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1) Introdução: Conceitos básicos. 1 Ciência da Computação – Redes de Computadores Fonte de Informação 1.10) Transmissão da informação - Definições Sistema.

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1 1) Introdução: Conceitos básicos. 1 Ciência da Computação – Redes de Computadores Fonte de Informação 1.10) Transmissão da informação - Definições Sistema de Comunicação Genérico operando por Sinais Elétricos. Transdutor Transmissor Modulador Receptor Demodulador Transdutor Destino Fonte de Ruído Externo Distorção Atenuação Ruído Interno Canal de Transmissão MensagemSinal de Entrada Sinal Transmitido Sinal Recebido Sinal de Saída Mensagem

2 1) Introdução: Conceitos básicos. 2 Ciência da Computação – Redes de Computadores 1.10) Transmissão da informação – Definições (cont) Fonte de Informações É a origem das informações a serem transmitidas. Estas informações podem ser de natureza não elétrica (voz humana, por exemplo), devendo ser convertidas em sinais elétricos correspondentes. Mensagem É a forma pela qual a fonte de informação fornece os dados a serem transmitidos. Transdutor É um conversor que transforma a mensagem em um sinal elétrico adequado (sinal de entrada) para ser manipulado no transmissor. Na recepção ocorre o processo inverso.

3 1) Introdução: Conceitos básicos. 3 Ciência da Computação – Redes de Computadores 1.10) Transmissão da informação – Definições (cont) Receptor É um Sistema que processa o sinal recebido e procura recuperar o sinal transmitido originalmente (demodulando ou não), cancelando os efeitos gerados pelo transmissor e pelo canal. Canal de Transmissão É o meio de transmissão, ou seja, é a mídia onde trafegará as informações a serem transmitidas. Transmissor É um sistema que trata o sinal de entrada (sinal em banda base), tornando- o adequado para ser transmitido no canal. O sinal transmitido pode ser em banda básica (baseband) ou banda larga (broadband), ou seja sem ou com modulação respectivamente; Atenuação É a redução de potência do sinal enviado em função das perdas por radiação e geração de calor que ocorrem no processo de transmissão;

4 1) Introdução: Conceitos básicos. 4 Ciência da Computação – Redes de Computadores 1.10) Transmissão da informação – Definições (cont) Fonte de Ruído Externo O ruído externo é um sinal gerado fora do canal de transmissão que, por algum tipo de interferência elétrica aleatória gera alteração no sinal transmitido. Como exemplo seriam as descargas elétricas atmosféricas, radiações solares e linhas de transmissão de alta tensão. Ruído Interno Também de origem aleatória são ruídos originados pela movimentação dos elétrons nos materiais condutores e recombinações de portadores que ocorrem em dispositivos eletrônicos. Distorção São alterações sofridas pelo sinal transmitido, que são introduzidas pelo próprio canal de transmissão. Um exemplo seria a distorção na transmissão de uma onda quadrada ocasionada pelas diferentes atenuações em cada uma de suas componentes em freqüência.

5 1) Introdução: Conceitos básicos. 5 Ciência da Computação – Redes de Computadores 1.10) Transmissão da informação – Definições (cont) Relação Sinal Ruído (S/N – Signal to noise Ratio) É definida como a relação entre a potência do sinal recebido e a potência do ruído incorporado na transmissão. Assim: Onde: Ps – Potência do sinal transmitido [watts] Pn – Potência do ruído [watts]. dB – decibel (unidade de potência relativa) log – logaritmo base 10. É muito comum em transmissão de sinais expressar a relação sinal ruído em uma unidade chamada de decibel (dB). Assim a S/N e definida é calculada pela relação: Onde: dB – decibel (unidade de potência relativa) log – logaritmo base 10.

6 1) Introdução: Conceitos básicos. 6 Ciência da Computação – Redes de Computadores 1.10) Transmissão da informação – Definições (cont) Principais prefixos métricos ExpDecimalPrefixoExpDecimalPrefixo ,001mili (m) Kilo (k) , micro ( ) Mega (M) , nano (n) Giga (G) , pico (p) Tera (T) , femto (f) Peta (P) , atto (a) Exa (E) , zepto (z) Zetta (Z) , yocto (y) Yotta (Y) Exemplos: bits = 10x10 3 kbits = 10 kb 0, segundos = 1,5x10 -6 segundos = 1,5 s

