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1 Redes de Comunicações Chapter 3 Transmissão de Dados.

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1 1 Redes de Comunicações Chapter 3 Transmissão de Dados

2 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 2 Terminologia Transmissor Receptor Meio de Transmissão – Meios Guiados – Meios Não guiados

3 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 3 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

4 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 4 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

5 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 5 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

6 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 6 Sinal Analógico & Digital

7 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 7 Sinais Periódicos

8 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 8 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

9 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 9 Variação da Ondas Senoidal s(t) = A sin(2 ft + )

10 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 10 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*10 8 ms -1 (velocidade da luz no espaço)

11 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 11 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

12 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 12 Exemplo de Componentes (T=1/f)

13 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 13 Representação no domínio da Frequência

14 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 14 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

15 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 15 Sinal com Componente DC

16 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 16 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

17 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 17 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

18 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 18 Dados Analógicos e Digitais Analógicos – Valores Contínuos dentro do intervalo de transmissão – Ex: som e vídeo Digital – Valores Discretos – Ex: texto e inteiros

19 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 19 Espectro Acústico (Analógico)

20 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 20 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.

21 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 21 Vantagens e Desvantagens da transmissão digital Barato Menos susceptível pelo ruído Maior atenuação – Pulsos tendem a ficar arredondados – Perda da informação

22 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 22 Atenuação da onda Digital

23 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 23 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: Hz

24 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 24 Convertendo a voz em sinal elétrico

25 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 25 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 = linhas/s – 63.5 s por linha – 11 s 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

26 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 26 Dados digitais Binários Origem: Computador, terminais, etc Dois componentes Largura de Banda dependente da taxa de dados

27 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 27 Convertendo dados para sinais digitais do PC

28 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 28 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

29 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 29 Transporte de dados Analógicos e Digitais em sinais analógicos

30 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 30 Transporte de dados analógicos e digitais em sinal digital

31 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 31 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

32 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 32 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

33 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 33 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

34 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 34 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

35 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 35 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

36 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 36 Distorção por Atraso Acontece somente no meio guiado A velocidade de propagação varia com a frequência

37 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 37 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

38 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 38 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

39 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 39 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

40 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 40 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 log 2 M

41 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 41 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 – SNR db = 10 log 10 (signal/noise) Capacidade de taxa de dados: – C=B log 2 (1+SNR) (livre de erros)

42 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 42 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.

43 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 43 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;

44 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 44 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);

45 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 45 Rs-232 Start bit e Stop bit

46 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 46 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

47 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 47 Detecção de erros No RS-232, o erro é detectado quando houver sinais fora de sincronismo; – Taxa de transmissão diferentes; – Interferências; – Erros de enquadramento.

48 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 48 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.

49 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 49 RS232 Cabeamento mínimo:

50 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 50 Limitações reais Limitações: – Hardware; – Fios; – Perdas; – Interferência s.

51 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 51 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.

52 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 52 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.

53 Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 53 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;

54 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 = bps


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