Revisão Prof: Ricardo Gonçalves Quintão http://paginas.terra.com.br/relacionamento/rgquintao E-mail: rgquintao@yahoo.com.br

Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores Sinais Sinais são ondas que se propagam através de meios físicos diversos ou até mesmo pelo ar. Sinais Analógico e Digitais A natureza é intrinsecamente analógica. Imagens e sons apenas podem ser entendidos e produzidos pelo ser humano em forma analógica, uma vez que os aparelhos auditivo e vocal produzem sinais contínuos no tempo. A vantagem dos sinais digitais consiste na possibilidade da introdução de códigos redundantes (adicionais) para controle de erros e também a possibilidade de compactação sem perda da qualidade do sinal, capacidades impossíveis em sinais analógicos. Vamos entender a diferença entre um sinal analógico e um sinal digital. 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP

Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores Sinais Sinal Analógico: Possuem variação contínua no tempo, ou seja, seu universo de valores é infinito. Qualquer instante de tempo que deseje amostrar possuirá um valor diferente do instante de tempo anterior e do posterior. Outro detalhe é que este valor poderá ser medido como 1 Hz, 1,01 Hz, 1,0100001 Hz ou qualquer número de casas decimais, conferindo a sua característica “contínua”. 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 3/63

Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores Sinais Sinal Digital: Possuem um conjunto finito de valores, que pode variar de acordo com o número de bits que se use para codificar cada amostra, mas ainda assim sempre será finito. 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 4/63

Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores Formas de Onda Um sinal normalmente é representado por uma forma de onda. Como as ondas são oscilatórias, elas possuem três características básicas: amplitude, freqüência e fase. Amplitude: A amplitude representa a altura da onda desde o eixo representativo do zero até o seu ponto mais alto. Dependendo da origem do sinal, ela pode estar associada a diversas características, por exemplo: no caso de sinais sonoros, a amplitude está relacionada com o volume do som; no caso de sinais luminosos, ela está associada a intensidade com que a luz é transmitida; etc. 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 5/63

Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores Formas de Onda Freqüência: Devida a natureza oscilatória das ondas, ela acaba possuindo ciclos. Um ciclo é toda variação feita pela onda a partir de um determinado ponto até ela retornar ao mesmo ponto de forma que a seqüência seguinte seja uma repetição da anterior. A medida de freqüência é justamente a quantidade de ciclos que a onda realiza em um determinado período de tempo, exemplo: 10 ciclos a cada minuto, 50 ciclos por hora, etc. Quando a unidade de tempo representada para medir a quantidade de ciclos for o segundo (ciclos por segundo), utiliza-se uma unidade especial denominada Hertz (Hz), logo, se a freqüência for por exemplo 500 Hz, significa que a onda realiza 500 ciclos a cada segundo. Quando a freqüência se torna muito grande, é comum utilizar seus múltiplos, como por exemplo: KHz, MHz, GHz, THz, etc. 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 6/63

Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores Sinais A Figura abaixo mostra um exemplo de duas ondas com freqüências diferentes. 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 7/63

Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores Formas de Onda Fase: O círculo trigonométrico possui alguns eixos especiais onde dois destes eixos são muito utilizados para a geração de ondas. São os eixos horizontal e vertical que representam os valores do cosseno e do seno respectivamente. Trabalhando com este círculo trigonométrico, que por definição possui raio de valor 1, ao se representar um vetor radial de tamanho unitário cujo ângulo com o eixo horizontal é q, poderemos fazer duas projeções: uma no eixo horizontal (eixo x) e neste caso o valor da projeção é chamado de cosseno de q, e a projeção no eixo vertical (eixo y) onde neste caso o seu valor é chamado de seno de q. Como o raio do círculo tem valor unitário, os valores destas projeções (independente se for feita no eixo horizontal ou vertical) terá valores variando entre 1 (maior valor) e -1 (menor valor). 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 8/63

Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores Sinais A Figura abaixo ilustra um exemplo de seno e cosseno de um ângulo q no valor de 30º. Repare que a diferença entre o seno e o cosseno é que o seno começa do valor 0 e o cosseno começa do valor 1 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 9/63

Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores Sinais Se variarmos continuamente este ângulo no tempo e fizermos um gráfico representando os valores do seno ou do cosseno deste ângulo, teremos a representação de uma onda denominada senoidal (no caso do seno) e cossenoidal (no caso do cosseno). As Figuras a seguir representa uma onda senoidal e um cosseinodal variando em função do tempo e depois em função da fase. A freqüência utilizada no exemplo é de 1 Hz ou seja, 1 ciclo a cada segundo 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 10/63

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Taxa de Transmissão Máxima de um Canal Em 1928, H. Nyquist formulou uma equação que define a taxa de transmissão máxima para um canal de banda passante limitada e imune a ruídos. Como veremos mais adiante, distorções podem ocorrer durante a transmissão de um sinal por um meio físico devido a fatores como atenuação, ruídos, etc. Alguns anos mais tarde, em 1948, Claude Shannon estendeu os resultados de Nyquist para o caso de um canal sujeito a ruído térmico. 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 13/63

Taxa de Transmissão Máxima de um Canal Teorema de Nyquist: Nyquist provou que, se um sinal arbitrário é transmitido através de um canal de largura de banda B Hz, o sinal resultante da filtragem pode ser completamente reconstruído pelo receptor através da amostragem do sinal transmitido, a uma freqüência igual a no mínimo 2B vezes por segundo. Nyquist demonstrou que esta é a freqüência mínima de amostragem necessária e, ao mesmo tempo, amostrar esse sinal a uma freqüência maior que 2B é inútil, já que as freqüências componentes que seriam recuperadas por tal amostragem já não existem no sinal devido à filtragem do canal. Para sinais digitais, isso corresponde a dizer que o número de transições de um nível de amplitude para outro no sinal original não pode ser maior do que 2B vezes por segundo. 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 14/63

Taxa de Transmissão Máxima de um Canal A quantidade de transições de amplitudes é chamada de baud. Em outras palavras, através de um canal de largura de banda igual a B Hz, pode-se transmitir um sinal digital de no máximo 2B bauds. Como 1 baud = log2 L bps (onde L é o número de níveis utilizados na codificação), então a capacidade D do canal na ausência de ruído é dada por: D = 2B log2 L bps 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 15/63

Fontes de Distorções de Sinais Além dos efeitos de distorção dos sinais transmitidos oriundos da banda passante limitada do meio físico, outros fatores causarão distorções nos sinais durante a transmissão. Entre eles encontramos: os ruídos presentes durante a transmissão, a atenuação e os ecos. Passemos a analisar cada um desses fatores, seus principais efeitos e a forma de contorná-los. 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 16/63

Fontes de Distorções de Sinais Ruídos: Em qualquer transmissão, o sinal recebido consiste no sinal transmitido modificado por várias distorções inseridas durante a transmissão devida à interferência de sinais indesejáveis denominados ruídos. O ruído é um dos maiores limitantes do desempenho de sistemas de comunicação. A quantidade de ruído presente numa transmissão é medida em termos da razão entre a potência do sinal e a potência do ruído, denominado relação sinal-ruído. Se representarmos a potência do sinal por S e a potência do ruído por N, a relação sinal-ruído é dada por S/N. É muito comum utilizar-se, ao invés desta razão diretamente, o valor 10 Log10 (S/N). O resultado obtido é uma medida da relação sinal-ruído em uma unidade denominada decibel (dB). Uma relação de 10 corresponde a 10 dB; uma relação de 100 corresponde a 20 dB; uma relação de 1.000 corresponde a 30 dB e assim por diante. Ruídos podem ser classificados em quatro tipos: ruído térmico, ruído de intermodulação, crosstalk (linha cruzada) e ruído impulsivo. 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 17/63

Fontes de Distorções de Sinais Ruído Térmico: O ruído térmico é uniformemente distribuído em todas as freqüências do espectro (sendo por isso freqüentemente citado como ruído branco) e sua quantidade é função da temperatura. Ruído de Intermodulação Quando sinais de diferentes freqüências compartilham um mesmo meio físico, pode-se obter um ruído denominado de ruído de intermodulação. A intermodulação pode causar a produção de sinais em uma faixa de freqüências, que poderão perturbar a transmissão de outro sinal naquela mesma faixa. Este mau funcionamento acontece devido a defeitos em componentes do sistema ou devido a sinais com potência muito alta. Ruído de Crosstalk (Linha Cruzada) Crosstalk é um ruído bastante comum em sistemas telefônicos. Quem de nós ainda não teve a experiência de ser perturbado, durante uma conversação telefônica, por uma conversação travada por terceiros? É o fenômeno que comumente chamamos de “linha cruzada”. Este efeito é provocado por uma interferência indesejável entre condutores próximos que induzem sinais entre si. 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 18/63

