William Stallings Data and Computer Communications 7th Edition

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1 William Stallings Data and Computer Communications 7th Edition
Chapter 3 Transmissão de dados - Data Transmission

2 Terminologia (1) Transmitter - transmissor Receiver - receptor
Medium - meio Guided medium – meio confinado e.g. twisted pair, optical fiber Unguided medium – meio não-confinado e.g. air, water, vacuum

3 Terminologia (2) Direct link – Link direto Point-to-point Multi-point
Sem dispositivos intermediários Point-to-point Link direto Apenas 2 dispositivos compartilham o link Multi-point Mais de 2 dispositivos compartilham o link

4 Terminologia (3) Simplex Half duplex Full duplex Um sentido
e.g. Television Half duplex Ambos sentidos, mas apenas um a cada instante e.g. police radio Full duplex Ambos sentidos ao mesmo tempo e.g. telephone

5 Frequencia, Espectro e Largura de faixa
Conceitos do “domínio” do tempo Sinal analógico Varia de maneiro suave no decorrer do tempo Sinal digital Mantém um valor constante e então muda para outro valor Sinal periódico Padrão repetido no tempo Sinal não-periódico Padrão que não se repete (periodicamente) com o tempo

6 Sinais analógicos e digitais

7 Sinais Periódicos

8 Sinais sinusoidais (seno / coseno)
Amplitude de pico - Peak Amplitude (A) Máximo valor do sinal volts Frequencia (f) Taxa de mudança do sinal Hertz (Hz) ou “ciclos” por segundo (second) Período = tempo para uma repetição (T) T = 1/f Fase - Phase () Posição relativa no tempo

9 Senos variados s(t) = A sin(2ft +)

10 Comprimento de onda - Wavelength
Distância ocupada por um ciclo Distância entre dois pontos de fase correspondente em dois ciclos consecutivos  Assumindo a velocidade do sinal v  = vT f = v c = 3*108 ms-1 (velocidade da luz no espaço livre)

11 Conceitos no domínio da frequência
Sinais são usualmente constituídos por diversas freqüências “Componentes” são senos e cosenos A análise de Fourier (ou espectral) mostra como decompor um sinal em senos e cosenos Pode-se representar graficamente o “espectro” do sinal

12 Adição de componentes (T=1/f)

13 Representação no “domínio” da freqüência: “espectro”

14 Espectro & Largura de faixa – (Spectrum & Bandwidth)
Faixa de frequencias contidas no sinal Largura de faixa absoluta Largura do espectro Largura de faixa efetiva Geralmente chamada “largura de faixa” Faixa estreita do espectro contendo a maior parte da energia do sinal Componente DC Componente de frequencia zero

15 Sinal com componente DC

16 Taxa de dados e largura de faixa
Qualquer sistema de transmissão tem uma largura de faixa limitada Isso limita a taxa de dados que pode ser transmitida através desse sistema

17 Transmissão de dados analógicos e digitais
Entidades que contém informação Sinais Representações dos dados (e.g., elétricos) Transmissão Comunicação de dados através da propagação de sinais

18 Dados digitais e analógicos
Valores (amplitude) contínuos e tempo contínuo e.g. som, vídeo Digital Valores (amplitude) discretos e tempo discreto e.g. texto, inteiros

19 Espectro acústico (Analógico)

20 Sinais analógicos e digitais
Maneira pela qual os dados são transmitidos Analógico Continuously variable Various media wire, fiber optic, space Speech bandwidth 100Hz to 7kHz Telephone bandwidth 300Hz to 3400Hz Video bandwidth 4MHz Digital Usa duas componentes DC

21 Vantagens e desvantagens do digital
Mais barato Menos susceptível ao ruído (maior robustez) Maior atenuação Pulsos se tornam menores e “arredondados” Leva à perda de informação

22 Atenuação de sinais digitais

23 Componentes da voz (speech)
Frequency range (of hearing) 20Hz-20kHz Speech 100Hz-7kHz Easily converted into electromagnetic signal for transmission Sound frequencies with varying volume converted into electromagnetic frequencies with varying voltage Limit frequency range for voice channel Hz

