1-Wireless

(1)

3.1

REDES WIRELESS

CONCEITOS BÁSICOS

3.2

Para serem transmitidos dados devem

ser transformados em sinais/ondas

eletromagnéticas.

Note

Dados e Sinais

Sinais podem ser analógicos ou digitais.

Sinais analógicos podem assumir

infinitos valores em um intervalo;

Sinais digitais podem assumir apenas

um limitado

número de valores.

Note

(2)

3.5

Figure 3.7

Domínio do Tempo e Domínio da Frequência

Onda no domínio do tempo (pico: 5v, freq.: 6 Hz)

Onda no domínio da frequência (pico: 5v, freq.: 6 Hz)

3.6

O domínio da frequência é mais compacto e

usual quando lidamos com mais de uma onda

simultaneamente. A figura a seguir mostra a

representação de 3 sinais com frequências e

amplitudes diferentes.

Example 3.7

Figure 3.8

O domínio do tempo e da frequência de 3 sinais senoidais

A Largura de Banda é uma propriedade de

um meio. Ela é a diferença entre a maior e

a menor frequência que um meio pode

transmitir satisfatoriamente.

Normalmente a Largura de Banda se refere

Note

(3)

3.9

É comum também usar o termo largura

de banda para classificar um sinal. Por

ex.: “Este sinal possui largura de banda

de 1KHz”.

Note

LARGURA DE BANDA (BANDWIDTH)

3.10

Figure 3.12

Largura de banda de sinais periódicos e não periódicos

Qual a largura de banda de um sinal periódico

decomposto em 5 componentes senoidais de 100, 300,

500, 700 e 900Hz? Desenhe o espectro de frequências

considerando que as componentes possuem a mesma

amplitude: 10V.

Exemplo 3.10

_{Figure 3.13}

The bandwidth for Example 3.10 Solução:

Sejafha frequência mais alta, fla frequência mais baixa, e Ba largura de banda. Então:

(4)

3.13

Um sinal periódico tem BW 20Hz. A maior frequencia é

de 60Hz. Qual a menor frequência? Esboce o espectro se

o sinal contém todas as frequências com a mesma

amplitude.

Exemplo 3.11

3.14

Figure 3.14

The bandwidth for Example 3.11 Solução:

Sejafha frequencia mais alta, fla frequência mais baixa, e Ba largura de banda. Então:

3 3-

-3 SINAIS DIGITAIS

3 SINAIS DIGITAIS

Al

Alé

ém

m

da

representaç

representa

ção

ão

anal

analó

ó

gica, a

gica

, a informa

informaç

ção

ão

pode

ser

representada

por

um

sinal

digital.

Por

exemplo, o 1

exemplo

, o 1 pode

pode

ser

ser representado

representado

por

uma

tensão

positiva

e o 0

como

zero

volt. Um

volt. Um sinal

sinal

digital

pode

ter

mais

de 2 n

de 2

n

íveis

í

veis.

.

Neste

caso

caso,

, podemos

podemos

enviar

mais

de um bit por

de um bit

por

n

ível

í

vel.

.

(5)

3.17

Example 3.18

Suponha que deseja-se fazer um download de

um documento de texto a uma taxa de 100

páginas por minuto. Qual deverá ser a taxa de

transmissão deste canal?

Solução:

Uma página tem em média 24 linhas com 80

caracteres em cada linha. Considerando que

cada caracter é representado por 8 bits, a taxa

de transmissão será:

100 x 24 x 80 x 8 = 1,536 Mbps

3.18

Example 3.20

Qual a taxa de transmissão do HDTV ( TV de

alta definição)?

Solução:

HDTV usa sinal digital de alta qualidade. A tela

normalmente é de 16 : 9. Existem 1920 por

1080 pixels por tela, e a tela é renovada 30

vezes por secundo. 34 bits representam um

pixel de cor, então

:

1920 x 1080 x 30 x 24 = 1,5 Gbps mas o sistema de compressão

reduz isto para 20 ou 40 Mbps.

