.


Figura 7.2 Comparação entre sinais analógicos e digitais.


Figura 7.3 Uma onda senoidal.


Figura 7.6 Domínio do tempo e domínio da frequência de três ondas senoidais.


Figura 7.7 Largura de banda de sinais compostos periódicos e aperiódicos.


Figura 7.8 Dois sinais digitais: um com dois níveis de sinal e o outro com quatro níveis de sinal.


Figura 7.9 Domínios de tempo e de frequência de sinais digitais periódicos e aperiódicos.

Figura 7.10 Transmissão em banda base.

Redes locais, por exemplo, transmitem em banda base, ou seja, enviam 0 e 1 de forma digital no meio, usando toda a banda disponível de forma dedicada

Figura 7.11 Largura de banda de um canal passa-faixa.

Neste caso, se somente uma faixa de frequência tem que ser utilizada, é necessário fazer conversão digital/analógica para transmissão e a conversão analógica/digital na recepção, e transmissão em banda base não pode ocorrer

Típico de canais digitais em infra de TV a cabo


Figura 7.12 Modulação de um sinal digital para transmissão em um canal passa-faixa.


7.1.2 Problemas na transmissão

Os sinais viajam por meios de transmissão que não são perfeitos; as imperfeições causam danos ao sinal. Isto significa que o sinal no início do meio não é igual ao do final do meio. Aquilo que é enviado não é igual àquilo que é recebido. Três causas de danos ao sinal são atenuação, distorção e ruído.

Atenuação

Distorção

Ruído

Relação sinal/ruído


Figura 7.13 Atenuação e amplificação.

MAB-510 26

Decibéis Pin Poutcircuito

Ganho do circuito em decibéisdecibéis ou dB = 10 logdB = 10 log10 (P (Poutout / P / Pinin))

Pout / Pin = 1/2 Ganho = - 10 log 2 = - 3 dBPout / Pin = 1 Ganho = 10 log1 = 0 dB

Para potência absoluta, dBm = 10 log dBm = 10 log10 P Poutout

Pout é dado em miliwatts (mW)

Pout / Pin = 10 Ganho = 10 log 10 = 10 dBPout / Pin = 100 Ganho = 10 log100 = 20 dB

0 dBm na saída => Pout = 1 mW

-30 dBm na saída => 10 log10Pout = -30 => Pout = 10-3 mW

MAB-510 27

Banda de Passagem

FILTRO PASSA-BAIXA

freq

ganho

fcfc = freqüência de corte

IDEAL

0 dB

freq

ganho

fc maxfc = freqüência de corte

REAL

0 dB-3 dB

banda de passagembanda de passagem = largura do espectro de frequências entre as frequências de corte mínima e máxima

fc min

Figura 7.14 Distorção.

Distorção pode ser causada pela atenuação e/ou variação de fase não linear na banda de passagem do meio

MAB-510 30

Harmônicas Um sinal periódico (período T) pode ser decomposto em

uma soma (talvez infinita) de ondas senoidais (expansão em série de Fourier) de diferentes amplitudes, em múltiplos da frequência fundamental f = 1/T ou primeira harmônica

Tb codificado em 8 bits

0 1 1 0 0 0 1 0

1 2 3 4 5 6 7 8

.25

.50

amplitude das harmônicas

Se taxa de 300 bps então: 1 bit a cada 1/300 s T = 8 x 1/300 = 26,67 ms f = 1/T = 37,5 Hz (primeira harmônica) NA PRÁTICA

Transições repentinas causam componentes harmônicas altas Cortar harmônicas superiores significa atenuar transições e sinal é distorcido Potência do sinal tende a se concentrar nas harmônicas baixas

MAB-510 31

Linha de Comunicação como Filtro Passa Baixaentrada saída


Figura 7.15 Ruído.


Figura 7.16 Dois casos de S/R: uma S/R alta e uma S/R baixa.

7.1.3 Limites da taxa de transferência de dados (1 de 2)

A taxa de transferência de dados (em bps) depende de três fatores:

1.A largura de banda disponível B;

2.O número L de níveis dos sinais que estamos usando;

3.A qualidade do canal (o nível de ruído, dado por SNR).

