Telefonia Básica telefonia fixa Thomaz 17.11.2006.

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1 Telefonia Básica telefonia fixa Thomaz

2 Sistema de Telecomunicações
Generalidades: “Telecomunicações é a ciência que estuda os procedimentos para o estabelecimento de um caminho de comunicação (voz, texto, imagem, dados ...) entre dois usuários quaisquer, pertencentes a uma rede, e no menor tempo possível”.

3 Um pouco de história … 1200 AC - Homero cita uso de sinais de fogo em Iliada. 700 AC to 300 DC – Pombos correios são utilizados nos jogos olímpicos 1791 – Os Irmãos Chappe, na França criam um sistema de envio de informações em linha de visada, através de “semáforos” onde eram codificadas letras através de posições de “braços” em um poste; 1793 – A criação dos Irmãos Chappe se torna comercial, (incentivada por Napoleão) em várias cidades da França, se espalhando pela Itália, Rússia e Alemanha. 1840 – O congresso americano requisita fundos para implantar um sistema de “semáforo” entre NYC e New Orleans”, Samuel Morse, se mostra contrário por estar com o Telégrafo elétrico em desenvolvimento. Morse demonstra o telégrafo elétrico. Fonte:

4 Interconexão entre usuários.
Circuito de Voz Usuário 2 Usuário 1 Usuário 3 Usuário 4

5 Se o número de usuários aumentar ...

6 Sendo que teremos 78 interconexões para 13 usuários, sendo que somente 6 conexões podem ser estabelecidas, ou seja, na melhor situação existirão 6 das 78 possíveis conexões em uso. Se o número de usuários aumentar para 1000, teremos circuitos, sendo que somente 500 em uso, correspondendo a uma taxa de 1:1000. Isto a princípio parece improvável, porém efetivamente aconteceu após a invenção do telefone.

7 Inicialmente o mercado era voltado para venda de telefones que eram comercializados aos pares
Se quisesse usar o aparelho para conversar com n proprietários de telefones, o proprietário de um telefone tinha que conectar fios em todas as n residências Logo, as cidades ficaram tomadas por fios que passavam pelas casas e árvores, criando um cenário de total desorganização

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9 Alexander Graham Bell percebendo essa situação, criou a Bell Telephone Company que abriu a sua primeira estação de comutação A empresa ligava um fio até a casa ou o escritório de cada usuário Para fazer uma chamada, o usuário girava uma manivela, o que emitia um som na companhia telefônica e chamava a atenção de um operador. Esse, por sua vez, conectava manualmente o emissor da chamada ao receptor usando um jumper Estava criada o central de comutação, ou centro de fios.

10 Centro de fios: Centro de Fios

11 Interligação dos centros de fios:
Central Local Central Local Centro de Fios Central Trânsito Central Local Central Local

12 Interligação das centrais:
Central Local Central Trânsito Para outras centrais Circuito Tronco Circuito Tronco Circuito de Assinante

13 Quesitos Fundamentais
Para que esta organização funcione corretamente os seguintes quesitos devem ser associados: Numeração: Identificação unívoca de cada região ou de cada assinante; Encaminhamento: Estabelecimento dos caminhos de interligação de maneira eficiente; Tarifação: Estabelecimento de métodos para cobrança dos serviços;

14 Quesitos Fundamentais
Sinalização: Troca de Informações para permitir o encaminhamento das comunicações; Transmissão: Parâmetros que permitam a inteligibilidade das comunicações;

15 Objetivos Fundamentais
Penetrabilidade: Capacidade que uma rede deve ter para poder se expandir na área geográfica de concessão sem ter que a cada expansão, modificar-se estruturalmente; Acessibilidade: Capacidade que uma rede deve ter para garantir que quaisquer dois (ou mais) usuários possam se comunicar tanto a nível local quanto a nível interurbano e internacional;

16 Objetivos Fundamentais, cont.
Grau de serviço: Capacidade que uma rede deve ter para garantir uma boa probabilidade de se estabelecer uma comunicação entre dois usuários quaisquer; Inteligibilidade: Capacidade que uma rede deve ter para garantir que uma comunicação possa ser entendida pelas partes que se comunicam;

