Fundamentos de Comunicação: Conceitos e Fatores Degradantes dos Sinais Elétricos

SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO UNIDADE 1 CONCEITOS FUNDAMENTAIS DE COMUNICAÇÃO PROF MSc VALTER LIMA JÚNIOR NP1 ABORDAGEM 11 Modelo Básico de Comunicação 12 Características e Aplicações dos Sistemas de Comunicação 13 Fatores Degradantes dos Sinais Elétricos Ruidos Distorções e Interferências 14 Comunicação Analógica versus Comunicação Digital NP1 13 FATORES DEGRADANTES DOS SINAIS ELÉTRICOS RUÍDOS DISTORÇÕES E INTERFERÊNCIAS NP1 X Y F A B C D E Informação Informação Dados Dados Sinal Diagrama de blocos de um sistema elementar de comunicações 13 FATORES DEGRADANTES DOS SINAIS ELÉTRICOS SINAL como o dado é transmitido codificação do dado para adequálo ao meio de transmissão Ex Sinal de tensão sinal de corrente ondas de rádio luz som NP1 13 FATORES DEGRADANTES DOS SINAIS ELÉTRICOS Toda vez que um sinal se propaga sofre degradação principalmente devido a Degradações lineares não alteram o formato do sinal apenas a sua amplitude Como exemplo temos Atenuação e Reflexão Degradações não lineares alteram o formato do sinal exemplos Cross talk acoplamento cruzado Limitação de banda passante Interferência eletromagnética EMI NP1 13 FATORES DEGRADANTES DOS SINAIS ELÉTRICOS DEGRADAÇÕES LIENARES Atenuação Perda de potência do sinal no percurso entre transmissor e receptor perdas na linha de transmissão Devido a capacitância e resistência da linha de transmissão Causa absorção de energia Meios Cabeados Resistência ôhmica Espaço livre Dispersão scattering proporcional à distância ao quadrado Normalmente expressa em decibéis dB Cálculo 𝑷𝒐𝒕ê𝒏𝒄𝒊𝒂𝒅𝑩 𝟏𝟎 𝒍𝒐𝒈𝟏𝟎 𝑷𝒐𝒕ê𝒏𝒄𝒊𝒂𝑾𝒂𝒕𝒕𝒔 NP1 13 FATORES DEGRADANTES DOS SINAIS ELÉTRICOS DEGRADAÇÕES LIENARES Atenuação Solução Repetidores sinais digitais Amplificadores sinais analógicos Efeito da atenuação em um canal digital NP1 13 FATORES DEGRADANTES DOS SINAIS ELÉTRICOS DEGRADAÇÕES LIENARES Reflexão Cópia atenuada do sinal trafegando em sentido contrário na linha de transmissão Causa descasamento de impedâncias Fenômenos ondulatórios Fontehttpswwwgooglecomurlsaiurlhttp3A2F2Feducacao globocom2Ffisica2Fassunto2Fondaseluz2Ffenomenos ondulatorioshtmlpsigAOvVaw0NQPN3piaTbelPTUFsN8NNust164 9676531238000sourceimagescdvfeved2ahUKEwjzzLCOson3A hXiNbkGHcQD8YQr4kDegUIARC6AQ Reflexão de ondas Fontehttpswwwgooglecomurlsaiurlhttps3A2F2Fwwwsofisicacom br2Fconteudos2FOndulatoria2FOndas2FreflexaophppsigAOvVaw0NQP N3piaTbelPTUFsN8NNust1649676531238000sourceimagescdvfeved 2ahUKEwjzzLCOson3AhXiNbkGHcQD8YQr4kDegUIARDGAQ NP1 13 FATORES DEGRADANTES DOS SINAIS ELÉTRICOS DEGRADAÇÕES NÃO LIENARES