Duas fórmulas teóricas para calcular a taxa de um canal:Taxa de bits de Nyquist para um canal sem ruídoCapacidade de Shannon para canal com ruído

MAB-510 36

Taxa de bits para canal sem ruído

Nyquist (1924) Máxima taxa de transmissão C (bps) = 2B log2 L

L níveis de sinal e banda passante de B (Hz) B = 3 kHz e L = 2 (tx binária) 6.000 bps ou 6

kbps B = 3 kHz e L = 1024 = 210 60 kbps


Exemplo 7.7

Precisamos enviar 265 kbps usando um canal sem ruído (ideal) com uma largura de banda de 20 kHz. Quantos níveis de sinal são necessários? Podemos usar a fórmula de Nyquist, conforme mostrado a seguir:

Como esse resultado não é uma potência de 2, precisamos aumentar o número de níveis ou reduzir a taxa de bits. Se tivermos 128 níveis, a taxa de bits será de 280 kbps. Se tivermos 64 níveis, a taxa de bits será de 240 kbps.

Relação Sinal/Ruído (S/R) ou Signal-to-Noise Ratio (SNR)

S/R = (potência média do sinal) / (potência média do ruído)

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Capacidade de um canal com ruído randômico Shannon (1944)

S (potência do sinal), N (potência do ruído) e banda B (Hz)

C (bps) = B log2 ( 1+ S/N) = 3,32 H log10 (1 + S/N) 1/3 H S/NdB (para S/NdB >> 1

Exemplo B = 3 kHz S/N = 100, S/Ndb=10 log10102 = 20dB ⇒ C (bps) = 20 kbps S/N = 10.000, S/Ndb=10 log10104 = 40dB, ⇒ C (bps) = 40 kbps

Resultado válido independente da codificação ou frequência Se o ruído tiver frequência definida, pode-se obter taxas

maiores às previstas acima


Exemplo 7.10

Temos um canal com uma largura de banda de 1 MHz. A S/R para esse canal é 63. Quais são os valores apropriados da taxa de bits e de níveis de sinal?

Solução

Primeiro, usamos a fórmula de Shannon para determinar o limite superior.

A fórmula de Shannon nos fornece o valor do limite superior, que é 6 Mbps. Para obter desempenho aceitável, escolhemos um valor mais baixo, 4 Mbps, por exemplo. Usamos, então, a fórmula de Nyquist para determinar o número de níveis de sinal.

Figure 7.17 Preenchendo o enlace com bits nos casos 1 e 2.

Produto da banda x atraso fim a fim = quantidade de bits no enlace

MAB-510 49

Baud

baud = taxa em símbolos/s (ou alterações de sinal/s) O número de bits representado por um símbolo depende da

codificação e é definido como r N (taxa em bps) = S (taxa em baud) x r

Taxa média em baud: Smed = c×N×(1/r) c é um fator fator relacionado com a forma como a média é

calculada e vale 1/2 na maioria dos casos

Taxa de dados = taxa de bits e taxa de símbolos = taxa de modulação = taxa de transmissão, no jargão de comunicação


7.2 TRANSMISSÃO DIGITAL

Uma rede de computadores é projetada para enviar informações de um ponto a outro. Essas informações precisam ser convertidas em um sinal digital ou analógico para a transmissão. Nesta seção, discutimos a primeira alternativa, a conversão para sinais digitais; na próxima seção, discutiremos a segunda, a conversão para sinais analógicos.

Conversão digital-digital

Três técnicas envolvidas Codificação de linha Codificação de bloco (opcional) Embaralhamento (opcional)

Para manter sincronismo entre emissor e receptor é necessário garantir transições no meio frente a longas sequências de 0s ou de 1s. A combinação das técnicas garante isso, além de uso adequado de banda do meio.


7.2.1 Conversão digital-digital (2 de 2)

Codificação de linha

Esquemas polares (*)

Esquemas bipolares

Esquemas multinível

Codificação de bloco

Codificação 4B/5B (*)

Codificação 8B/10B

Embaralhamento

Codificação B8ZS (*)

Codificação HDB3


Figura 7.19 Codificação e decodificação de linha.


Figura 7.20 Esquemas polares (Parte I: NRZ).

Não garante transições em sequências de Os Taxa média em baud = metade da taxa em bits


Figura 7.20 Esquemas polares (Parte II: RZ).

Garante transições sempre, mas potência e largura de banda maiores

Figura 7.20 Esquemas polares (Parte III: Manchester).

Usado em Ethernet, garante transições sempre Potência e largura de banda menores em relação

a NRZ


Figura 7.21 Esquemas bipolares: codificação AMI e pseudoternária.

Sem componente DC, largura de banda menor, menor taxa em baud, usada com embaralhamento para comunicação de longa distância

Embaralhamento violará a codificação para sequência de zeros (a frente)


Figura 7.24 Usando codificação de bloco 4B/5B em conjunto com o esquema de codificação de linha NRZ-I.