In baseband transmission, the required bandwidth is proportional to the bit rate;

if we need to send bits faster, we need more bandwidth.

Note

Em transmissão em bandabase, a

largura de banda necessária é

proporcional à taxa de transmissão;

Se precisarmos enviar bits mais

rapidamente, necessitaremos de maior

largura de banda.

(6)

3.21

Normalmente, a capacidade dos canais

em termos de largura de banda (banda

passante) não nos permite enviar sinais

digitais diretamente pelo canal.

Neste caso, devemos converter o sinal

digital em sinal analógico antes de

transmitir.

Note

3.22

Em redes, usamos o termo bandwidth

em dois contextos.

❏

Primeiro: bandwidth em hertz, refere à

faixa de frequências de um sinal composto

ou a faixa de frequências passantes em um

canal.

❏

Segundo: bandwidth em

bits por

segundo, refere à velocidade em bits

por segundo de um canal ou de um enlace.

Note

Transmissão Analógica

5 5-

-

1 CONVERSÃO DIGITAL-

1 CONVERSÃO DIGITAL

-ANAL

ANALÓ

ÓGICA

GICA

Conversão

digital

-anal

-

analó

ógica

gica

é

um

processo

que

consiste

em

alterar

caracter

caracterí

ísticas

sticas

de um sinal

de um

sinal

anal

(7)

3.25

Figure 5.1

Conversão digital-analógica

3.26

Figure 5.2

Tipos de conversão digital-analógica Conversão Digital-analógica

Taxa de transmissão representa o

número de bits transmitidos em um

intervalo de 1 segundo (bps).

Taxa de modulação refere-se à

quantidade de sinalizações

(modulações) realizadas em 1 segundo.

A taxa de modulação é medida em Baud.

Note

Taxa de transmissão (bps) x Taxa de modulação (baud)

A Taxa de transmissão é sempre maior

ou igual à

Taxa de modulação.

Note

(8)

3.29

Exemplo 5.1

Um sinal analógico possui 4 bits por

símbolo. Se 1000 símbolos são enviados

por segundo, determine a taxa de

transmissão e a taxa de modulação.

Solução:

Neste caso:

T. Modulação: 1000 baud/s

T.Transmissão: 1000 x 4 = 4000 bps

3.30

Exemplo 5.2

Um sinal analógico tem uma taxa 8000

bps e 1000 baud/s. Determine a taxa de

transmissão, de modulação e qual a

quantidade de bits por símbolo.

Solução:

T. Modulação: 1000 baud/s

T Transmissão: 8000 bps

Bits/símbolo= 8000/1000 = 8 bits/símbolo

Figure 5.3

Modulação ASK- Amplitude Shift Keying

r = bit rate = taxa de transmissão (bps)

s = taxa de modulação (baud ou baud rate)

(9)

3.33

Figure 5.6

Modulção FSK - Frequency Shift Keying

r = bit rate = taxa de transmissão (bps)

s = taxa de modulação (baud ou baud rate)

3.34

Figure 5.9

Modulaçãp PSK - Phase Shift Keying

r = bit rate = taxa de transmissão (bps)

s = baud rate = taxa de modulação (baud/s)

Figure 5.10

Implementação PSK

Figure 5.13

Diagrama de constelação

180º 1

O 0

Fase

Bit DiBit Fase

315º 11 225º 10 135º 01 45º 00

(10)

3.37

QAM - Quadrature Amplitude Modulation

é uma combinação de ASK e PSK.

Note

3.38

Figure 5.14

Diagrama de constelação para o QAMs

Multiplexação e

Espalhamento

6 6-

-

1 MULTIPLEXAÇ

1 MULTIPLEXA

ÇÃO

ÃO

T

Té

écnica

cnica

que

permite

que

vá

v

ários

rios

sinais

diferentes

compartilhem

“simultaneamente

“

simultaneamente

”

o

mesmo

meio

de

transmissão

.

