Modelo de um Sistema de Transmissão

Comunicação Digital I
Modelo de um Sistema de Transmissão
A finalidade dos sistemas de telecomunicações é a de transformar um ou
mais pontos as informações provenientes de uma ou mais fontes. Numa
configuração típica temos:
•
•
•
Transmissor - transformar informação em sinal adequado para trafegar no meio
de transmissão.
Meio de transmissão - meio no qual o sinal é transportado
Receptor - captar, selecionar e condicionar o sinal decodificando-o e
transformando-o, quando possível na informação original num formato
adequado para o destino da informação.
Fonte
Transmissor
Meio de
Transmissão
Receptor
Destino
A mensagem passa por uma série de transformações que podem ser
detalhadas como:
•
•
•
•
•
•
•
Transformação de informação em um sinal adequado para trafegar no meio de
transmissão.
Codificação - adequação da informação a ser enviada.
Transmissão física - transformar a informação fisicamente de tal forma que
possa ser recebida pelo meio de transmissão.
Inserção de ruído e distorções no sinal durante sua passagem pelo meio de
transmissão
Captação - é a fase em que o receptor recebe em conjunto de sinais do meio.
Seleção - é a fase em que é extraído do conjunto de sinais recebidos do meio
de transmissão aquele desejado.
Decodificação – corresponde à tradução do sinal selecionado tal que possa ser
reconhecido pelo ente que fará a recomposição da informação final.
Principais Sistemas de Transmissão
Existem muitas formas de se transmitir informação, podem destacar as
seguintes formas de transmissão:
1)
2)
3)
4)
Sistemas de Radiovisibilidade
Sistemas de Comunicação Via – Satélite
Sistemas de Comunicação Óptica
Sistemas de comunicação baseados em meio de cobre
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1)Sistemas de Radiovisibilidade
São sistemas que se utilizam à propagação de ondas eletromagnéticas
através da atmosfera. Dependendo da faixa de freqüência as ondas
eletromagnéticas tem características diferentes.
Freqüência
Designação
Denominação
300Hz a 3000Hz
ELF
3KHz à 30KHz
30KHz à 300KHz
VLF
LF
Ondas extremamente
longas
Ondas muito longas
Ondas longas
300KHz à 3MHz
MF
Ondas médias
3MHz à 30MHz
HF
Ondas Tropicais
Ondas curtas
30MHz à 300MHz
VHF
Freq. Muito alta
300MHz à 3GHz
UHF
Freq. Ultra-alta
SHF
Freq super alta
3GHz à 30GHz
30GHz à 300GHz
EHF
Freq.
Extremamente
elevadas
Microondas
Exemplos
Submarinos
Minas
Navegação Aérea
Serviços Marítimos
Radiodifusão Local
AM (107) canais
Serviços marítimos
Radiodifusão Local
Radiodifusão Distante
Transmissão de TV
Segurança pública
Sistemas comerciais
Sistemas particulares
Sistemas celulares
Comunicação pública
Sistemas Radiovisibilidade
Sistemas Satélites
2) Sistemas de Comunicação Via Satélite
Estes sistemas utilizam como estação repetidora um satélite artificial em
órbita geoestacionária ou polar. Nestes satélites são instalados receptores e
transmissores que basicamente recebem e retransmitem os sinais de volta para a
Terra. Os satélites com uma órbita polar passam pelos pólos a uma altura de
aproximadamente 1.000 Km e são usados para fins meteorológicos ou militares.
Com três satélites geoestacionários pode-se cobrir todo o planeta, desde que
estejam localizados a 120 graus um do outro e a uma altitude do plano equatorial
de 35.800 Km, sendo estes utilizados nas redes telecomunicações. Utilizam a
faixa 4 a 6 GHz microondas
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3) Sistemas de comunicação Ópticos
Utiliza transmissores e receptores de altíssima confiabilidade podendo-se
chegar a capacidades de transmissão 10.000 vezes superiores aos sistemas
microondas.
4) Sistemas de transmissão via Meio de Metálico
As linhas metálicas podem ser divididas em três grupos conforme sua
construção mecânica: linhas bifilares, linhas coaxiais e guias de onda.
•
•
•
Linhas bifilares são construídas de dois condutores idênticos e paralelos,
geralmente cobre ou alumínio, separados por um material não condutor. Ex:
xDSL, telefonia.
Linhas coaxiais são construídas mecanicamente por um condutor interno,
envolto por um condutor externo de forma cilíndrica, estes separados por um
material isolante. Ex.: Cable Modem, Tv á cabo
Os guias de onda são construídos por um condutor externo e internamente por
material isolante. Ex.:Microondas.
