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Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento MBA SERVIÇOS DE TELECOMUNICAÇÕES ESPECIALIZAÇÃO EM COMUNICAÇÕES MÓVEIS SISTEMAS DE TRANSMISSÃO.

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1 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento MBA SERVIÇOS DE TELECOMUNICAÇÕES ESPECIALIZAÇÃO EM COMUNICAÇÕES MÓVEIS SISTEMAS DE TRANSMISSÃO DIGITAL

2 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento Prof. José Raimundo Cristóvam Nascimento Engenheiro Eletrônico pela UGF, Engenheiro Operacional Eletrônico pela UFRJ, pós-graduado em Telecomunicações pela UFF, com Especialização no Japão e EUA nas áreas de Microondas, Satélite e TV. Trabalhou na NEC, TELEBAHIA e EMBRATEL. Empresário e Diretor Técnico da UNISAT Engenharia, Presidente da Comissão Permanente de TV Digital da TELECOM e Correspondente no Brasil do GVF- Global VSAT Forum. Professor dos Cursos MBA - Serviços de Telecomunica-ções e Especialização em Comunicações Móveis da UFF. Conferencista e Moderador em congressos nacionais e internacionais. É um dos coordenadores do MBA em TV Digital da UFF.

3 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento Conceitos de Digitalização Conceitos de Digitalização Multiplexação por Divisão de Tempo Multiplexação por Divisão de Tempo Hierarquia PDH e SDH Hierarquia PDH e SDH Modulações Digitais Modulações Digitais Acesso ao Canal de Comunicação Acesso ao Canal de Comunicação Meios de Transmissão Meios de Transmissão Comunicação sem Fio Comunicação sem Fio Acesso e Backbone Acesso e Backbone Desempenho de Sistemas Desempenho de Sistemas Televisão Televisão ÍNDICE

4 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento CONCEITOS DE DIGITALIZAÇÃO

5 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento t Ex: s(t) t Ex.: s(t) SINAIS CONCEITOS DE DIGITALIZAÇÃO SINAL CONTÍNUO - pode assumir qualquer amplitude dentro de um certo intervalo possível. SINAL DISCRETO - assume um número finito de amplitudes possíveis.

6 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento O sinal elétrico de telefonia copia as variações do sinal de pressão acústica. O sinal elétrico de vídeo copia as variações do sinal óptico de luminância. O sinal resultante é um sinal contínuo, mas por reproduzir as variações do sinal original, é chamado de sinal analógico. SINAIS ANALÓGICOS CONCEITOS DE DIGITALIZAÇÃO

7 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento Sendo finitos os níveis do sinal discreto, a cada um dos níveis possíveis pode-se fazer corresponder um código numérico (formado por dígitos). Por isto, o sinal discreto é freqüentemente referido como sinal digital. O sinal digital de dados é um sinal discreto que evolui sob a cadência de um relógio (é discreto em amplitudes e discreto em tempo). SINAIS DIGITAIS CONCEITOS DE DIGITALIZAÇÃO

8 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento Preferência humana: Sinais contínuos. Comunicação analógica (áudio/visual). Lógica difusa (fuzzy). Preferência tecnológica (equipamentos): Sinais digitais. Comunicação digital. Lógica discreta binária. Solução atual ANALÓGICO OU DIGITAL máquina A D D A Comunicação Digital máquina homem CONCEITOS DE DIGITALIZAÇÃO

9 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento Informação Analógica Digitalizada: Voz Imagem Fixa Móvel Outros fenômenos físicos contínuos. Informação Originalmente Digitalizada: Texto Imagem discreta (ex: código de barras) Outros fenômenos físicos discretos. ORIGEM DOS SINAIS DIGITAIS CONCEITOS DE DIGITALIZAÇÃO

10 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento Mídia Contínua e Mídia Discreta. Mídia Contínua Temporal. Mídia Discreta Independente do Tempo. Exemplos de Mídia Contínua: Voz. Áudio Vídeo Exemplos de Mídia Discreta: Texto Imagem Parada Gráfico MÍDIA CONCEITOS DE DIGITALIZAÇÃO

11 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento TIPOS DE MÍDIA VOZ ÁUDIO VÍDEO DADOS FAX TEXTO CONCEITOS DE DIGITALIZAÇÃO

12 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento Rede Telefônica Rede Telegráfica Rede de Televisão Rede de Dados Etc REDES INTEGRADAS Comunicação Analógica Comunicação Digital Na comunicação analógica cada tipo de sinal gera uma tecnologia de rede diferente. Na comunicação digital os sinais são uniformizados (fluxos de bits) tendendo para integração das redes. INTEGRAÇÃO DE REDES CONCEITOS DE DIGITALIZAÇÃO

13 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento Muitas vezes referida como BW (BandWidth). BW = freqüência máxima - freqüência mínima (do sinal de interesse). BW é normalmente medido em Hertz, KHertz ou Mhertz. BW em Banda Básica (Exemplos): Telefonia (canal de voz ITU-T) - 3,1 KHz Áudio Qualidade CD - 20 KHz Vídeo Pal-M - 4,2 MHz BW de sinais modulados (Portadoras). Portadoras Moduladas por sinais analógicos. Portadoras Moduladas por sinais digitais. Qual é a BW Necessária em cada caso? BW? BW em FI? BW em RF? LARGURA DE BANDA CONCEITOS DE DIGITALIZAÇÃO

14 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento AMOSTRAGEM V T Sinal de Voz V T Sinal de voz de Faixa Limitada (300 Hz Hz) Freqüência de Amostragem 8 KHz V T Intervalo de Amostragem Sinal Amostrado Filtro Passa-Baixas Chave Eletrônica Codificador CONCEITOS DE DIGITALIZAÇÃO

15 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento Um sinal analógico pode assumir um número infinito de valores. ex: 1V ou 0,1V ou 0,001V, etc. Para que ele seja codificado, possibilitando sua transmissão de forma digital, é necessário que assuma valores discretos, sendo aproximado para um valor pré-estabelecido mais próximo (valor de decisão). CODIFICAÇÃO: Cada amostra após quantizada é codificada em n bits. QUANTIZAÇÃO V T Sinal PAM original V T Sinal PAM quantizado Em Binário CONCEITOS DE DIGITALIZAÇÃO

16 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento É definido como o produto da taxa de amostragem x o número de bits utilizados no processo de (quantização/codificação). EXEMPLOS TAXA DE BIT FORMATO TAXA DE AMOSTRAGEM BW TAXA DE BIT (Kbps) Telefonia 8 KHz 3.1 KHz 64 p/ 8 bits/a Teleconferência 16 KHz 7 KHz 256 p/ 16 bits/a CD 44.1 KHz 20 KHz 1410 p/ 16 bits/a DAT 48 KHz 20 KHz 1536 p/ 16 bits/a CONCEITOS DE DIGITALIZAÇÃO

