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CDT Profa. Cristina Nunes

Modulação e Codificação

ModulaçãoDados analógicos Sinais analógicosDados digitais Sinais analógicos

CodificaçãoDados analógicos Sinais digitaisDados digitais Sinais digitais


ModulaçãoProcesso pelo qual o sinal de dados (dito sinal modulante) modifica um ou mais parâmetros (amplitude, freqüência ou fase) de uma onda senoidal, dita portadora. A informação impõe o modo como vai ser modificada a portadora. Ao se analisar, na recepção, as modificações sofridas pela portadora, pode-se recuperar a informação digital (demodulação). Por isso, se diz que a portadora transporta a informação.


Modulação


Modulação

Uso mais comum: transmissão de dados digitais em rede telefônica.

Rede telefônica: sinais de voz - 300 a 3400 Hz.

Há basicamente quatro técnicasmodulação em amplitudemodulação em frequênciamodulação em fasemodulação QAM

Através destas técnicas de modulação pode-se transformar um dado digital em um sinal analógico.

CDT Profa. Cristina Nunes CDT Profa. Cristina Nunes

Técnicas de ModulaçãoModulação em Amplitude

Também chamada de ASK (Amplitude Shift Keying – chaveamento de amplitude). A amplitude da onda portadora é modificada de acordo com o sinal a ser transmitido.

Exemplo: binário 10 binário 0

Existem duas variações desta técnica: modulação de amplitude e suspensão de portadora.Sensível a ruídos e a interferências.Trabalha até 1200 bps em linhas de voz Pode ser usada para transmitir dados digitais sobre fibra ótica.

LED - Binário 1 - presença de luzBinário 0 - ausência de luz

Laser - nível de luz baixo ou alto

)2cos( tfA cπ

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Técnicas de Modulação

Modulação em FrequênciaTambém chamada de FSK (Frequency Shift Keying –chaveamento de freqüência). A mais comum é a FSK binária (BFSK).A freqüência da onda portadora é modificada de acordo com o sinal a ser transmitido.

Exemplo binário 1binário 0

)2cos( 1tfA π)2cos( 2tfA π


Técnicas de ModulaçãoEspecificação dos modems série 108 da Bell System



BFSK é menos suscetível a erros do que a ASK.Trabalha acima de 1200 bps em linhas de voz.Pode ser usada para transmissão de rádio de altafrequência (de 3 a 30 MHz).



Modulação em FaseTambém chamada de chamada de PSK (Phase Shift Keying –chaveamento de fase). A fase da onda portadora é modificada de acordo com o sinal a ser transmitido.Varia-se a fase da portadora, mantendo-se suas amplitudes e freqüências constantes.Possui um alto rendimento e baixa interferência a ruídos.


Técnicas de ModulaçãoPSK Binária (BPSK)

Duas fases para os dois dígitos binários (180o)

PSK Diferencial (DPSK)Mudança de fase faz referência a transmissão do bit anterior.



Quadature PSK (QPSK)Cada elemento de sinal pode representar mais do queum bit.

Ex.: Usa mudanças de fase de 90o.Cada elemento pode representar dois bits.

Pode usar 8 ângulos de fase e ter mais do que umaamplitude.Modems de 9600bps usam 12 ângulos , quatro dos quais tem duas amplitudes.

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Modulação QAM (Quadrature Amplitude Modulation)Usada na ADSL e em alguns padrões de redes wireless.Combina ASK e PSK, mantendo sua frequência constante.Pode ser considerada uma extensão da QPSK.Tem-se uma constelação de pontos de modulação possíveis.


Dados Analógicos Sinais Digitais

Em uma operação semelhante ao que é feito pelo modem, dados analógicos podem ser representados por sinais digitais. O dispositivo que faz essa função é um codec(codificador/decodificador).

pega um sinal analógico, que representa dados de voz, e transforma esse sinal em um fluxo de bits. No receptor, o fluxo de bits é usado para reconstruir os dados analógicos


Digitalização de Dados Analógicos


PCM

PCM (Pulse Code Modulation) É baseada no teorema de Nyquistassegura que uma taxa de amostragem de 2W vezes por segundo é suficiente para recuperar o sinal com banda passante W Hz. Utilizando uma taxa de amostragem maior ou igual a 2W, o sinal original deve ser amostrado e, a cada amostra, deve-se associar um valor proporcional à amplitude do sinal naquele ponto.