Mapeando 16 (2**4) combinações para 32 (2**5), garante-se no máximo um bit 0 no início e dois bits 0 ao final, limitando a sequências de no máximo três zeros, com qualquer combinação de bits de dados


Figura 7.26 AMI usado com embaralhamento.


Figura 7.27 Dois casos da técnica de embaralhamento B8ZS.


7.2.2 Conversão analógico-digital (1 de 2)

As técnicas descritas na Seção 7.2.1 convertem dados digitais em sinais digitais. Algumas vezes, porém, temos um sinal analógico, como um sinal criado por um microfone ou por uma câmera. A tendência atualmente é transformar um sinal analógico em dados digitais porque o sinal digital é menos suscetível a ruído. Nesta seção, descrevemos duas técnicas, denominadas PCM e modulação delta. Depois que os dados digitais tenham sido criados (processo de digitalização), podemos usar uma das técnicas descritas na seção anterior para converter os dados digitais em um sinal digital.


7.2.2 Conversão analógico-digital (2 de 2)

Modulação por Código de Pulsos

Amostragem

Quantização

Codificação

Recuperação do sinal original

Largura de banda PCM.

Modulação Delta.

MAB-510 68

Comunicação entre Centrais Telefônicas totalmente digital os sinais analógicos das conversas telefônicas

são transformados em bits (sinais digitais)

sistematelefônico

A/D

D/AD/A

A/D

linha doassinante linha do

assinante

MAB-510 69

Digitalização de Sinal

Nyquist Para reconstruir completamente um sinal filtrado

por um filtro passa baixa com fc = H Hz é suficiente uma amostragem de 2H Hz

Em telefonia, H = 4 kHz e a amostragem ocorre com frequência de 8 kHz (período de 125 s)

Com amostras de 16 bits, temos 128 kbps Com amostras de 8 bits, temos 64 kbps Com amostras de 7 bits, temos 56 kbps

MAB-510 70

Digitalização da Voz

Conversor Analógico/Digital PCM (Pulse Code Modulation)

Amostras da amplitude com 16 bits a cada 125 s (f=8 kHz), gera 128 kbps (PCM-16)

Erro de quantização introduzido pelos 16 bits é desprezível

Codec (codificador/decodificador) usado para reduzir a banda da voz

MAB-510 71

Codec G.711 PCM

-law (EUA e Japão), A-law (Europa) Comprime amostras PCM usando 8 bits em escala

logarítmica, gerando 64 kbps

MAB-510 72

Comunicação entre Centrais

Transmissão PCM

SinalAnalógico

Amostragem

200,1

56,2 50,076,5

97,0132,3

155,9171,8

MAB-510 73

200

56 5076

97132

156172

AjusteDecimal

ConversãoBinária

11001000 00111000 00110010 01001100

01100001 10000100 10011100 10101100

200 56 50 76

97 132 156 172


Transmissão PCM

MAB-510 74

DadosRecebidos

11001000 00111000 00110010 01001100

01100001 10000100 10011100 10101100

200 56 50 76

97 132 156 172

Reproduçãodo SinalAnalógico


Recepção PCM

MAB-510 75

Telefonia Tradicional

Conversão analógica-digital nas centrais (G.711)

Voz trafega em um circuito digital dedicado de 64 kbps

Comutação por circuito, sem filas ou atrasos intermediários

1 2 3

4 5 6

7 8 9

* 8 #

Rede comutada (multiplexação

TDM)

PBX

1 2 3

4 5 6

7 8 9

* 8 #

assinante

PBX

assinante

voz analógica sobre par trançado

voz analógica sobre par trançado

Troncos entre PBX e operadora Um tronco ou canal de 64kps por chamada Tempo de chamadas telefônicas por hora

(intensidade de tráfego): Erlangs Regra prática: 1 tronco para cada 10 a 20

usuários, tradicionalmente Hoje? Sms, celular, whatsapp, rede social,

voip, web, tem reduzido drasticamente o use de voz tradicional

Erlangs (intensidade do tráfego) somatório dos tempos das chamadas (ocupação

dos canais telefônicos) em um determinado período de tempo, normalmente de uma hora.

o tempo total de ocupação de canais é de 120 minutos, ou 2 horas

a intensidade de tráfego é de 2 Erlangs.


Figura 7.34 Processo de Modulação Delta.


7.3 TRANSMISSÃO ANALÓGICA

Apesar de a transmissão digital ser desejável, ela requer um canal passa-baixas;

a transmissão analógica é a única opção se tivermos um canal passa-faixa.

O ato de converter dados digitais em um sinal analógico passa-faixa é tradicionalmente denominado conversão digital-analógico.

