William Stallings Data and Computer Communications 7th Edition Chapter 3 Transmissão de dados - Data Transmission

Terminologia (1) Transmitter - transmissor Receiver - receptor Medium - meio Guided medium – meio confinado e.g. twisted pair, optical fiber Unguided medium – meio não-confinado e.g. air, water, vacuum

Terminologia (2) Direct link – Link direto Point-to-point Multi-point Sem dispositivos intermediários Point-to-point Link direto Apenas 2 dispositivos compartilham o link Multi-point Mais de 2 dispositivos compartilham o link

Terminologia (3) Simplex Half duplex Full duplex Um sentido e.g. Television Half duplex Ambos sentidos, mas apenas um a cada instante e.g. police radio Full duplex Ambos sentidos ao mesmo tempo e.g. telephone

Frequencia, Espectro e Largura de faixa Conceitos do “domínio” do tempo Sinal analógico Varia de maneiro suave no decorrer do tempo Sinal digital Mantém um valor constante e então muda para outro valor Sinal periódico Padrão repetido no tempo Sinal não-periódico Padrão que não se repete (periodicamente) com o tempo

Sinais analógicos e digitais

Sinais Periódicos

Sinais sinusoidais (seno / coseno) Amplitude de pico - Peak Amplitude (A) Máximo valor do sinal volts Frequencia (f) Taxa de mudança do sinal Hertz (Hz) ou “ciclos” por segundo (second) Período = tempo para uma repetição (T) T = 1/f Fase - Phase () Posição relativa no tempo

Senos variados s(t) = A sin(2ft +)

Comprimento de onda - Wavelength Distância ocupada por um ciclo Distância entre dois pontos de fase correspondente em dois ciclos consecutivos  Assumindo a velocidade do sinal v  = vT f = v c = 3*108 ms-1 (velocidade da luz no espaço livre)

Conceitos no domínio da frequência Sinais são usualmente constituídos por diversas freqüências “Componentes” são senos e cosenos A análise de Fourier (ou espectral) mostra como decompor um sinal em senos e cosenos Pode-se representar graficamente o “espectro” do sinal

Adição de componentes (T=1/f)

Representação no “domínio” da freqüência: “espectro”

Espectro & Largura de faixa – (Spectrum & Bandwidth) Faixa de frequencias contidas no sinal Largura de faixa absoluta Largura do espectro Largura de faixa efetiva Geralmente chamada “largura de faixa” Faixa estreita do espectro contendo a maior parte da energia do sinal Componente DC Componente de frequencia zero

Sinal com componente DC

Taxa de dados e largura de faixa Qualquer sistema de transmissão tem uma largura de faixa limitada Isso limita a taxa de dados que pode ser transmitida através desse sistema

Transmissão de dados analógicos e digitais Entidades que contém informação Sinais Representações dos dados (e.g., elétricos) Transmissão Comunicação de dados através da propagação de sinais

Dados digitais e analógicos Valores (amplitude) contínuos e tempo contínuo e.g. som, vídeo Digital Valores (amplitude) discretos e tempo discreto e.g. texto, inteiros

Espectro acústico (Analógico)

Sinais analógicos e digitais Maneira pela qual os dados são transmitidos Analógico Continuously variable Various media wire, fiber optic, space Speech bandwidth 100Hz to 7kHz Telephone bandwidth 300Hz to 3400Hz Video bandwidth 4MHz Digital Usa duas componentes DC

Vantagens e desvantagens do digital Mais barato Menos susceptível ao ruído (maior robustez) Maior atenuação Pulsos se tornam menores e “arredondados” Leva à perda de informação

Atenuação de sinais digitais

Componentes da voz (speech) Frequency range (of hearing) 20Hz-20kHz Speech 100Hz-7kHz Easily converted into electromagnetic signal for transmission Sound frequencies with varying volume converted into electromagnetic frequencies with varying voltage Limit frequency range for voice channel 300-3400Hz

Conversion of Voice Input into Analog Signal

Componentes de vídeo USA - 483 lines scanned per frame at 30 frames per second 525 lines but 42 lost during vertical retrace So 525 lines x 30 scans = 15750 lines per second 63.5s per line 11s for retrace, so 52.5 s per video line Max frequency if line alternates black and white Horizontal resolution is about 450 lines giving 225 cycles of wave in 52.5 s Max frequency of 4.2MHz

Dado digital binário De terminais de computadores etc. Duas componentes DC Largura de faixa depende da taxa de transmissão

Conversão da entrada do PC em bits

Dados e sinais Geralmente usa-se sinais digitais para dados digitais e sinais analógicos para dados analógicos Pode-se usar sinais analógicos para transmitir dados digitais Modem Pode-se usar sinais digitais para transmitir dados analógicos CD (Compact Disc audio)

Sinais analógicos transportando dados analógicos e digitais

Sinais digitais transportando dados analógicos e digitais

Transmissão analógica Sinal analógico transmitido de forma indiferente ao seu conteúdo Pode ser dado analógico ou digital Atenuado com a distância Usa amplificadores para elevar nível de potência (boost) do sinal Também amplifica o ruído

Transmissão Digital Depende do conteúd Integridade é ameaçada pela atenuação, ruído, etc. Repetidores são usados Repetidor recebe o sinal Extrai os bits Retransmite Atenuação é combatida Ruído NÃO é amplificado

Vantagens da transmissão digital Digital technology Low cost LSI/VLSI technology Data integrity Longer distances over lower quality lines Capacity utilization High bandwidth links economical High degree of multiplexing easier with digital techniques Security & Privacy Encryption Integration Can treat analog and digital data similarly

Problemas na transmissão Sinal recebido pode diferir do transmitido Analógico – degradação da “qualidade” do sinal Digital - bit errors Causados por Atenuação Distorção no atraso Ruído

Atenuação Potência do sinal decai com a distância Depende do meio de propagação Potência do sinal recebido: Deve ser suficiente para que o mesmo seja detectado Dever ser suficientemente maior que a do ruído para que o sinal seja interpretado sem erros Atenuação é maior quanto maior for a frequencia

Distorção no atraso “Only in guided media” ?? Velocidade de propagação varia com a frequencia

Ruído - Noise (1) Sinais adicionais inseridos no percurso entre transmissor e receptor Termal (de temperatura) Devido à agitação dos elétrons Uniformemente distribuído Ruído branco (White noise) Intermodulação - Intermodulation Sinais que são a soma e/ou diferença das frequencias originais compartilhando um meio

Ruído - Noise (2) Crosstalk Impulsivo Sinal de uma linha que interfere em outra Impulsivo Pulso irregulares ou “spikes” e.g. External electromagnetic interference Duração curta Alta amplitude

Capacidade do canal Taxa de dados - Data rate Bandwidth Em bits por segundo Taxa na qual o dado é transmitido Bandwidth Em ciclos por segundo ou Hz Limitada pelo transmissor e pelo meio

Teorema de Nyquist If rate of signal transmission is 2B then signal with frequencies no greater than B is sufficient to carry signal rate Given bandwidth B, highest signal rate is 2B Given binary signal, data rate supported by B Hz is 2B bps Can be increased by using M signal levels C= 2B log2M

Fórmula de Shannon da capacidade (capacity) do canal Considera: data rate, noise e error rate “Faster data rate shortens each bit so burst of noise affects more bits”? A um determinado nível de ruído, uma taxa de dados maior implica numa taxa de erro maior Signal to noise ratio (em decibels) SNRdb=10 log10 (signal/noise) Capacidade C=B log2(1+SNR) Não considera “erros no canal”

Leitura sugerida Stallings chapter 3