17 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento IMAGENS: São constituídas de pixels, e existe uma quantidade enorme de pixels em cada imagem. PIXEL: É a menor área com unidade de resolução de uma imagem visível em uma tela ou armazenada em memória.Cada pixel em uma imagem monocromática tem seu próprio brilho, de 0 para o nível de preto ao valor máximo (por exemplo 255 para pixel de 8 bits) para branco. Para imagem colorida, cada pixel tem seus próprios brilho e cor. IMAGENS COMUNS DE COMPUTADOR: São bit maps feitos de pixels. Em um display de computador com resolução padrão, existem 768 linhas, com cada linha contendo 1024 pixels. Para um display a cores, imagine que o valor de brilho e cor de cada pixel seja especificado por 24 bits (bits por pixel ou bpp),e então teremos para o total de bits de uma imagem na tela do computador o número de 18,874 Mbits (1024 x 768 x 24). TEMPO GASTO PARA TRANSMITIR ESSA IMAGEM: Caso se utilize uma conexão convencional que normalmente propicia uma taxa efetiva de transmissão de bit/s,se levará 1310s (=21,84 min). IMAGENS PARADAS O QUE SE PODE FAZER ? Utilizar um canal mais veloz, como por exemplo 2048 Kbit/s ( E1). Reduzir o número de bits/pixel, diminuindo os níveis discretos para brilho e as tonalidades de cores. Reduzir a resolução do display, acarretando em menos pixels por linha e menos linhas por imagem. Remover a redundância no display,o que significa a remoção do excesso de pixels que representam na prática o mesmo objeto. CONCEITOS DE DIGITALIZAÇÃO

18 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento Texto Plano ou Texto Formatado: Requerem bem menos capacidade de transmissão. Texto Plano: Os caracteres são representados por 8 bits (1 byte). Texto Formatado: Os caracteres são representados por 2 bytes. Página de Texto: Contém 64 linhas e 80 caracteres por linha. Número de Bits em uma Página de Texto: 80 X 64 X 2 X 8 = 82 Kbits. Tempo Gasto para Transmitir uma Página de Texto: 5.7s a 14.4 Kbps. Gráficos: Composição de objetos que representam informações. Gráficos x Imagens Bit-mapped: Gráficos requerem muito menos espaço de armazenagem em memória que uma imagem bit-mapped e também levam bem menos tempo para serem transmitidos em uma rede. TEXTOS E GRÁFICOS CONCEITOS DE DIGITALIZAÇÃO

19 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento Imagens em Movimento: São compostas de seqüências temporais de imagens gráficas, cada uma chamada de frame. Velocidade de Projeção: Número de frames por segundo, chamado de frame rate. Frames: Normalmente tem frame rate de 25 a 30 frames por segundo (fps). Número de Bits em 1 Segundo de Vídeo CIF: 74,65 Mbps = 360 x 288 x 24 x 30. CIF: 30 fps; 360 pixels por linha; 288 linhas por imagem; 24 bits por pixel. Tempo para Transmitir um Segundo de Vídeo CIF: 43 min p/ 28,8 Kbps. PCs: Não conseguem receber assim, vídeo em tempo real e ainda necessitam possuir memória para armazenagem de vídeo da ordem de gigabits para gravação e leitura posterior. GRÁFICOS E IMAGENS EM MOVIMENTO CONCEITOS DE DIGITALIZAÇÃO

20 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento Encoder/Decoder: Além de efetuarem as conversões A/D e D/A, desempenham as funções de compressão e descompressão. Compressão: Técnica empregada para representar o sinal digital em uma forma compacta reduzida. Existem 2 tipos de compressão, sem perda (lossless) e com perda (lossy). Uso da Compressão: Varia de acordo com o tipo de mídia. Os algoritmos de compressão de voz são completamente diferentes das técnicas usadas na compressão de vídeo. Avaliação de Desempenho: Subjetiva (humana) / Objetiva (medida). CODIFICAÇÃO (DE), COMPRESSÃO (DES) CONCEITOS DE DIGITALIZAÇÃO

21 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento PADRÃOTAXA DE BITAPLICAÇÃO G KbpsTelefonia G KbpsTelefonia G KbpsTeleconferência MPEG-1 (áudio) KbpsÁudio (2 canais) MPEG-2 (áudio)320 KbpsÁudio (5 canais) JBIG bppImagens binárias JPEG bppImagens paradas MPEG-1,2 (vídeo)1 - 8 MbpsVídeo Px KbpsVideoconferência HDTV17 MbpsTV de alta definição TAXAS DE BIT APÓS COMPRESSÃO CONCEITOS DE DIGITALIZAÇÃO

22 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento Maior objetividade e precisão. Comunicação da informação. Trabalho com códigos. Compressão. Sigilo. Melhor desempenho. Regeneração do sinal. Técnicas de combate a erros. Melhor ocupação do espectro. Maior economia. Tecnologia de componentes digitais. Apoio da informática. Maior versatilidade no projeto. Processamento digital dos sinais. Dinâmica da alteração por software. TENDÊNCIAS PARA DIGITALIZAÇÃO CONCEITOS DE DIGITALIZAÇÃO

23 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE TEMPO

24 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento Meio de transmissão CONCEITO MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE TEMPO

25 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento Cada canal usa uma faixa de freqüência. O sinal está presente todo o tempo. Todos os sinais usam a mesma faixa de freqüências. Cada canal usa pequenos intervalos de tempo (time slot). TÉCNICAS T t FDM t T TDM MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE TEMPO

26 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento DEFINIÇÃO É o processo que permite a transmissão simultânea de vários canais de informação por um único meio de transmissão. MUXMUX MUXMUX Canal 1 Canal N Canal 1 Canal N Meio de Transmissão n Canais Digitais MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE TEMPO

27 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento Diversas fontes de informação em paralelo necessitam de transporte. O meio de transmissão é série. No lado de Tx efetuamos a conversão paralelo / série. No lado de Rx efetua-se a conversão série/paralelo. Usualmente o hardware que efetua essas conversões é o multiplexador, chamado também de multiplex ou MUX. Assim, no lado de Tx processa-se a multiplexação, normalmente chamado de MUX lado Tx. No lado Rx temos a demultiplexação, ou demux, normalmente chamado de MUX lado Rx. (Multi = Muitos) + (Plex = mistura) = mistura de muitos. ESTRUTURA MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE TEMPO

28 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento A saída do Mux lado Tx é mais conhecida como banda básica de transmissão e normalmente interfaceia com o modulador. A taxa de bit R b (bit Rate) da banda básica de Tx na saída do Mux é um pouco maior do que o somatório das taxas entrantes em cada porta desse Mux. PORTA DE SAÍDA R b = R b1 + R b2 + R b3 R b1 R b2 R b3 MUX CPD LAN PABX PORTAS DE ENTRADA BANDA BÁSICA DE TRANSMISSÃO MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE TEMPO

29 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento PORTA DE ENTRADA R b = R b1 + R b2 + R b3 R b1 R b2 R b3 MUX CPD LAN PABX PORTAS DE SAÍDA BANDA BÁSICA DE RECEPÇÃO A entrada do Mux lado Rx é conhecida como banda básica de recepção e normalmente interfaceia com o demodulador. A taxa de bit R b (bit Rate) da banda básica de Rx na entrada do Mux é um pouco maior do que o somatório das taxas saintes em cada porta desse Mux. MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE TEMPO

30 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento É a técnica que consiste em multiplexar sinais analógicos paralelos, gerando um sinal digital série para ser enviado por um meio de transmissão e vice-versa. PCMPCM PCMPCM Canal 1 Canal N Canal 1 Canal N Meio de Transmissão Canal 2 n Canais Digitais PCM - PULSE CODE MODULATION MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE TEMPO

31 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento PCM - PARTE TRANSMISSORA Chave Eletrônica Linha de Transmissão Terminal de Linha 1 2 N Híbrida 2/4 fios Filtro 300 à 3400 Hz Conversão A/D Multiplexação Transmissão DIGITALIZAÇÃO / CODIFICAÇÃO MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE TEMPO

32 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento PCM - PARTE RECEPTORA Decodi ficação Chave Eletrônica Terminal de Linha Linha de Transmissão Filtro Passa-Baixa 1 2 N Decodi ficação Recepção DemultiplexaçãoConversão D/A MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE TEMPO