Perturbações presentes em um sistema de transmissão
São todos os problemas que podem dificultar ou até mesmo impedir uma
comunicação. Esses “problemas” são fenômenos que ocorrem com o sinal
transmitido pelo meio de comunicação num sentido indesejável, podemos citar as
seguintes perturbações:
1. Distorção em amplitude
2. Ruído branco
3. Ruído Impulsivo
4. Eco
5. Translação em freqüência
6. Diafonia
7. Distorção harmônica
8. Drop out
1. Distorção em amplitude
A linha de transmissão pode interferir na amplitude do sinal de maneira
desigual ao longo da faixa de freqüência, ou seja, atenuar mais algumas
componentes do que outras. Esse efeito é chamado de distorção de amplitude.
Antigamente para compensar a distorção em amplitude presente nos pares
físicos, Michael Pupin propôs equalizar a resposta em freqüência inserindo
bobinas distribuídas ao longo da linha regularmente espaçadas. Essas bobinas
compensam a distorção natural do par físico, mas atualmente com estão caindo
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em desuso em virtude das centrais telefônicas manterem um distancia entre si de
aproximadamente de 7 Km.
Ruído
É a quantidade de sinal aleatório que pode degradar o sinal transmitido.
Podemos classificar em dois tipos:
2. Ruído Branco
É o sinal cujo espectro cobre toda a faixa de freqüência de -∞ até +∞, ou
seja,possui componentes em todas as freqüências. O ruído branco aparece
somado ao sinal, na recepção, devido ao movimento aleatório de elétrons nos
pares telefônicos, e é chamado também de ruído térmico.
3. Ruído Impulsivo
Esse tipo de ruído pode aparecer na recepção, sendo definido como sinais
ou pulsos elétricos não prognosticáveis.
4. Eco
A conversão de sistema de 2 fios para 4 fios é feita por um circuito
conhecido como híbrida, constituída por dois transformadores.
O sinal de transmissão (Tx) é encaminhado ao par de transmissão e
atenuado para o par de recepção, devido a configuração dos enrolamentos dos
transformadores da híbrida. A atenuação entre os dois pares do lado de 4 fios é
chamado de rejeição da híbrida e é da ordem de 40 dB, dependendo da
impedância da linha do lado de 2 fios e da impedância de casamento, Zl. Assim
uma pequena parcela do sinal Rx ainda retorna para Tx.
Esse retorno que chega ao lado emissor, dependendo do retardo total da
linha telefônica é chamado de eco.
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Para se evitar esta degeneração, costuma-se instalar um dispositivo
chamado de supressor de eco, que é na verdade um atenuador de 50 dB ativado
pelo sinal de voz que trafega no outro par de fios.
5. Translação de freqüência
As vezes se utiliza a multiplexação em freqüência, para agrupar vários
canais de voz e fazer uma única transmissão. Os multiplexadores por divisão de
freqüência (FDM) realizam esta tarefa, deslocando cada canal de voz para uma
posição distinta no espectro de freqüência. Esse deslocamento é feito
multiplicando o sinal de áudio por portadoras senoidais e filtrando as bandas
laterias.
Suponha que as duas freqüências intermediarias não sejam exatamente
iguais, neste caso a freqüência da portadora do modem ou o canal de áudio estará
transladado na recepção.
6. Diafonia (Cross-Talk)
É a interferência ocasionada em um circuito de comunicação por outro
próximo do mesmo. A diafonia pode ocorrer entre fios ou pares de um cabo ou
ainda entre canais multiplexados.
7. Distorção harmônica
Essa distorção consiste na presença de tons estranhos ao sinal principal
gerados por não linearidades do canal telefônico, tais como a limitação do sinal
devido a saturação de circuitos amplificadores ou filtros. Esses tons indesejáveis
possuem freqüências múltiplas do sinal principal, ou seja, são harmônicos do sinal
principal.
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8. Drop out
É a perda abrupta do sinal por um curto intervalo de tempo, ao longo do
meio de comunicação. Este é normalmente ocasionado por soldagem mau feita,
mau contato e também pelo mau tempo atmosférico em transmissão via rádio.
Modo de Operação
O canal de comunicação é definido como um meio elétrico que é
estabelecido entre duas ou mais estações. Tem como finalidade específica
transportar informações de um ponto da rede para outro, sendo que suas
limitações quanto à capacidade dependem das características elétricas físicas
impostas pelos meios que podem ser de três tipos básicos:
1. Simplex
Um sinal flui sempre da estação de origem para estação de destino.
2. Half Duplex
Nesse modo de transmissão, geralmente o receptor do modem está apto
para receber, embora não seja possível a transmissão e recepção simultânea.