PCM

Esse processo é conhecido como PAM (Pulse Amplitude Modulation).


PCMA partir dos pulsos PAM, pode-se produzir os pulsos PCM através de um processo conhecido como “quantização”, onde cada amostra PAM é aproximada a um inteiro de nbits.

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PCM

A saída PCM corresponde ao resultado da quantização.


PCM


PCM


PCM


Conversão Digital Digital

Três tipos mais simples são:unipolarpolarbipolar


UnipolarÉ o mais simples e mais primitivo. Já está quase obsoleto. Usa somente uma polaridade. Essa polaridade é assumida para um dos estados binários, geralmente o 1. O outro estado, geralmente o 0, érepresentado pela voltagem 0.

tempo

0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1

Amplitude

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Polar

Usa dois níveis de voltagens: um positivo e outro negativo.

Polar

NRZ RZ Bifase

NRZ-L NRZ-I Manchester Manchester Diferencial


Polar

NRZ (NonReturn to Zero): o nível do sinal é sempre positivo ou negativo.

NRZ-L: o nível do sinal depende do tipo de bit que ele representa. Uma voltagem positiva geralmente significa que o bit é 0 e uma negativa significa o bit 1 (ou vice-versa).NRZ-I: Uma inversão no nível de voltagem representa um bit 1. Ele é a transição entre uma voltagem positiva e uma negativa. Um bit 0 é representado sem mudança.


PolarO NRZ-I é superior ao NRZ-L devido a sincronização fornecida pela troca de sinal cada vez que um bit 1 éencontrado. Uma string de 0s ainda pode causar problemas.


Polar

RZ (Return to Zero): usa três valores: positivo, negativo e zero. O sinal não troca entre bits, mas durante cada bit. Como NRZ-L, uma voltagem positiva significa 1 e uma voltagem negativa significa 0. Mas, na metade do caminho, o sinal retorna para o zero. Um bit 1 é representado por positivo-para-zero e o 0 por negativo-para-zero.


Polar

Desvantagem: requer duas trocas de sinal

Amplitude

0 1 0 0 1 1 1 0


PolarBifase: melhor solução para o problema de sincronização. Neste método, o sinal troca no meio do intervalo do bit, mas não retorna para zero.

Manchester: uma transição negativa-para-positiva representa o 1 binário e uma transição positiva-para-negativa representa o 0. Alcança o mesmo nível de sincronização que a RZ, mas com somente dois níveis de amplitude.Manchester Diferencial: a inversão no meio do bit é usada para sincronização, mas a presença ou ausência de uma transição adicional no início do intervalo é usada para identificar o bit. Uma transição significa o 0 e sem transição significa o 1. Requer duas trocas de sinal para representar o 0 e somente uma para representar o 1.

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Polar

Manchester Diferencial

Manchester

t

0 1 0 0 1 1 0 0


Bipolar

É como a RZ, usa três níveis de voltagens: positivo, negativo e zero. Diferente da RZ, o nível 0 é usado para representar o binário 0. O 1 é representado pelas voltagens positivas e negativas. Se o primeiro bit 1 é representado pela amplitude positiva, o segundo será representado pela negativa, o terceiro pela positiva e assim por diante. Isso ocorre mesmo quando os bits 1s não são consecutivos.


Bipolar

AMI (Alternate Mark Inversion): é o tipo mais simples de codificação bipolar. Mark vem do telégrafo e significa 1, isto é, inversão de 1 alternado.Um neutro, voltagem zero, significa o 0. O 1 binário é representado pelas voltagens positiva e negativa.Uma variação é chamada de Pseudo-ternário, na qual o 0 alterna entre voltagens negativas e positivas.