17 Objetivos Fundamentais, cont.
Operacionalidade: Capacidade que uma rede deve ter para facilitar o uso dos meios de comunicação pelos usuários de uma maneira rápida, eficiente e confortável; Economicidade: A rede deve estar estruturada para se utilizar de ganho de escala e propiciar eficiência de utilização dos seus recursos e meios, garantindo que parcelas crescentes de usuários possam ser atendidos pela rede de telecomunicações a custos razoáveis;

18 Redes básicas: Rede Malha: Interliga todos os nós dois a dois:

19 Redes básicas: Rede Estrela: Interliga todos os nós a uma nó central:

20 Redes básicas: Rede Anel:
Interliga os nós em seqüência de modo a formar um anel:

21 Redes básicas: Rede Barramento:
Interliga todos os nós a um único arco chamado barramento ou “bus”:

22 Estrutura de um Sistema:
Componentes: Podemos considerar três as famílias de componentes de um sistema: Família dos Transdutores: Interface entre os usuários e o sistema de telecomunicações. Ex. Telefone, Modem, etc.

23 Estrutura de um Sistema:
Família das Centrais de Comutação: Central telefônica local, central telefônica trânsito, etc., que servem para comutar os diversos circuitos; Família dos meios de transmissão: Par físico, canal multiplex, que servem para interligar as centrais de comutação entre sí e os transdutores as centrais de comutação;

24 Comunicação entre dois pontos:
Assinante A Assinante B Alto-falante RX TX 4 fios Microfone

25 Porém a conexão do aparelho telefônico é a dois fios, e não a 4 fios como mostra o arranjo anterior.
Como acontece a comunicação bidirecional “full duplex” em somente dois fios ?

26 Para entender como se dá a comunicação através de dois fios, devemos entender como foi concebido os primeiros telefones:

27 O transdutor para sinal mecânico (pressão sonora) voz, para sinal elétrico era a cápsula de carvão, no qual a pressão sonora, modula a resistência elétrica: Como se trata de uma resistência é necessário que exista uma fonte de corrente para que tenhamos sinal.

28 O transdutor de sinal elétrico para pressão sonora (voz), no qual o sinal elétrico modula a pressão sonora

29 Arranjo a dois fios Este arranjo é apenas Ilustrativo
Corrente de “loop” Bateria Central Alto falantes Microfones a Carvão

30 Outros sistemas com Bateria
Bateria Local Bateria Central

31 Aparelho Telefônico Básico, Com disco

32 MODEM MODulador DEModulador
Possibilita a utilização de dados sobre linha analógica a 2 fios. Modulação PSK e DPSK Codificação e compactação

33 Modulação PSK e DPSK

34 Modulação DPSK e QAM DPSK é uma variação da PSK onde mantemos a amplitude constante e codificamos a defasagem de modo diferencial QAM é uma técnica parecida com a DPSK, porém alteramos também a amplitude

35 Modulação DPSK e QAM

36 MODEM - V.32 - Trellis

37 Gráfico resultante V.32

38 Largura de Banda Duas relações avaliam a largura de banda de um canal de analógico para transmissão de dados: Relação de Nyquist: Para canal Isento de Ruído Relação de Shannon: Para canal com ruído térmico

39 Relação de Nyquist

40 Relação de Shannon

41 MODEM Digital Os modens digitais não utilizam uma portadora analógica para transportar as informações digitais, ao invés da modulação executam uma codificação no sinal digital. Desta forma, a banda do sinal digital que chega ao modem é mantida na transmissão pela linha, por isso este modem e também chamado de Banda Base. A transmissão digital executada par este modem requer linhas digitais com largura de banda na ordem de 10kHz. Portanto, não pode haver nenhum tratamento neste tipo de linha que possa limitar a banda, como é o caso de linhas pupinizadas.

42 Codificação de linha Objetivos da codificacao:
Concentrar o espectro de transmissão dentro de uma faixa com pouca componente DC. Garantir transmissao de sincronismo junto com o sinal digital. Aumentar a imunidade ao ruído. Confiabilidade na transmissão e recuperação do sinal.