O ato de converter um sinal analógico passa-baixas em um sinal analógico passa-faixa é tradicionalmente denominado conversão analógico-analógico.


7.3.1 Conversão digital-analógico (2 de 2)

Modulação por chaveamento de amplitude

ASK binária

ASK multinível

Modulação por chaveamento de frequência

FSK binária

FSK multinível

Modulação por chaveamento de fase

PSK binário

PSK em quadratura

Diagrama de constelação

Modulação por Amplitude em Quadratura (*)

Largura de banda do QAM


Figura 7.35 Conversão digital-analógico.

Figura 7.36 Modulação ASK binária (BASK).

N = taxa em bps S = taxa em baud B = largura de banda 0 < d < 1 (função de processos de modulação e filtragem)

Exemplo ASK

Assuma uma banda de 100 kHz, entre 200 kHz e 300 kHz, com d=1 e r=1

B = 2S = 2N x 1/r = 2N = 100 kHz Logo, N=50 kbps fc = 250 kHz (no centro da banda) fc é a frequência da portadora a ser

usada


Figura 7.37 FSK binária.


Figura 7.38 PSK binária.


Figura 7.39 Conceito de um diagrama de constelação.


Figura 7.40 Diagramas de constelação para alguns QAMs.

MAB-510 95

QAM

Modulação em Quadratura (QAM) Usa amplitude e duas portadoras com defasagem de

90º (daí o nome quadratura)

Temos 4 QAM, 16 QAM, 32 QAM, 64 QAM, 128 QAM, 256 QAM, 512 QAM, 1024 QAM, 2048 QAM, 4096 QAM ou até mais densas.

8-QAM, 3 bits/baud, 8 estados 7.200 bps a 2.400 baud

16-QAM, 4 bits/ baud, 16 estados 9.600 bps a 2.400 baud


7.3.2 Conversão analógico-analógico

A conversão analógico-analógico, ou modulação analógica, consiste na representação da informação analógica por meio de um sinal analógico. Podemos nos perguntar por que precisamos modular um sinal analógico; afinal, ele já é analógico. A modulação é necessária se o meio for naturalmente passa-faixa ou se tivermos à nossa disposição apenas um canal passa-faixa.

Modulação de Amplitude (AM)

Modulação de Frequência (FM)

Modulação de Fase (PM)


Figura 7.41 Modulação de amplitude.


Figura 7.42 Modulação de frequência.


Figura 7.43 Modulação de fase.


7.4 UTILIZAÇÃO DE BANDA

Na vida real, encontramos conexões físicas com largura de banda limitada. Em alguns casos, precisamos combinar vários canais que tenham uma largura de banda reduzida para fazer melhor uso de um canal apresentando maior largura de banda. Em outros casos, precisamos expandir a largura de banda de um canal para atingir objetivos como privacidade e resistência a interferências.


7.4.1 Multiplexação (1 de 2)

A multiplexação consiste no conjunto de técnicas que permite a transmissão simultânea de múltiplos sinais por meio de um único enlace de dados. À medida que aumenta o uso de dados e dos meios de telecomunicação, aumenta também o tráfego. Podemos acomodar esse aumento se continuarmos a criar enlaces individuais toda vez que um novo canal passar a ser necessário, ou podemos instalar enlaces de maior largura de banda e usar cada um para transportar múltiplos sinais.


7.4.1 Multiplexação (2 de 2)

Multiplexação por Divisão de Frequência

Multiplexação por Divisão de Comprimento de Onda

Multiplexação por Divisão de Tempo

TDM síncrona

Multiplexação por divisão de tempo estatística, ou ATDM


Figura 7.44 Dividindo um enlace em canais.


Figura 7.45 Multiplexação por divisão de frequência.


Exemplo 7.14

Considere que um canal de voz ocupa uma largura de banda de 4 kHz. Precisamos combinar três canais de voz em um enlace com uma largura de banda de 12 kHz, indo de 20 até 32 kHz. Mostre a configuração correspondente a esse cenário, usando o domínio da frequência. Considere que não existem bandas de guarda.

Solução

Deslocamos (modulamos) cada um dos três canais de voz para uma banda diferente, conforme mostrado na Figura 7.46. Usamos a banda de 20 a 24 kHz para o primeiro canal, a banda de 24 a 28 kHz para o segundo e a banda de 28 a 32 kHz para o terceiro. Em seguida, combinamos esses canais, conforme mostrado na Figura 7.46. No receptor, cada canal recebe o sinal completo e, então utiliza um filtro para recuperar o seu próprio sinal. O primeiro canal usa um filtro que permite a passagem de frequências entre 20 e 24 kHz e filtra (descarta) quaisquer outras frequências. O segundo canal utiliza um filtro que permite a passagem de frequências entre 24 e 28 kHz e o terceiro canal usa um filtro que permite a passagem de frequências entre 28 e 32 kHz. Finalmente, cada canal desloca a frequência de modo que ela se inicie em zero.