33 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento PCM - SINAL DE LINHA Sinal com 8 bits, binário NRZ (Non Return to Zero). Para resolver a interferência entre símbolos, codifica-se em RZ (Return to Zero). Para eliminar a componentes CC do sinal, este é codificado em AMI (Alternate Mark Inversion). Para eliminar as longas seqüências de zeros, para evitar perdas de sincronismo na transmissão do sinal, este é codificado em HDB3 (High Density Bipolar). M V V MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE TEMPO

34 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento Para cada um dos 30 circuitos de conversação são enviadas, nos dois sentidos 8000 amostras por segundo em forma de palavras de código de 8 bits. Portanto, em cada sentido deve haver a transmissão sucessiva de 30 palavras de código de 8 bits dentro de 125 ms (= valor inverso de 8 bits). A essas palavras de código somam-se 2 x 8 bits: 8 bits para sinalização e 8 bits, que contém, alternadamente, uma palavra de alinhamento do quadro e uma palavra de serviço. As 30 palavras de código formam, com os 2 x 8 bits, um quadro de pulsos. Os quadros de pulsos são transmitidos, obrigatoriamente, em ordem sucessiva. QUADRO DE TRANSMISSÃO - PCM 30 MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE TEMPO

35 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento Canal para palavra de alinhamento do quadro e palavra de serviço Canal telefônico 1... Canal telefônico 2 Canal telefônico 15 Canal de sinaliz.... Canal telefônico 16 Canal telefônico x 8 bits = 256 bits 125 ms Aprox. 3,9 ms ESTRUTURA DE QUADRO DE PULSOS - PCM 30 MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE TEMPO

36 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento SISTEMA DE TRANSMISSÃO - PCM 30 O sistema PCM adotado no Brasil é o de 32 canais, que recebe as seguintes denominações: PCM-30. MCP-30. PCM - 2 Mbps. PCM padrão europeu. Sua interface de saída, de 2048 Kbps, é denominada interface E1. O sistema PCM30 permite a transmissão simultânea de 30 conversações, por exemplo, através de dois pares simétricos de um cabo de pares. MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE TEMPO

37 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento 1ª Fase: Toda a rede analógica 2 ª Fase: Digitalização dos entroncamentos locais 3ª Fase: Digitalização das centrais 4ª Fase: Digitalização dos entroncamentos interurbanos 5ª Fase: Digitalização dos acessos CAMINHO DA DIGITALIZAÇÃO NA TELEFONIA CTr IU EL AL CL CTr IU CL ALEIU CL CTr IU CTr IU CL ALELEIUELAL CL CTr IU CTr IU CL ALELEIUELAL CL CTr IU CTr IU CL ALELEIUELAL CL CTr IU CTr IU CL ALELEIUELAL MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE TEMPO

38 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento FDM. TDM. GERENCIADORES DE BANDA. CELL-RELAY. FRAME-RELAY. ATM. DCME. INTEGRAÇÃO BANDA BÁSICA MUX MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE TEMPO

39 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento HIERARQUIA PDH E SDH

40 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento Com a expansão dos centros urbanos, os sistemas PCM de 24/30 canais tornaram-se insuficientes, exigindo o desenvolvimento de sistemas com capacidades maiores. Apareceram então os sistemas PCM de 2 a, 3 a, 4 a e 5 a ordem. A hierarquia também é conhecida como Hierarquia Digital Plesiócrona (PDH). Hoje esta hierarquia (PDH) já está sendo complementada pela Hierarquia Digital Síncrona (SDH). HIERARQUIA PDH E SDH PLANO DE HIERARQUIA DIGITAL

41 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento PDH - PADRÃO AMERICANO kbit/s 1ª ordem 1544 kbit/s 2 ª ordem 6312 kbit/s 3 ª ordem kbit/s 4 ª ordem kbit/s T1T1 T2T2 T3T3 T4T4 HIERARQUIA PDH E SDH

42 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento PDH - PADRÃO EUROPEU kbit/s 1ª ordem 2048 kbit/s 2 ª ordem 8448 kbit/s 3 ª ordem kbit/s 4 ª ordem kbit/s E1E1 E2E2 E3E3 E4E4 HIERARQUIA PDH E SDH

43 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento VOZ PCM VOZ TDM ANALÓGICO TDM DIGITAL PCM VOZ TDM DIGITAL PCM 1 30 DADOS 64 kbit/s TDM DIGITAL TDM DADOS FRACCIONAL ALTA VEL. TDM DADOS FRACCIONAL BAIXA VEL DADOS 64 kbit/s DADOS RDSI ACESSO BÁSICO DADOS TMUX FAX DIGITAL TERM. DIGITAL FAX DADOS RDSI ACESSO PRIMÁRIO SUPERGRUPO E kbit/s FORMAÇÃO - AGREGADO BÁSICO DIGITAL (1) HIERARQUIA PDH E SDH

44 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento DADOS TV CONVENCIONAL HDTV 8448 kbit/s Compressão kbit/s kbit/s TERMINAL DIGITAL TDM DIGITAL # TDM DIGITAL # TERMINAL DIGITAL E1E1 E1E1 E2E2 E3E3 E4E4 TDM DIGITAL # E2E2 E2E2 E3E3 E3E3 Compressão Digitalização Compressão 1 4 FORMAÇÃO - AGREGADO BÁSICO DIGITAL (2) HIERARQUIA PDH E SDH

45 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento PLANO DE HIERARQUIA DIGITAL Sistema1ª Ordem2ª Ordem3ª Ordem4ª Ordem Sistema PCM de 24 Canais (DS1 ou T1) Mbps (24 Canais) Mbps (96 Canais) Mbps (672 Canais) Mbps (480 Canais) Mbps (4032 Canais) 5ª Ordem Mbps (1440 Canais) Mbps (5760 Canais) Mbps (30 Canais) Mbps (120 Canais) Mbps (480 Canais) Mbps 565 Mbps (1920 Canais) 7680 canais) Sistema PCM de 30 Canais (E1) HIERARQUIA PDH E SDH

46 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento HIERARQUIA DIGITAL SÍNCRONA: Nova padronização e nova configuração de quadro para um novo multiplex TDM, envolvendo novos conceitos e novas tecnologias. SDH: Nova forma de multiplexar sinais digitais. TRATAMENTO À NÍVEL DE BYTE: O quadro SDH está organizado à nível de BYTE e não em bit como no PDH. Assim, os espaços de carga para os tributários são intercalados byte à byte. DURAÇÃO DO QUADRO UNIFORME: Repete-se vezes por segundo, à semelhança do quadro primário de 2 Mbits/s. Isto significa que cada byte do espaço de carga possui a capacidade de transportar 64 Kbit/s. PONTEIROS: Indicam o início de cada quadro dos tributários. São números de 10 bits e designam em qual dos bytes do espaço de carga encontra-se o primeiro byte do quadro do contentor virtual. QUADROS TRIBUTÁRIOS: Referidos como VCs (contentores virtuais), tem a posição de seu início no espaço de carga indicado pelos ponteiros. Há um ponteiro associado à cada espaço de carga. JUSTIFICAÇÃO DA CARGA (VCs): Os ponteiros servem também para resolver diferenças de velocidade entre os VCs e os TUs ou as AUs, conforme o caso,nos quais os VCs são copiados para serem transportados. OVERHEAD: Muito alto, o que permite designar vários canais de grande capacidade para funções de supervisão, operação,manutenção e gerência dos elementos da rede de transporte. SDH HIERARQUIA PDH E SDH

