Pós-Graduação Redes de Computadores e Telecomunicações Disciplina: Fundamentos de...

Pós-GraduaçãoRedes de Computadores e Telecomunicações

Disciplina: Fundamentos de Telecomunicações

Sinais, Frequencias, Radio Comunicação e Satélites:



Conceitos Básicos sobre sinais (amplitude, frequência e fase, análise de Fourier):

• Amplitude é uma medida escalar negativa e positiva da magnitude de oscilação de uma onda.




• A distância Y, é a amplitude da onda, também conhecida como "pico de amplitude" para distinguir de outro conceito de amplitude, usado especialmente em engenharia elétrica: root mean square amplitude (ou amplitude rms), definida como a raiz quadrada da média temporal da distância vertical entre o gráfico e o eixo horizontal. O uso de "pico de amplitude" não é ambíguo para ondas simétricas e periódicas como senóides, onda quadrada e onda triangular. Para ondas sem simetria, como por exemplo pulsos periódicos em uma direção, o termo "pico de amplitude" torna-se ambíguo pois o valor obtido é diferente dependendo se o máximo valor positivo é medido em relação à média, se o máximo valor negativo é medido em relação à média ou se o máximo sinal positivo é medido em relação ao máximo sinal negativo e dividido por dois. Para ondas complexas, especialmente sinais sem repetição tais como ruído, a amplitude rms é usada frequentemente porque não tem essa ambiguidade e também porque tem um sentido físico. Por exemplo, a potência transmitida por uma onda acústica ou eletromagnética ou por um sinal elétrico é proporcional à raiz quadrada da amplitude rms (e em geral, não tem essa relação com a raiz do pico de amplitude).






http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Onda.png


• A seguinte equação será adotada para formalizar amplitude:




• “A” é a amplitude da onda.



• Amplitude de uma onda é a medida da magnitude da máxima perturbação do meio durante um ciclo da onda. A unidade utilizada para a medida depende do tipo da onda. Por exemplo, a amplitude de ondas de som e sinais de áudio costumam ser expressas em decibéis (dB).

• A amplitude de uma onda pode ser constante ou variar com o tempo. Variações de amplitude são a base para modulações AM.


• Frequência.



• A frequência (FO 1943: freqüência) é uma grandeza física ondulatória que indica o número de ocorrências de um evento (ciclos, voltas, oscilações, etc) em um determinado intervalo de tempo.• Alternativamente, podemos medir o tempo

decorrido para uma oscilação. Este tempo em particular recebe o nome de período (T). Desse modo, a frequência é o inverso do período.

http://pt.wikipedia.org/wiki/Per%C3%ADodo_(f%C3%ADsica)


• Frequência – Exemplos:



• Considere o evento "dar a volta completa em torno de si mesmo na volta". Suponha que leve 0,5 segundo para que esse evento ocorra. Esse tempo é o seu período (T). Com isso, podemos deduzir que em 1 segundo o evento ocorrerá duas vezes, ou seja, será possível "dar duas voltas em torno de si mesmo". Nesse caso, sua frequência é de 2 vezes por segundo, ou 2 Hz (2 × 0,5 s =1 s). Imagine agora que seja possível realizarmos esse mesmo evento em 0,25 segundos. Consequentemente, em um segundo ele ocorrerá 4 vezes, fazendo com que a frequência passe a ser de 4Hz (4 × 0,25 s= 1 s). Perceba que o tempo considerado para frequência é sempre o mesmo, ou seja, 1 segundo. O que varia é o período do evento, que no primeiro caso foi de 0,5 s e no segundo de 0,25 s. Assim sendo, para sabermos quantas vezes o evento ocorre em 1 segundo precisamos saber quantas vezes ele "cabe" dentro desse segundo.


• Frequência – Exemplos:



• Portanto temos que:

A) No primeiro caso, 2 × 0,5 s = 1 s, temos que:F = 2 HzT = 0,5 s

Portanto, 2 × 0,5 s =1 s; ou seja, . Daí, temos que: b) No segundo caso, 4 × 0,25 s = 1 s, temos que:f = 4 HzT = 0,25 s

Portanto, 4 × 0,25 s =1 s; ou seja, . Daí, temos que : .


• Fase:



• Em física, a fase refere-se a dois conceitos intimamente relacionados.• Quando se fala da fase de um ponto da onda diz-se da característica

desse ponto em termos da sua amplitude local e da variação local dos valores da propriedade periódica (campo eléctrico, nas ondas eletromagnéticas ou pressão do ar nas ondas sonoras). Em termos matemáticos, diz-se que a fase é dada pelo valor da função e da sua derivada naquele ponto.

