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Capítulo 3

Dados e Sinais 1º Unidade

Prof. Rodrigo Ronner

rodrigoronner@gmail.com rodrigoronner.blogspot.com

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• Dados e Sinais 1º Unidade – Sinais analógicos e digitais – Sinais Periódicos x Não periódicos – Período e Frequência – Domínio do Tempo x Frequência – Sinal composto e meio de transmissão – Largura de banda – Perda na Transmissão – Limite na Taxa de Transmissão de Dados – Taxa de Transferência

• Desempenho 1º Unidade

– Largura de Banda – Largura de Banda em Hertz – Largura de Banda em Bits por Segundo – Throughput – Latência (Retardo) – Tempo de Propagação – Tempo de Transmissão – Tempo de Fila – Jitter

• Transmissão Digital e Analógica 2º Unidade

– Principais combinações de dados e Sinais – Transmissão Analógica – Conversão Digital-Digital – Transmissão Digital Vantagens – Codificação em Linha

• Esquemas de codificação: unipolar, polar e bipolar

• codificação polar os esquemas NRZ, RZ, Manchester e Manchester Diferencial

– Codificação em Bloco • Fases da codificação de bloco

• 4B/5B

• Modos de Transmissão 2º Unidade – Serial – Paralela

• Códigos de Dados 2º Unidade – EBCDIC – ASCII – Unicode

• Multiplexação 3º Unidade

FDM TDM FDM versus TDM WDM FDMA Espalhamento de frequência

– FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum)

– DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum)

• Comutação 3º Unidade Comutação Circuitos Comutação Pacotes Comutação de Mensagens

• Técnicas de Detecção de Erros 3º Unidade

Prevenção de Erros Detecção de Erros Controle de erros

• Seminário 3º Unidade -Sonet e Ethernet

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Sumário

Informação

É tudo aquilo que se deseja transmitir entre um emissor e um receptor

Em redes de computadores as informações devem ser convertidas em sinais eletromagnéticos para transmitir os dados

Dados podem ser transmitidos na forma analógica ou na forma digital

A informação analógica é formada naturalmente, como por exemplo a voz humana, possui uma infinidade de estados ao longo de tempo

A informação digital é aquela onde os dados usam somente dois estados discretos, 0`s ou 1`s, um exemplo é a armazenagem dos dados em um disco rígidos

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Quatro combinações de Dados e Sinais

Exemplo de Sinais analógicos e digitais

Sinais Analógicos e Digitais

• Assim como a informação, os sinais podem ser representados como analógicos e digitais, um sinal analógico possui uma infinidade estados por um certo tempo, um sinal digital possui apenas um número finito e limitado de estados.

• Sistemas analógicos: são aqueles que conservam a forma dos sinais desde a fonte ao destino.

• Sistemas digitais: são aqueles em que a forma do sinal transmitido é diferente do sinal original. Neste sistema, as formas dos sinais são convertidos para um sistema binário antes de serem transmitidos.

Sinais Periódicos x Não periódicos

• Tanto um sinal analógico quanto o sinal digital pode se apresentar como periódicos ou não.

• Um sinal dito periódico completa um padrão dentro de um intervalo de tempo mensurável, a esse intervalo de tempo chamamos de ciclo.

• Um sinal não periódico não possui essa característica.

• Em comunicação de dados utilizamos geralmente sinais analógicos periódicos e sinais digitais não periódicos

Sinais analógicos

• Podem ser classificados como simples ou compostos

• Um sinal simples não pode ser decompostos em sinais menores

• Um sinal compostos é uma soma de sinais periódicos , possivelmente infinito, de múltiplas ondas senoidais

Onda Senoidal

• É a forma fundamental de um sinal analógico, varia de forma contínua ao longo do ciclo.

• Quando visualizamos como uma curva oscilante simples, sua mudança ao longo do curso de um ciclo é suave e consistente, um fluxo oscilante e contínuo.

• Cada Ciclo consiste um arco único acima do eixo do tempo seguido por um arco único abaixo dele.

Amplitude Máxima

• A amplitude máxima de um sinal é o valor absoluto da máxima intensidade, proporcional à energia que ela transporta.

• Para sinais elétricos, a amplitude máxima é normalmente medida em volts.

Exemplo: • A eletricidade em sua casa pode ser representada por

uma onda senoidal com uma amplitude máxima de 155 a 170v. Entretanto, é de domínio público que a voltagem da eletricidade em nossas residências é de 110 a 127v.

Amplitude Máxima

Período e Frequência

• Período se refere a quantidade de tempo, sem, segundos, que um sinal precisa para completar 1 ciclo.

• Frequência Corresponde ao número de períodos em 1s.

Obs: Note que período e frequência são apenas uma característica definida de duas formas diferentes.

