1 redes de comunicações chapter 3 transmissão de dados
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Redes de Comunicações
Chapter 3
Transmissão de Dados
2Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF
Terminologia
Transmissor Receptor Meio de Transmissão
– Meios Guiados– Meios Não guiados
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Terminologia
Link Direto– Não há dispositivos intermediários
Ponto-a-ponto– Link Direto– Somente 2 disp. Compartilham o link
Multi-ponto– Mais que 2 disp. Compartilham o meio
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Terminologia
Simplex– Uma direção (sentido)
Ex: televisão e rádio
Half duplex– Nas duas direções, mas somente em um sentido por vez
Ex: comunicação de rádio: Walk talk.
Full duplex– Ambas as direções ao mesmo tempo
Ex: telefone
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Frequência, Spectro e Largura de Banda
Conceitos no domínio no tempo– Sinal Analógico
Sinal alternando em vários níveis no tempo
– Sinal Digital Mantém um nível constante para um dado, depois muda
para representar outra informação
– Sinal Periódico Padrão repetitivo sobre o tempo
– Sinal Aperiódico Padrão não repetitivo sobre o tempo
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Sinal Analógico & Digital
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Sinais Periódicos
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Onda Senoidal
Amplitude (pico) (A)– Valor máximo entre a variação do sinal– volts
Frequencia (f)– Taxa de mudança do sinal– Hertz (Hz) ou ciclos por segundo– Período = tempo para uma repetição – T = 1/f
Fase ()– Relativo a posição da onda no tempo
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Variação da Ondas Senoidal s(t) = A sin(2ft +)
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Comprimento de Onda
Distância percorrida por um ciclo Distancia entre dois pontos medidos a partir
da mesma fase entre dois ciclos Velocidade da onda (v)
= vT f = v– c = 3*108 ms-1 (velocidade da luz no espaço)
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Conceitos no Domínio da Frequência
Os sinais normalmente são formados por múltiplas frequências (diferentes sinais)
Os diferentes sinais são chamados de componentes de onda senoidal
A análise de Fourier diz que qualquer sinal pode ser formado pela combinação de várias ondas ou componentes senoidais
É possível montar uma função baseada no domínio da frequência para representar os sinais
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Exemplo de Componentes (T=1/f)
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Representação no domínio da Frequência
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Espectro de Largura de Banda
Espectro– Faixa de frequência que contém o sinal
Largura de banda Absoluta– Largura do Espectro
Largura de Banda Efetiva– Largura de Banda Frequênte(Often just bandwidth)– Largura estreita que contém as frequências com maiores energias
Componente DC– Componente de frequência Zero
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Sinal com Componente DC
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Taxa de Dados e largura de Banda
Qualquer sistema de transmissão tem uma limitada banda de frequências
Isto limita a taxa com que os dados podem ser transportados
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Transmissão de dados Analógicos e Digitais
Dados – Entidades que contém significado
Sinal– São representações elétricas ou
eletromagnéticas dos dados
Transmissão– Comunicação de dados pela propagação e
processamento dos sinais
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Dados Analógicos e Digitais
Analógicos– Valores Contínuos dentro do intervalo de
transmissão– Ex: som e vídeo
Digital– Valores Discretos– Ex: texto e inteiros
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Espectro Acústico (Analógico)
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Analog and Digital Signals
Forma com as ondas são propagados:– Analógicos:
Continuamente variáveis Diversas mídias onde são propagados Largura de banda da Voz humana 100Hz to 7kHz Largura de Banda do telefone 300Hz to 3400Hz Largura de Banda de Vídeo 4MHz
– Digital: Usa dois componentes DC.
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Vantagens e Desvantagens da transmissão digital
Barato Menos susceptível pelo ruído Maior atenuação
– Pulsos tendem a ficar arredondados– Perda da informação
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Atenuação da onda Digital
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Componentes da Voz
Faixa de Frequência Audível: 20Hz-20kHz– Faixa da Voz: 100Hz-7kHz
É facilmente conversível em sinais de ondas eletromagnéticos para transmissão
As frequencias, bem com a intensidade do som de áudio é proporcionalmente variado com as ondas eletromagnéticos para uma transmissão.
