Chapter 3 Transmissão de Dados Redes de Comunicações Chapter 3 Transmissão de Dados

Terminologia Transmissor Receptor Meio de Transmissão Meios Guiados Meios Não guiados

Terminologia Link Direto Ponto-a-ponto Multi-ponto Não há dispositivos intermediários Ponto-a-ponto Somente 2 disp. Compartilham o link Multi-ponto Mais que 2 disp. Compartilham o meio

Terminologia Simplex Half duplex Full duplex 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

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

Sinal Analógico & Digital

Sinais Periódicos

Onda Senoidal Amplitude (pico) (A) Frequencia (f) Fase () 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

Variação da Ondas Senoidal s(t) = A sin(2ft +)

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*108 ms-1 (velocidade da luz no espaço)

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

Exemplo de Componentes (T=1/f)

Representação no domínio da Frequência

Espectro de Largura de Banda 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

Sinal com Componente DC

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

Transmissão de dados Analógicos e Digitais Entidades que contém significado Sinal São representações elétricas ou eletromagnéticas dos dados Transmissão Comunicação de dados pela propagação e processamento dos sinais

Dados Analógicos e Digitais Valores Contínuos dentro do intervalo de transmissão Ex: som e vídeo Digital Valores Discretos Ex: texto e inteiros

Espectro Acústico (Analógico)

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.

Vantagens e Desvantagens da transmissão digital Barato Menos susceptível pelo ruído Maior atenuação Pulsos tendem a ficar arredondados Perda da informação

Atenuação da onda Digital

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: 300-3400Hz

Convertendo a voz em sinal elétrico

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 = 15750 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

Dados digitais Binários Origem: Computador, terminais, etc Dois componentes Largura de Banda dependente da taxa de dados

Convertendo dados para sinais digitais do PC

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

Transporte de dados Analógicos e Digitais em sinais analógicos

Transporte de dados analógicos e digitais em sinal digital

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

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

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

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

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

Distorção por Atraso Acontece somente no meio guiado A velocidade de propagação varia com a frequência

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

Ruídos Interferência de cruzamento Impulso O sinal é influenciado por outro meio similar subjacente Impulso Pulsos irregulares ou picos Ex: Interferência eletromagnética Curta duração Alta amplitude

Capacidade de um canal Taxa de dados Largula de Banda 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

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 log2M

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 SNRdb=10 log10 (signal/noise) Capacidade de taxa de dados: C=B log2(1+SNR) (livre de erros)

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.

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;

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);

Rs-232 Start bit e Stop bit

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

Detecção de erros No RS-232, o erro é detectado quando houver sinais fora de sincronismo; Taxa de transmissão diferentes; Interferências; Erros de enquadramento.

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.

RS232 Cabeamento mínimo:

Limitações reais Limitações: Hardware; Fios; Perdas; Interferências.

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.

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.

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;

Exemplo Sistema telefônico: Largura de banda = 3000hz Ruído = 30 db C = 3000log2(1+1000) C = 30000 bps