Período e frequência são inversamente proporcionais;

T = 1 / f e f = 1 / T

Dois Sinais com a mesma amplitude e fase, mas frequências diferentes

Exercício

Fase

• O termo fase descreve a posição da forma de onda com relação ao marco zero do tempo

• A fase é medida em graus ou radianos

• 360º = 2πrad

Três ondas senoidais com a mesma amplitude e frequência, mas com fases diferentes

Domínio do Tempo x Frequência

• Uma onda senoidal para ser bem definida precisa dos parâmetros de amplitude, fase e frequência, na maioria dos gráficos a amplitude é apresentada em função do tempo, mas também pode ser apresentada em função do frequência.

• Para mostrar a relação entre amplitude e frequência, podemos usar assim o chamado gráfico domínio da frequência.

• Um Gráfico domínio da frequência se preocupa apenas com o valor máximo e a frequência.

Exemplo

Os Gráficos domínio do tempo e domínio da frequência de uma onda senoidal.

Domínio do Tempo

Domínio da Frequência

Sinais Compostos

• Podemos enviar uma onda senoidal simples. Ela tem diversas aplicações no cotidiano.

• Ex: Companhia distribuidora de energia envia um a onda senoidal simples com frequência de 60 Hz para distribuir energia elétrica para residência e empresas.

• Um sinal composto é formado de várias ondas senoidais simples.

• Uma onda senoidal simples não é útil em comunicação de dados; precisamos enviar um sinal composto, um sinal formado por várias ondas senoidais simples.

Exemplo

Sinal composto e meio de transmissão

• Fisicamente quando um sinal viajar por um meio de comunicação sofre com fenômenos que limitam ou impedem a passagem de determinadas frequências, com isso um sinal composto que entra, nunca será igual ao sinal de saída

Largura de banda

• Entendemos como largura de banda como o intervalo da faixa de frequência que passa pelo meio físico, ou seja, é a diferença entre a maior e menor frequência transmitida.

• É a faixa de frequências passantes por um meio físico.

• A largura de banda normalmente se refere à diferença entre duas frequências, das quais as superiores e inferiores são filtradas pelo meio

Exemplo

Exercício Resolvido

Se um sinal é decomposto em 5 ondas com freqüências de 100, 300, 500, 700, e 900 Hz, qual a largura de banda? Desenhe o espectro, assumindo que todos os componetes tem máxima amplitude de 10 v.

Exercício Resolvido

Se um sinal é decomposto em 5 ondas com freqüências de 100, 300, 500, 700, e 900 Hz, qual a largura de banda? Desenhe o espectro, assumindo que todos os componetes tem máxima amplitude de 10 v. Solução Seja fh a maior freqüência, fl a menor freqüência, and B a largura de banda. Então:

Perda na Transmissão

• Causas da perda • Atenuação • Sinal perde energia, mas não existe deformação • Em cabos metálicos é decorrente da perda por calor

• Distorção • Significa que o sinal muda de forma ou formato • Pode ocorrer num sinal composto com diversas frequências.

• Ruído • Afeta geralmente o meio de transmissão • Existem vários tipos de ruído

Perda na Transmissão

Atenuação = Significa perda de energia

Limite na Taxa de Transmissão de Dados

Distorção = é a alteração de um sinal devido às diferentes velocidades de propagação de cada frequência que forma um sinal

Limite na Taxa de Transmissão de Dados

Ruído = é a energia externa que causa danos a um sinal

Limite na Taxa de Transmissão de Dados

Taxa de Transferência

• A maioria dos sinais digitais é não periódica e, consequentemente, frequência e período não são características adequadas.

• Outro termo – taxa de transferência é numero de bits enviados em 1s, expresso em bits por segundo (bps).

Exemplo 1

• Suponha que precisamos baixar documentos de texto a uma taxa de 100 páginas por minuto. Qual seria a taxa de transferência do canal?

• Solução

• Uma página tem, em média, 24 linhas com 80 caracteres por linha. Se supusermos que um caractere precise de 8 bits, a taxa de transferência seria:

• 100 x 24 x 80 x 8 = 1.636.00 bps = 1,636 mbps

Exemplo 2

• Qual a taxa de transferência para TV de alta definição (HDTV)?

• Solução

• A HDTV usa sinais digitais para transmitir sinais de video de alta qualidade. A tela de uma HDTV tem normalmente a proporção 16:9 (comparada aos 4:3 de uma TV comum), o que significa que a tela é mais larga. Existem 1.920 por 1.080 bits por tela e a taxa de renovação na tela é de 30 vezes por segundo.

• Obs: Vinte e quatro bits representam um pixel de cor.

• 1.920 x 1.080 x 30 x 24 = 1.492.992.000 ou 1,5 Gbps

Exercícios

1) Descreva 3 características de uma onde senoidal

2) O que é espectro de frequência de um sinal?

3) Compare um sinal digital com um sinal analógico

4) Qual a relação entre período e frequência?

5) Quais são as unidades de medida do período e da frequência?

