Guia Completo de Transmissão e Redes de Dados

Técnicas de Codificação de Linha

Unipolar

Utiliza somente um nível de tensão: 0V para o bit 0, um Vcc qualquer para o bit 1.

Polar

Utiliza dois níveis de tensão (positivo e negativo). Existem várias técnicas (NRZ, RZ, Manchester e Manchester Diferencial).

Transmissão de Dados

Transmissão Analógica

Informações são enviadas sob a forma de quantidades continuamente variadas, exige a presença de um modulador e de um demodulador, e o sinal é adaptado a uma onda portadora.

Transmissão Digital

Nem sempre a transmissão digital recebe sinais digitais como entrada. Um bom exemplo é a codificação de áudio para uma transmissão digital. Como os sinais digitais estão menos propensos a ruídos e distorções, existe assim uma necessidade desta conversão analógico-digital. O processo de conversão denominado PCM consiste em amostrar o sinal analógico e medi-lo. O processo de forma detalhada utiliza o PAM para coletar amostras em intervalos de tempo iguais e depois quantificá-los, atribuindo valores inteiros a cada amostra obtida.

Modulação

Modulação

Procedimento para transportar um sinal digital na forma de um sinal analógico.

Modulação em Frequência

Altera a frequência da portadora de acordo com a informação a ser transmitida; cada estado expresso por um bit corresponde a uma frequência diferente.

Vantagens

• Boa imunidade a interferências.
• Pouca sofisticação de equipamentos.

Desvantagens

• Taxa de mudança da frequência é limitada pela largura de banda da linha.
• Distorção causada nas linhas torna a detecção mais difícil do que na modulação de amplitude.

Modulação em Amplitude

A amplitude da portadora de um transmissor é variada de acordo com a variação do sinal de modulação.

Vantagem

• É fácil produzir tais sinais e também detectá-los.

Desvantagens

• Velocidade da troca de amplitude é limitada pela largura de banda da linha.
• Linhas telefônicas limitam trocas de amplitude em 3000 trocas por segundo.
• Pequenas mudanças da amplitude tornam a detecção não confiável.
• Sinal modulado torna-se mais sensível a interferências.
• Faz-se necessário transmissores de alta potência.

Modulação em Fase

Alteração da fase do sinal indica mudança de valor de bit.

Conceitos Fundamentais

Moduladores/Demoduladores

Equipamentos utilizados na conversão dos dados digitais em sinais modulados e na operação inversa.

Onda Portadora

Sinal senoidal caracterizado por três variáveis: amplitude, frequência e fase. A amplitude é a medida da altura da onda para tensão positiva ou para tensão negativa.

Amplitude

Também definida como crista da onda, é igual à diferença da tensão para o degrau entre 0 e 1.

Frequência

É uma grandeza física ondulatória que indica o número de ocorrências de um evento em um determinado intervalo de tempo.

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.

Canal de Comunicação e Banda

Canal de Comunicação

Meio físico pelo qual os sinais trafegam. Não se trafega qualquer sinal, apenas os que possuem frequência entre determinados valores limites (superior e inferior).

Banda

Faixa do espectro de frequências em que ocorre uma transmissão.

Banda Passante (Largura de Banda)

É a diferença entre a frequência mais alta e a frequência mais baixa.

Faixas de Banda

Faixa Estreita (Narrow Band)

Linhas de baixa velocidade.

Faixa Média (Voice Band)

Linhas telefônicas, voz humana.

Faixa Larga (Wide Band)

Permite transmissões de alta velocidade.

Redes de Comutação

Rede de Comutação

Composta de elementos de rede chamados de centrais de comutação, que permitem o encaminhamento da chamada telefônica do terminal do assinante de origem até o destino.

Comutação

É o conjunto de operações para interligar circuitos que permitem a conexão entre dois ou mais assinantes.

Tipos de Centrais

Central Local

É a central telefônica na qual se ligam linhas de assinante.

Central de Trânsito

Comuta chamadas originadas em centrais locais ou provenientes de centrais Tandem.

Central Tandem

Interliga centrais através de juntores e não possui terminais de assinantes.

Rede de Acesso

Rede de Acesso

Composta de rede interna, fio-drop, rede secundária e rede primária, permite a ligação física dos telefones às centrais de comutação.

Componentes da Rede de Acesso

Rede Interna

Engloba a fiação interna da casa do assinante ou escritório da empresa até a tomada do telefone.

Fio-Drop

É a fiação que vai da tomada onde está conectado o telefone até a caixa de distribuição (CD), que une um feixe de fios.

Rede Secundária

É o trecho entre a caixa de distribuição e o armário de distribuição (AD), que por sua vez une vários feixes que partem das CDs.

