Modelo de um Sistema de Transmissão

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.

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) Sistemas de Radiovisibilidade

2) Sistemas de Comunicação Via – Satélite 3) Sistemas de Comunicação Óptica

4) Sistemas de comunicação baseados em meio de cobre

Transmissor Meio de Receptor

Transmissão

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 Exemplos

300Hz a 3000Hz ELF Ondas extremamente

longas

3KHz à 30KHz VLF Ondas muito longas

Submarinos Minas 30KHz à 300KHz LF Ondas longas 300KHz à 3MHz MF Ondas médias Navegação Aérea Serviços Marítimos Radiodifusão Local AM (107) canais 3MHz à 30MHz HF Ondas Tropicais Ondas curtas Serviços marítimos Radiodifusão Local Radiodifusão Distante 30MHz à 300MHz VHF

Freq. Muito alta

300MHz à 3GHz UHF Freq. Ultra-alta Transmissão de TV Segurança pública Sistemas comerciais Sistemas particulares Sistemas celulares 3GHz à 30GHz SHF

Freq super alta

30GHz à 300GHz EHF Freq. Extremamente elevadas Microondas 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

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 9. Desvanecimento 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

compensam a distorção natural do par físico, mas atualmente com estão caindo 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.

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.

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.

9. Desvanecimento

O desvanecimento é um fenômeno que surge quando os sinais de rádios são refletidos contra as diferentes camadas da atmosfera. O efeito do desvanecimento que depende da freqüência e das condições climáticas, manifesta-se como variações na amplitude e na fase do sinal.

As causas mais comuns do desvanecimento são: deflexão anormal da onda de radio devido a refração; propagação por vias múltiplas, devido as ondas de radio refletidas da Terra ou das camadas de ar com diferentes densidades; atenuação causada por precipitação atmosférica.

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

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).

O ganho do quadrípolo(G) é dado pela seguinte equação:

1 2 sin sin P P entrada al do nível saída al do nível G = =

Podemos definir como atenuação a relação mostrada na seguinte equação:

2 1 sin sin P P saída al do nível entrada al do nível A= =

Quadripolo

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: 1 2 log 10 P P dB=

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?

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.

mW P dBm 1 log 10 2 =

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

O dBu é a relação em dB das tensões

1 2

U

U _{onde U}

2 representa o valor eficaz da tensão em um ponto considerado e U1 o valor de referência de tensão dado como igual a 0,775 Volts.

1 2 log 10 P P dB=

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:

1 2 1 2 2 2 ) ( ) ( log 10 Z U Z U dB_u = ou 2 1 2 1 2 2 _{10 log} ) ( ) ( log 10 Z Z U U dB_u = + 2 1 1 2 log 10 log 20 Z Z U U dB_u = +

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 2 2 600 log 10 775 , 0 log 20 Z U dB_u = + 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.

N S P P dB N S _{( )= 10 log}

Ex.: 4. Dado o esquema abaixo, determine a relação sinal/ruído.

Figura de Ruído

(F)

Ë o parâmetro que permite avaliar a contribuição de ruído apresentada pelo próprio sistema em função do ruído total existente na saída do mesmo.

sistema do saída N S sistema do entrada N S F = ) ( ) ( ) ( saída dB N S dB entrada N S dB F = −

A Figura de Ruído pode ainda ser expressa pelos seguintes parâmetros:

G B T K P F o N ⋅ ⋅ ⋅ = Sistema Ps = 1 mW PN= 1pW S/N = ?

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:

G B T K F PN = ⋅ ⋅ o⋅ ⋅

Taxa de erros de bits

Outro padrão de medidas da qualidade das redes digitais é a taxa de erros de bits (BER – Bit Error Rate). Ao enviar um padrão conhecido de bits e contar a quantidade de bits recebidos incorretamente no receptor, podemos medir a qualidade da conexão, expressa como a média de bits recebidos incorretamente dentre a quantidade total de bits transmitidos. Se a taxa de erros na transmissão de voz em uma conexão digital de 64 Kbits/s for de 10-6 ou menos, durante um período arbitrário de tempo, o ouvinte não notará qualquer degradação na qualidade. Se a taxa de erros for de 10-4 o distúrbio é considerado um pouco irritante e a uma taxa de erros de 10-3 a degradação da qualidade é severa.

Na recomendação G.821, a ITU-T define os seguintes parâmetros para uma conexão entre dois assinantes, comutada a 64 kbist/s:

! Minuto degradado (DM): menos de 10% de uma quantidade de intervalos de um minuto tem uma taxa de erros de bits de 1.10-6 ou pior;

! Segundo errado (ES): menos de 8% de uma quantidade de intervalos de segundo são prejudicados por erros de bit;

! Segundo severamente errado (SES): menos de 0,2% de uma quantidade de intervalos de um segundo tem uma taxa de erros de 1.10-3 ou pior.