Fontes de Distorções de Sinais Ruído Impulsivo: Os tipos de ruído descritos até aqui tem magnitudes e características previsíveis de forma que é possível projetar sistemas de comunicação que se ajustem a essas características. O ruído impulsivo, porém, é não contínuo e consiste em pulsos irregulares e com grandes amplitudes, sendo de prevenção difícil. Tais ruídos podem ser provocados por diversas fontes, incluindo distúrbios elétricos externos, falhas nos equipamentos etc. O ruído impulsivo é, em geral, pouco danoso em uma transmissão analógica. Em transmissões de voz, por exemplo, pequenos intervalos onde o sinal é corrompido não chegam a prejudicar a inteligibilidade dos interlocutores. Na transmissão digital, o ruído impulsivo é a maior causa de erros de comunicação. 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 19/63

Fontes de Distorções de Sinais Lei de Shannon: Vinte anos depois de Nyquist, Shannon provou, também matematicamente, que um canal tem uma capacidade máxima limitada. A parte mais interessante de seu trabalho discute canais na presença de ruído térmico. O principal resultado de Shannon (conhecido como a Lei de Shannon) afirma que a capacidade máxima Dmax de um canal em bits por segundo (bps) cuja largura de banda é B Hz, e cuja relação sinal-ruído é S/N, é dada por: Dmax = B Log2 (1 + S/N) Um canal de 3.000 Hz (3 KHz), por exemplo, com uma relação sinal-ruído de 30 dB (parâmetros típicos de uma linha telefônica) não poderá, em hipótese alguma, transmitir a uma taxa maior do que 30.000 bps (30 Kbps), não importando quantos níveis de sinal se utilizem ou qual a freqüência de sinalização. É importante notar que este é um limite máximo teórico, e que, na prática, é difícil até mesmo se aproximar deste valor. Muito embora vários esquemas tenham sido propostos, a lei de Shannon constitui-se um limite máximo intransponível. 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 20/63

Fontes de Distorções de Sinais Atenuações: A potência de um sinal cai com a distância, em qualquer meio físico. Essa atenuação é, em geral, logarítmica e por isso é geralmente expressa em um número constante em decibéis por unidade de comprimento. A atenuação se dá devida a perdas de energia por calor e por irradiação. Em ambos os casos, quanto maiores as freqüências transmitidas, maiores as perdas. A distorção por atenuação é um problema facilmente contornado em transmissão digital através da colocação de repetidores que podem regenerar totalmente o sinal original, desde que a atenuação não ultrapasse um determinado valor máximo. Para tanto, o espaçamento dos repetidores não deve exceder um determinado limite, que varia de acordo com a característica de atenuação do meio físico utilizado. 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 21/63

Fontes de Distorções de Sinais Ecos: Ecos em linhas de transmissão causam efeitos similares ao ruído. Toda vez que há uma mudança de impedância (resistência oferecida aos sinais oscilatórios) numa linha, sinais serão refletidos e voltarão por esta linha, podendo corromper os sinais que estão sendo transmitidos. Precauções para que a impedância de uma linha de transmissão não seja alterada podem ser tomadas para evitar a reflexão dos sinais. A utilização de terminadores e transceptores de alta impedância é um exemplo para evitar o eco em redes em barra. Em sistemas telefônicos, os ecos podem ser bastante desagradáveis quando percebidos em intervalos maiores que dezenas de milissegundos. Nesses sistemas é comum a utilização de canceladores de eco nos pontos onde é inevitável a alteração da impedância. 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 22/63

Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores Técnicas de Modulação Todas as técnicas de modulação envolvem o deslocamento do sinal original, doravante denominado sinal modulador ou modulante, de sua faixa de freqüências original para uma outra faixa. O valor desse deslocamento corresponde à freqüência de uma onda denominada portadora. Toda onda possui três características básicas explicadas anteriormente: amplitude, freqüência e fase. Quando se modula uma portadora, uma destas características será modificada em função do sinal para que o destinatário possa, através da verificação da característica usada na modulação, recuperar o sinal original. O sinal modulador pode ser do tipo Analógico ou Digital levando a duas categorias de modulação: a modulação analógica e a modulação digital. 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 23/63

Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores Técnicas de Modulação Modulação Analógica. A modulação é chamada de analógica quando o sinal modulador for do tipo analógico. Existem três técnicas básicas de modulação analógica. Modulação por Amplitude (Amplitude Modulation – AM); Na modulação por amplitude, a portadora terá a sua amplitude sendo modificada em função do sinal modulador. Neste caso, quando o sinal modulador aumenta em amplitude, a portadora também aumentará e quando o sinal modulador diminuir de amplitude, a amplitude da portadora também será diminuída. Um cuidado importante a ser tomado é quanto a amplitude mínima da portadora. Se ela ficar inferior a capacidade do receptor em identificá-la, o sinal será perdido. 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 24/63

Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores Técnicas de Modulação Modulação por Freqüência (Frequency Modulation – FM); Na modulação por freqüência, a portadora terá a sua freqüência variando em função do sinal modulador. Quando o sinal modulador aumenta em amplitude, a freqüência da portadora será aumentada e quando o sinal diminuir de amplitude a freqüência da portadora será diminuída. A aparência da portadora modulada fica semelhante a um efeito de sanfona. Tal como no caso anterior, o aparelho receptor analisará a variação na freqüência da portadora e assim reproduzirá o sinal original. Modulação por Fase (Phase Modulation – PM). Na modulação por fase, a portadora terá a variação da sua fase modificada em função do sinal modulador. Conforme o sinal vai aumentando de amplitude, a velocidade com que a fase varia também aumenta, enquanto que quando o sinal diminui em amplitude, a velocidade com que a fase varia também é reduzida. Neste caso a portadora modulada também possui a aparência do efeito sanfona, mas a forma como este efeito é aplicado torna a onda modulada por fase diferente da onda modulada por freqüência. O aparelho receptor, verificando a variação na velocidade com que a fase varia, ele é capaz de recuperar o sinal original. 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 25/63

Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores Técnicas de Modulação A Figura abaixo mostra as 3 técnicas de modulação analógica. 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 26/63

Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores Técnicas de Modulação Modulação Digital. No caso específico do sinal modulador ser um sinal digital, utilizam-se as mesmas técnicas apresentadas anteriormente, só que neste caso mudam-se as denominações. Modulação por Deslocamento de Amplitude (Amplitude Shift Keying – ASK); Na técnica ASK, a amplitude do sinal resultante da modulação varia de acordo com a amplitude do sinal que se quer modular, mantendo-se a freqüência da onda portadora constante. Diferente da modulação analógica, só existirão duas amplitudes. Uma referente à modulação do valor um e outra referente ao valor zero. No caso do valor zero, a amplitude é reduzida a ponto de não haver mais a portadora, sendo visto como silêncio na transmissão. 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 27/63

Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores Técnicas de Modulação Modulação por Deslocamento de Freqüência (Frequency Shift Keying – FSK); Na técnica FSK, mantém-se a amplitude da portadora constante. O que varia é a freqüência de acordo com o sinal transmitido. Semelhante a técnica anterior, só existirão duas freqüências diferentes. Um referente à modulação do valor um e outra referente à modulação do valor zero. Modulação por Deslocamento de Fase (Phase Shift Keying – PSK). Na técnica PSK, a transmissão do sinal é identificada por modificações na fase da onda transmitida. A amplitude e a freqüência da onda portadora são mantidas constantes. No exemplo da Figura a seguir, quando existe a alternância entre o bit 0 e o bit 1, a fase da portadora é deslocada de 180º. 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 28/63

Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores Técnicas de Modulação A Figura abaixo mostra as 3 técnicas de modulação digital. 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 29/63

Técnicas de Multiplexação Sempre que a banda passante de um meio físico for maior ou igual à banda passante necessária para um sinal, podemos utilizar este meio para a transmissão do sinal. Na prática, a banda passante necessária para um sinal é, em geral, bem menor do que a banda passante dos meios físicos disponíveis, como mostra a figura abaixo. 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 30/63