Figura 7.46 Esquema para o Exemplo 7.14.


Figura 7.47 Multiplexação por Divisão de Comprimento de Onda.


Figura 7.48 TDM.


Figura 7.49 Multiplexação por Divisão de Tempo Síncrona.


Exemplo 7.15

A Figura 7.50 mostra a TDM síncrona com um fluxo de dados para cada entrada e um fluxo de dados para a saída. A unidade de dados é um bit. Determine (a) a duração dos bits de entrada, (b) a duração dos bits de saída, (c) a taxa de saída de bit e (d ) a taxa de saída de quadros.

Solução

Podemos responder às perguntas da seguinte forma:

1.A duração dos bits de entrada corresponde ao inverso da taxa de bits: 1/1 Mbps = 1 μs.

2.A duração dos bits de saída corresponde a um quarto da duração dos bits de entrada, ou 1/4 μs.

3.A taxa de saída de bits é o inverso da duração dos bits de saída, ou 1/(1/4) μs ou 4 Mbps. Esse valor também pode ser deduzido do fato de a taxa de saída ser 4 vezes o valor de qualquer taxa de entrada; portanto, a taxa de saída pode ser calculada como 4 × 1 Mbps = 4 Mbps.


Figura 7.50 Esquema para o Exemplo 7.15.

112

E1 (Europa, Brasil)– 32 canais de 1 byte / 125 s = 256 bits x 8 kHz = 2 Mbps– 30 canais para o usuário (= 1920 kbps)– 2 canais para controle e sincronização (opcionalmente um

destes canais pode ser liberado para o usuário)16 bits de overhead

T1 (EUA)– 193 bits a cada 125s = 1,544 Mbps– 24 canais de 8 bits (7 de info + 1 controle) + 1 bit de framing

25 bits de overhead

E1 (e T1)

sinc. ealarme

canal1

canal15

sinali-zação

canal16

canal30- - - - - -

125s

MAB-510 113

64 Kbps

64 Kbps64 Kbps

64 Kbps

64 Kbps64 Kbps

64 Kbps

64 Kbps64 Kbps

64 Kbps

64 Kbps64 Kbps

. . .

64 Kbps

64 Kbps64 Kbps

. . .64 Kbps

64 Kbps64 Kbps

. . .

MUX

MUX

MUX

MUX

E1

E1

E1

E1

...

...

...

MUX

MUX

MUX

MUX

E1

E1

E1

E1

E2

Hierarquia Plesiócrona Digital (PDH)

TDM síncrono (quadros a cada 125s) e tributário básico a 64 Kbps

Relógios de canal tributário ligeiramente diferentes e não totalmente síncronos

Bits de controle: Identificação de início e fim de quadros e subquadros com bits de enquadramento (framing) e sincronização

MAB-510 114

Nível EUA (Mbps) Europa (Mbps) Japão (Mbps)

1 1,544 (DS-1) 2,048 (E1) 1,544

2 6,312 (DS 2) 8,448 (E2) 6,312

3 44,736 (DS-3) 34,368 (E3) 32,064

4 274,176 (DS-4) 139,264 (E4) 97,728

Hierarquias Plesiócronas

MAB-510 115

Limitações da PDH

Custo de inserção e retirada de canais Exemplo: suponha uma rede onde enlaces principais são

E4 e queremos remover um canal E1 em um ponto intermediário;

Fazer todas as demultiplexações, de todos os canais tributários;

Para que os demais canais possam prosseguir para outro ponto da rede, necessário fazer toda a multiplexação novamente para E4

Soluções de encapsulamento proprietárias e não padronizadas

Gerência proprietária

MAB-510 116

Hierarquia Digital Síncrona (SDH/SONET) Objetivos

Aproveitar rede totalmente síncrona Unificar padrões (EUA, Europa, Japão, etc) Utilização em meios físicos diversos (fibra, rádio,

etc) Compatibilidade com canais PDH atuais Colocação de inteligência nos multiplexadores

Facilitar gerência e flexibilidade de operação Gerenciamento de redes com equipamentos de

diferentes fabricantes

118

Taxa da linha (MBPS) SONET level SDH level

51,840 OC-1

155,520 OC-3 STM-1

466,650 OC-9

622,080 OC-12 STM-4

933,120 OC-18

1.244,160 OC-24 STM-8

1.866,240 OC-36 STM-12

2.488,320 OC-48 STM-16

4.976.640 OC-96 STM-32

9.953.280 OC-192 STM-64

SDH STM levels e SONET Optical Carrier (OC)

Pergunta

Como conectar cada concentrador com o host a 1 Mbps?