47 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento HIERARQUIA BÁSICA TDM - SDH STM kbit/s STM kbit/s STM kbit/s PDH HIERARQUIA PDH E SDH

48 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento C11 C12 VC11TU11 VC12TU12 C2VC2TU2 TUG2 VC3AU3 AUG STM1 C3 VC3TU3 TUG3 VC4AU4 C4 T kbit/s E kbit/s T kbit/s T kbit/s E kbit/s E kbit/s x4 x3 x1 x7 x3 x1 FORMAÇÃO DO STM1 A PARTIR DO PDH HIERARQUIA PDH E SDH

49 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento MODULAÇÕES DIGITAIS

50 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento MODULAÇÃO: processo pelo qual alguma característica da forma de onda da portadora é variada (modulada) de acordo com a variação de um outro sinal (modulante). SINAL MODULANTE: Normalmente é o sinal de interesse a ser transportado. Exemplos de possíveis sinais modulantes: 1) Voz digitalizada/comprimida em telefones celulares, 2) dados de um micro PC em placa fax/modem, 3) Banda básica digital de um codec de videoconferência em modem de linha comutada, 4) Banda básica digital de um coder MCPC de TV em modem de estação terrena, 5) Banda básica PDH, 6) Banda básica SDH. PORTADORA (carrier): sinal em cujas variações está sendo transportado um outro sinal. Uma portadora sem qualquer sinal modulante presente é chamada de CW (continuous wave ).Caso contrário é dita portadora modulada. AMPLITUDE, FREQÜÊNCIA e FASE: características de uma senóide (portadora),que podem ser usadas para diferenciar de outras senóides. ASK, FSK, PSK e QAM são exemplos de formas de modulação que podem ser usadas em transmissão digital. DEFINIÇÕES MODULAÇÕES DIGITAIS

51 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento Modems mais Utilizados: BPSK, QPSK, 8PSK,16QAM e 64QAM. Novidade: Recentemente iniciou-se a utilização de 16 QAM em Comunicações Via Satélite Profissionais. Número de fases M Igual à : 2 para BPSK, 4 para QPSK, 8 para 8PSK, 16 para 16QAM e 64 para 64QAM. Curva de desempenho do Modem : BER Versus Eb/No. C/No=Eb/No + 10 log Rb (dB.Hz) = Valor Mínimo Requerido pelo Modem. TIPOS MAIS USADOS MODULAÇÕES DIGITAIS

52 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento BW AL = R b x 1/FEC x 1 / log 2 m x f s BW AL - Bandwidth. R b - bit Rate em BPS. FEC - taxa do código corretor de erros utilizado. m - número de fases do modulador. f s - espaçamento de freqüências (típico = 1,4 para satcom). BW AL = N x (passo do modem), onde N é múltiplo inteiro. CÁLCULO DA BANDA NECESSÁRIA MODULAÇÕES DIGITAIS

53 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento ACESSO AO CANAL DE COMUNICAÇÃO

54 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento São métodos de acesso (procedimento pelo qual o assinante consegue entrar no sistema de comunicações). FDMA, TDMA E CDMA FDMA - Frequency Division Multiple Access TDMA - Time Division Multiple Access CDMA - Code Division Multiple Access ACESSO AO CANAL DE COMUNICAÇÃO

55 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento Método de otimização de uso do meio. FDMA - Acesso múltiplo por divisão em freqüência. TDMA - Acesso múltiplo por divisão no tempo. CDMA - Acesso múltiplo por divisão em código. Deve ser transparente para o usuário final. Em comunicações via satélite utilizam-se os três métodos, com predominância para o FDMA e o TDMA. Em telefonia móvel celular há uma disputa acirrada entre o TDMA e o CDMA. MÚLTIPLO ACESSO ACESSO AO CANAL DE COMUNICAÇÃO

56 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento FDMA: cada estação possui sua própria freqüência individual de portadora e pode transmitir o tempo todo. Ex: estações de rádio AM-OM e de FM (88 MHz a 108 MHz). TDMA: todas as estações de um mesmo sub-grupo usam a mesma portadora em intervalos distintos no domínio do tempo. Ex: estações VSAT de redes TDM/TDMA. CDMA: todas as estações usam a mesma banda de freqüências à qualquer tempo e a seleção da portadora é feita através de códigos de identificação. Ex: telefones celulares de usuários clientes de operadoras que utilizam tecnologia CDMA. FAIXA: dependendo de como o espectro disponível é utilizado,o sistema pode ser classificado como sendo FAIXA ESTREITA ou FAIXA LARGA. No primeiro, a banda disponível é sub-dividida em canais de faixa estreita,enquanto na segunda, toda a banda considerada ou uma grande parte é destinada de uma só vez ao compartilhamento por muitos usuários. CARACTERÍSTICAS ACESSO AO CANAL DE COMUNICAÇÃO

57 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento VSAT - ACESSO MÚLTIPLO - CDMA Mini 1 Mini 2 Mini 3 Mini n Estação Central (HUB ou MASTER) CÓDIGO 1 CÓDIGO 2 CÓDIGO 3 CÓDIGO n F1F1 Canal Outbound F2F2 ACESSO AO CANAL DE COMUNICAÇÃO

58 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento VSAT - ACESSO TDM/TDMA Canal Outbound Canal Inbound F1F1 F2F2 F3F3 FnFn Estação Central (HUB ou MASTER) Sub-Rede 1Sub-Rede 2 Sub-Rede n ACESSO AO CANAL DE COMUNICAÇÃO

59 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento MEIOS DE TRANSMISSÃO

60 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento PARES METÁLICOS CABOS COAXIAIS FIBRAS ÓPTICAS RÁDIO TERRESTRE SATÉLITE COMBINAÇÕES MEIOS DE TRANSMISSÃO MEIOS PARA TRANSFERÊNCIA DIGITAL

61 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento EXIGE A PRESENÇA DE UM CONDUTOR PARES DE FIOS CABO DE PARES CABO COAXIAL GUIA DE ONDA FIBRA ÓPTICA A linha física tem problema de instalação e conservação. TRANSMISSÃO POR LINHA FÍSICA MEIOS DE TRANSMISSÃO

62 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento CABO DE PARES MEIOS DE TRANSMISSÃO Uma corrente passando por um fio cria um campo magnético em seu redor e parte da energia se irradia. Usando um par, os efeitos de campo tendem a se anular. O par aceita qualquer freqüência, mas as perdas aumentam com a freqüência - uso para freqüência de voz (0-4 kHz).

