Modulação e Codificação - PUCRScnunes/redes_si/aulas/Modulacao_Cab3.pdf · 12 Redes de Computadores Profa. Cristina Nunes Meios físicos Cabo Coaxial Consiste em um condutor de

1

Redes de Computadores Profa. Cristina Nunes

Modulação e Codificação

�Modulação� Dados analógicos Sinais analógicos� Dados digitais Sinais analógicos

�Codificação� Dados analógicos Sinais digitais� Dados digitais Sinais digitais


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.


Modulação

2


Modulação

� Uso mais comum: transmissão de dados digitais em rede telefônica.� Rede telefônica: sinais de voz - 300 a 3400 Hz.

� Há basicamente quatro técnicas� modulação em amplitude� modulação em frequência� modulação em fase� modulação QAM

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


Técnicas de Modulação� Modulação 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

3


Técnicas de Modulação

� Modulação em Frequência� Também 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 1

binário 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 alta

frequência (de 3 a 30 MHz).

4



� Modulação em Fase� Também 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 Modulação�PSK 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 que

um 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.

5



� 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

6


PCM

� PCM (Pulse Code Modulation) � É baseada no teorema de Nyquist� assegura 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).� A 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.

� A saída PCM corresponde ao resultado dessa quantização.


PCM

7


PCM


Conversão Digital Digital

�Três tipos mais simples são:� unipolar� polar� bipolar


Unipolar� É 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

8


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.


Polar� O 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.

9


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


Polar� Bifase: 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.

10


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.

11


Bipolar


Meios físicos

� Alguns fatores que podem ser levados em consideração na escolha do meio físico:� taxas de transmissão� facilidade de instalação� imunidade a ruídos� confiabilidade� custo total


Meios Físicos�Pares Metálicos

� Cabo coaxial� Par Trançado

�Condutores Óticos� Fibra

�Ar� Rádio� Microondas� Satélites� Infravermelho

12


Meios físicos�Cabo 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

13


Meios físicos

�Par Trançado� Consiste 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 físicos� UTP (Unshielded Twisted Pair) - cabo sem blindagem

14


Meios físicos� Cabos 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 Ótica� Composta basicamente de material dielétrico, seguindo

uma longa estrutura cilíndrica, transparente e flexível, de dimensões microscópicas.

15


Meios físicos

�Existem três tipos de fibras:� multimodo com índice degrau� multimodo com índice gradual� monomodo


Meios físicos

�Multimodo com índice degrau

Diferentes índices de refração


Meios físicos

�Multimodo com índice gradual

16


Meios físicos

�Monomodo� evita vários caminhos de propagação da luz dentro do

núcleo


Meios físicos�Vantagens:

• 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.


Nomenclatura• 10Base2 10Base5 10BaseT 10Base FL

10 Mbps10 Mbps10 Mbps

500 m500 m500 m

sinalização em banda BASEsinalizasinalizaççãoão emem bandabanda BASEBASE

10BASE510BASE5

17


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


Nomenclatura�10BASE5

� conexões através de vampire taps

�10BASE2� conectores BNC formando

junções T

�10BASE-T� utilização de hub� conectores RJ-45

10BASE210BASE2

10BASE10BASE--TT


Espectro Eletromagnético

18


Espectro Eletromagnético�Frequências

� 30MHz to 1GHz• Omnidirectional• Rádio em Broadcast

� 2GHz to 40GHz• Microondas• Altamente direcional• Ponto a Ponto• Satélite

� 3 x 1011 to 2 x 1014• Infravermelho• Aplicação local


Ar

�Meio não guiado� Transmissão e recepção via antena

�Direcional� Visada direta

�Omnidirectional� Sinal espalha-se em todas as direções� Pode ser recebido por muitas antenas


Ar�Rádio

� Produz ondas onidirecionais• A propagação usual é para todas as direções• O uso de antenas permite o direcionamento das ondas

� Pode usar ondas de freqüência baixa• Ondas de freqüência baixa atravessam objetos e perdem

muita potência com a distância

� Pode usar ondas de freqüência alta• Ondas de freqüência alta tendem a ricochetear em

objetos sólidos ao longo do caminho

� Uso em redes locais sem fio (Wireless LAN)

19


Ar

�Microondas Terrestre� Altas freqüências� Direcional� Problemas

• Períodos de precipitação intensa• Desalinhamento das antenas


Ar


Ar�Instalação

��

��

��

��

��

��

��

20


Ar�Tipos de Links

��

��


Ar


Ar

�Aplicações� Telefonia celular� Comunicações entre dois prédios

21


Ar

�Satélite� O Satélite é uma estação de “relay”� O satélite recebe em uma freqüência amplifica ou

repete o sinal e transmite em outra freqüência� Para 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• Televisão• Telefonia de longa distância• Redes Privadas


Ar

Ar�Satélites 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°.

22


Ar

�Satélites não geoestacionários� São satélites colocados em órbita circular com a terra, onde:

velocidade de rotação do satélite ≠ velocidade de rotação da terra

� As estações terrestres utilizam antenas móveis, com custos de operação e manutenção maiores em relação às fixas

� Um satélite a 800 km de altitude se desloca com uma velocidade de 28.000 km/h, completando uma órbita em 100 minutos.


Ar

�Frequências� BANDA 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 KU• Espectro 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


Ar� Banda 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.

23


Ar

�Vantagens do uso de satélites� Grande largura de banda disponível� Cobertura de grandes áreas� Todos os usuários têm as mesmas possibilidades de

acesso� Facilidade de utilização em comunicações móveis� Superação de obstáculos naturais


Ar

�Desvantagens do uso de satélites� Alto investimento inicial� Pequena vida útil� Aspectos institucionais, legais e regulamentais� Dificuldades e alto custo de manuntenção


Ar�Infravermelho

� Uso facilitado por projeto fácil e custo baixo� Apresentam curto alcance� São razoavelmente unidirecionais, com pouca

abertura� Problemas

• Espectro compartilhado com a luz do Sol• Interferência de luz fluorescente• Não atravessa objetos opacos

� Vantagens• Segurança• Não interferência entre redes em salas diferentes

Modulação e Codificação - PUCRScnunes/redes_si/aulas/Modulacao_Cab3.pdf · 12 Redes de Computadores Profa. Cristina Nunes Meios físicos Cabo Coaxial Consiste em um condutor de

Documents