T´ecnico em eletrˆonica Segundo m´odulo
2017/1
Exemplos de sistemas de telecomunica¸c˜
oes
Filipe Andrade La-Gatta [email protected]
IF Sudeste MG/JF
Exemplos de sistemas de telecomunica¸c˜oes Telefonia fixa comutada
Telefonia fixa comutada
Composta basicamente pelos aparelhos da ponta de linha - ou assinantes, usu´ario finais e o equipamento de comuta¸c˜ao no caso as centrais telefˆonicas
-respons´avel por estabelecer o enlace entre os diferentes usu´arios.
A liga¸c˜ao dos telefones `a central por fios e cabos telefˆonicos configura a rede fixa. Atualmente as centrais s˜ao gerenciadas e comandas por programa armazenados em computadores, da´ı o nome CPA’s (Centrais por Programa Armazenado). As centrais podem ser p´ublicas (Oi, GVT, entre outras) ou privadas (IF Sudeste MG, grandes empresas).
Pelo volume de dados, todas as 9 centrais e subcentrais da Oi de Juiz de Fora est˜ao interligadas por links de fibra ´otica.
Centrais privadas podem ser do tipo PBX (Private Branch Exchange)- com necessidade de operador - ou PABX (Private Automatic Branch Exchange)- sem necessidade de operador.
Exemplos de sistemas de telecomunica¸c˜oes Telefonia m´ovel celular
Telefonia m´ovel celular
Sistema sem fio (Wireless), basicamente com esta¸c˜oes de r´adio m´oveis (EM’s), esta¸c˜oes r´adio base (ERB’s) fixas e centrais de comuta¸c˜ao e controle (CCC’s). As ERB’s concentram os sinais de todas as EM’s em uma determinadas ´area geogr´afica, e interligam os mesmos `as suas CCC’s. Estas centrais por sua vez interligam os usu´arios `a rede fixa comutada.
Atualmente se encontra na sua terceira/quarta gera¸c˜ao e permite sinais de voz, imagens, v´ıdeos, caracteres alfanum´ericos (SMS) e acesso a dados (internet). A ´area de cobertura de uma ERB ´e determinada pela potˆencia do sinal irradiado, e pela estimativa de tr´afego que ocorrer´a naquela ERB.
A conectividade do usu´ario ´e garantido pela capacidade do sistema em desligar o usu´ario de uma antena e conectar a outra sem que haja interrup¸c˜ao do enlace. Uma ERB cont´em transmissores, receptores e antenas.
Exemplos de sistemas de telecomunica¸c˜oes Telefonia m´ovel celular
Sistemas de telefonia j´a adotados no Brasil: AMPS (anal´ogico, 1G), TDMA/CDMA (2G), GSM (2G), HSPDA/UMTS/W-CDMA (3G), LTE/UWB/WiMAX (4G).
Mesmo quando n˜ao est´a em uso, o aparelho mant´em-se conectada `a ERB. Estudos afirmam: o uso de EM’s interfere em organismos biol´ogicos (aquecimento, irradia¸c˜ao), bem como antenas de ERB’s.
Ainda n˜ao se avaliou se esta intereferˆencia ´e benigna, inerte ou maligna.
O uso do aparelho a mais de 3 cm do crˆanio j´a ´e suficiente para reduzir drasticamente o efeito!
Exemplos de sistemas de telecomunica¸c˜oes Telefonia fixa celular
Telefonia fixa celular
Sistema de r´adio, muito semelhante ao sistema m´ovel, inclusive em t´ecnicas e aparelhos, mas que n˜ao prevˆe mobilidade do usu´ario.
No Brasil, uma operadora de telefonia celular m´ovel n˜ao poderia deter uma rede de telefonia celular fixa.
Alternativa para tentar n˜ao precarizar os dois sistemas.
Exemplos de sistemas de telecomunica¸c˜oes Fibra ´otica
Fibra ´otica
Cabo de fibra ´otica: Elemento monofilar condutor de luz, feito com material cristalino.
Cada cabo s´o tolera informa¸c˜ao em um ´unico sentido, envio ou recep¸c˜ao. Comunica¸c˜ao plena: um par de cabos de fibra ´otica.
As informa¸c˜oes s˜ao transformadas em sinais de luz, e transmitidas por estes cabos. Circuito el´etrico transforma o sinal para que um laser ou um led gerem os
impulsos luminosos, que se propagar˜ao por sucessivas reflex˜oes no interior da fibra. Um sistema de comunica¸c˜ao por fibra ´otica demanda emissores de luz,
amplificadores e sensores (estes ´ultimos captar˜ao os impulsos luminosos no receptor, e os transformar˜ao em sinais el´etricos novamente).