HOST?

???

• Solução trivial1 Mbps

HOST

1 Mbps

1-121

1 Mbps

Solução TDM síncrona (Time Division Multiplexing)

bytesc 11 Mbps

1 Mbps 1 MbpsMUXTDM2 Mbps

MUXTDM

Alocação fixa de sub-canais no domínio do tempo

Síncrono (STDM)

HOST

bytesc 2

bytesc 1

bytesc 2

1-122

Solução FDM (Frequency Division Multiplexing)

Alocação fixa de sub-canais no domínio da frequência

Síncrono

1 Mbps

1 Mbps1 Mbps1 Mbps

2 MbpsMUXFDM

MUXFDM

HOST

1-123

< 2 Mbps

< 2 Mbps

? Mbps

? MbpsMUXTDM2 Mbps

MUXTDM

HOST

byte ID byte ID byte ID

Solução ATDM (Asynchronous TDM) ou TDM estatístico

Alocação variável de sub-canais no domínio do tempo Overhead para endereçamento do subcanal Alocação dos sub-canais em função da demanda Ideal para acomodar tráfego em rajada (bursty) Assíncrono

1-124


Figura 7.58 Meios de transmissão e a camada física.


7.5.1 Meios guiados (1 de 2)

Os meios guiados, que são aqueles que fornecem um canal para a condução do sinal de um dispositivo a outro, incluem cabo de par trançado, cabo coaxial e cabo de fibra óptica. Um sinal viajando por qualquer desses meios é direcionado e confinado pelos limites físicos do meio. Cabos de par trançado e coaxiais usam condutores metálicos (feitos de cobre) para receber e transportar sinais na forma de corrente elétrica. Cabos de fibra óptica são cabos que recebem e transportam sinais na forma de luz.


Figura 7.59 Cabo de par trançado.

Unshielded TP (UTP)

CAT5 (100 MHz), CAT5e (até 155 MHz), 1 GE, 100 m

CAT6 (250 MHz) e CAT6a (500 MHz), 10 GE, 100 m

CAT7: 100 GE, desenvolvimento

Variações dos cabos com blindagem FTP (foiled TP)

STP (shielded TP)

SSTP (screened STP)

http://www.hardware.com.br/livros/redes/categorias-cabos.html

7.140

Figure 7.5 UTP connector

RJ-45

MAB-510 141

MAB-510 142

Linhas Telefônicas

UTP CAT3/CAT2 em geral e de qualidade limitada e variável

Para diminuir distorção na transmissão de voz (telefonia fixa), indutâncias são adicionadas às linhas (pupinização) para manter uma mesma atenuação na banda de voz (0 - 4 KHz)

MAB-510 143

Efeito da Pupinização

Atenuação constante abaixo dos 4 KHz Atenuação extremamente alta acima dos 4 KHz, inviabilizando

transmissão em banda básica a altas taxas Velox precisa de usar linha não condicionada e própria para transmissão

em banda larga

atenuação

freqüência (KHz)1 4 5


Figura 7.60 Cabo coaxial.

Espectro (Hz)

f= c = 3 x 108 m/s (no vácuo), = 1,3 m (1300 nm) f= 2,3 x 1014 Hz

Rádio 105 a 1012 Hz

Infravermelho 1012 a 1014 Hz

Luz visível 4,3.1014 Hz - 7,5.1014 Hz (430 THz - 750 THz) entre 700 nm (vermelho) a 400 nm (violeta)

Ultravioleta 1015 a 1016 Hz

Raios X 1016 a 1021 Hz

Raios Gama acima de 1021 Hz

Fibra ótica

Transmite apenas luz

Núcleo (core)

Casca (cladding)

luz

buffer

1-146

Banda de Passagem de uma Comunicação Ótica Tomando f = c e derivando:

Tomando diferenças finitas em módulo, pode-se obter a banda de frequências correspondente a uma determinada largura de banda de comprimento de ondas:

Exemplo: ∆ =0,17x10-6m, =1,3x10-6m ∆f =30x1012Hz = 30 THz

2

c

d

df

2

cf

1-147

Fibra ótica

Zeros e Uns representam ausência ou presença de luz A luz visível tem freqüência entre 105 e 106 GHz,

possibilitando uma enorme largura de banda Um sistema de transmissão ótico tem três componentes:

Meio de transmissão fibra ultra fina de vidro ou sílica fundida

Emissor LED ou LASER, que emite luz, quando uma corrente elétrica

é aplicada Foto detector

FOTODIODO que gera um impulso elétrico quando recebe luz

1-148

Princípio da transmissão ótica

A fibra é formada por um núcleo e um invólucro, com índices de refração diferentes

Quando a luz passa de um meio para outro, ela sofre refração, retornando via reflexão (lei de Fresnel)

Luz se propaga através de múltiplas reflexões internas

1-149


Figura 7.61 Alteração na direção de um raio de luz.

Emissores de luz

LEDs Emitem luz policromática (vários

comprimentos de onda) em múltiplas direções LASERS

Pode ser visto como uma fonte de luz acoplada a uma cavidade ressonante (reflexão espelhada) que gera uma luz concentrada e monocromática (variações muitíssimo pequenas no comprimento de onda em função de estabilidade de fonte e outros fatores)

1-151

Tipos de fibra ótica

Multimodo Monomodo

1-152

Fibra ótica

Fibra Multimodo possui núcleo com diâmetro acima de 50 microns, onde

a luz se propaga por múltiplas trajetórias ou modos

=

1-153

Fibra ótica

Fibra Multimodo modos percorrem distâncias diferentes ao longo da fibra

fazendo com que o tempo de propagação de cada modo varie (distorção modal)

distorção modal limita a banda passante de uma fibra multimodo abaixo de 1 GHz.km (ex.: 10 GHz em 0,1 km => 1GHz.km)

o núcleo grande permite o uso de LEDs, embora LASERs possam ser também utilizados, mas sem evitar a propagação de múltiplos modos (causada pelo núcleo grande)

fibra típica: 62,5 m\125 m (núcleo/casca)

1-154

Fibra Monomodo possui um núcleo tão pequeno (de 7 a 10 µm), de forma

que somente um modo se propaga ao longo da fibra, eliminando o efeito da distorção modal

banda passante de vários GHz.km fibra típica: 8 µm / 125 µm é necessário usar LASER, que é capaz de focalizar a luz

no pequeno diâmetro do núcleo e transmitir com potência

custo comparável (ou até menor) que o da fibra multimodo devido ao seu amplo uso em sistemas de comunicação de média e longa distância e domínio tecnológico de fabricação em larga escala

Fibra ótica

1-155

Fatores limitantes do desempenho das fibras óticas

Atenuação absorção (conversão para calor) e espalhamento

(radiação) uma atenuação constante em toda a faixa de

comprimento de onda por si não limita a banda passante, mas apenas a distância sem repetição

todavia, como a atenuação é função do comprimento de onda e transmissão de sinais digitais pode ser vista como uma composição de sinais de diferentes frequências, se a atenuação não for constante na janela de transmissão utilizada, haverá alguma distorção no sinal e consequente limitação na taxa máxima de transmissão

1-156

Fibra Ótica

Curva de Atenuação Típica

Comprimento de Onda (nm)

Ate

nu

açã

o (

dB

/km

)

800 1000 1200 1400 16000.1

0.51

510 picos de

absorçãojanelas de

baixaatenuação

0.1

1-157

Fatores limitantes do desempenho das fibras óticas

Dispersão causando distorção e limitando a banda dispersão modal

modos se propagam por trajetórias de diferentes comprimentos (eliminada com uso de monomodo)

dispersão do material imperfeições afetando o índice de refração e provocando

distorção dispersão cromática

provocada pela fonte (mesmo laser) não ser exatamente monocromática e a velocidade de propagação depender do comprimento de onda

medida em ps/(nm.km) e quase nula em torno de 1300 nm

1-158

Transmissão ótica

Utiliza as faixas de em que a atenuação é menor Opera fora do espectro visível

Janela 1: 800 a 900 nm

utilizado: 850 nm (2,1 dB/km)

Janela 2: 1250 a 1350 nm


Janela 3: 1500 a 1600 nm


Para longas distâncias, esta é a janela ideal pela baixíssima

atenuação1-159


7.5.2 Meios não guiados

Os meios não guiados transportam ondas eletromagnéticas sem usar um condutor físico. Esse tipo de comunicação é muitas vezes conhecido como a comunicação sem fios ou comunicação wireless. Os sinais são normalmente transmitidos na forma de broadcast por meio do espaço aberto e, portanto, ficam disponíveis para quem quer que tenha um dispositivo capaz de captá-los.