Algumas

té

t

écnicas

cnicas

de multiplexaç

de multiplexa

ção:

ão:

Frequency-Division Multiplexing – FDM

Wavelength-Division Multiplexing - WDM

(11)

3.41

Figure 6.1

Dividindo um link em canais

1 link, n canais MUX: Multiplexador DEMUX: Demultiplexador n linhas de entrada n linhas de saída 3.42

Figure 6.2

Categorias de multiplexação

Multiplexação

FDM: Multiplexação por divisão de frequência WDM: Multiplexação por comprimento de onda TDM: Multiplexação por divisão de tempo

TDM

FDM WDM

Analógica Analógica Digital

Figure 6.3

FDM

F1 F2 F3

FDM é uma técnica de multiplexação

que combina sinais analógicos em um

único meio.

Note

(12)

3.45

Figure 6.4

Processo FDM

3.46

Figure 6.5

Demultplixação FDM

Figure 6.10

WDM

WDM é uma técnica de multpilexação

analógica que combina sinais ópticos.

Note

(13)

3.49

Figure 6.11

Prismas em multiplexação e demultiplexação WDM

Cabo de fibra óptica

3.50

Figure 6.12

TDM

Fluxo de dados

TDM é uma técnica de multiplexação

digital que combina dados no tempo

proporcionando uma maior taxa de

transmissão

Note

Figure 6.13

TDM

Cada frame possui 3 time slots Cada time slot dura T/3 segundos

Dados são tomados de cada Linha a 3T segundos

(14)

3.53

Na TDM, a taxa de transmissão dos

dados do link deve ser n vezes maior e o

tempo de duração da unidade de dados

n vezes menor.

Note

3.54

Figure 6.14

Example 6.6

4 Mbps

(15)

3.57

6

6 -

-

1 SPREAD SPECTRUM

–

Espalhamento

Espectral

Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS)

Direct Sequence Spread Spectrum Synchronous

(DSSS)

3.58

Figure 6.27

Espalhamento espectral

Código de espalhamento Processo de espalhamento

Figure 6.28

Frequency hopping spread spectrum (FHSS) Espalhamento espectral por salto de frequência

O objetivo desta tecnologia é transmitir dados

sempre em um canal diferente, tendo um tempo

de mudança de canais, que é o Hop-time, e um

tempo de transmissão nos canais, que é o

Dwell-time.

Sendo assim, a informação é transmitida em um

espectro de frequência amplo permitindo que

menos interferências ocorram.

Figure 6.29

Seleção da frequência no FHSS

Primeira seleção Padrão de bits

(16)

3.61

Figure 6.30

Ciclos FHSS Frequência portadoras Ciclo 1 Ciclo 2 3.62

Figure 6.31

Compartilhamento de banda

Figure 6.32

DSSS Direct Sequence Spread Spectrum Synchronous

Espalhamento espectral direto síncrono

Esta técnica é usada extensamente em aplicações militares. Fornece uma densidade espectral da potência muito baixa

espalhando a potência do sinal sobre uma faixa de freqüência muito larga.

Este tipo de modulação requer, conseqüentemente, uma largura de

faixa muito grande para transmitir em altas taxas.

Como a largura de faixa disponível é limitada, esta técnica é ideal

para transmitir taxas de dados mais baixas nos cabos de energia elétrica.

Esta técnica é igualmente utilizada nas redes locais sem fios WiFi

802.11.a, 802.11a e 802.11g e na telefonia móvel de 3ª geração W-CDMA.

Figure 6.32

DSSS Direct Sequence Spread Spectrum Synchronous

Espalhamento espectral direto síncrono

Sinal original

Sinal espalhado

(17)

3.65

Figure 6.33

Exemplo DSSS

3.66

Meios de Transmissão

Figure 7.2

Classes de meios de transmissão

Cabo de par

trançado _coaxialCabo

Cabo de fibra

óptica Espaço_livre

Meios de Transmissão Não guiados (sem fio) Guiados (com fio)

7 7-

-

2 MEIOS NÃO GUIADOS: WIRELESS

Meios

não

guiados

transportam

ondas

eletromagn

eletromagné

éticas

ticas

sem

um

coondutor

fí

f

ísico

sico.

