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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
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Figura 7.1 Comunicação na camada física.
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Figura 7.2 Comparação entre sinais analógicos e digitais.
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Figura 7.3 Uma onda senoidal.
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Figura 7.6 Domínio do tempo e domínio da frequência de três ondas senoidais.
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Figura 7.7 Largura de banda de sinais compostos periódicos e aperiódicos.
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Figura 7.8 Dois sinais digitais: um com dois níveis de sinal e o outro com quatro níveis de sinal.
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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
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Figura 7.12 Modulação de um sinal digital para transmissão em um canal passa-faixa.
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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
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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
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Figura 7.15 Ruído.
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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
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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)
MAB-510 39
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
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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
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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.
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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
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Figura 7.19 Codificação e decodificação de linha.
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Figura 7.20 Esquemas polares (Parte I: NRZ).
Não garante transições em sequências de Os Taxa média em baud = metade da taxa em bits
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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
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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)
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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
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Figura 7.26 AMI usado com embaralhamento.
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Figura 7.27 Dois casos da técnica de embaralhamento B8ZS.
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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.
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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
Comunicação entre Centrais
Transmissão PCM
MAB-510 74
DadosRecebidos
11001000 00111000 00110010 01001100
01100001 10000100 10011100 10101100
200 56 50 76
97 132 156 172
Reproduçãodo SinalAnalógico
Comunicação entre Centrais
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.
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Figura 7.34 Processo de Modulação Delta.
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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.
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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
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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
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Figura 7.37 FSK binária.
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Figura 7.38 PSK binária.
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Figura 7.39 Conceito de um diagrama de constelação.
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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
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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)
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Figura 7.41 Modulação de amplitude.
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Figura 7.42 Modulação de frequência.
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Figura 7.43 Modulação de fase.
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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.
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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.
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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
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Figura 7.44 Dividindo um enlace em canais.
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Figura 7.45 Multiplexação por divisão de frequência.
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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.
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Figura 7.46 Esquema para o Exemplo 7.14.
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Figura 7.47 Multiplexação por Divisão de Comprimento de Onda.
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Figura 7.48 TDM.
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Figura 7.49 Multiplexação por Divisão de Tempo Síncrona.
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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.
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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
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Figura 7.58 Meios de transmissão e a camada física.
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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.
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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
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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
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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
utilizado: 1310 nm (0,3 dB/km)
Janela 3: 1500 a 1600 nm
utilizado: 1550 nm (0,15 dB/km)
Para longas distâncias, esta é a janela ideal pela baixíssima
atenuação1-159
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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
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Figura 7.64 Espectro eletromagnético usado na comunicação sem fios.
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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
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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).
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Capítulo 7: Resumo (2 de 3)
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).
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Capítulo 7: Resumo (3 de 3)
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.