Crosstalk acoplamento cruzado Cópia do sinal de uma linha levados a linhas fisicamente próximas ou conectadas Causa acoplamento indutivo capacitivo ou condutivo entre canais diferentes Leis de Maxwell Curtocircuitos NP1 13 FATORES DEGRADANTES DOS SINAIS ELÉTRICOS DEGRADAÇÕES NÃO LIENARES Limitação de Banda Passante Distorção não linear de componentes de frequência do sinal normalmente componentes de ordem superior neste caso é conhecida por arredondamento Causa Características reativas das linhas de transmissão impedância dependente da frequência Altas indutâncias num mesmo condutor Altas capacitâncias entre condutores Nenhum canal tem banda passante infinita O fenômeno de arrendondamento sempre ocorre NP1 13 FATORES DEGRADANTES DOS SINAIS ELÉTRICOS DEGRADAÇÕES NÃO LIENARES Limitação de Banda Passante Distorção de atraso Delay Distortion velocidade de propagação do sinal varia com a frequência num meio físico Ocasiona atrasos diferentes em componentes de frequência distintas do sinal É crítico em sinais digitais É compensado através de equalizadores de atraso NP1 13 FATORES DEGRADANTES DOS SINAIS ELÉTRICOS DEGRADAÇÕES NÃO LIENARES Limitação de Banda Passante Distorção de atraso Delay Distortion Atenuação de atraso em uma linha de transmissão com 2 e sem 1 equalização NP1 13 FATORES DEGRADANTES DOS SINAIS ELÉTRICOS DEGRADAÇÕES NÃO LIENARES Limitação de Banda Passante Distorção de atraso Delay Distortion Distorsão de atraso em uma linha de transmissão com 2 e sem 1 equalização NP1 13 FATORES DEGRADANTES DOS SINAIS ELÉTRICOS DEGRADAÇÕES NÃO LIENARES Interferência Eletromagnéticas EMI Ruído Sinais elétricos indesejáveis inseridos entre o transmissor e receptor Fator limitante do desempenho de Sistemas de Comunicação NP1 13 FATORES DEGRADANTES DOS SINAIS ELÉTRICOS DEGRADAÇÕES NÃO LIENARES Interferência Eletromagnéticas EMI Ruído de JohnsonNyquist ou Ruido Térmico Causa Agitação térmica dos elétrons no condutor do meio físico É uniformemente distribuído em todo o espectro de frequência Também chamado de ruído branco É inevitável e aleatório sendo calculado pela fórmula 𝑬𝟐 𝟒 𝒌 𝑻 𝑹 𝒘 onde E tensão eficaz de ruído elétrico em Volts k constante de Boltzman cujo valor é 𝟏 𝟑𝟖𝟎𝟑 𝟏𝟎𝟐𝟑𝑱𝑲 T temperatura em Kelvin R resistência em ohms W banda passante em Hertz NP1 13 FATORES DEGRADANTES DOS SINAIS ELÉTRICOS DEGRADAÇÕES NÃO LIENARES Interferência Eletromagnéticas EMI Ruído de JohnsonNyquist ou Ruido Térmico Exemplo Para um canal com 3100 Hz de banda T 25C e R 600Ω 𝑬𝟐 𝟒 𝒌 𝑻 𝑹 𝒘 𝟒 𝟏 𝟑𝟖𝟎𝟑 𝟏𝟎𝟐𝟑 𝟐𝟗𝟖 𝟔𝟎𝟎 𝟑𝟏𝟎𝟎 𝑬 𝟎 𝟏𝟕𝝁𝑽 NP1 13 FATORES DEGRADANTES DOS SINAIS ELÉTRICOS DEGRADAÇÕES NÃO LIENARES Interferência Eletromagnéticas