7 1) Introdução: Conceitos básicos. 7 Ciência da Computação – Redes de Computadores 1.11) Caracterização dos Sinais Analógicos Tomando como exemplo a voz, o seu meio físico natural de propagação na sua forma original é o ar. Em uma conversa, nossas cordas vocais criam uma perturbação do ar que faz com que as moléculas sejam expandidas e comprimidas, criando O que é chamado de onda mecânica. Esse tipo de onda é chamado de analógico porque cria uma forma de onda análoga ao som que ela representa. As ondas analógicas, como a voz, os sons e a música são encontradas na natureza e uma característica importante e que estão continuamente variando, ou seja, tem um número infinito de valores. A onda senoidal é uma boa representação de um sinal analógico. Tempo Intensidade

8 1) Introdução: Conceitos básicos. 8 Ciência da Computação – Redes de Computadores 1.11) Caracterização dos Sinais Analógicos (cont) Matematicamente, o sinal senoidal é classificado como periódico (se repete a cada período T) e pode ser representado pela função v(t) e respectivo gráfico conforme indicado abaixo: Onde: A: Amplitude de pico [Volts] ω : Freqüência Angular : ω=2¶f = 2¶/T [radianos/segundo] Freqüência : f=1/T [1/segundo]=[Hertz] : Fase [radianos] t v(t) A -A T

9 1) Introdução: Conceitos básicos. 9 Ciência da Computação – Redes de Computadores 1.12) Caracterização dos Sinais Digitais Diferente dos sinais analógicos, os sinais digitais não ocorrem na natureza e foram idealizados pelo ser humano; Utilizados como um método de codificação da informação, sendo o código Morse um dos primeiros exemplos; São sinais cuja amplitude só assume determinados valores discretos dentro de um conjunto finito de valores possíveis para função que os define. Exemplo: Onda quadrada simétrica, onde para o intervalo de tempo T compreendido entre 0 t T, temos: v(t) = A, para o intervalo 0 t T/2 v(t) = 0, para o intervalo T/2 t T t v(t) A TT/2 Onde: T=Período=1/f

10 1) Introdução: Conceitos básicos. 10 Ciência da Computação – Redes de Computadores 1.13) Codificação para transmissão de informações digitais Dados NZR (unipolar) NZR (bipolar) Os sinais digitais funcionam como códigos para transmissão de informações binárias (bits) geradas pelos sistemas computacionais, visto que se resumem a uma série de zeros e huns. Um exemplo seria a codificação NRZ: NRZ (Non-Return-to-Zero) - Utiliza dois níveis de tensões que ocupam todo o intervalo de duração do bit (T); Unipolar- as tensões permitidas são 0 e +V, representando nível lógico 0 e nível lógico 1 respectivamente; Bipolar- As tensões permitidas são -V e +V,representando nível lógico 0 e nível lógico 1 respectivamente. T

11 1) Introdução: Conceitos básicos. 11 Ciência da Computação – Redes de Computadores 1.14) Composição de um sinal periódico: Série de Fourier Um sinal periódico qualquer pode ser decomposto em uma somatória de sinais senoidais e cossenoidais com freqüências múltiplas inteiras da freqüência fundamental f, cada uma com uma determinada amplitude A e uma determinada fase, mais uma componente continua (de freqüência zero). Esta somatória é a chamada Série de Fourier. Os sinais senoidais ou cossenoidais com freqüências múltiplas inteiras n da fundamental são chamadas harmônicas de ordem n. Isto explica as modificações que ocorrem em um sinal ao percorrer um canal de transmissão, pois os efeitos do ruído, distorção e atenuação no sinal não são os mesmos para todas as harmônicas que compõe o sinal;

12 1) Introdução: Conceitos básicos. 12 Ciência da Computação – Redes de Computadores Exemplo de composição de uma onda quadrada através da somatória de 6 harmônicas; 1.14) Composição de um sinal periódico: Série de Fourier (cont) Harmônicas Sinal resultante

13 1) Introdução: Conceitos básicos. 13 Ciência da Computação – Redes de Computadores 1.15) Capacidade de Transmissão: Lei de Shannon Um canal de transmissão sempre introduz ruído, distorção e atenuação no sinal transmitido, estes efeitos dependem das características físicas do meio e não são homogêneos em todas as componentes do sinal descritas pela Série de Fourier, distorcendo assim o sinal original; Define-se Largura de Banda (W) de um canal a diferença entre a maior e a menor freqüências (em hertz) as quais não sofrem atenuação expressiva durante a transmissão; A Capacidade (C) ou Taxa de Transmissão de um canal é dada pela quantidade máxima de informações transmitidas em um determinado período (dada em bits por segundo); É possível demonstrar que um canal de transmissão tem uma capacidade máxima de transmissão limitada, que dependerá da largura de banda do canal e do ruído inserido pelo próprio canal durante a transmissão. Assim, Claude Shannon (1949) elaborou uma lei que define esta capacidade: Onde: C – Capacidade máxima do canal (em bits por segundo – bps) S/N – Relação sinal ruído W – Largura de banda do sinal a ser transmitido (em hertz) log 2 – logaritmo base 2.