43 Codificação de linha

44 A Central de Comutação – Definição:
É um conjunto de órgãos que permitem a interligação de dois circuitos quaisquer ligados a ela. As funções principais de uma central de comutação são: Função de espera: supervisionar e detectar uma chamada de entrada. Função de aviso: enviar sinais a entrada e a saída indicando as condições da ligação (corrente de toque, tom de linha, etc.). Função de recepção da informação: receber e armazenar as informações quanto ao destino da chamada. 20

45 A Central de Comutação - funções:
Função de controle: interpretar as informações recebidas, comandar a rede de comutação, determinar as condições de tarifação. Função de teste de ocupação: investigar se a saída desejada se encontra livre. Se a saída for um assinante, esta função verifica se esta ocupado ou não. Se a saída for uma rota, esta função verifica se ao menos um circuito se encontra livre. Função de interconexão: realizar a comutação através da sua rede de conexão, de uma entrada a uma saída. Função de transmissão da informação: propiciar o envio das informações para outras centrais (quando for o caso) que permitam a conexão da cadeia de circuitos. 20

46 A Central de Comutação - funções:
Função de supervisão: manter a entrada ligada a uma saída, ate que um dos dois extremos da ligação se desconecte e propiciar a liberação da conexão e dos circuitos associados a entrada e a saída ao final da comunicação. 20

47 A Central de Comutação – Classificação:
CENTRAL LOCAL tem como função comutar ligações dos assinantes filiados a ela tanto entre sí como com os circuitos de saída ou de entrada para outras centrais de comutação; CENTRAL TRÂNSITO tem como função comutar as ligações das centrais locais tanto entre sí como com outras centrais de trânsito; Existem equipamentos que permitem conjugar estes dais tipos de centrais em uma só. Para efeito de compreensão didática de um sistema de telefonia, consideraremos que nestes equipamentos existem duas centrais com funções distintas, como conceituado acima. 20

48 A Central de Comutação – Classificação:
ESTÁGIO DE LINHA REMOTO: Tem como função concentrar o trafego dos terminais de assinantes em circuitos troncos que estão intrinsecamente filiados a uma "central local mãe" com a qual mantém uma forte dependência de processamento de chamadas. Como se o estagio de seleção de linha estivesse distante do resto da central local. Este tipo de central se viabilizou com a tecnologia digital; ESTÁGIO REMOTO (ERs): É um ELR que tem como função concentrar o trafego dos terminais de assinantes em circuitos troncos substituindo um armário de distribuição de rede, podendo ficar no lugar deste. 20

49 A Central de Comutação – Classificação:
Quanto a seu funcionamento: As centrais podem ser classificadas em função de como acontece o processamento da chamada. Podemos classificar as centrais em: Comutação Manual: aquela onde o agente ativo é um operador ou operadora (telefonista); Comutação Automática: aquela onde o agente ativo é um dispositivo eletrônico que operadora sem intervenção de um operador; 20

50 A Central de Comutação Manual:
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51 A Central de Comutação Manual:
20

52 A Central de Comutação Manual:
20

53 Mais um pouco de história …
Maxwell matematicamente prevê a propagação de ondas eletromagnéticas no espaço livre; 1866 – O primeiro cabo telegráfico transatlantico é lançado. Antes deste cabo, enviar mensagens entre E.U.A e a Europa levava 11 dias. 1871 (Abril 1) - Bell chega a boston para trabalhar com surdos. 1875 (Junho 2) – A teoria do Telefone de Bell é confirmada experimentalmente. 1875 – Primeira palavra transmitida por telefone. Alexander Graham Bell "inventa" o telefone. 1876 (Outubro 9) - Bell mostra a primeira conversa através de telefone entre Boston e Com-bridgeport, Mass., distante 2 milhas. Edison inventa o motor elétrico e o fonógrafo. Western Union apresenta a primeira linha telefônica em operação entre Somerville, MA e Boston. Bell Telephone Company fundada, com Alexander Graham Bell como "técnico" e Thomas Watson como "superintendente."

54 A Central de Comutação – Automática:
As centrais automáticas são divididas em: Central por lógica cabeada: Neste tipo de central a lógica do processamento de chamadas é fixa e definida por um “cabeamento”. Central por programa armazenado: Neste tipo de central a lógica do processamento de chamada esta em um código armazenado, instruções.