Bipolar


Meios físicos

Alguns fatores que podem ser levados em consideração na escolha do meio físico:

taxas de transmissãofacilidade de instalaçãoimunidade a ruídosconfiabilidadecusto total


Meios FísicosPares Metálicos

Cabo coaxialPar Trançado

Condutores ÓticosFibra

ArRádioMicroondasSatélitesInfravermelho

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Meios físicosCabo Coaxial

Consiste em um condutor de cobre central, uma camadade isolamento flexível (dielétrico), uma blindagem com uma malha ou trança metálica e uma cobertura externa.

1 Capa Plástica Protetora2 Camada Condutora3 Camada Isolante4 Fio de Cobre

1 2 3 4


Meios físicos


Meios físicos


Meios físicos

Par TrançadoConsiste de pares fios de cobre enrolados de forma helicoidal � reduz a interferência elétrica entre dois pares de fios.


Meios físicos

Existem dois tipos de par trançado:STP (Shielded Twisted Pair) - cabo com blindagem


Meios físicosUTP (Unshielded Twisted Pair) - cabo sem blindagem

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Meios físicosCabos UTP são divididos em 5 categorias de acordo com a capacidades de utilização, calibre do fio, cobertura.

Referência(banda passante)

Impedância Aplicações(Telefonia e Dados)

EIA/TIA Cat. 1 150 Ohms Telefonia analógica 4KHzTelefonia digital 64KHz

EIA/TIA Cat. 2(até 1 MHz)

100 Ohms ISDN DadosIBM 3270, AS 400


100 Ohms IEEE 10BaseTToken Ring 4 Mbit/s


100 Ohms IEEE 10BaseTToken Ring 4 e 16 Mbit/s


100 Ohms IEEE 10BaseT e100BaseT

Token Ring 4 e 16 Mbit/s


Meios físicos


Meios físicos

Fibra ÓticaComposta basicamente de material dielétrico, seguindo uma longa estrutura cilíndrica, transparente e flexível, de dimensões microscópicas.


Meios físicos

Existem três tipos de fibras:multimodo com índice degraumultimodo com índice gradualmonomodo


Meios físicos

Multimodo com índice degrau

Diferentes índices de refração


Meios físicos

Multimodo com índice gradual

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Meios físicos

Monomodoevita vários caminhos de propagação da luz dentro do núcleo


Meios físicosVantagens:

baixas perdas de transmissão e grande banda passante; pequeno tamanho e peso; imunidade a interferências; isolação elétrica; segurança do sinal; matéria-prima abundante.

Desvantagens:fragilidade das fibras sem encapsulamento; dificuldade de conexão; configuração básica ponto a ponto.


Nomenclatura10Base2 10Base5 10BaseT 10Base FL

10 Mbps10 Mbps10 Mbps

500 m500 m500 m

sinalização em banda BASEsinalizasinalizaççãoão emem bandabanda BASEBASE

10BASE510BASE5


Nomenclatura

Nome

10BASE5

10BASE2

10BASE-T

10BASE-F

Cabo

Coaxial grosso

Coaxial fino

Par trançado

Fibra ótica

Max. seg

500 m

200 m

100 m

2000 m

Nodos/seg

100

30

1024

1024

Vantagens

Bom para backbones

Sistema mais barato

Fácil manutenção

Melhor entre prédios


Nomenclatura10BASE5

conexões através de vampire taps

10BASE2conectores BNC formandojunções T

10BASE-Tutilização de hubconectores RJ-45

10BASE210BASE2

10BASE10BASE--TT


Espectro Eletromagnético

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Espectro EletromagnéticoFrequências

30MHz to 1GHzOmnidirectionalRádio em Broadcast

2GHz to 40GHzMicroondasAltamente direcionalPonto a PontoSatélite

3 x 1011 to 2 x 1014

InfravermelhoAplicação local


Ar

Meio não guiadoTransmissão e recepção via antena

DirecionalVisada direta

OmnidirectionalSinal espalha-se em todas as direçõesPode ser recebido por muitas antenas


ArRádio

Produz ondas omnidirecionaisA propagação usual é para todas as direçõesO uso de antenas permite o direcionamento das ondas