Exemplos de sistemas de telecomunica¸c˜oes Fibra ´otica
Vantagens: imune a campos eletromagn´eticos externos, n˜ao emite radia¸c˜ao eletromagn´etica, tem elevada taxa de transmiss˜ao de dados (Universidade
Southampton: 73,7 terabits/s, 99,7% da velocidade da luz. Atuais: 40 gigabits/s, 69% da velocidade da luz).
Pelo alto custo, ainda est˜ao longe de aplica¸c˜oes dom´esticas. S˜ao mais usadas em links de alta ocupa¸c˜ao, e cabos submarinos intercontinentais (TATA
Communications, tem uma das maiores redes atualmente).
Exemplos de sistemas de telecomunica¸c˜oes Radiodifus˜ao (Broadcasting)
Radiodifus˜ao (Broadcasting)
Sistemas de transmiss˜ao para r´adios AM, FM, televis˜ao anal´ogica e digital, e demais comunica¸c˜oes de esta¸c˜oes transmissoras com p´ublico em geral. Sistema composto por est´udio gerador do sinal, que se interliga via cabos met´alicos, r´adio ou fibra com os radiadores localizados em posi¸c˜oes geogr´aficas distantes onde ocorre ent˜ao a retransmiss˜ao.
Exemplos de sistemas de telecomunica¸c˜oes Radiodifus˜ao (Broadcasting)
R´adiodifus˜ao AM:
Frequˆencia: 535 a 1605 kHz; Potˆencia: a partir de 100 W; Sinal modulado em amplitude;
Sinais de ´audio limitados a 5 kHz (indicado para transmiss˜ao de voz e n˜ao m´usica);
Antena transmissora vertical;
Exemplos de sistemas de telecomunica¸c˜oes Radiodifus˜ao (Broadcasting)
R´adiodifus˜ao FM:
Frequˆencia: 88 a 108 MHz; Potˆencia: em torno de 15 kW; Sinal modulado em frequˆencia;
Alcance limitado `a curvatura terrestre (50 km);
Sinais de ´audio limitados a 15 kHz (mais indicado para m´usicas), podendo ser “mono” ou “est´ereo”;
Exemplos de sistemas de telecomunica¸c˜oes Radiodifus˜ao (Broadcasting)
Radiodifus˜ao de televis˜ao:
Padr˜ao anal´ogico: PAL-M, adotado no Brasil no passado;
Padr˜ao digital: IDBT, padr˜ao japonˆes adotado no Brasil com algumas altera¸c˜oes;
Assim como na trasmissoras FM, as antenas instaladas em torres posicionadas preferencialmente no alto de eleva¸c˜oes naturais do terreno (morro);
Esta¸c˜oes repetidoras recebem o sinal via sat´elite, cabo, ou link HF, para fazer a inclus˜ao de informa¸c˜oes locais, ou simplesmente retransmitir o sinal para regi˜oes afastadas.
Exemplos de sistemas de telecomunica¸c˜oes Sistema de r´adio em HF
Sistema de r´adio em HF
Sistema de r´adio monocanal.Usado em longas distˆancias, superiores a 100 km, sem esta¸c˜oes repetidoras. Usa frequˆencias na faixa de High Frequency, entre 3 e 30 MHz.
Sistema muito usado em aplica¸c˜oes com militares, navega¸c˜ao a´erea, mar´ıtima, por radioamadores, telegrafia manual (CW) e AM/DSB ou SSB.
Espectro partilhado com aplica¸c˜oes de radiodifus˜ao em AM, ondas curtas, sinais de voz e m´usica, em faixas de 5 kHz.
Largura das bandas limitadas em 3 kHz para SSB, 10 kHz para radiodifus˜ao, 10 Hz para CW.
Potˆencia de irradia¸c˜ao pode variar de poucos watts, at´e alguns quilowatts.
Exemplos de sistemas de telecomunica¸c˜oes Sistema de r´adio em HF
Antenas usadas: vertical (omnidirecional), dipolo meia onda, dirtivas (rˆombica e log-peri´odica).
Princ´ıpio da transmiss˜ao: usar a ionosfera para refletir as ondas de r´adio, criando saltos.
Ionosfera: camada de gases localizada a aproximadamente 80 km da superf´ıcie, com alta presen¸ca de ´ıons, capazes de refletir ondas eletromagn´eticas tanto vindos do Sol, como os vindos da Terra.
As ondas geradas no transmissor s˜ao direcionadas com um certo ˆangulo para cima, e n˜ao para outra antena. Ao alcan¸car a ionosfera, essas ondas refletem e retornam `a Terra (onda ionosf´erica), completando um salto.
Ao atingir a Terra, as ondas s˜ao refletidas novamente, podendo assim realizar v´arios saltos sucessivos, at´e alcan¸car o receptor.