55 Central por lógica cabeada:

56 Central por programa armazenado:

57 A Central de Comutação – História ...
Almon B. Strowger inventa comutador onde linhas faziam contatos com um contatos em um sistema rotativo cilíndrico. Controlado por chaves no telefone. Herman Hollerith processa o censo de 1900, utilizando cartões perfurados. Sua empresa se tornou a IBM (1924). 1890 – Existem centrais telefônicas da Bell.  1891 – Invenção de uma comutador de 1000 linhas com discos concêntricos. Não usada comercialmente. Criada a Strowger Automatic Telephone Exchange. Almon Strowger, the St. Louis, era agente funerário, e descobriu que a esposa do seu concorrente era telefonista e desviava as chamadas para o seu marido. "Necessidade é a mãe da invenção" então Strowger desenvolveu sistema de telefone discado para retirar a “operadora” do sistema. Ele criou a empresa Automatic Electric, em Chicago, para produzir a central passo a passo (esta empresa hoje pertence a GTE). 1892 – Primeira central telefônica comercial instalada, em LaPorte, Indiana, EUA. Usava comutadores Strowger passo a passo.

58 A central por lógica cabeada
As centrais por lógica cabeada por sua vez se dividem em dois grupos: Central passo a passo, onde a conexão vai se dando a medida que os dados vão sendo inseridos no sistema; Central por controle central, onde a conexão é feita após a análise dos dados que são fornecidas ao sistema.

59 A Central de Comutação – Passo a passo

60 A Central passo a passo - Concentração
Cada assinante agora disputa uma posição no uniseletor mostrado abaixo, e este seletor é que dá acesso aos seletores de dois movimentos (passo a passo).

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62 A central por comando centralizado
Diagrama em blocos de uma central com comando central:

63 A central por comando Crossbar
Figura de um seletor crossbar:

64 A central por programa armazenado
As centrais por programa armazenado são classificadas em função da sua matriz de comutação: Central por programa armazenado, com matriz de comutação Espacial (CPA-E); Central por programa armazenado, com matriz de comutação Temporal (CPA-T);

65 A Matriz de Comutação Espacial
É o tipo de comutador que foi viso até aqui.

66 A Matriz de Comutação Temporal
Só é possível entender a comutação temporal, se o conceito de multiplexação por divisão no tempo for compreendido. Multiplexação corresponde a transmitir vários canais (ou informações) através de um único meio. A multiplexação pode ser no domínio da freqüência ou do tempo, e só pode ser realizada para circuitos de Tx e RX (4 fios).

67 Conversão de 2 fios para 4 fios

68 O Canal de voz. O canal de voz foi escolhido com tamanho restrito em freqüência, pois a maior parte da componente espectral da voz está em baixas freqüências, com uma largura de 4 kHz, é transmitida quase toda a potência vocal com toda a inteligibilidade.

69 Multiplexação no domínio do tempo

70 Quantização Sinal Original
É um sinal contínuo com amplitude variável e dinâmica Sinal - PAM é um sinal discretizado no tempo com amplitude contínua Sinal PAM Quantizado o sinal apresenta somente os valores que podem ser quantizados pela palavra disponível (neste caso palavra de 3 bits) Sinal analógico de entrada Contínuo PAM-trem de pulso Trem de pulso PAM quantizado

71 Sistemas PCM e Multiplexação por divisão no Tempo (TDM)
Na multiplexação por divisão do tempo, muitos sinais de 64 kbps são transmitidos por um único meio físico. Em centrais digitais os seguintes métodos são disponíveis: PDH (plesiochronous digital hierarchy) (E1 & T1) (G.702) SONET (synchronous optical network) (‘85) SDH (synchronous digital hierarchy) (CCITT ‘88) European PCM frame 32 time slots x 8 bits x 8000 Hz = 32 x 64 kbit/s = 2048 kbit/s frame synchronization slot signaling or traffic PDH E-1 frame traffic

72 A Matriz de Comutação Temporal
Escrevendo em uma posição de memória e lendo em outra, estará sendo feita uma comutação entre estes dois sinais sem interligá-los Existe uma mudança no tempo em que as amostras são escritas e lidas

73 Diagrama Básico de uma CPA
A comutação pode ser Temporal ou temporal e espacial

74 A unidade de Linha

75 A unidade de Tronco

76 Meios de Transmissão Rede Externa Circuito de entroncamento
Central Trânsito Central Local Circuito de entroncamento Circuito de assinante Rede Externa