Pode usar ondas de freqüência baixaOndas de freqüência baixa atravessam objetos e perdemmuita potência com a distância

Pode usar ondas de freqüência altaOndas de freqüência alta tendem a ricochetear emobjetos sólidos ao longo do caminho

Uso em redes locais sem fio (Wireless LAN)


Ar

Microondas TerrestreAltas freqüênciasDirecionalProblemas

Períodos de precipitação intensaDesalinhamento das antenas


Ar


ArTipos de Links

��

��

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Ar


Ar

AplicaçõesTelefonia celularComunicações entre dois prédios


Ar

SatéliteO Satélite é uma estação de “relay”O satélite recebe em uma freqüência amplifica ourepete o sinal e transmite em outra freqüênciaPara enviar informação sobre o planeta, giram em torno de seu próprio eixo (o que mantém seu equilíbrio), ao mesmo tempo que "varrem" a superfície da Terra. Usado para

TelevisãoTelefonia de longa distânciaRedes Privadas


Ar

ArSatélites geoestacionários

São satélites colocados em órbita sobre o equador de tal forma que o satélite tenha um período de rotação igual ao do planeta Terra.As estações terrestres utilizam antenas fixas, que apresentam um pequeno custo de operação e manutenção em relação às móveis.

A uma altitude de 37.000 km, o período de deslocamento com vel. de 28.000km/h é igual a 24 horas e está girando com a mesma velocidade angular que a Terra.A União Internacional de Telecomunicações (UIT) dividiu o espaço geoestacionário em 180 posições orbitais, cada uma separada da outra de um ângulo de 2°. CDT Profa. Cristina Nunes

Ar

Satélites não geoestacionáriosSão satélites colocados em órbita circular com a terra, onde: velocidade de rotação do satélite ≠ velocidade de rotação da terraAs estações terrestres utilizam antenas móveis, com custos de operação e manutenção maiores em relação às fixasUm satélite a 800 km de altitude se desloca com uma velocidade de 28.000 km/h, completando uma órbita em 100 minutos.

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Ar

FrequênciasBANDA C

Espectro de freqüência segundo o IEEE - 3.9 GHz até 6.2 GHz. Espectro de freqüência comercial utilizado - 3.7GHz até 6.425GHz. É utilizado um sinal de freqüência 6GHz para comunicação no sentido terra -> satélite e 4GHz no sentido satélite -> terra.

BANDA KUEspectro de freqüência segundo o IEEE - 15.35GHz até 17.25 GHz.Espectro de freqüência comercial utilizado - 10.7GHz até 18GHz. É utilizado um sinal de freqüência 14GHz para comunicação no sentido terra -> satélite e 12GHz no sentido satélite -> terra


ArBanda KU X Banda C

Por operar em uma freqüência mais alta, a Banda KU não sofre interferência dos enlaces terrestres de microondas nas áreas metropolitanas. A banda C, por atuar em uma freqüência mais baixa, estásujeita a enfrentar problemas de interferências tanto climáticas quanto do excesso de tráfego. Internacionalmente, a banda mais popular é a banda Ku, pois permite cursar tráfego com antenas menores que as de banda C, devido ao fato das suas freqüências serem mais altas. Devido ao mesmo fato, a transmissão em banda Ku é mais suscetível a interrupções causadas pela chuva. Dessa forma a banda C é mais popular

em países tropicais.


Ar

Vantagens do uso de satélitesGrande largura de banda disponívelCobertura de grandes áreasTodos os usuários têm as mesmas possibilidades de acessoFacilidade de utilização em comunicações móveisSuperação de obstáculos naturais


Ar

Desvantagens do uso de satélitesAlto investimento inicialPequena vida útilAspectos institucionais, legais e regulamentaisDificuldades e alto custo de manuntenção


ArInfravermelho

Uso facilitado por projeto fácil e custo baixoApresentam curto alcanceSão razoavelmente unidirecionais, com pouca aberturaProblemas

Espectro compartilhado com a luz do SolInterferência de luz fluorescenteNão atravessa objetos opacos

VantagensSegurançaNão interferência entre redes em salas diferentes

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