Rede Primária

É o trecho entre o AD e o distribuidor geral (DG), que une vários feixes de cabos vindos dos ADs e distribui pela central.

Rede de Transmissão e Infraestrutura

Rede de Transmissão

Realiza as interconexões entre as centrais de comutação ou entre redes de computadores, utilizando meios para o envio das informações: meios físicos (cabo coaxial e fibra óptica) e meios não-físicos (o espaço livre).

Infraestrutura para Sistemas de Telecomunicações

Consiste de prédios, torres de transmissão, sistema de detecção e alarme de incêndio, sistema de aterramento e para-raios, sistema de ar-condicionado e sistema de energia.

Rede de Telefonia Celular

Rede de Telefonia Celular

A principal característica da telefonia celular é a mobilidade. A comunicação é feita através de ondas de radiodifusão, sendo formada por três componentes:

• A Estação Móvel, que é o nome dado ao telefone celular.
• A Estação Rádio-Base (ERB), que encaminha as ligações para a Central de Comutação e Controle.
• Central de Comutação e Controle (CCC), que funciona como o "cérebro" do sistema, ligando-se a todas as Estações Rádio-Base e controlando as chamadas.

Transmissão de Rádio

Transmissão AM (Modulação por Amplitude)

• Longo alcance dos sinais.
• Sujeita a interferências de outras fontes eletromagnéticas.
• Foi por 80 anos o método de transmissão via rádio.

Transmissão FM (Modulação por Frequência)

• Faixa: 87,5 MHz a 108 MHz.
• Ótima qualidade.
• Alcance aprox. 100 km.
• RDS.
• Sinais de FM na mesma frequência: o receptor irá responder ao sinal de maior potência.

VHF (Very High Frequency)

(54 MHz a 216 MHz, canal 2 a 13)

• Comunicações terrestres de curta distância.
• As ondas VHF não refratam na ionosfera.
• Pouco afetada por ruídos e interferências atmosféricas.
• Sofre com variações do terreno e obstruções.

UHF (Ultra-High Frequency)

(470 MHz a 890 MHz e canal 14 a 83)

• Frequência comum para propagações de sinais de televisão e de canais em HDTV, rádio e transceptores.
• Sofre mais atenuação atmosférica, mais sensibilidade a obstáculos e menor refração na ionosfera que as ondas VHF.

Satélites

Tipos de Satélites

• Satélites de comunicações.
• Satélites científicos.
• Satélites militares.
• Satélites de posicionamento global.

Órbitas de Satélites

Órbita Baixa (LEO)

Se encontram abaixo da órbita circular intermédia e abaixo da órbita, geralmente entre 350 e 2000 km acima da superfície da Terra. As órbitas inferiores a esta não são estáveis e serão alvo de arrastamento atmosférico. Viajam a cerca de 27.400 km/h (8 km/s), o que representa uma revolução de cerca de 90 minutos. A utilização deste tipo de órbita tem como objetivo diminuir a latência (RTT) em comunicações em tempo real. Neste caso, varia de 20 a 40 milissegundos. Desta forma, é necessário prover uma rede de satélites de baixa altitude que possa prover a comunicação contínua ao usuário.

Órbita Média (MEO)

Entre a órbita baixa e a geoestacionária, uma faixa de 2000 a 30000 km acima da superfície terrestre. Os satélites de órbitas médias estão aproximadamente a 10000 km de altitude. Em geral, seu RTT varia de 50 a 150 milissegundos. O uso mais comum deste tipo de satélite é para acesso a sistemas de posicionamento global, como GPS (EUA - 20.000 km) ou Glonass (Russo - 19.000 km). O período orbital varia de 2 a 24 horas. Exemplo: satélite Telstar TV.

Órbita Alta (Geoestacionária - GEO)

Se encontram parados relativamente a um ponto fixo sobre a Terra, geralmente sobre a linha do equador. Os geoestacionários são utilizados para comunicações e observação de regiões específicas da Terra. A altitude para se colocar um satélite geoestacionário é de 35.786 km. Para que entre em órbita é necessário que atinja uma velocidade de pelo menos 28.800 km/h. Seu RTT é de em torno de 0,24 segundos.

Satélites de Comunicação

Do ponto de vista de transmissão, é uma simples estação repetidora dos sinais recebidos da Terra que são detectados, deslocados em frequência, amplificados e retransmitidos de volta à Terra.

Componentes de um Satélite Típico

Bus

Onde se encontram baterias, painéis solares, circuitos de telemetria e a parte de propulsão.

Carga Útil (Payload)

Composta essencialmente dos circuitos repetidores, denominados transponders.

Transponder

O objetivo é receber, amplificar e retransmitir um sinal em uma frequência diferente.