63 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento O condutor externo é um cilindro concêntrico ao condutor interno. O confinamento da energia é quase perfeito. Uso na faixa de 60 kHz a 20 GHz. Condutor Interno Condutor Externo CABO COAXIAL MEIOS DE TRANSMISSÃO

64 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento A luz é de natureza eletromagnética. Vantagem: faixa enorme. Preciso converter E/O e O/E. Elemento Óptico Cabo Óptico Revestimento Externo Polietileno Elemento de Tração Enchimento Elemento Óptico Polietileno Kevlar Nylon Silicone Fibra FIBRA ÓPTICA MEIOS DE TRANSMISSÃO

65 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento

66 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento SISTEMA ÓTICO REFORMATADOR DE PULSO AMPLIFICADOR RECEPTOR ÓPTICO REGENERADOR DECODIFICADOR DE LINHA CODIFICADOR DE LINHA FORMATADOR DE PULSO EMISSOR ÓPTICO AMPLIFICADOR MEIOS DE TRANSMISSÃO

67 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento OPTICALIZAÇÃO DAS REDES NO BACKBONE: A fibra óptica passou a ser o meio preferido para o transporte de capacidades muito altas, especialmente nos troncos de operadoras entre grandes centros urbanos. Com WDM já existem hoje, equipamentos para transmissão de até 1.7 Tbit/s. ANÉIS METROPOLITANOS: Os chamados metro-rings crescem para encurtar as distâncias entre os backbones e os usuários. A importância e o uso dos ARMÁRIOS ÓPTICOS são notórios. HFC: Redes híbridas fibra/coaxial, onde as fibras ópticas chegam até equipa-mentos instalados em pontos escolhidos o mais próximo possível do usuário e daí seguem em cabos coaxiais. No caso da fibra chegar até o usuário temos a tecnologia FTTH (Fiber To The Home). As arquiteturas FTTC (Fiber to the Curb) e FTTB (Fiber to the Building) para até 300 m e FTTN (Fiber to the Node) para até 1 km combinam as tecnologias de fibras ópticas com as de pares trançados, onde reside um nicho de mercado muito bom. MEIOS DE TRANSMISSÃO

68 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento É um dos meios utilizados no processo de transferência de informações. Um sistema de comunicações por satélite, consiste do segmento terrestre e do segmento espacial. O segmento espacial é composto por fração de uso (percentual) de uma das estações repetidoras de microondas existentes no satélite. O segmento Terrestre é constituído por um conjunto de estações terrenas. SATÉLITE DE COMUNICAÇÕES MEIOS DE TRANSMISSÃO

69 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento ENLACE SATÉLITE Lance de Subida (up-link) Lance de Descida (down-link) Segmento Espacial (fração de transponder) Estação Terrena Segmento Terrestre (estações terrenas) MEIOS DE TRANSMISSÃO

70 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento ENLACE SATÉLITE BI-DIRECIONAL UP-LINK DOWN-LINK UP-LINK MEIOS DE TRANSMISSÃO

71 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento O satélite é uma repetidora em órbita. Cada módulo de repetição é um transponder. RXTX Repetidora RX TX Portadora de Descida f d Portadora de Subida f s COMUNICAÇÃO VIA SATÉLITE MEIOS DE TRANSMISSÃO

72 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento TRANSPONDER 1 TRANSPONDER 2 TRANSPONDER N Antena de Recepção Antena de Transmissão SATÉLITES COM N TRANSPONDERS MEIOS DE TRANSMISSÃO

73 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento Banda Básica Digital MODULADOR CONVERSOR DE SUBIDA CONVERSOR DE SUBIDA AMP. DE POTÊNCIA AMP. DE POTÊNCIA UP - LINK ABR CONVERSOR DE DESCIDA CONVERSOR DE DESCIDA DEMOD. DOWN - LINK RbRb Banda Básica Digital RbRb DIAGRAMA EM BLOCOS - ESTAÇÃO TERRENA MEIOS DE TRANSMISSÃO

74 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento By- passam as redes terrestres. Não tem o problema do Last Mile. Aumentam a confiabilidade das redes; São ideais para Broadcast e aplicações Multicast. Suportam arquiteturas assimétricas. Podem prover acesso e conectividade global. Dão flexibilidade aos projetos de redes. Geos, Meos e Leos possuem vantagens e desvantagens entre si. Fazem parte de um mercado em franca expansão. SATÉLITES - CARACTERÍSTICAS MEIOS DE TRANSMISSÃO

75 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento Abrange um conjunto de serviços que permitem a integração de pontos (equipamentos) através dos satélites Brasilsat, Intelsat e Nahuelsat, com cobertura nacional e internacional, oferecendo meios de transmissão e/ou redes de circuitos dedicados ou compartilhados, em diferentes velocidades. SATÉLITES - CARACTERÍSTICAS MEIOS DE TRANSMISSÃO

76 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento Descrição CSE - Cessão de Segmento Espacial é a exploração industrial de recursos do satélite brasileiro para fins de transporte de sinais de telecomunicações. O provimento de capacidade espacial nos moldes da CSE é destinado às entidades que detém concessão, permissão ou autorização para a prestação de serviços de telecomunicações, emitida pela ANATEL. Contratação O provimento de capacidade espacial é realizado através de assinatura de contrato específico entre a entidade prestadora do serviço de telecomunicação e a EMBRATEL. A Contratante deverá, necessariamente, comprovar perante a EMBRATEL a outorga da ANATEL, e a mesma será anexada ao contrato. Preços Valores mensais - BRASILSAT - Banda C; Faixa alocada: 01 transponder - 36 MHz; Prazo do Contrato (Valores mensais em R$): 1 ano2 anos3 anos5 anos10 anos , , , , ,00 Preços Líquidos (s/impostos). CESSÃO DE SEGMENTO ESPACIAL MEIOS DE TRANSMISSÃO

77 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento COMUNICAÇÃO SEM FIO

78 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento Palavra inglesa que quer dizer sem fio (Wire = fio + less = sem). O termo passou a abranger o universo das aplicações em que a comunicações de sinais é feita via rádio e, portanto, sem uso de condutores (fios). No período de 1920 a 1940 o termo se torna muito popular, ligado a uso de comunicações fixas. A partir de 1980 o termo se torna novamente popular, mas agora ligado a uso de comunicações móveis. WIRELESS - O QUE É COMUNICAÇÃO SEM FIO

79 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento Quando não é possível o uso de condutores. Ex: Comunicação com estações móveis. Quanto não é prático o uso de condutores. Ex: Quando a empresa fornecedora do meio físico apresentar uma demora demasiado longa para a instalação. Quando a solução sem fio for mais econômica que a solução com fio. WIRELESS - MOTIVAÇÃO PARA USO COMUNICAÇÃO SEM FIO

80 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento Propagação Guiada - O deslocamento de eletrons em condutores leva a energia de um ponto a outro. COMUNICAÇÃO COM FIO Propagação Irradiada - Por efeito de campo, uma perturbação num ponto afeta um outro ponto distante e a energia consegue ser transportada à distância COMUNICAÇÃO SEM FIO PROPAGAÇÃO DE ENERGIA COMUNICAÇÃO SEM FIO

81 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento Só é preciso instalar emissor de um lado e receptor do outro - O meio é o que já existe na natureza: ECONOMIA - Dispensa o custo de instalação de condutores entre os pontos. O sinal emitido a partir de um ponto pode ser recebido em qualquer ponto dentro de uma área considerável de influência: SOLUÇÃO NATURAL PARA COMUNICAÇÕES MÓVEIS. VANTAGENS DA COMUNICAÇÃO SEM FIO COMUNICAÇÃO SEM FIO

82 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento Para a mesma distância, a atenuação do sinal é maior que na propagação guiada: A amplificação e o emprego de antenas diretivas podem resolver este problema. A propagação irradiada tem alcance limitado: Isto pode ser problema ou vantagem. Há recursos de repetição para resolver o problema. A propagação irradiada é sujeita a vários efeitos (reflexão, refração, caminhos múltiplos, etc) É necessário um bom projeto de sistema. PROBLEMAS DA COMUNICAÇÃO SEM FIO COMUNICAÇÃO SEM FIO

83 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento PLANOS DE FREQUENCIAS