77 Rede Externa

78 Distribuidor Geral

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80 Características Elétricas dos Cabos
Diâmetro do Condutor (mm) 0,40 0,50 0,65 Resistência  Elétrica Máxima(Ω/Km) a 20°C 147,2 94,0 55,8 Desequilíbrio Resistivo(%) Média Máxima 2,0 1,5 Máxima Individual 5,0 4,0 Capacitância Mutua(nF/Km) ≤20p 46 ~ 56 >20p 48 ~ 54 Desequilíbrio Capacitivo(pF/Km) P X P RMS Máxima     45,3 Máximo Individual 181 P X T 574 2625 Resíduo de Telediafonia (dB/Km) 150 KHz RMS Mínima 68 Mínimo Individual 58 1024  KHz 52 35 Atenuação de Paradiafonia (dB) 53 1024 KHz 40 Atenuação de Transmissão(dB/Km) a 20°C Média 12,0 8,0 6,0 26,0 20,4 16,0 Tensão Aplicada(Vcc / 3s) C X C 2500 3000 3600 C X B 10000

81 Características Dimensionais
Designação Número de Pares Diâmetro Externo Nominal (mm) Massa Líquida Nominal (Kg/Km) Comprimento Nominal (m) CTP-APL 40 10 9,3 69 2000 20 10,0 98 30 11,8 135 50 13,3 195 75 16,2 281 100 17,2 351 200 23,1 664 300 26,6 947 400 30,5 1242 1000 600 35,7 1817 900 43,3 2695 500 1200 49,6 3545 1500 55,0 4402 1800 60,0 5254 2400 68,1 6959

82 Meios: Rede + Transmissão

83 Meio de transmissão entre centrais
Normalmente os circuitos troncos, que são dimensionados pela teoria do trágego, são multiplexados para que seja feita a transmissão. A multiplexação pode ser: FDM – por divisão de frequencia; TDM – por divisão do tempo;

84 Multiplexação no domínio da freqüência
Características (FDM) sistemas de transmissão de linha dispõem de apreciável largura de banda a multiplexação nas freqüências permite vários canais no mesmo suporte físico a transmissão faz-se a “4 fios” → canais dedicados a cada sentido de transmissão estes sistemas foram muito utilizados no passado na rede de interligação

85 canais de 4 kHz de largura de banda
banda do sinal de voz: 3,1 kHz; banda de guarda: 0,9 kHz modulação de cada canal em SSB, conduzindo a um espectro compacto inseridas tonalidades piloto para monitorar a qualidade de transmissão e ajudar à recuperação das portadoras utilizadas no sistema de demultiplexação banda do sinal de voz: 3,1 kHz; banda

86 Sistema de Multiplexação por Divisão na Freqüência

87 Multiplexação no domínio da freqüência

88 Multiplexação por divisão do tempo

89 Quantização Uniforme: transmissão
A transformação de amostras analógicas em valores discretos é denominada quantização Em uma quantização uniforme os passos de quantização são constantes. PCM transmitter Q-PAM (quantized signal amplitude) PAM Q-PAM PAM (analog signal amplitude)

90 Reconstrução de um sinal quantizado
PCM receiver Q-PAM Note que a amplitude do erro de quantização é limitada a Q-PAM (quantized signal amplitude) PAM (analog signal amplitude) time

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95 Alguns códigos de linha
Unipolar [0,A] RZ and NRZ Polar [-A/2,A/2] RZ and NRZ Bipolar [-A/2,0,A/2] AMI Split-Phase Manchester Code rate reduced by n Split-Polar quaternary NRZ

96 PCM Hierarchy in PDH 139.26 Mbit/s 139.26 Mbit/s 34.368 Mbit/s
European hierarchy USA hierarchy Mbit/s Mbit/s x4 x3 Mbit/s Mbit/s x4 x7 8.448 Mbit/s 6.312 Mbit/s x4 x4 2.048 Mbit/s 1.544 Mbit/s ... ... x32 x24 64 kbit/s 64 kbit/s If one wishes to disassemble a tributary from the main flow the main flow must be demultiplexed step by step to the desired main flow level in PDH.

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