14 1) Introdução: Conceitos básicos. 14 Ciência da Computação – Redes de Computadores 1.15) Capacidade de Transmissão: Lei de Shannon (cont) Exemplo: Para uma linha telefônica convencional, os valores típicos encontrados são: Largura de banda do canal de aproximadamente 3000 Hertz (3400 Hz – 300 Hz) Relação sinal ruído de 1000, ou seja, a potência do sinal é 1000 vezes maior que a potência do ruído inserido na transmissão (10 log1000 = 30 dB); Aplicando-se a Lei de Shannon: Valor teórico máximo de Capacidade ou Taxa de transmissão

15 1) Introdução: Conceitos básicos. 15 Ciência da Computação – Redes de Computadores 1.16) Modos de Transmissão de sinais SIMPLEX: Refere-se à transmissão uni-direcional (Exemplos: Transmissão de TV ou Rádio); ou FULL-DUPLEX: Refere-se à transmissão bidirecional simultânea em 2 canais (Exemplo: telefonia). HALF-DUPLEX: Transmissão bidirecional, mas não simultaneamente (Exemplo: rádio amador);

16 1) Introdução: Conceitos básicos. 16 Ciência da Computação – Redes de Computadores 1.17) Meios físicos de transmissão O enlace é formado pelo meio físico por onde são transmitidos os sinais elétricos, ópticos ou eletromagnéticos que transportam as informações. Tais meios podem ser: Meios guiados: Os sinais se propagam confinados em um meio sólido e com um caminho único: cabos de cobre, fibra óptica; Meios não guiados: Os sinais (eletromagnéticos) se propagam através do ar no espaço livre ou em ambientes restritos. Exemplos: Transmissão de TV ou Rádio, Satélites, Wireless LAN´s.

17 1) Introdução: Conceitos básicos. 17 Ciência da Computação – Redes de Computadores 1.17) Meios físicos de transmissão (cont) Cabo Coaxial: Formado por um núcleo de fio metálico (sinal) isolado e envolvido por uma blindagem anti-ruído (shield);. Uso comum em redes de 10 Mbps

18 1) Introdução: Conceitos básicos. 18 Ciência da Computação – Redes de Computadores 1.17) Meios físicos de transmissão (cont) Twisted Pair (TP) – Par Trançado: Formado por pares de fios de cobre isolados e trançados ao longo do cabo. Disponível em várias categorias, em função da taxa de transmissão utilizada. Exemplo:. Categoria 3: até 10 Mbps. Categoria 5 : 100 Mbps

19 1) Introdução: Conceitos básicos. 19 Ciência da Computação – Redes de Computadores 1.17) Meios físicos de transmissão (cont) Cabo de fibra óptica: Cilindro composto de sílica (vidro) denominado de núcleo envolvido com uma capa refletiva (casca), formando uma fibra com diâmetro total da ordem de 125 micrometros (1 = m);. As informações são transportadas por meio de pulsos de luz gerados por LED´s ou LASER´s e que se propagam através da fibra através de múltiplas reflexões;. Permite altas taxas de transmissão (Gbps);. Baixa taxa de erros e alta imunidade a ruídos. Núcleo Casca 125 µm 10~50 µm LUZ

20 1) Introdução: Conceitos básicos. 20 Ciência da Computação – Redes de Computadores 1.18) Multiplexação e o compartilhamento do meio Canal canal de transmissão normalmente possui uma largura de banda W (em hertz) que normalmente é bem maior que a banda necessária para transportar os sinais, ocasionando assim o desperdício de uma parte da banda disponível que não seria utilizada pela conexão; Uma solução para aumentar a capacidade do canal seria permitir o compartilhamento do meio de transmissão por outras conexões simultâneas, dividindo assim a banda total do canal desde que fosse possível transmitir os dados das várias conexões de forma independente e sem interferência entre eles; A divisão da capacidade de um canal de transmissão em segmentos é conhecida por MULTIPLEXAÇÃO e suas principais formas de são: FDM (Multiplexação por Divisão em Freqüência) TDM (Multiplexação por Divisão no Tempo).

21 1) Introdução: Conceitos básicos. 21 Ciência da Computação – Redes de Computadores 1.18) Multiplexação e o compartilhamento do meio (cont) FDM freqüência tempo TDM freqüência tempo 4 usuários Exemplo:


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