• Quando se diz a fase de uma onda (por inteiro) diz-se de quanto uma onda difere de outra de igual frequência e comprimento de onda no que toca às diferenças de fase em cada um dos seus pontos em igual distância da fonte e igual tempo. Assim, ondas podem estar mais ou menos defasadas, conforme pontos caracterizados por mesmo tempo e posição tenham fases mais ou menos próximas.

http://pt.wikipedia.org/wiki/Frequ%C3%AAncia

http://pt.wikipedia.org/wiki/Comprimento_de_onda


• Fase:



• Um jeito claro de se demonstrar o que é a fase de uma onda é apelando para uma função de onda de uma onda periódica:


• Fase:



• onde representa a fase.

• k é o número de onda;• x é a posição do espaço;• ω é a frequência angular;• t é o tempo;• φ0 é a fase inicial.


• Análise de Fourier:



• Em matemática, uma série de Fourier, nomeada em honra de Jean-Baptiste Joseph Fourier (1768-1830), é a representação de uma função periódica (muitas vezes, nos casos mais simples, tidas como tendo período 2π) como uma soma de funções periódicas da forma .


• Análise de Fourier:



• Fourier foi o primeiro a estudar sistematicamente tais séries infinitas, após investigações preliminares de Euler, D'Alembert, e Daniel Bernoulli. Ele aplicou estas séries à solução da equação do calor, publicando os seus resultados iniciais em 1807 e 1811, e publicando a sua Théorie analytique de la chaleur em 1822. De um ponto de vista moderno, os resultados de Fourier são algo informais, em boa parte devido à falta de uma notação concisa de funções e integrais nos inícios do século XIX. Mais tarde, Dirichlet e Riemann expressaram os resultados de Fourier com grande precisão e rigor formal.

Sistemas de Telecomunicações Via Rádio :



• Existem casos em que a distância entre as centrais de comutação é maior e torna-se inviável a ligação via cabos. Nessas situações o meio de transmissão é o espaço livre (atmosfera ou vácuo). A interligação entre as centrais pode ser feita através de um equipamento de transmissão denominado rádio.




• Um rádio é um conjunto composto de transmissor, antena transmissora, antena receptora e receptor. Por sua estrutura o rádio exige o uso associado de um multiplexador (mux). Dessa forma, o rádio tem por finalidade a transmissão de informações já preparadas pelo mux e recebimento de informações emitidas por outro sistema rádio, entregando a informação ao mux associado. Geralmente a quantidade de canais para recepção e transmissão é a mesma no rádio e no mux associado. Os tipos de transmissão via rádio são listados a seguir, sendo que para cada caso são usados antenas e rádios específicos:

• Definição:

http://pt.wikipedia.org/wiki/Antena




• Visada direta• Comunicação direta entre o emissor e o receptor, sem sofrer refração e sem circular em frequencias superiores na atmosfera;• Tropodifusão• Quando as frequências das ondas de rádio estão entre 300Mhz e 30Ghz, estas podem refletir-se na troposfera, sendo portanto captadas por antenas que estejam fora do campo de visualização do transmissor. A troposfera serve como um espelho ao refletir as ondas de rádio;• Refração• É outra forma importante de propagação. Como o nome sugere esta depende das condições da troposfera ou seja,condições meteorológicas.Diferente da propagação por E-esporádica esta influencia frequências mais altas,via de regra é ótima para UHF,muito bom em VHF e mais fraca na banda inferior de VHF(de 30 a 50 Mhz);

Sistemas de Telecomunicações por Satélite:



• SATÉLITES• SATÉLITE ARTIFICIAL• Um satélite artificial é qualquer corpo feito pelo homem e colocado em órbita ao redor da Terra ou de qualquer outro planeta. Hoje em dia, ao contrário do que ocorria no início da história dos satélites artificiais, o termo satélite vem sendo usado praticamente como um sinônimo para "satélite artificial". O termo "satélite artificial" tem sido usado quando se quer distingui-los dos satélites naturais, como a Lua.• Atualmente estão em órbita, para além dos satélites do Sistema de Posicionamento Global, satélites de comunicações, satélites científicos, satélites militares e uma grande quantidade de lixo espacial, ou seja, não se deve se referir à satélites apenas como um meio de transporte de dados ou apenas um meio de mapear ou espionar o sistema terrestre.




• SATÉLITES

• SATÉLITE DE COMUNICAÇÃO

• Os satélites de comunicação oferecem uma tecnologia complementar àquela das fibras óticas em cabos submarinos de comunicação. Eles também são usados nas comunicações com navios e aviões, o que não pode ser feito por outras tecnologias, tais como a transmissão a cabo.