Técnicas de Multiplexação A pergunta natural a se fazer neste momento é: não seria possível aproveitar a banda extra disponível para a transmissão de outros sinais? Vamos supor a existência de três sinais (C0, C1 e C2) com a banda passante necessária indicada na figura abaixo, não seria possível transmiti-los simultaneamente através de um mesmo meio físico como mostrado nesta mesma figura? A resposta a essa pergunta é sim, e a técnica que permite a transmissão de mais de um sinal em um mesmo meio físico é denominada multiplexação. 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 31/63

Técnicas de Multiplexação Existem duas formas básicas de multiplexação: Multiplexação na Freqüência (Frequency Division Multiplexing – FDM); Multiplexação no Tempo (Time Division Multiplexing – TDM). 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 32/63

Multiplexação na Freqüência Em primeiro lugar, se passarmos um filtro em cada um dos sinais da Figura anterior de forma a preservar somente a faixa relativa à banda passante necessária de cada um deles, teremos dado o primeiro passo para alojar esses três sinais na forma desejada, sem que um sinal interfira no outro. O passo seguinte é deslocar a faixa de freqüências original do segundo e do terceiro sinal de forma que eles passem a ocupar as três faixas disjuntas, sem sobreposição. Como vimos anteriormente, a técnica de modulação permite esse deslocamento de freqüência. Dessa forma, os três sinais podem ser transmitidos no meio físico, cada um deles ocupando uma banda ou canal distinto com tamanho necessário para a sua transmissão 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 33/63

Multiplexação na Freqüência Como os sinais foram previamente filtrados de acordo com a sua banda passante necessária, a informação de cada um deles está preservada e contida naquela faixa de freqüência na qual está sendo transmitido e em nenhuma outra. 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 34/63

Multiplexação na Freqüência 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 35/63

Multiplexação na Freqüência Nessa figura, estão representados três sinais de voz através de seus espectros. Um dos sinais foi modulado para a freqüência de 4 KHz à 8 KHz e um outro foi modulado para a freqüência de 8 KHz à 12 KHz. Os sinais são passados por filtros de forma a impedir que existam componentes em outras freqüências que não a faixa a eles reservadas, faixas estas de tamanho igual a 4 KHz. Note que mencionamos anteriormente que a banda passante necessária para um sinal de voz tem uma largura de 3 KHz, portanto, 4 KHz é mais do que suficiente para a transmissão desses sinais. Após terem sido filtrados, esses sinais podem trafegar simultaneamente pelo meio físico. 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 36/63

Multiplexação na Freqüência Um receptor que deseje recuperar um dos sinais transmitidos numa linha multiplexada na freqüência, deverá conhecer a faixa de freqüências que está sendo utilizada para a sua transmissão. Dessa forma, ele poderá deslocar o sinal recebido de forma a fazer o sinal desejado ocupar novamente a sua faixa original (de 0 a n Hz). O sinal demodulado pode a seguir ser filtrado para conter somente o sinal original. A figura a seguir ilustra o processo de transmissão em uma linha multiplexada na freqüência. Equipamentos capazes de realizar modulações e demodulações de sinais são denominados MODEMs (MOduladores/DEModuladores). 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 37/63

Multiplexação na Freqüência 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 38/63

Multiplexação no Tempo A Multiplexação por divisão do tempo se beneficia do fato de que a capacidade (em bits por segundo) do meio de transmissão, em muitos casos, excede a taxa média de geração de bits das estações conectadas ao meio físico. Quando isso ocorre, vários sinais podem ser transportados por um único caminho físico, intercalando-se porções de cada sinal no tempo. A multiplexação no tempo pode ser classificada em: síncrona assíncrona. 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 39/63

Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TDM Síncrono No TDM síncrono (ou simplesmente TDM), o domínio do tempo é dividido em intervalos de tamanho fixo T chamados frames; Cada frame é subdividido em N subintervalos {t1, t2, ..., tn} denominados slots ou segmentos que formam uma partição dos frames que, por sua vez, formam uma partição do tempo infinito, como mostra a figura abaixo. 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 40/63

Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TDM Síncrono Denomina-se canal, ao conjunto de todos os slots, um em cada frame, identificados por uma determinada posição fixa dentro desses frames. Por exemplo, o canal 3 é forma pelo terceiro slot de cada frame. Canais podem ser alocados a estações que desejem transmitir. Cada estação deverá esperar o slot correspondente dentro de cada frame, quando então poderá transmitir durante o tempo daquele slot, utilizando a taxa de transmissão máxima suportada pelo meio físico. 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 41/63

Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TDM Síncrono Quando uma estação que alocou um canal não estiver transmitindo (ou a taxa de transmissão for menor do que a taxa assegurada pelo canal), tem-se um desperdício de capacidade do meio físico, já que o canal alocado não pode ser utilizado por qualquer outra estação até o momento da desconexão como mostra a figura. 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 42/63

Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TDM Assíncrono Uma alternativa ao TDM síncrono que procura eliminar o desperdício da capacidade existente nesse esquema é o TDM assíncrono (também conhecido por TDM estatístico ou STDM – Statistical TDM). Nesse esquema, não há alocação de canal nem estabelecimento de conexão. Parcelas de tempo são alocadas dinamicamente de acordo com a demanda das estações. Nenhuma capacidade é desperdiçada, pois o tempo não utilizado está sempre disponível caso alguma estação gere tráfego e deseje utilizar o canal de transmissão. 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 43/63

Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TDM Assíncrono Em compensação, no TDM assíncrono, cada unidade de informação transmitida deve sempre conter um cabeçalho com os endereços de origem e de destino como mostra a figura a seguir. No TDM síncrono, cada canal já identifica o transmissor. Em canais ponto a ponto com TDM síncrono, esse cabeçalho é totalmente desnecessário já que o receptor também é identificado pela conexão. Não havendo a noção de conexão dedicada, o canal é sempre compartilhado no tempo por todas as estações a ele conectadas, sendo o acesso definido como assíncrono. 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 44/63

Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TDM Assíncrono 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 45/63

Digitalização de um Sinal pela Técnica PCM A transmissão digital é, em geral, mais vantajosa do que a analógica devido, principalmente, à possibilidade de restaurarmos o sinal original mesmo na presença de falhas ou ruídos no sistema. A transmissão digital vem substituindo a analógica sempre que possível, inclusive na própria rede telefônica, com a instalação de novas centrais e cabos de fibra óptica. A informação de voz é originalmente analógica. Para utilizarmos as vantagens da transmissão digital, devemos codificá-la em um sinal digital antes da transmissão. 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 46/63

Digitalização de um Sinal pela Técnica PCM Os dispositivos capazes de codificar informações analógicas em sinais digitais são denominados CODECs (CODer/DECoder). Agora examinaremos a principal técnica utilizada por CODECs, denominada PCM (Pulse Code Modulation – Modulação por Código de Pulso). 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 47/63

Digitalização de um Sinal pela Técnica PCM A técnica PCM é baseada no teorema de Nyquist (ou teorema da amostragem) visto anteriormente. O teorema assegura que uma taxa de amostragem duas vezes superior que a largura de banda do sinal (B) é suficiente para recuperar este sinal. Utilizando uma taxa de amostragem maior ou igual a 2B, o sinal original deve ser amostrado e, a cada amostra, deve-se associar um valor proporcional à amplitude do sinal naquele ponto. Este processo é conhecido como PAM (Pulse Amplitude Modulation – Modulação por Amplitude de Pulso). 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 48/63

Digitalização de um Sinal pela Técnica PCM A partir dos pulsos PAM, podemos produzir os pulsos PCM através de um processo conhecido como quantização, onde cada amostra PAM é aproximada a um inteiro de n bits. No exemplo da figura apresentada mais a frente, escolhemos n = 3, dando origem a oito níveis (23). A saída PCM corresponde ao resultado dessa quantização. 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 49/63

Digitalização de um Sinal pela Técnica PCM 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 50/63

Digitalização de um Sinal pela Técnica PCM Podemos calcular, a partir desse processo, a taxa gerada pela transmissão de informações analógicas através de sinais digitais. Considere o caso de sinais de voz, por exemplo. Se assumirmos que a banda passante necessária desses sinais tem largura igual a 4.000 Hz (4 KHz), a taxa de amostragem de Nyquist é, neste caso, igual a 8.000 amostras por segundo. Se escolhermos essa taxa e codificarmos cada amostra com oito bits, a taxa gerada será 8.000 x 8 = 64 Kbps. 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 51/63

Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores Série de Fourier 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 52/63

Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores Série de Fourier 26/03/2017 Pós-Graduação em Gerência e Projeto de Redes de Computadores TCP/IP 53/63

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