.

També

Tamb

ém

m

chamado

de comunica

de

comunicaç

ções

ões

sem

fio.

fio

.

Ondas de Rádio

Microondas

Infravermelho

(18)

3.69

Figure 7.17

Espectro electromagnético para comunicação sem fio

Ondas de rádio e microondas Infravermelho

3.70

Figure 7.17

Espectro electromagnetico para communicação sem fio

Frequência Comprimento

de onda

Figure 7.18

Métodos de propagação

Ionosfera Ionosfera Ionosfera

Table 7.4

Bandas TV VHF; rádio FM Ionosférica e Direcionada 30 – 300 MHz

VHF ( Freq. muito alta)

Faixa cidadão; comunicação aérea/marítma Ionosférica 3 – 30 MHz HF (Alta freq.) Rádio AM Ionosférica 300KHz – 3MHz MF (Média freq.) Orientação de rádio para aviadores Terrestre 30 – 300 KHz LF (Baixa freq.) Rádio navegação Terrestre 3 – 30 KHz VLF (Freq. Muito baixa)

Aplicação Propagação

Faixa Banda

(19)

3.73

Figure 7.19

Wireless transmission

Transmissão

Wireless

Ondas de Rádio Microndas Infravermelho

3.74

Figure 7.20

Omnidirectional antenna

Figure 7.21

Unidirectional antennas

Antena parabólica Antena corneta

Guia de onda

Ondas de rádio são usadas na

comunicação tipo multidifusão

(multicasting), tal como rádio e

televisão.

Note

(20)

3.77

Microondas são muito úteis na

comunicação como em telefones

celulares, redes de satélite,

e wireless LANs.

Note

3.78

Sinais infravermelhos só podem ser

utilizados para comunicações a curta

distância, em áreas fechadas e

utilizando propagação direcionada.

Note

Acesso Múltiplo

Figure 12.2

Taxonomia dos protocolos de múltiplo-acesso

Protocolos de Acesso aleatório Protocolos de Canalização Protocolos de Acesso ordenado Protocolos de Múltiplo acesso

(21)

3.81

12

12 -

-

1 PROTOCOLO DE ACESSO RANDÔMICO

Os

meios

compartilhados

necessitam

de um m

de um

mé

étodo

todo

para

controlar

o acesso

o

acesso

ao

meio

de trasmissão

de

trasmissão

a fim

a

fim

de

evitar

ou

diminuir

a probabilidade

a

probabilidade

de colisões

de

colisões.

.

Alguns

exemplos

de protocolos

de

protocolos

de acesso

de

acesso

randômicos:

randômicos

:

ALOHA

Carrier Sense Multiple Access - CSMA

Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection – CSMA-CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance – CSMA-CA

3.82

Figure 12.3

Frames em uma rede ALOHA

Duração

Da colisão Da colisãoDuração

Figure 12.4

Procedimento do protocolo ALOHA puro Início Zera backoff Incrementa backoff Transmite o frame Espera tempo backoff Espera Ack recebido? Limite Backoff? Não Sim Sim Não

A eficiência do ALOHA puro é de apenas

0.18, ou seja, apenas 18% dos pacotes

transmitidos não sofrem colisão.

Note

(22)

3.85

Figure 12.6

Frames em uma rede slotted ALOHA

3.86

A eficiência do Slotted ALOHA é de 0.37,

ou seja, 37% dos pacotes transmitidos

não sofrem colisão.

Note

Figure 12.10

CSMA – Carrier Sense Multiple Access

No CSMA a estação verifica o meio antes

de transmitir, desta forma diminui a

chance de colisão.

Mesmo verificando o meio, ainda existe

chance de colisão.

