1 CDT Profa. Cristina Nunes Modulação e Codificação Modulação Dados analógicos Sinais analógicos Dados digitais Sinais analógicos Codificação Dados analógicos Sinais digitais Dados digitais Sinais digitais CDT Profa. Cristina Nunes Modulação Processo 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. CDT Profa. Cristina Nunes Modulação
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Modulação e Codificaçãocnunes/cdt/aulas/Modulacao_Cab-CDT3.pdf · 5 CDT Profa. Cristina Nunes Técnicas de Modulação Modulação QAM (Quadrature Amplitude Modulation)Usada na
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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.
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Modulação
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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.
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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
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Técnicas de ModulaçãoEspecificação dos modems série 108 da Bell System
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Técnicas de Modulação
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).
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Técnicas de Modulação
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.
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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.
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Técnicas de Modulação
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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Técnicas de Modulação
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.
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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
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Digitalização de Dados Analógicos
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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.
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PCM
Esse processo é conhecido como PAM (Pulse Amplitude Modulation).
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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.
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PCM
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PCM
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PCM
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Conversão Digital Digital
Três tipos mais simples são:unipolarpolarbipolar
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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
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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.
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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.
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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.
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Polar
Desvantagem: requer duas trocas de sinal
Amplitude
0 1 0 0 1 1 1 0
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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
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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.
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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.
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Bipolar
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Meios físicos
Alguns fatores que podem ser levados em consideração na escolha do meio físico:
taxas de transmissãofacilidade de instalaçãoimunidade a ruídosconfiabilidadecusto total
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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.
Par TrançadoConsiste de pares fios de cobre enrolados de forma helicoidal � reduz a interferência elétrica entre dois pares de fios.
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Meios físicos
Existem dois tipos de par trançado:STP (Shielded Twisted Pair) - cabo com blindagem
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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
EIA/TIA Cat. 3(até 16 MHz)
100 Ohms IEEE 10BaseTToken Ring 4 Mbit/s
EIA/TIA Cat. 4(até 20 MHz)
100 Ohms IEEE 10BaseTToken Ring 4 e 16 Mbit/s
EIA/TIA Cat. 5(até 100 MHz)
100 Ohms IEEE 10BaseT e100BaseT
Token Ring 4 e 16 Mbit/s
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Meios físicos
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Meios físicos
Fibra ÓticaComposta basicamente de material dielétrico, seguindo uma longa estrutura cilíndrica, transparente e flexível, de dimensões microscópicas.
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Meios físicos
Existem três tipos de fibras:multimodo com índice degraumultimodo com índice gradualmonomodo
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Meios físicos
Multimodo com índice degrau
Diferentes índices de refração
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Meios físicos
Multimodo com índice gradual
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Meios físicos
Monomodoevita vários caminhos de propagação da luz dentro do núcleo
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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.
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Nomenclatura10Base2 10Base5 10BaseT 10Base FL
10 Mbps10 Mbps10 Mbps
500 m500 m500 m
sinalização em banda BASEsinalizasinalizaççãoão emem bandabanda BASEBASE
10BASE510BASE5
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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
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Nomenclatura10BASE5
conexões através de vampire taps
10BASE2conectores BNC formandojunções T
10BASE-Tutilização de hubconectores RJ-45
10BASE210BASE2
10BASE10BASE--TT
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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
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Ar
Meio não guiadoTransmissão e recepção via antena
DirecionalVisada direta
OmnidirectionalSinal espalha-se em todas as direçõesPode ser recebido por muitas antenas
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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
Períodos de precipitação intensaDesalinhamento das antenas
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Ar
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ArTipos de Links
��������������������������
��������������������������������
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Ar
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Ar
AplicaçõesTelefonia celularComunicações entre dois prédios
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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
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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°.
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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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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
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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.
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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
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Desvantagens do uso de satélitesAlto investimento inicialPequena vida útilAspectos institucionais, legais e regulamentaisDificuldades e alto custo de manuntenção
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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