3. Full Duplex
No modo de transmissão Full Duplex ou Duplex a transmissão ocorre nos
dois sentidos simultaneamente e, pode ser empregada de dois ou quatro fios.
Quando se emprega quatro fios, dois são reservados para transmissão e
dois para recepção, ambos operando na mesma freqüência. Com dois fios são
empregadas duas freqüências diferentes: uma para transmissão e outra para
recepção.
Tipos de Configuração
Aos enlaces de dados são possíveis dois tipos de configurações físicas.
1- Ponto à Ponto
Ligações ponto à ponto caracterizam-se pela presença de apenas dois
pontos de comunicação, um em cada extremidade do enlace
2- Multiponto
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Ligação multiponto pode ser definida como sendo aquela em que várias
estações estão ligadas através do mesmo enlace. A controladora de terminais
possui habilidade para contratar vários terminais, cada um respondendo por um
endereço; desta forma, o terminal é reconhecido pela cede e por este endereço.
Medidas de um Sistema de Transmissão
Considerando um determinado valor de potencia para o sinal de entrada
(P1) e outro determinado valor para o sinal de saída (P2).
P1
P2
Quadripolo
Entrada
Saída
O ganho do quadrípolo(G) é dado pela seguinte equação:
G=
nível do sin al saída
nível do sin al entrada
=
P2
P1
Podemos definir como atenuação a relação mostrada na seguinte equação:
A=
nível do sin al entrada
nível do sin al saída
=
P1
P2
A unidade de transmissão para expressar os valores contidos na atenuação
chamou-se inicialmente Bell. Esta unidade tem valores muito grandes, desta forma
passou-se a adotar o valor de decibel (dB) como uma unidade de medição de
ganho e atenuação a relação de corrente ou tensão.
A expressão abaixo define a relação em decibéis tomando-se como base os
valores de potência:
P2
P1
Ex.: 1. Um amplificador que libera uma potência de 2 Watts na saída, quando são
colocados 10 mW na entrada. Qual o valor do ganho em dB?
dB = 10 log
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Nível Absoluto
O dBm é a relação entre potência P e uma outra potência com valor de
referência fixo. O valor fixo em telecomunicações foi definido internacionalmente
em 1mW. Utilizando a mesma expressão referente ao dB e atribuindo o valor 1mW
para o valor de P1 teremos como calcular o valor em dBm.
dBm = 10 log
P2
1mW
Ex.: 2. Determine a potência em dBm relativa a 2 watts.
Ex.: 3. Converta o valor de 300 mW em dBm.
Os valores em níveis absolutos em dBm nunca podem ser somados,
multiplicados ou divididos. O valor de potência em dBm somente pode ser somado
ao dB..
Nível Relativo
U2
onde U2 representa o valor
U1
eficaz da tensão em um ponto considerado e U1 o valor de referência de tensão
dado como igual a 0,775 Volts.
P
dB = 10 log 2
P1
O dBu é a relação em dB das tensões
Substituindo a potência de entrada e a potência de saída pelos seus valores
em função da tensão U e a de uma impedância Z, temos:
(U 2 ) 2
(U 2 ) 2
Z
Z2
dBu = 10 log
ou
dB
=
10
log
+ 10 log 1
u
2
2
(U1 )
(U1 )
Z2
Z1
U
Z
dBu = 20 log 2 + 10 log 1
U1
Z2
Tomando-se como base a função, para o dBm da potência de referência de
1mW, teremos os valores de tensão e impedância:
U1 = 0,775 Volts
Z1= 600 ohms
dBu = 20 log
U2
600
+ 10 log
0,775
Z2
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Relação Sinal/Ruído (S/N)
É a soma das contribuições de ruído do equipamento no canal de
transmissão, comparada com a potência de sinal definido como referência.
S (dB) = 10 log PS
N
PN
Ex.: 4. Dado o esquema abaixo, determine a relação sinal/ruído.
S/N = ?
Ps = 1 mW
Figura de
(F)
Sistema
Ruído
PN= 1pW
Ë o parâmetro que permite avaliar a contribuição de ruído apresentada pelo
próprio sistema em função do ruído total existente na saída do mesmo.
S
entrada do sistema
N
F=
S
saída do sistema
N
F (dB) = S
N
entrada(dB) − S
N
saída (dB)
A Figura de Ruído pode ainda ser expressa pelos seguintes parâmetros:
PN
F=
K ⋅ To ⋅ B ⋅ G
onde: PN – Potência de Ruído
K – Constante de Boltzman = 1,38 * 10-23 J/K
To - 290o K
B – Banda de Freqüência
G – Ganho de Potência
A Potência de Ruído pode ser expressa por:
PN = F ⋅ K ⋅ To ⋅ B ⋅ G
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