Ondas de rádio

Micro-ondas

Infravermelho


Figura 7.64 Espectro eletromagnético usado na comunicação sem fios.


Tabela 7.1 Bandas.

MAB-510 165

Interfaces entre Equipamentos de Dados (DTE) e Equipamentos de Comunicação (DCE) HSSI (padrão TIA – Cisco) V.36/V.11 (ITU-T) RS-449/RS-422a (padrão EUA) V.35 (ITU-T)

Conexão paralela e com sinais de controle, incluindo sinal de relógio externo para a interface

G.703 (estrutura G.704)

MODEM ou MUX

MODEM ou MUX

V.35 V.36

MAB-510 167

Interfaces DTE-DCE

V.36/V.11, RS-449/RS-422a balanceada, 2 Mbps, 60 m

V.35 balanceada para sinais críticos 2 Mbps, 8 m

H.SSI 52 Mbps, 16,5 m, STP (par trançado blindado) conector miniatura de 50 pinos (SCSI-2)

DB37

A

BD

CMM

NNM34

MAB-510 168

Interface DTE-DCE

G.703 Meios de transmissão

dois cabos coaxiais (tx e rx), conector BNC distância máxima: 600 metros a 2 Mbps

dois pares trançados, conector RJ45 transmissão balanceada distância máxima: 300 metros a 2 Mbps

possibilidade de conversão para meios óticos

Padrão comum nos equipamentos de comunicação das operadoras para transmissão a 2 Mbps (E1)

Velocidades (kbps): 64, 1.544 (T1), 2.048 (E1), 6.312 (T2), 8.448 (E2), 34.638 (E3), 139.264 (E4), 155.520 (STM-1, OC-3)

MAB-510 169

Opções de Relógio de Transmissão

Relógio interno Derivado do oscilador interno e usado quando o

equipamento fornece o relógio para o sistema Relógio regenerado

Recupera o relógio recebido na recepção para ser usado como clock de tx, quando o DCE remoto gera o sincronismo para o sistema

Relógio externo Usado quando a fonte de sincronismo é externa

Num ambiente síncrono, deve existir apenas uma fonte de sincronismo para todo o sistema

170

Sincronização

MODEM ou MUX

MODEM ou MUX

V.35 V.36

fonte do sincronismo

TX – clock interno

RX – clock regenerado

TX – clock regenerado

RX – clock regeneradoVelocidade de transmissão depende do clock externo vindo do DCE

Velocidade de transmissão depende do clock externo vindo do DCE


Capítulo 7: Resumo (1 de 3)

Os dados devem ser transformados em sinais eletromagnéticos para serem transmitidos. Os dados analógicos são contínuos e assumem valores contínuos. Dados digitais apresentam estados discretos e assumem valores discretos. Os sinais analógicos podem apresentar um número infinito de valores em um intervalo; os digitais podem assumir apenas um número limitado de valores. No contexto de comunicação de dados, geralmente usamos sinais analógicos periódicos e sinais digitais aperiódicos.

A conversão digital-digital envolve três técnicas: codificação de linha, codificação de bloco e embaralhamento. A técnica mais comum para transformar um sinal analógico em dados digitais (digitalização) é conhecida como Modulação por Código de Pulsos (PCM – Pulse Code Modulation).



A conversão digital-analógico consiste no processo de transformar uma das características de um sinal analógico com base na informação contida nos dados digitais. A conversão digital-analógico pode ser realizada de várias maneiras: Modulação por Chaveamento de Amplitude (ASK – Amplitude Shift Keying), Modulação por Chaveamento de Frequência (FSK – Frequency Shift Keying) e Modulação por Chaveamento de Fase (Modulação PSK – Phase Shift Keying). A Modulação por Amplitude em Quadratura (modulação QAM – Quadrature Amplitude Modulation) combina ASK e PSK. A conversão analógico-analógico pode ser realizada de três formas: Modu-lação de Amplitude (AM – Amplitude Modulation), Modulação de Frequência (FM – Frequency Modulation) e Modulação de Fase (PM – Phase Modulation).



A utilização de banda consiste no uso da largura de banda disponível para atingir objetivos específicos. Pode-se obter maior eficiência nesse uso aplicando-se técnicas de multiple-xação; privacidade e resistência a interferências podem ser obtidas usando espalhamento.

Os meios de transmissão estão localizados abaixo da camada física. Discutimos meios guiados e meios não guiados.

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Capítulo 7 Camada física e meios - voip.nce.ufrj.br · PDF fileFigura 7.10...

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