As ondas ao serem recebidas apresentam elevado n´ıvel de ru´ıdo, em caso de transmiss˜ao de som, muito chiado e constantes “cliques” resultados de constantes descargas el´etricas muito comuns na ionosfera.
Exemplos de sistemas de telecomunica¸c˜oes Sistema de r´adio em HF
Figura: Sistema de comunica¸c˜ao em HF.
Exemplos de sistemas de telecomunica¸c˜oes Sistema de r´adio em visibilidade
Sistema de r´adio em visibilidade
Sistema de r´adio na faixa de micro-ondas.Sistema usa sucessivas repeti¸c˜oes por esta¸c˜oes e antenas direcionais instaladas em torres em distˆancias de aproximadamente 50 km.
Porque 50 km? Esta ´e a “distˆancia de horizonte”, ou seja, a distˆancia a partir da qual n˜ao se vˆe mais a superf´ıcie da Terra devido `a sua curvatura.
Por este motivo, o sistema ´e considerado de visibilidade, pois um observador que esteja em uma antena tem obrigatoriamente que ser capaz de ver a outra antena do sistema.
Sistemas quase sempre com alta capacidade de transmiss˜ao pela multiplexa¸c˜ao em frequˆencias, com grande n´umero de subportadoras.
Exemplos de sistemas de telecomunica¸c˜oes Sistema de r´adio em visibilidade
Figura: Sistema de comunica¸c˜ao de r´adio em visibilidade.
Exemplos de sistemas de telecomunica¸c˜oes Sistema de comunica¸c˜ao por tropodifus˜ao
Sistema de comunica¸c˜ao por tropodifus˜ao
Sistema de r´adio, que opera na faixa de 900 MHz at´e 2 GHz.Usados em enlaces de distˆancias entre 100 e 400 km, por reflex˜ao na camada mais alta da troposfera.
Uma ´unica portadora pode levar de 100 at´e 300 canais independentes de voz. Troposfera: Camada de gases da atmosfera, com presen¸ca numerosa de el´etrons livres, com forte agita¸c˜ao, localizada a cerca de 10 km de distˆancia da superf´ıcie, um pouco abaixo da tropopausa.
Sistema pouco usado em rela¸c˜ao aos demais, exceto em quando h´a inviabilidade t´ecnica de implantar outros sistemas.
Potˆencias elevadas de transmiss˜ao, entre 50 W e 50 kW, que demandam antenas de grande porte, e de alto custo.
Exemplos de sistemas de telecomunica¸c˜oes Sistema de comunica¸c˜ao por tropodifus˜ao
Figura: Sistema de comunica¸c˜ao por tropodifus˜ao.
Exemplos de sistemas de telecomunica¸c˜oes Sistema de comunica¸c˜ao por sat´elite
Sistema de comunica¸c˜ao por sat´elite
Sat´elite: massa, corpo ou objeto que mant´em-se em ´orbita ao redor de corpo celeste (a Lua ´e um sat´elite natural).
Os sat´elites artificiais de telecomunica¸c˜oes s˜ao lan¸cados por foguetes, ou soltos por ve´ıculos espaciais, em distˆancias e velocidades espec´ıficas.
Fun¸c˜ao do sat´elite: receber/enviar ondas eletromagn´eticas vindas/para Terra, em frequˆencias diferentes.
Por esta opera¸c˜ao, diz-se que os sat´elites s˜ao meras esta¸c˜oes repetidoras, com uma grande ´area de cobertura.
Pela ´area de cobertura sem sombras, e de grande extens˜ao, ´e muito usado em pa´ıses de dimens˜oes continentais.
Exemplos de sistemas de telecomunica¸c˜oes Sistema de comunica¸c˜ao por sat´elite
Por ter linha de visada (sem impedimentos f´ısicos), pode-se usar relativamente pouca potˆencia na transmiss˜ao.
Antenas devem ser diretivas e de alto ganho, ou seja, “mirar” para o sat´elite para ter a maior capacidade de transmiss˜ao poss´ıvel. Para isso usa-se antenas com refletores parab´olicos.
Os refletores parab´olicos podem ser fechados ou vazados (telas), e podem ter de 50 cm (recep¸c˜oes de sinal de televis˜ao) a 30 metros (centrais de envio de informa¸c˜oes Terra-sat´elite).
Transponder: unidade de r´adio do sat´elite. Fun¸c˜ao: receber o sinal que chega na antena, converte a frequˆencia, amplifica a potˆencia, e entrega `a outra antena para transmiss˜ao `a Terra.
Um sat´elite costuma ter algumas dezenas de transponders.
Potˆencia de transmiss˜ao do sat´elite ´e de 10 watts, e das esta¸c˜oes terrestres ´e muito maior.