Faixa de frequencia limitada para transmissão de voz: 300-3400Hz
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Convertendo a voz em sinal elétrico
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Componente de Vídeo
USA – 483 linhas por frames em 30/s– 525 linhas, mas 42 linhas são perdidas no retraço vertical
Então são 525 linhas x 30 frames = 15750 linhas/s– 63.5s por linha– 11s para retraço, então são 52.5 s por linha de video
A máxima frequência pode ser obtida alternando uma imagem banco e preto
A resolução horizontal é cerca de 450 linhas necessitando 225 ciclos de onda em 52.5 s
Máxima frequência: 4.2MHz
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Dados digitais Binários
Origem: Computador, terminais, etc Dois componentes Largura de Banda dependente da taxa de
dados
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Convertendo dados para sinais digitais do PC
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Dados e Sinais
Sinais digitais -> para dados digitais Sinais analógicos -> para dados analógicos
Podemos usar os sinais analógicos para transportar dados digitais
– Modem
Podemos usar os sinais digitais para transportar dados analógicos
– Compact Disc audio
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Transporte de dados Analógicos e Digitais em sinais analógicos
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Transporte de dados analógicos e digitais em sinal digital
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Transmissão Analógica
Sinal analógico transmitido sem protocolo de conteúdo
Os dados podem ser analógicos ou digital Atenuado pela distância Usa amplificadores para compensar a perda
por atenuação Amplifica os ruídos também
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Transmissão digital
Os dados são protocolados de alguma forma Consequências graves na integridade dos dados
causados pelos ruídos, atenuação, etc Usa repetidores
– Os repetidores recebem o sinal– Trabalham com padrão de Bits– Retransmitem novamente os dados– A atenuação é superada– Os ruídos não são amplificados
33Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF
Vantagens da transmissão digital
Tecnologia Digital– Baixo custo LSI/VLSI
Integridade de Dados– Consegue superar grandes distâncias em linhas de
transmissão de baixa qualidade Capacidade
– Alta Largura de Banda em links econômicos– Facilidade de multiplexação de dados
Segurança e Privacidade– Criptografia
34Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF
Falhas na Transmissão
Sinais recebidos podem ser diferentes do enviado– Analógico – degradação da qualidade do sinal– Digital – Erros de bit
Causas:– Atenuação e distorção – Distorção no atraso– Ruídos
35Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF
Atenuação
Aumenta, conforme aumenta a distância Depende do meio O sinal transmitido deve:
– Ser capaz de ser detectado– Deve ser suficientemente maior que o ruído
A atenuação aumenta com a frequência
36Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF
Distorção por Atraso
Acontece somente no meio guiado A velocidade de propagação varia com a
frequência
37Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF
Ruídos
Adição de sinais estranhos entre o transmissão e a recepção– Agitação Térmica
Movimento dos elétrons Distribuído uniformemente no espectro - Ruído Branco
Intermodulação– Sinais que são somados e subtraídos das
frequências originais de compartilhamento do meio
38Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF
Ruídos
Interferência de cruzamento– O sinal é influenciado por outro meio similar
subjacente
Impulso– Pulsos irregulares ou picos– Ex: Interferência eletromagnética– Curta duração– Alta amplitude
39Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF
Capacidade de um canal
Taxa de dados– Unidade em bits por segundos– Taxa na qual os dados podem ser comunicados
Largula de Banda– É dado em ciclos por segundos:Hertz– É limitado pelo transmissor ou o meio
40Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF
Largura de Banda de Nyquist
Se a taxa de transmissão de sinal é 2B, então o sinal com frequência não maior que B é suficiente para transportar os dados
Dado a Largura de Banda B, a maior taxa de dados possível é 2B
Dado um sinal binário, a taxa de dados transportado por B Hz é 2B bps
Podemos aumentar a taxa, incrementando M sinalizações no níveis de sinais utilizado:
– C= 2B log2M
41Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF
Formula de Shannon
Considera a taxa de dados, ruídos e taxas de erros Taxas de dados mais rápidos tem bit curtos e podem
ser mais facilmente afetados por ruídos– Altas taxas de bits -> altas taxas de erros
Razão de ruídos medido em decibeis– SNRdb
=10 log10 (signal/noise)
Capacidade de taxa de dados:– C=B log2(1+SNR) (livre de erros)
42Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF
Rs-232
Padronizada pela EIA é a especificação padrão de comunicação mais comum utilizada entre os computadores. Ela especifica detalhes dos níveis de sinais, distância, cabos e protocolos utilizados para este padrão.
É utilizadas em modens, teclados, mouse e outros. É especificada para a transmissão de caracteres, codificadas geralmente em 7 bits.
A comunicação é serial , porque os bits são enviados uma por uma na sequência através dos fios.
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Rs-232
A comunicação RS-232 é assíncrona pois o transmissor não informa quando um caracter irá ser transmitido;
Mas quando é iniciado a transmissão de um bit, todos os outros bits devem ser enviados em sequência sem atrasos;
O hardware nunca deixa sem sinal na linha de transmissão;
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Rs-232
Sincronização de tempo– Tanto o transmissor, como receptor devem concordar numa
taxa de velocidade de comunicação;
– Uma vez que o receptor recebe o primeiro bit, ele inicia uma contagem de tempo para sincronizar a leituras do bits subsequentes;
– O transmissor utiliza dois bits adicionais para indicar o início e final de cada carater (start bit e stop bit);
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Rs-232
Start bit e Stop bit
46Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF
Taxa de Baud
RS 232 (Bits/segundo)
Baud – número de mudanças de sinal por segundos que hardware gera
Para o padrão RS-232, baud = Bits/segundo
47Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF
Detecção de erros
No RS-232, o erro é detectado quando houver sinais fora de sincronismo;
– Taxa de transmissão diferentes;– Interferências;– Erros de enquadramento.
48Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF
Comunicação assíncrona Full duplex
Uma via de comunicação por fios sempre precisa de dois fios. ( Fio de sinal e um terra).
No padrão RS-232, para com. Full duplex é necessário usar pelo menos três fios.
49Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF
RS232
Cabeamento mínimo:
50Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF
Limitações reais
Limitações:– Hardware;– Fios;– Perdas;– Interferência
s.
51Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF
Largura de banda
Largura de banda x taxa de bits por segundo.
– Largura de banda é medida em ciclos/ segundos;– Taxa de bits é medida em Bits/s.
Teorema de Nyquist:Taxa máxima de bits por segundo que pode ser transmitido
em uma largura de banda B é 2B.
– D= 2B log2 K.
52Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF
Influência dos ruídos
Teorema de Shannon:– C = Blog2(1+S/N).
– C é o limite efetivo (real) da capacidade de transmissão de dados em um canal em bits por segundo;
– B é a largura de banda do hardware;– S é potência média do sinal e.– N é a potência média do sinal de ruído.
53Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF
Nyquist x Shannon
O teorema de Nyquist incentiva a pesquisar outras maneiras de codificar os dados para melhorar a taxa de transmissão de dados;
O teorema de Shannon permite calcular em valores reais, a largura de banda efetiva em um determinado sistema real;
Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF
Exemplo
Sistema telefônico:– Largura de banda = 3000hz– Ruído = 30 db– C = 3000log2(1+1000)– C = 30000 bps