84 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento publicado o tratado de Maxwell, onde é prevista a radiação eletromagnética experiências de HERTZ, MARCONI e POPOV primeiro sistema comercial de rádio-comunicação (MARCONI) desenvolvidos os circuitos sintonizados (OLIVER LODGE) experiência de HEISING, levando à descoberta da ionosfera por HEAVISIDE e KENNELY primeiro radio transmissor de telefonia primeiro sistema de comunicação móvel, servindo a viaturas do Departamento de Polícia de Detroit (USA). HISTÓRICO COMUNICAÇÃO SEM FIO

85 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento primeiros sistemas de comunicação HF a radiotelefonia e a radiotelegrafia começam a ser implantadas em âmbito mundial primeiros experimentos de televisão as faixas VHF e UHF começam a ser usadas a durante a 2 a Guerra Mundial se criam as tecnologias de microondas e de radar a televisão se torna comercial estabelecem-se nos Estados Unidos rotas de microondas SHF de costa a costa primeiros experimentos de comunicação via satélite a comunicação via satélite entra em fase comercial. HISTÓRICO DA COMUNICAÇÃO FIXA COMUNICAÇÃO SEM FIO

86 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento primeiro sistema usado - Polícia de Detroit a aplicações militares na 2 a Guerra Mundial primeiro sistema móvel profissional comunicações móveis em auto-estrada introdução do conceito celular criação do IMTS (Improved Mobile Telephone System) criação do AMPS (Advanced Mobile Phone System) introdução do SMC no Japão (similar ao AMPS) Introdução do SMC nos países nordicos (NMT) introdução do SMC no Reino Unido (TACS) introdução do SMC na Alemanha (C 450) surgem os SMC digitais. HISTÓRICO DA COMUNICAÇÃO MÓVEL COMUNICAÇÃO SEM FIO

87 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento EVOLUÇÃO DOS PARADIGMAS - 1 a FASE As comunicações via rádio representam a primeira realização técnica que surgiu no domínio teórico para passar ao domínio prático. No início era um divertimento entre cientistas e técnicos amadores, sem vislumbrar aplicações práticas. Até hoje perdura o espaço de radio-amadorismo, reduzido a poucas faixas e com pequeno porte. COMUNICAÇÃO SEM FIO

88 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento A partir das realizações de MARCONI passou-se a enxergar a técnica de radiocomunicações como adequada a realizações profissionais. No início, as realizações são ligadas a aplicações essenciais (só possíveis ou praticáveis via rádio): Comunicações móveis marítimas Radiodifusão Videodifusão (TV) Comunicações móveis terrestres Comunicações de longa distância via HF EVOLUÇÃO DOS PARADIGMAS - 2 a FASE COMUNICAÇÃO SEM FIO

89 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento O desenvolvimento da tecnologia das radiocomunicações sugere a ampliação de suas aplicações para domínios complementares: Enlaces rádio para entrocamentos de alta capacidade em telefonia Enlaces rádio para comunicações de emergência ou alternativa: Sistema de rádio-emergência Sistema de rádio-acesso Aplicações voltadas à comodidade dos usuários: Telefone sem fio Sistema de rádio-chamada (paging) Sistema de telefonia celular EVOLUÇÃO DOS PARADIGMAS - 3 a FASE COMUNICAÇÃO SEM FIO

90 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento O usuário quer cada vez mais comodidades: Terminais móveis. Terminais pessoais. O ACESSO MUDA DE FIXO PARA MÓVEL A fibra óptica, pela sua capacidade, baixo ruído e baixo preço relativo, se torna o meio mais adequado para as ligações de longa distância. O ENTRONCAMENTO MUDA DE RÁDIO MICROONDAS PARA FIBRAS ÓPTICAS CONDUTOR RÁDIO CONDUTOR RÁDIO CONDUTOR RADIO EVOLUÇÃO DOS PARADIGMAS - 4 a FASE COMUNICAÇÃO SEM FIO

91 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento As tecnologias não são excludentes, mas sim complementares. Há espaço para ambas as tecnologias: Para algumas realizações uma das tecnologias é mais apropriada. Em algumas aplicações é conveniente usar parte dos equipamentos com uma tecnologia e parte com a outra tecnologia. COMUNICAÇÃO SEM FIO x COM FIO COMUNICAÇÃO SEM FIO

92 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento ACESSO E BACKBONE

93 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento Geralmente as empresas de telecomunicações montam bem o backbone e existem recursos adequados para as necessidades de comunicações. A dificuldade está no acesso individual do usuário ao backbone por: Falta de linhas de acesso Prazo para a instalação O custo da expansão da rede externa só cai quando é rateado entre vários usuários Neste caso, a solução wireless é bastante conveniente, mesmo que seja provisória. CONCEITO DE LAST MILE (ÚLTIMA MILHA) ACESSO E BACKBONE

94 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento Acesso com Fio: Mais tradição Menor atenuação Separação no espaço Projeto simples Acesso sem Fio: Mobilidade Ponto x Área Mais interferência Instalação simples Limitação do espectro TECNOLOGIA PARA ACESSO ACESSO E BACKBONE

95 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento Modems para canal de voz: Tecnologia eletrônica, modulação convencional Tecnologia eletrônica, modulação combinada Modems sobre par de fios puros: Família XDSL (ADSL, RADSL, HDSL, SDSL, VDSL) Modems sobre cabos (cablemodem). Conceito de BBL. MODEM LINHA FÍSICA MODEM ACESSO DIGITAL POR LINHA FÍSICA ACESSO E BACKBONE

96 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento O que se comunica é a informação, sobre o suporte físico do sinal. Normalmente é preciso processar tanto a informação quanto o sinal para a comunicação pelo meio seja eficiente. Processamento de informação de sinal: modulação /demodulação, amplificação, casamento de impedâncias. Processamento de Informação Processamento de Sinal Antena Emissora Antena Receptora Processamento de Informação Processamento de Sinal ACESSO DIGITAIS RÁDIO - TECNOLOGIA ACESSO E BACKBONE

97 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento TERESTRE: Pequena distância, visada direta Conceito de WLL Rádio ponto-a-ponto Rádio ponto-multiponto SATÉLITE: Solução atrativa, dada a cobertura do satélite Estrutura Uniforme, mesmo com pontos afastados Uso do VSAT RÁDIO - FORMAS DE ACESSO ACESSO E BACKBONE

98 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento Meio propriamente dito: Espaço. Enlace Rádio = Meio + Equipamentos Rádio. Enlaces Distintos: Separação física Não-Interferência de um sobre outro Freqüências Distintas. Projeto de Enlace (Antenas, Propagação). RÁDIO - MEIOS ACESSO E BACKBONE

99 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento A Transmissão Digital exige a presença de modems. No enlace rádio já existem modulador e demodulador. O conceito de modem é intrínseco. É modem analógico, de uso irrestrito. ABSORÇÃO DO CONCEITO DE MODEM ACESSO E BACKBONE

100 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento No domínio da última milha (last mile) é freqüente a dificuldade em se conseguir os enlaces na quantidade ou qualidade desejável. Para cobrir esta lacuna foram desenvolvidos equipamentos específicos de rádio acesso digital nas modalidades: Ligação ponto-a-ponto Ligação ponto-multiponto Por conveniência são equipamentos compactos, de fácil montagem e desmontagem (de modo a poderem ser transferidos de um lugar para outro, conforme necessário). RÁDIO ACESSO - MODALIDADES ACESSO E BACKBONE

101 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento Para visada direta ou com repetição intermediária. Possível otimização do enlace (antenas diretas). Projeto simples, Instalação simples e Manutenção simples. IDU ODU ODU = Outdoor Unit IDU = Indoor Unit RÁDIO ACESSO - PONTO A PONTO IDU ODU ACESSO E BACKBONE