6) O que indica a frequência de um sinal e o que é o período do sinal?

7) O que indica a amplitude do sinal?

8) O que indica a frequência de um sinal?

9) O que indica a fase de um sinal?

10) Em que tipo de gráfico mostramos a amplitude em um dado instante de tempo?

Desempenho

Largura de Banda

• Uma Característica que mede o desempenho das redes é a largura de banda.

• O Termo pode ser empregado em dois contextos diferentes com duas medidas diversas: largura de banda em Hertz e largura de banda em bits por segundo.

Largura de Banda em Hertz

• È o intervalo de frequências contido em um sinal composto ou o intervalo de frequências que um canal deixa passar.

• Podemos dizer que a largura de banda de uma linha telefônica é de 4Hz.

Largura de Banda em Bits por Segundo

• Se refere ao número de bits por segundo que um canal, um enlace ou até mesmo uma rede é capaz de transmitir.

• Podemos dizer que a largura de banda de uma rede ethernet (ou os enlaces nessa rede) é de no máximo 100Mbps.

Relação: • Podemos dizer um aumento na largura de banda

em hertz significa um aumento na largura de banda em bits.

Largura de Banda em Hertz e Bits (Exemplo)

A largura de banda de uma linha telefônica por assinatura é de 4Khz para voz ou dados. A largura de banda para essa linha para transmissão de dados pode ser de até 56.000 bps usando um modem sofisticado para transformar o sinal digital em analógico. Se a companhia telefônica melhorar a qualidade da linha e aumentar a largura de banda para 8 kHz, podemos enviar 112.000 bps.

Throughput

• É uma medida realmente de rapidez pela qual podemos enviar dados pela rede.

Exemplo:

Uma rede com largura de banda de 10 Mbps é capaz de deixar passar um média de 12.000 pacotes por minuto, em que cada pacote transporta uma média de 10.000 bits. Qual é o throughput desta rede?

Throughput = 12.000 x 10.000

____________ = 2 Mbps

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Latência (Retardo)

• Define quanto tempo leva para uma mensagem inteira chegar de forma completa no seu destino, desde o momento em que o primeiro bit é enviado da origem.

• A latência e formada por quatro componentes: tempo de propagação, tempo de transmissão, tempo de fila e retardo de processamento.

Tempo de Propagação

Mede o tempo necessário para um bit trafegar da origem ao seu destino, ele é calculado dividindo-se a distância pela velocidade de propagação. Exemplo: Qual é o tempo de propagação, se a distância entre os dois pontos for de 12.000 Km? suponha que a velocidade de propagação no cabo seja 2,4 x 108 m/s Tempo de propagação = 12.000 x 1.000 ------------------ = 50 ms

2,4 x 108 m/s

Tempo de Transmissão

• Em comunicação de dados, não podemos simplesmente enviar apenas 1 bit; enviamos uma mensagem.

• O Primeiro bit pode levar um período igual ao tempo de propagação para chegar ao seu destino; o último bit poderia também levar o mesmo período. Entretanto, existe um tempo entre a saída do primeiro bit do emissoro e a chegada do último bit no receptor.

• O primeiro bit sai primeiro e chega antes; o último bit sai depois e chega mais tarde ao seu destino.

• O tempo necessário para transmissão de uma mensagem depende do tamanho da mensagem e da largura da banda do canal.

Tempo de Transmissão

• Exemplo:

Qual é o tempo de propagação e qual é o tempo de transmissão de uma mensagem de 2,5 kbytes (um e-mail), se a largura de banda da rede for de 1Gbps? Suponha que a distância entre o emissor e o receptor seja de 12.000 km e que a luz trafegue a 2,4 x

108 m/s

Tempo de propagação = 12.000 x 1.000

------------------ = 50 ms

2,4 x 108 m/s

Tempo de Transmissão = 2.500 x 8

------------ = 0,020 ms

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Tempo de Fila

• O tempo necessário para casa dispositivo intermediário ou terminal manter a mensagem antes de esta ser processada.

• O tempo de fila não é um fator fixo; ele muda com a carga da rede.

• Exemplo:

• Um dispositivo intermediário, por exemplo, um roteador, coloca na fila as mensagens que chegam e as processa uma a uma. Se existirem muitas mensagens, cada uma delas terá de aguardar.

Jitter

• Jitter é uma variação estatística do atraso na entrega de dados em uma rede, ou seja, pode ser definida como a medida de variação do atraso entre os pacotes sucessivos de dados.

• O jitter é simplesmente a variação de diversos pings, ou seja, é a subtração do maior valor com o menor valor. Como nos outros termos, quanto menor o jitter, melhor.

• Um exemplo de sistemas que tem o Jitter como inimigo é o serviço de Voz sobre IP (VoIP). Para este sistema, tanto o efeito do Jitter, variação de latência, quanto a sua mais simples solução, bufferização, não são agradáveis.