Redes Sem Fio (Wireless)

Wireless PAN (Personal Area Network)

Associada ao Bluetooth (IEEE 802.15.1) - Ericsson, IBM, Toshiba e Nokia. Interação entre dispositivos móveis, pequenas distâncias, baixo custo e taxas de transferência.

• Utiliza Spread Spectrum, baixo consumo de energia (1 metro, 10 metros, 100 metros).
• Velocidades: 1, 3 ou 24 Mbps.
• Unidade básica: Piconet - até 255 dispositivos.

Wireless LAN (Local Area Network)

Wi-Fi (Wireless Fidelity) IEEE 802.11.

Padrões

• A, B, G, N.

WEP

Utiliza o algoritmo RC4 para criptografar os pacotes. A chave não se altera.

WPA

TKIP, a chave é trocada de tempos em tempos.

WPA2

AES, semelhante ao padrão anterior, porém segue certificação de produto disponibilizada pelo Wi-Fi Alliance.

Wireless MAN (Metropolitan Area Network)

Wi-Max (IEEE 802.16).

• Semelhante à rede Wi-Fi, porém tem grande alcance e dispensa visada.
• As transmissões podem chegar a 1 Gbps, até 50 km (radial).
• Opera em uma ampla faixa de frequência: de 2 a 66 GHz.

Tecnologias de WANs (Wide Area Networks)

• Prioridade é manter alta taxa de bits e throughput.
• Não mudam de topologia com rapidez.
• Compostas de uma malha de enlaces ponto a ponto ligando cidades, regiões e países.
• Atualmente existe a preferência por fibra óptica.
• Exige tecnologias específicas.

TV Digital

TV Digital

Cada radiodifusor envia um total de 19,39 Mbps de dados digitais. Os radiodifusores podem enviar um único programa a 19,39 Mbps ou dividir o canal em vários sinais diferentes (talvez quatro sinais de 4,85 Mbps). Esses sinais são chamados de subcanais. Exemplo: canal 53, então 53.1, 53.2 e 53.3.

Formatos de Vídeo

• 480i - 704 x 480 pixels e é enviada a 60 quadros entrelaçados por segundo (30 quadros completos por segundo).
• 480p - 704 x 480 pixels e é enviada a 60 quadros completos por segundo.
• 720p - 1280 x 720 pixels e é enviada a 60 quadros completos por segundo.
• 1080i - 1920 x 1080 pixels e é enviada a 60 quadros entrelaçados por segundo (30 quadros completos por segundo).
• 1080p - 1920 x 1080 pixels e é enviada a 60 quadros completos por segundo.

Tipos de Varredura

• Progressivo: a imagem completa se atualiza a cada sexagésimo de segundo.
• Entrelaçado: metade da imagem se atualiza a cada sexagésimo de segundo.

Compressão de Dados

Compressão de Dados

Reduz a quantidade de bytes. Os dados são comprimidos pelos mais diversos motivos, como economizar espaço em dispositivos de armazenamento.

Compressão Sem Perdas

Localiza a ocorrência de repetições. Os dados restaurados serão idênticos ao original. Úteis para dados que são obtidos diretamente por meios digitais, como textos.

Compressão Com Perdas

Permitem que perdas de dados pouco significativos ocorram. Exemplos de compressão com perdas: MPEG, JPEG e MP3.

Compressão Digital de Dados

Permite enviar múltiplos programas dentro do sinal de 19,39 Mbps da TV digital.

Padrões MPEG

• MPEG-1: Armazenamento e recuperação de vídeo e áudio digital.
• MPEG-2: Televisão Digital.
• MPEG-4: Comunicação Multimídia Interativa.
• MPEG-7: Descrição de Conteúdo.
• MPEG-21: Organização.

O vídeo comprimido em MPEG-2: 720x480 pixels e 30 fps NTSC, 720x576 pixels e 25 fps PAL.

Outros Conceitos de Rede

ATM (Asynchronous Transfer Mode)

Solução de infraestrutura do ITU-T de uma rede única para todo o tráfego das redes atuais (telefonia, interconexão de LANs, vídeo, televisão).

QoS (Qualidade de Serviço)

Designa a capacidade de fornecer um serviço conforme às exigências em matéria de tempos de resposta e de banda concorrida. QoS designa a aptidão de garantir um nível aceitável de perda de pacotes, definido contratualmente, para um uso dado (vozes em IP, videoconferência, etc.).

Handover

É a troca de rede de acesso. A troca se dá pela passagem de tráfego de uma célula de uma rede para outra, operando com a mesma tecnologia; trata-se de handover horizontal. Caso a passagem se dê pela troca de célula de tecnologias diferentes, define-se handover vertical.