Sistemas de Comunicação: Conceitos Fundamentais e Características

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 12 CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES DOS SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO NP1 12 CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES DOS SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO Entendese por sistema de comunicações ao conjunto de equipamentos e materiais elétricos e eletrônicos empregados para estabelecer enlaces de comunicações entre pelo menos dois pontos distantes São exemplos de materiais e equipamentos fios cabos isoladores antenas centrais telefônicas transmissores e receptores de rádio etc Para que as informações sejam transmitidas e recebidas através do canal de comunicações duas condições são necessárias 1 As informações devem ser postas na forma de sinais eléwtricos 2 Os equipamentos terminais dos usuários devem ser tecnicamente compatíveis com o sistema NP1 12 CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES DOS SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO X Y F A B C D E Informação Informação Dados Dados Sinal Sinal Diagrama de blocos de um sistema elementar de comunicações analógicas Trajeto AF Comunicação Fim a Fim End to End Comunication Trajeto BE Comunicação de Dados Data Communications Trajeto CD Transmissão de Sinal Objetivo Troca de informação entre os dois agentes X e Y NP1 12 CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES DOS SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO I Sistema de Telefonia Fixa ou convencional Um sistema simples e prático é ilustrado a seguir onde duas pessoas conversam através da rede de telefonia fixa convencional duplex A B As partes integrantes do sistema com transmissão em A e recepção em B podem ser assim descritas a Fonte de Informação geradora da mensagem O operador que fala ao telefone em A b O transdutor dispositivo de entrada é todo dispositivo que transforma uma forma de energia em outra Na transmissão de voz o transdutor é o microfone que converte a energia as vibrações mecânicas da voz em sinais elétricos na forma analógica NP1 12 CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES DOS SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO I Sistema de Telefonia Fixa ou convencional Duplex A B c O Transmissor é o circuito do telefone encarregado de fornecer a potência necessária ao sinal elétrico para percorrer o canal de comunicação e chegar ao receptor d Canal de comunicações ou meio de comunicações é o meio físico entre o transmissor e o receptor por onde transitam os sinais elétricos da informação No caso da telefonia convencional seria um par de fios condutores de eletricidade NP1 12 CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES DOS SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO Duplex A B e O receptor é o circuito do telefone que recebe os sinais elétricos da informação e os direciona ao transdutor da recepção f O transdutor da recepção dispositivo de saída é a cápsula receptora do combinado telefônico que converte os sinais elétricos em vibrações mecânicas reproduzindo a voz g O destinatário a quem a mensagem se destina I Sistema de Telefonia Fixa ou convencional NP1 12 CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES DOS SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO Vibrações mecânicas devido a voz Vibrações no ar I Sistema de Telefonia Fixa ou convencional NP1 12 CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES DOS SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO I Sistema de Telefonia Fixa ou convencional Os equipamentos terminais são os telefones dos assinantes A central telefônica é o equipamento de comutação responsável pelos enlaces Circuitos Troncos Par de Fios Par de Fios NP1 12 CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES DOS SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO I Sistema de Telefonia Fixa ou convencional Os equipamentos terminais são os telefones dos assinantes A central telefônica é o equipamento de comutação responsável pelos enlaces Estas podem ser públicas ou privadas A central pública serve a uma determinada área ou bairro de uma cidade Quase sempre está ligada a outras centrais via fio via fibra óptica ou via rádio Uma central privada é particular de uma empresa escritório ou residência Ex PABX Private Automatic Branch Exchanger NP1 12 CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES DOS SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO II Sistema de Comunicação por Fibra Óptica A fibra óptica é um condutor de luz feito de material de estrutura cristalina Um sistema de comunicações por fibra óptica é dotado de inúmeros dispositivos ópticos de processamento das informações geralmente dados na forma de sinais luminosos NP1 12 CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES DOS SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO Um estreito feixe de luz gerado por um laser é modulado por sinais elétricos e se propaga no canal através de reflexões sucessivas no interior