Para diminuir ainda mais a probabilidade

de colisão, utiliza-se 3 métodos:

(23)

3.89

Figure 12.11

Fluxograma para 3 métodos persistentes

3.90

Figure 12.10

CSMA-CD – Carrier Sense Multiple Access Collision Detection

No CSMA-CD a estação verifica o meio

antes de transmitir, desta forma diminui a

chance de colisão.

Enquanto transmite o quadro, a estação

continua “sentindo” o meio para verificar

se houve colisão. Se houver, ela aborta a

transmissão.

Figure 12.13

Colisão e aborto em CSMA/CD

Figure 12.14

Fluxograma CSMA/CD

Início Zera backoff Incrementa backoff Estratégia de persistência Espera tempo backoff Transmite o frame Colisão? Limite

Backoff? _{Sinal de jam}Transmite o Não

Não Sim

(24)

3.93

Figure 12.10

CSMA-CA: Carrier Sense Multiple Access Collision Avoidance

No CSMA-CA a estação verifica o meio

antes de transmitir, se o meio estiver livre

ela espera um tempo IFG (InterFrame

Gap), então aguarda um tempo aleatório,

transmite e dispara um timer.

Se ela receber um ACK (reconhecimento)

antes do relógio expirar, é que a

transmissão foi bem sucedida.

3.94

Figure 12.16

Timing in CSMA/CA

IFG

Figure 12.17

Fluxograma do CSMA/CA

Aguarda tempo backoff

Dispara um timer Transmite o frame

Aguarda tempo aleatório

Espera IFG

Estratégia de persistência

Zera o backoff

Início

12 12-

-

2 ACESSO CONTROLADO

No

acesso

controlado

, as esta

, as

estaç

ções

ões

consultam

umas

as

outras

para

definirem

qual

estaç

esta

ção

ão

tem o direito

tem o

direito

de

transmitir

transmitir. A

. A esta

estaç

ção

ão

não

pode

transmitir

a

menos

que

seja

autorizada

por

outras

estaç

esta

ções

ões.

.

Algumas

té

t

écnicas

cnicas

de acesso

de

acesso

controlado:

controlado

:

Reserva

Polling

(25)

3.97

Figure 12.18

Método de acesso por reserva

3.98

Figure 12.19

Seleção e função do pooling no método de acesso por pooling

Figure 12.20

Topologia lógica e física no método de acesso por passagem de token

Anel físico Anel duplo

12 12-

-

3 CANALIZAÇ

3 CANALIZA

ÇÃO

ÃO

Canaliza

ç

ão

é

um

mé

m

étodo

todo

de

m

últiplo

ú

ltiplo

acesso

onde

a

banda

disponí

dispon

í

vel

é

dividida

no tempo, frequência

no tempo,

frequência

ou

mesmo

có

c

ódigo

digo

entre

diferentes

estaç

esta

ções

ões.

.

Alguns

exemplos

e Canaliza

e

Canalizaç

ção

ão:

:

Frequency-Division Multiple Access (FDMA)

Time-Division Multiple Access (TDMA)

Code-Division Multiple Access (CDMA)

(26)

3.101

No FDMA, a largura de banda é dividida

em canais, ou faixas.

Note

3.102

Figure 12.21

Acesso Múltiplo por Divisão de Frequência (FDMA)

No TDMA, a banda é única. O canal é

compartilhado no tempo

Note

(27)

3.105

No CDMA, um único canal suporta,

simultaneamente, toda a transmissão.

Note

Acesso Múltiplo por Divisão de Código (CDMA)

3.106

Figure 12.23

Idéia simples na comunicação por código

Canal comum

(28)

3.109

Figure 12.26

Canal compartilhado CDMA

Canal comum

3.110

Figure 12.27

Sinal digital criado por 4 estações no CDMA

Dados no canal

Figure 12.28

Decodificação do sinal composto no CDMA Dados no canal Código estação 2 [+1 -1 +1 -1] Resultado do produto Somando os valores

(29)

3.113

O número de sequencias em uma tabela

Walsh é dada por N = 2

m