Exemplos de sistemas de telecomunica¸c˜oes Sistema de comunica¸c˜ao por sat´elite
Os sat´elites podem ocupar trˆes ´orbitas distintas ao redor da Terra, e em cada uma delas o sat´elite tem uma altura em rela¸c˜ao `a Terra e uma velocidade relativa, que implicam em aplica¸c˜oes espec´ıficas.
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Orbita baixa - LEO (Low earth orbit): Altura em 150 a 1500 km, em torno de 100 minutos para circundar a Terra. Aplica¸c˜ao em sistemas de telefonia m´ovel, que podem operar com at´e 60 diferentes sat´elites.
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Orbita m´edia - MEO (Medium earth orbit): Altura entre 20000 e 25000, em torno de 5 a 12 horas para circundar a Terra. Aplica¸c˜oes de posicionamento global (GPS).
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Orbita geoss´ıncrona - GEO (Cintur˜ao de Clarke): No plano do equador, com altura em 36000 km, em torno de 24 horas pra circundar a Terra, ou seja, para um observador na Terra, este sat´elite est´a parado, ´e “s´ıncrono” ao movimento da Terra. Por isto chamado geoestacion´ario ou geoss´ıncrono. Aplica¸c˜ao de sat´elites dom´esticos, como a rede Brasilsat.
Exemplos de sistemas de telecomunica¸c˜oes Sistema de comunica¸c˜ao por sat´elite
Cada sat´elite da rede Brasilsat tem em torno de 24 transponders em uso, e 6 de reserva.
Cada transponder da rede Brasilsat opera com 36 MHz de largura de canal, o que suporta at´e 900 canais anal´ogicos de voz, ou um canal de televis˜ao.
A frequˆencia da rede Brasilsat varia entre 4/6 GHz, 7/8 GHz, 10/12 GHz, 12/14 GHz, 14/18 GHz e 20/27 GHz (a mais baixa ´e no sentido sat´elite-Terra, e a mais alta ´e no sentido Terra-sat´elite).
Tempo de vida de um sat´elite ´e em torno de 8 a 10 anos, em fun¸c˜ao de dura¸c˜ao de bateria ou dos pr´oprios transponders.
Sistemas dom´esticos operam com no m´ınimo dois sat´elites. Primeiro sat´elite a ser lan¸cado: Sputnik, 1957.
Exemplos de sistemas de telecomunica¸c˜oes Sistema de comunica¸c˜ao por sat´elite
Exemplos de sistemas de telecomunica¸c˜oes Exerc´ıcios
Exerc´ıcios
13 Quais os trˆes sistemas de r´adio comunica¸c˜ao mais comuns que usam a
propaga¸c˜ao de ondas eletromagn´eticas? Explique cada uma delas.
14 O que s˜ao ondas de visada direta?
15 Cite e explique dois sistemas de comunica¸c˜ao usados atualmente. 16 Como chamam, e quais as diferen¸cas entre sistemas de comunica¸c˜ao que
usam sinais na ionosfera, e sistemas com sinais na troposfera?
17 O que s˜ao transmiss˜oes em radiofrequˆencia com visibilidade? Dˆe dois
exemplos.
18 Fa¸ca um esbo¸co para o sistema de comunica¸c˜ao de telefonia celular m´ovel
com os principais componentes, seus respectivos nomes, e fun¸c˜ao.
19 Cite trˆes tipos de transmiss˜ao por broadcasting. 20 Explique a diferen¸ca entre canal r´adio e circuito r´adio.
21 “Todos os canais est˜ao sujeitos `a interferˆencia eletromagn´etica”. Esta
afirma¸c˜ao est´a correta? Justifique.
22 Explique o que ´e um “salto” em um sistema de r´adio HF, e como ele ´e
formado.
23 Qual o princ´ıpio b´asico dos sistemas de comunica¸c˜ao via r´adio por
tropodifus˜ao?
Exemplos de sistemas de telecomunica¸c˜oes Exerc´ıcios
24 Qual o princ´ıpio b´asico de funcionamento dos sistemas baseados em fibra
´ otica?
25 Explique brevemente como funciona o sistema de telefonia fixa comutada. 26 Explique brevemente como funciona o sistema de telefonia celular m´ovel. 27 Cite e explique duas vantagens e duas desvantagens de sistema de telefonia
celular m´ovel frente ao sistema de telefonia fixa comutada.
28 “Todo sat´elite pode ser visto como uma esta¸c˜ao repetidora”. Explique este
conceito.
29 O que ´e e qual a fun¸c˜ao do transponder?
30 Quais as trˆes poss´ıveis ´orbitas para sat´elites artificiais? Explique cada uma
Exemplos de sistemas de telecomunica¸c˜oes
Obrigado.
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