24 Conversion of Voice Input into Analog Signal

25 Componentes de vídeo USA lines scanned per frame at 30 frames per second 525 lines but 42 lost during vertical retrace So 525 lines x 30 scans = lines per second 63.5s per line 11s for retrace, so 52.5 s per video line Max frequency if line alternates black and white Horizontal resolution is about 450 lines giving 225 cycles of wave in 52.5 s Max frequency of 4.2MHz

26 Dado digital binário De terminais de computadores etc.
Duas componentes DC Largura de faixa depende da taxa de transmissão

27 Conversão da entrada do PC em bits

28 Dados e sinais Geralmente usa-se sinais digitais para dados digitais e sinais analógicos para dados analógicos Pode-se usar sinais analógicos para transmitir dados digitais Modem Pode-se usar sinais digitais para transmitir dados analógicos CD (Compact Disc audio)

29 Sinais analógicos transportando dados analógicos e digitais

30 Sinais digitais transportando dados analógicos e digitais

31 Transmissão analógica
Sinal analógico transmitido de forma indiferente ao seu conteúdo Pode ser dado analógico ou digital Atenuado com a distância Usa amplificadores para elevar nível de potência (boost) do sinal Também amplifica o ruído

32 Transmissão Digital Depende do conteúd
Integridade é ameaçada pela atenuação, ruído, etc. Repetidores são usados Repetidor recebe o sinal Extrai os bits Retransmite Atenuação é combatida Ruído NÃO é amplificado

33 Vantagens da transmissão digital
Digital technology Low cost LSI/VLSI technology Data integrity Longer distances over lower quality lines Capacity utilization High bandwidth links economical High degree of multiplexing easier with digital techniques Security & Privacy Encryption Integration Can treat analog and digital data similarly

34 Problemas na transmissão
Sinal recebido pode diferir do transmitido Analógico – degradação da “qualidade” do sinal Digital - bit errors Causados por Atenuação Distorção no atraso Ruído

35 Atenuação Potência do sinal decai com a distância
Depende do meio de propagação Potência do sinal recebido: Deve ser suficiente para que o mesmo seja detectado Dever ser suficientemente maior que a do ruído para que o sinal seja interpretado sem erros Atenuação é maior quanto maior for a frequencia

36 Distorção no atraso “Only in guided media” ??
Velocidade de propagação varia com a frequencia

37 Ruído - Noise (1) Sinais adicionais inseridos no percurso entre transmissor e receptor Termal (de temperatura) Devido à agitação dos elétrons Uniformemente distribuído Ruído branco (White noise) Intermodulação - Intermodulation Sinais que são a soma e/ou diferença das frequencias originais compartilhando um meio

38 Ruído - Noise (2) Crosstalk Impulsivo
Sinal de uma linha que interfere em outra Impulsivo Pulso irregulares ou “spikes” e.g. External electromagnetic interference Duração curta Alta amplitude

39 Capacidade do canal Taxa de dados - Data rate Bandwidth
Em bits por segundo Taxa na qual o dado é transmitido Bandwidth Em ciclos por segundo ou Hz Limitada pelo transmissor e pelo meio

40 Teorema de Nyquist If rate of signal transmission is 2B then signal with frequencies no greater than B is sufficient to carry signal rate Given bandwidth B, highest signal rate is 2B Given binary signal, data rate supported by B Hz is 2B bps Can be increased by using M signal levels C= 2B log2M

41 Fórmula de Shannon da capacidade (capacity) do canal
Considera: data rate, noise e error rate “Faster data rate shortens each bit so burst of noise affects more bits”? A um determinado nível de ruído, uma taxa de dados maior implica numa taxa de erro maior Signal to noise ratio (em decibels) SNRdb=10 log10 (signal/noise) Capacidade C=B log2(1+SNR) Não considera “erros no canal”

42 Leitura sugerida Stallings chapter 3