102 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento ND - Nodal Station. Junto ao centro de tráfego, possui inteligência para controlar a distribuição dos sinais. DS - Distribution Station. Situada em local estratégico, redistribui o sinal para uma área em seu torno (célula). TS = Terminal Station. RÁDIO ACESSO - PONTO - MULTIPONTO PSDN NS MRB DS TS DS TS ACESSO E BACKBONE

103 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento (*) Configuram o ambiente do WLL COMUNICAÇÕES FIXAS COMUNICAÇÕES MÓVEIS Apoio à construção da rede fixa Público em geral Primordialmente para uso em viaturas Primordialmente para uso por pessoas físicas Entroncamento rádio Sistema de rádio-acesso (*) Difusão Rádio difusão Televisão Celular Fixo (*) Serviço Móvel Convencional Móvel Terrestre Móvel Marítimo Móvel Aeronáutico Serviço de telefonia sem fio Serviço de radio-troncalizado Serviço de telefonia celular Analógico Digital MODALIDADE TIPOS DE USUÁRIOS SERVIÇOS RÁDIO ENLACES - CAMPOS DE APLICAÇÃO ACESSO E BACKBONE

104 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento SISTEMAS PRIMITIVOS: Ocupação progressiva do espectro acaba disciplinada Tecnologia a válvula Tecnologia analógica SISTEMAS MODERNOS: Uso de transistores e integrados Tecnologia digital Projetos de sistemas de alta qualidade Técnicas de gerência de equipamento e de gerência de rede EVOLUÇÃO DOS SISTEMAS FIXOS ACESSO E BACKBONE

105 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento Os caminhos da tecnologia são impulsionados por visões de marketing, que tem origem em situações casuísticas (oportunidades percebidas). A racionalização conceitual vem depois. Há na origem definições de nichos mercadológicos distintos, mas a evolução dos produtos acaba criando invasões em outros espaços. As limitações acabam sendo determinadas por aspectos jurídicos. Na superposição geralmente algumas aplicações tem mais riqueza operacional que outras. PROBLEMÁTICA OPERACIONAL ACESSO E BACKBONE

106 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento Espaço à disposição de todos. É preciso autorização para uso de freqüências. Enlaces distintos. Permite independência, mas exige projeto aprovado e licença para operação. Uso de acessos rádio tende a ampliação. DISPONIBILIDADE DE MEIOS RÁDIO ACESSO E BACKBONE

107 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento Rádio Terrestre em suas diversas formas. Wireless. MMDS. Satélite. Combinações. Quais as opções sem fio para acesso à Internet? ACESSO À INTERNET - ALTERNATIVAS ACESSO E BACKBONE

108 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento ACESSO - TAXAS DE REFERÊNCIA TECNOLOGIA DOWNSTREAM UPSTREAM MODEM DE LINHA 28,8 Kbps RDSI - FE 128 Kbps MMDS ADSL CABLE MODEM SATÉLITE 30 Mbps 1,5 ~ 6 Mbps 10 ~ 30 Mbps 1 ~ 45 Mbps VIA LINHA TELEFÔNICA 700Kbps ~ 10Mbps 16 ~ 800Kbps VIA LINHA TELEFÔNICA ACESSO E BACKBONE

109 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento DESEMPENHO DE SISTEMAS

110 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento Entender a natureza do fenômeno abstrato. 1 a solução: descobrir medidas objetivas que guardem correlação com o fenômeno abstrato. 2 a solução: objetivar a avaliação subjetiva. Ex: Quero transmitir a voz pelo telefone: Tem de ser recebida de forma a ser bem audível. Tem de ser recebida de forma a ser claramente entendida. BEM AUDÍVEL? Testes de nível. CLARAMENTE ENTENDIDA? Testes de inteligibilidade. ENGENHARIA COM FENÔMENOS ABSTRATOS DESEMPENHO DE SISTEMAS

111 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento O que é um projeto de sistemas? Filosofias de Projeto: Abordagem Tecnológica. Abordagem pelos requisitos do usuário. Vantagem da abordagem dirigida pela tecnologia: cronogramas de implantação mais curtos. Vantagem da abordagem dirigida pelos requisitos do cliente: maior probabilidade de atingir os objetivos e expectativas do cliente. Estudo de requisitos do cliente: Primeiro passo. Seqüência lógica de projeto: Disciplina a ser seguida para o sucesso. PROJETO DE SISTEMAS - CONCEITOS DESEMPENHO DE SISTEMAS

112 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento Projetista deve, em primeiro lugar, entender negócios do cliente e contexto político / estratégico da rede. Pontos a serem interligados - Topologia da Rede. Tipos de Aplicações / Informações a serem transportadas. Estudo de tráfego por aplicação. Qualidades de serviço: Q.S.. Tempos de respostas esperados. Taxa de erro de bit esperada. Disponibilidade esperada. NECESSIDADES DOS CLIENTES DESEMPENHO DE SISTEMAS

113 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento Em termos de Preços. Em termos de Prazos. Em termos de Condições Gerais. Em termos de Assistência Técnica. Em termos de Suporte/Assessoria em Geral. Em termos de Segurança. Em termos de Garantia de Qualidade. EXPECTATIVA DO CLIENTE DESEMPENHO DE SISTEMAS

114 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento One Stop Shop é um must. Prestador de Serviço ou Algoz?. Provedor de solução de verdade!. O que o cliente que é solução!. Opções em termos de operadoras; A importância de um excelente Account-Manager no projeto. A extrema importância de um excelente TC - Consultor Técnico no projeto. ALTERNATIVAS DE MERCADO DESEMPENHO DE SISTEMAS

115 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento TELEVISÃO

116 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento FORMA DE AQUISIÇÃO E PRINCIPAIS FONTES AQUISIÇÃO As variações de luminosidade são convertidas em sinal elétrico. CÂMERAS E SCANNERS Principal componente: CCD. Charge - Coupled Device. TELEVISÃO

117 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento SINAIS DE VÍDEO E COR RGB - SINAIS OBTIDOS DE CADA SAÍDA DA CÂMERA R relativo ao vermelho contido na cena. G relativo ao verde contido na cena. B relativo ao azul contido na cena. Y vídeo ou luminância. Y = 0,59G + 0,30R +0,11B C croma ou cor. R - Y ou CR croma R sem luminância B - Y ou CB croma B sem luminância TELEVISÃO

118 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento VARREDURA E RESOLUÇÃO Varredura progressiva Todas as linhas consecutivamente. Varredura entrelaçada Campo ímpar - apenas as linhas ímpares. Campo par - apenas as linhas pares. Quadro: todas as linhas - fotograma completo Pixel - elemento de imagem Resolução - pixels / linha x nº de linhas TELEVISÃO

119 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento POR QUE DIGITAL? Maior imunidade à ruídos. Possibilidade de controle por software. Possibilidade de correção de erros. Permite multiplexar diferentes mídias. Permite acesso condicionado. Facilidade de compressão de dados. TELEVISÃO

120 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento 720 Pixels360 Pixels 486 Linhas 486 Linhas 486 Linhas Luminancia (Y) Croma (Cr) Croma (Cb) "Picture Rate": 60 campos por segundo "Active Picture Bit-rate": 8 bits ( ) x 486 x 8 x 30 = 168Mbps FORMATOS E NOTAÇÃO A : B : C Exemplo: 4:2:2 4 amostras para Y. 2 amostras para Cr. 2 amostras para Cb. TELEVISÃO