• Um satélite de comunicação (algumas vezes abreviado para comsat) é um satélite artificial para fins de telecomunicações. Os modernos satélites de comunicação usam órbitas geoestacionárias, órbitas Molniya ou baixas órbitas polares.




• SATÉLITES

• TIPOS DE SATÉLITE

• Satélites Civis: Testes biológicos; Pesquisa de recursos naturais; Sondas planetárias; Astronomia e observatórios orbitais; Meteorológicos; Telecomunicação; Navegação; Experimentais.




• SATÉLITES

• TIPOS DE SATÉLITE

•Satélites Militares:

Vigilância; Ataque contra alvos orbitais, aéreos e terrestres.

Sistemas de Telecomunicações VSat:



• A estação terrena mais popular que existe é a VSAT, uma abreviatura para Very Small Aperture Terminal. Geralmente são estações com antenas variando de 80 cm a 2 metros e pouco de diâmetro.




• Arquitetura

• Uma rede VSAT é composta de um número de estações VSAT e uma estação principal (“hub station”).

• A estação principal dispõe de antena maior e se comunica com todas as estações VSAT remotas, coordenando o tráfego entre elas. A estação “hub” também se presta como ponto de interconexão para outras redes de comunicação.




• Topologias

• Existem duas topologias de redes VSAT: a estrela e a malha (“mesh”). Na topologia em estrela as estações VSAT se comunicam exclusivamente com a estação “hub” e na topologia em malha há comunicação direta entre as VSATs.

•Na topologia em estrela, para uma estação VSAT se comunicar com outra estação do mesmo tipo deve se comunicar com a estação “hub” e esta retransmitir o sinal para a outra estação VSAT, ocorrendo nesse caso o fenômeno denominado de duplo salto, pois o sinal vai e volta duas vezes do satélite.




• Constituição física

• Uma estação VSAT é composta de duas unidades físicas distintas, a Unidade Externa (ODU – “outdoor unit”) e a Unidade Interna (IDU – “indoor unit”). Na ODU fica a antena, alimentador e a parte de RF, o transmissor e o receptor propriamente dito.

• Na IDU fica toda a parte de banda básica, constituída essencialmente do modem. A IDU se conecta à ODU por meio de cabos coaxiais onde a transmissão é feita a nível de frequência intermediária (FI), geralmente na faixa de 2 GHz. A distância máxima que a ODU pode ficar da IDU varia de 50 a 100 metros.




• Alocação de Canais• Para que uma estação VSAT se comunique é necessário que à mesma esteja associado um canal de RF. Essa associação pode ser permanente ou por demanda, variando dinamicamente. Quando a associação é permanente existe um canal fixo para cada VSAT e temos o método de alocação PAMA (“Permanent Assignment Multiple Acess”) ou acesso múltiplo com alocação permanente.

• Quando a alocação é dinâmica existe um “pool” de canais administrados pela estação “hub” do qual são alocados os canais para cada VSAT na medida em que sejam solicitados e para o qual são liberados ao término do uso. Neste caso temos o método de alocação DAMA (“Demand Assignment Multiple Access”) ou acesso múltiplo com alocação por demanda.




• Métodos de Acesso• Seja a alocação de canais PAMA ou DAMA, existe uma variedade de métodos de acesso e partilhamento de canais. Os principais são mostrados a seguir:• TDMA (“Time Division Multiple Acess”) ou acesso múltiplo por divisão de tempo, no qual a cada canal está associado um intervalo de tempo que se repete periodicamente; • FDMA (“Frequency Division Multiple Access”) ou acesso múltiplo por divisão de frequência, no qual a cada canal está associada uma frequência; • FTDMA (“Frequency Time Division Multiple Access”) ou acesso múltiplo por divisão de frequência e tempo, que é uma combinação dos dois anteriores, onde cada canal está associado um par ordenado de frequência e intervalo de tempo; • CDMA (“Code Division Multiple Access”) ou acesso múltiplo por divisão de código, que utiliza a técnica de espalhamento espectral (“spread spectrum”) onde a cada canal está associado um código, que é a chave de decodificação daquele canal.

• Bibliografia Básica



•FERRARI, A. M. Telecomunicações - Evolução & Revolução. São Paulo: Érica. 2005.

•OLIVEIRA, J. C. Princípios de Telecomunicações - Teoria e Prática. São Paulo: Érica. 2005.

•SOARES NETO, V.; SILVA, A. P. Telecomunicações, redes de alta velocidade, cabeamento estruturado. 5ª Edição. São Paulo: Érica. 2005.

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