EMI Ruído de JohnsonNyquist ou Ruido Térmico Em resumo Banda passante do canal ruído Impedância do meio de comunicação ruído Temperatura ruído NP1 13 FATORES DEGRADANTES DOS SINAIS ELÉTRICOS DEGRADAÇÕES NÃO LIENARES Interferência Eletromagnéticas EMI Ruído por Intermodulação Ocorre quando sinais de diferentes frequências compartilham o meio de comunicação e há elementos não lineares ex amplificadores saturados no meio de transmissão NP1 13 FATORES DEGRADANTES DOS SINAIS ELÉTRICOS DEGRADAÇÕES NÃO LIENARES Interferência Eletromagnéticas EMI Ruído Impulsivo Spikes de curta direção e de relativamente alta amplitude flutuação aleatória de corrente elétrica São decorrentes de Descargas elétricas Fechamento abertura de chaves Mal contato NP1 13 FATORES DEGRADANTES DOS SINAIS ELÉTRICOS DEGRADAÇÕES NÃO LIENARES Interferência Eletromagnéticas EMI Ruído Impulsivo É a principal fonte de erro na comunicação de dados digitais e a mais difícil de se lidar NP1 13 FATORES DEGRADANTES DOS SINAIS ELÉTRICOS DEGRADAÇÕES NÃO LIENARES Interferência Eletromagnéticas EMI Ruído Impulsivo Sinal em um canal com ruído de fundo e ruído impulsivo NP1 13 FATORES DEGRADANTES DOS SINAIS ELÉTRICOS CAPACIDADE DO CANAL Canal sem ruído caso ideal Fórmula de Nyquist 𝑪 𝟐 𝑾 𝒍𝒐𝒈𝟐𝑴 Onde M é o número de símbolos W é a banda passante em Hertz C é a taxa de transmissão bits por segundo NP1 13 FATORES DEGRADANTES DOS SINAIS ELÉTRICOS CAPACIDADE DO CANAL Canal sem ruído caso ideal Exemplo Transmissão binária 0 e 1 1 símbolo por unidade de tempo canal de W 3100 Hz M 2 𝑪 𝟐 𝑾 𝒍𝒐𝒈𝟐𝑴 𝟐 𝟑𝟏𝟎𝟎 𝒍𝒐𝒈𝟐𝟐 𝟔𝟐𝟎𝟎 𝐛𝐩𝐬 Exemplo Transmissão quaternária 00 01 10 e 11 2 símbolos por unidade de tempo canal de W 3100 Hz M 4 𝑪 𝟐 𝑾 𝒍𝒐𝒈𝟐𝑴 𝟐 𝟑𝟏𝟎𝟎 𝒍𝒐𝒈𝟐𝟒 𝟏𝟐𝟒𝟎𝟎 𝐛𝐩𝐬 NP1 13 FATORES DEGRADANTES DOS SINAIS ELÉTRICOS CAPACIDADE DO CANAL Canal com ruído caso real Fórmula de Nyquist assume a forma a seguir Fórmula de Shannon 𝑪 𝑾 𝒍𝒐𝒈𝟐𝟏 𝑺𝑵 Onde S é a potência eficaz rms do sinal N é a potência eficaz rms do ruído W é a banda passante em Hertz C é a taxa de transmissão bits por segundo NP1 13 FATORES DEGRADANTES DOS SINAIS ELÉTRICOS CAPACIDADE DO CANAL Canal com ruído caso real Exemplo Rede de telefonia pública SN 1000 relação sinal ruído típica 30 dB W 3100 Hz 𝑪 𝑾 𝒍𝒐𝒈𝟐 𝟏 𝑺 𝑵 𝟑𝟏𝟎𝟎 𝒍𝒐𝒈𝟐 𝟏 𝟏𝟎𝟎𝟎 𝟑𝟎 𝟖𝟗𝟒 𝒃𝒑𝒔 NP1 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS GOMES Alcides Tadeu Telecomunicações Transmissão e Recepção São Paulo Editora Érica 2000 KUROSE J F ROSS K W Redes de computadores e a Internet Uma abordagem topdown 5ª edição Pearson Education 2011 LATHI B P DING Z Sistemas de Comunicações Analógicos e Digitais Modernos 4ª edição Rio de Janeiro LTC 2012 OBRIGADO