121 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento Parâmetro Luminância ( Y ) Sinais diferença de cor Cr e Cb (cada) Taxa do sinal composto (não comprimido) Amostras por linhas Amostragem (freq) Codificação Taxa de saida ,5MHz 6,75MHz8-bit PCM 108 Mbps 54 Mbps 216 Mbps FREQÜÊNCIA DE AMOSTRAGEM Altas Taxas de Bits: Necessidade de compressão. TELEVISÃO

122 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento REDUNDÂNCIA ESPACIAL Área com pixels iguais. TELEVISÃO

123 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento quadro 1 quadro nquadro ( n + m) REDUNDÂNCIA TEMPORAL Toda ou parte da imagem repetida em quadros adjacentes. TELEVISÃO

124 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento TÉCNICAS DE COMPRESSÃO Sub-amostragem (sub-sampling). TELEVISÃO

125 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento TÉCNICAS DE COMPRESSÃO Quantização grosseira (coarse quantization): Redução dos tons de cinza. TELEVISÃO

126 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento S S retardo ( 1 pixel ) entr.saida codificador sinal de entrada sinal de saida TÉCNICAS DE COMPRESSÃO Differential Pulse Code Modulation – DPCM: Codificação da diferença entre amostras. TELEVISÃO

127 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento TÉCNICAS DE COMPRESSÃOTELEVISÃO Compressão entre quadros (Interframes). Casamento de blocos (Block Matching). Vetor movimento (Motion Vector).

128 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento SÍMBOLO PROB OCORRÊNCIA S S S S p p p p = = = = ,60 0,20 0,15 0, ,20 0,40 1,0 HuffmanNormal bits/simb 1,62 L = p1.S1 + p2.S2 + p3.S3 + p4.S4 COMP MED ALGORITMO TÉCNICAS DE COMPRESSÃOTELEVISÃO Codificação por entropia: Codificação Run-lenght Codificação de Huffman

129 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento domínio do tempo domínio da freqüência tf FF TÉCNICAS DE COMPRESSÃOTELEVISÃO Transformadas: Domínio do tempo Domínio da freqüência. Objetivo: Descarte de coeficientes menos significativos.

130 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento TÉCNICAS DE COMPRESSÃOTELEVISÃO DCT Transformada Discreta de Co-seno: Matriz 8x8 pixels Matriz 8x8 coeficientes Geração de coeficientes descorrelacionados Energia concentrada sobre alguns coeficientes Coeficientes nulos ou quase nulos F (u,v ) = C (u) C (v) 4 J=0K=0 77 f (j,k) cos (2j + 1) u (2k+ 1) v cos 16 TRANSFORMADA DIRETA : ONDE : C (u), C (v ) = 1 2 parau,v = 0 C (u), C (v ) =1parau,v = 0

131 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento TÉCNICAS DE COMPRESSÃOTELEVISÃO DCT: Transformada direta.

132 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento TÉCNICAS DE COMPRESSÃOTELEVISÃO DCT: Efeito dos coeficientes bases da DCT.

133 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento TÉCNICAS DE COMPRESSÃOTELEVISÃO DCT Tabela de Quantização. Varredura em zig-zag.

134 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento TÉCNICAS DE COMPRESSÃOTELEVISÃO Transmissão e Recepção.

135 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento PADRÃO JPEGTELEVISÃO JOINT PHOTOGRAPH EXPERT GROUP Imagens estáticas Compressão intraframe. Técnicas : DCT, DPCM, Entropia.

136 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento MACROBLOCO PADRÃO H.261TELEVISÃO Vídeo Conferência em RDSI. Compressão intraframe DCT. Compressão interframe Macrobloco. Vetor movimento - motion vector. Taxa de bits: px64kbps (p 1 a 30).

137 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento PADRÃO H.261TELEVISÃO Compressão interframe.

138 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento IPPPPIIPP PADRÃO H.261TELEVISÃO I-frames compressão intraframe. P-frames compressão interframe.

139 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento PADRÃO MPEGTELEVISÃO MOVING PICTURES EXPERTS GROUP Objetivo: Especificação do conjunto de técnicas para a compressão de vídeo/áudio - sintaxe Aberto à inovações: Admite a criação de sistemas proprietários Técnicas: Intraframe DCT, Run-length, Entropia Interframe Macrobloco, Vetor movimento Taxa de compressão: até 200:1

140 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento PADRÃO MPEG MPEG 1TELEVISÃO Objetivo inicial: Armazenamento CD Vídeo. Modo de varredura: Não entrelaçada. Formato típico: 320 x 240 pixels; 30 quadros/s. Qualidade de imagem: Igual ao VHS. Taxa de bits: 1,5 Mbps (típica).

141 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento PADRÃO MPEG MPEG 2TELEVISÃO Objetivo inicial: TV digital (com qualidade normal) Aplicações: Transmissão via satélite (DTH) TV a cabo (CATV) TV digital em broadcasting (HDTV / SDTV) Servidores de vídeo Modo de varredura: Entrelaçada Taxa de bits: Mbps (conforme aplicação) Escalabilidade: Admite diversos modos

142 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento **** BBBBBBPPP P ORDEM NATURAL ORDEM DE TRANSMISSÃO I I B BBB B B BB P PP PADRÃO MPEG MPEG 2TELEVISÃO Frames codificados de 3 modos: I ( intraframes ) com base em si mesmo P (predicted) com base em I - frame B (bidirectional) com base em 2 P ou I, P frames

143 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento.... Video Sequence Group of Picture..... Y Cr Cb PictureSliceMacroblockBlock 8x8 pixels PADRÃO MPEG MPEG 2TELEVISÃO Hierarquia de dados: Cada nível transporta um cabeçalho.

144 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento DCTQUANTZ INVERS DCT INVERS VLC HUFFMAN - + MOVIM. ESTIM. MOVIM. COMP. BUFFER VETOR DE MOVIMENTO IMAGEM PREDITA CONTROLE DE TAXA ENTR. PADRÃO MPEG MPEG 2TELEVISÃO Codificador:

145 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento BufferDemux Decod. Huffman Quantz invers. DCT invers. + Compens. movim. Buffer do frame anterior Buffer do frame posterior vetor movimento saída Decod. Huffman PADRÃO MPEG MPEG 2TELEVISÃO Perfis e Níveis: Ferramentas de compressão e taxa de bits Notação ML Decodificador:

146 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento PADRÃO MPEG MPEG 4TELEVISÃO Objetivo inicial: Vídeo conferência com baixas taxas de bits Aplicações: Vídeo - telefone Recuperação de banco de dados Teleshopping Vigilância Características: Robustez à erros Operação com formas diferentes de dados Taxa de bits: 4,8 – 64 kbps (inicialmente) 1,8 Mbps (nova versão)

147 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento TELEVISÃO CONCLUSÃO Principal aspecto: Padronização dos codecs. O que utilizar: Custo x Aplicação. Aplicações futuras: Video on Demand. Medicina. TV interativa.

148 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento BIBLIOGRAFIAREFERÊNCIAS MOULTON PETE, THE TELECOMMUNICATIONS SURVIVAL GUIDE, PRENTICE HALL. DOMAN ANDY, O GUIA ESSENCIAL DE COMUNICAÇÃO SEM FIO, CAMPUS. EFFELSBERG WOLFANG/FUO, FRNAKLINF/LUNA, J. JOAQUIM GARCIA, MULTIMEDIA COMMUNICATIONS, PEARSON.

149 Sistemas de Transmissão Digital Prof: J. R. Cristóvam Nascimento SITES DA INTERNET REFERÊNCIAS


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