da fibra II Sistema de Comunicação por Fibra Óptica NP1 12 CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES DOS SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO Diagrama de blocos básico de um sistema de comunicação por fibra óptica II Sistema de Comunicação por Fibra Óptica Sistema seguro imune a campos magnéticos externos não irradia e opera com elevadas taxas de transmissão NP1 12 CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES DOS SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO Gerações Tecnológicas 1ª Geração II Sistema de Comunicação por Fibra Óptica por volta de 1975 ls 085mm Fontes de GaAs lasers multimodo FabryPerot Fibras ópticas multimodo algumas monomodo Perdas 1dBkm BL 500Mbps x Km L 10km dist Entre repetidores Diodo Gunn fonte de microondas NP1 12 CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES DOS SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO Gerações Tecnológicas 2ª Geração II Sistema de Comunicação por Fibra Óptica por volta de 1980 ls13mm Fontes de InGaAs lasers multimodo FabryPerot Fibras ópticas monomodo Perdas05dBkm BL1000Mbps x Km L 20km dist Entre repetidores Em 1981 2Gbps e L44km Em 1987 17Gbps e L50km Em 1988 primeiro cabo transatlântico Menor dispersão material NP1 12 CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES DOS SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO Gerações Tecnológicas 3ª Geração II Sistema de Comunicação por Fibra Óptica por volta de 1990 ls155mm Fontes de InGaAsP lasers monomodo DFB lasers Fibras ópticas monomodo Desenv das Fibras DSF Perdas02dBkm BL1000Mbps x Km L 50km dist Entre repetidores Em 1990 10Gbps e L50km Menor atenuação NP1 12 CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES DOS SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO Gerações Tecnológicas 4ª Geração II Sistema de Comunicação por Fibra Óptica por volta de 1995 Sistemas DWDM Desenv e uso dos EDFAs Amplif a fibras dopadas com érbio Banda C Banda L NP1 12 CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES DOS SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO Tratase de um sistema de comunicação sem fio wireless constituídos de rádios móveis aparelhos celulares e estações rádiobase ERBs Um celular se comunica com a rede de telefonia fixa ou com qualquer outro celular através de uma central telefônica ligada a ERB Uma ERB cobre determinada área ou célula do sistema Diversas ERBs cobrem áreas urbanas e suburbanas podendo ser estendido a outras áreas de interesse como rodovias áreas rurais III Sistemas de Telefonia Móvel Celular NP1 12 CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES DOS SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO A mobilidade do usuário é garantido pelo enlace contínuo de seu aparelho com a ERB da célula em que se encontra Saindo de uma célula e entrando em outra handoff o serviço é transferido de uma ERB para outra A capacidade da célula é limitada e determinada pelo número de canais de rádio disponíveis na ERBs III Sistemas de Telefonia Móvel Celular Telefone celular B rádio móvel Telefone celular A rádio móvel Diagrama de ERBs de um sistema de telefonia móvel O telefone celular do assinante nada mais é que um rádio transceptor portátil com baixa potência de transmissão e elevada sensibilidade de recepção NP1 12 CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES DOS SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO É um sistema de comunicações monocanal rádio usado para alcançar distâncias de pelo menos 100 km na faixa de HF de 3 a 30 MHz descartando o emprego de estações repetidoras Nesta modalidade operam sistemas militares de navegação aérea e marítima e de radioamadores em telegrafia manual CW em AMDSB ou SSB voz ou dados O espectro também é ocupado por sistemas de radio difusão em AM ondas curtas com sinais analógicos de voz e de música com sinais de áudio limitados a uma banda de 5 khz IV Sistemas de Rádio HF highfrequency NP1 12 CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES DOS SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO As larguras das bandas ocupadas na transmissão são relativamente estreitas da ordem de 3kHz para as transmissões em SSB e 10kHz para as de radiodifusão valores compatíveis com as frequências relativamente baixas alocadas para estes tipos de serviços As potências podem ser irradiadas desde poucos watts e alcançar valores de quilowatts As antenas mais utilizadas são a vertical omnidirecional dipolo meia onda e as diretivas como a rômbica e aloperiódica IV Sistemas de Rádio HF highfrequency NP1 12 CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES DOS SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO IV Sistemas de Rádio HF highfrequency Um salto Dois saltos A irradiação principal é direcionada para o alto à região externa da Terra denominada de ionosfera A ionosfera é uma região ionizada que atua como camada refletora para a onda de rádio e em função do ângulo de incidência faz a onda retornar a Terra formando uma salto NP1 12 CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES DOS SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO IV Sistemas de Rádio HF highfrequency Um salto Dois saltos A onda espacial irradiada que sofre reflexão na Ionosfera e retorna a Terra é denominada de onda ionosférica Esta também pode ser refletida na superfície da Terra e retornar para ser novamente refletida pela ionosfera realizando assim outros saltos O sinal recebido quase sempre está acompanhado de intenso ruído elétrico que se agrega ao sinal ao longo do percurso O ruído é reproduzido em áudio como chiado acompanhado de clics resultantes das descargas elétricas que ocorrem permanentemente na atmosfera terrestre NP1 12 CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES DOS SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO V Sistemas de Rádio em Visibilidade Tratase de um sistema de rádio em frequência super alta microondas que transporta a informação a longas distâncias com repetições sucessivas de sinal devido a curvatura da Terra São usadas estações de rádio repetidoras com as antenas instaladas ao alto de torres que distam em média 50 km uma da outra Os sistemas de comunicações radio em visibilidade transportam em uma única onda de rádio enlace radio link uma grande quantidade de informações de todos os tipos com cerca de 1000 canais analógicos de voz multiplexados ou em maior número se em digital NP1 12 CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES DOS SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO V Sistemas de Rádio em Visibilidade NP1 12 CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES DOS SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO VI Sistemas de Comunicação por Tropodifusão É um sistema com ondas de rádio na faixa de 900 MHz a 2 GHz usado para efetuar o enlace entre dois pontos distantes de 100 até cerca de 400 km valendose da reflexão das ondas no alto da troposfera cerca de 10 km de altura A onda transporta as informações de voz e dados em canais multiplexados É pouco usado em relação aos demais mas é eficiente em regiões tecnicamente inviáveis ao emprego de outros tipos de sistemas terrestres Por exemplo A região amazônica densa floresta grandes volumes de água e grandes distâncias entre as cidades NP1 12 CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES DOS SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO VI Sistemas de Comunicação por Tropodifusão 100 a 400 km Uma explicação do fenômeno da tropodifusão ou espalhamento troposférico referese a parte alta da troposfera região compreendida entre a superfície da Terra à Tropopausa a cerca de 10 km de altura onde existem elétrons em constante agitação formando uma região de permanente turbilhamento capaz de refletir uma pequena fração da energia irradiada por uma antena transmissora de rádio NP1 12 CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES DOS SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO VI Sistemas de Comunicação por Tropodifusão As emissões são feitas com potências que variam de 50 W a 50 kW Uma única onda portadora transporta informações em canais de voz multiplexados da ordem de 100 a 300 canais As antenas são de grande porte e bastante pesadas podendo chegar a pesar 2 toneladas Ao contrário do sistema em visibilidade uma antena não vê a outra e por este motivo as comunicações troposféricas são conhecidas por comunicações transhorizontes NP1 12 CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES DOS SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO VII Sistemas de Comunicação por Satélite TxB RxB TxA RxA satélite antena antena Estação Terrestre A Estação Terrestre B NP1 12 CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES DOS SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO VII Sistemas de Comunicação por Satélite Lançado por foguete ou liberado de um veículo espacial o satélite artificial de comunicações é colocado em órbita da Terra para receber as ondas de rádio enviadas de transmissores terrestres e mandalas de volta à Terra em outra frequência Desta forma o satélite nada mais é do que uma estação radiorepetidora radiorelay posicionada no espaço que ilumina com ondas de rádio uma calota terrestre de extensão considerável Seu emprego é recomendável em países ou regiões com vasta extensão territorial como meio alternativo de comunicações NP1 12 CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES DOS SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO VII Sistemas de Comunicação por Satélite O acesso ao satélite é múltiplo e de qualquer ponto da área de cobertura do satélite pode ser estabelecido o enlace entre as estações Sendo o percurso SatéliteTerra livre de obstruções as transmissões podem ser realizadas relativamente com pouca potência As antenas são dotadas de refletores parabólicos para assegurar um ganho elevado e a diretividade da antena Os diâmetros dos refletores variam de 50 cm a 30 m quanto maior o diâmetro do refletor maior é o ganho da antena A unidade de rádio do satélite é o transponder Um satélite costuma ter vários transponders NP1 12 CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES DOS SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO VII Sistemas de Comunicação por Satélite Os satélites são posicionados em três diferentes tipos de órbitas Órbita baixa Leo Distante da Terra de 150 a cerca de 1500 km Levam até cerca de 100 minutos para completar uma volta em torno da Terra Nesta órbita são encontrados por exemplo os satélites dos sistemas de telefonia móvel NP1 12 CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES DOS SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO VII Sistemas de Comunicação por Satélite Os satélites são posicionados em três diferentes tipos de órbitas Órbita média Meo Distante da Terra de 20000 a 25000 km Levam de 5 a 12 horas para percorrer a órbita Nesta órbita são encontrados por exemplo os satélites do sistema de posicionamento global GPS NP1 12 CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES DOS SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO VII Sistemas de Comunicação por Satélite Os satélites são posicionados em três diferentes tipos de órbitas Órbita geosíncrona Geo ou cinturão de Clarke Arthur Clarke Situase no plano do equador terrestre a 36000 km de distância da Terra Em Geo o satélite permanece parado no espaço em um ponto fixo da Terra acompanhandoa em seu movimento de rotação Por este motivo é denominado de geoestacionário ou geosíncrono É o tipo de mais importante para telecomunicações Um satélite de comunicações geoestacionário típico opera com 24 transponders e mais 6 de reserva Cada um destes opera de modo semelhante a um enlacerádio em visibilidade com cerca de 1000 canais analógicos de voz ou um canal analógico de televisão NP1 12 CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES DOS SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO VII Sistemas de Comunicação por Satélite Órbita geosíncrona Geo ou cinturão de Clarke Arthur Clarke CONTINUANDO Um satélite de comunicações geoestacionário típico opera com 24 transponders e mais 6 de reserva Cada um destes opera de modo semelhante a um enlacerádio em visibilidade com cerca de 1000 canais analógicos de voz ou um canal analógico de televisão Recebe a transmissão terrena na frequência de 6 GHz e transmite em 4 GHz A referência usual das frequências dos canais é escrita na forma 46 GHz desce na menor e sobe na maior ferquencia Outras faixas de frequência 78 1012 1214 1418 2027 GHz NP1 12 CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES DOS SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO VIII A internet Embora seja tratada como rede mundial www world wide web a internet funciona como uma amplo e complexo sistema internacional de comunicações digitais Uma rede deve ser entendida como sendo a infraestrutura do sistema de comunicações O equipamento terminal pode ser PCs tablets celulares e o acesso ao sistema é feito através de um provedor ao qual o terminal se liga via fio cabo coaxial fibra óptica ou rádio NP1 12 CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES DOS SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO IX Sistema de onda portadora sobre linha de potência É um sistema de rádio particular e interessante diferente dos demais e pouco utilizado As comunicações se desenvolvem com canais multiplexados e com onda portadora geralmente na faixa de 30 a 200 kHz aplicado sobre a rede elétrica de alta tensão Os cabos da rede de alta tensão servem de meio de condução das ondas de rádio A energia de RF gerada pelo transmissor é aplicada ao fio de alta tensão através de um capacitor especial de alto isolamento NP1 12 CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES DOS SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO IX Sistema de onda portadora sobre linha de potência É um sistema restrito e limitado mas útil por permitir as comunicações entre o pessoal da central da usina geradora de energia elétrica e das subestações dos locais de distribuição de energia Em escala menor com aplicações domésticas e em escritórios um sistema semelhante pode ser usado na rede elétrica de 127 ou 220 volts Este serviço recebe a designação em inglês de powerline carrier NP1 12 CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES DOS SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO X Sistema de radiodifusão broadcasting São sistemas de transmissão via rádio AM FM e televisão majoritariamente com fins comerciais São sistemas do tipo pontomultiponto Uma central de programas envia por fio rádio ou fibra óptica os sinais da informação até o local ond se situam o transmissor e a antena trasnimssora NP1 12 CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES DOS SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO X Sistema de radiodifusão broadcasting Transmissão da onda AM modulação em amplitude Ocorre na faixa de 535 a 1805 KHz Nesta faixa de frequência a onda eletromagnética se propaga sobre a superfície da Terra recebendo o nome de onda terrestre O alcance da transmissão depende da potência irradiada e da condutividade do tipo de solo da região A irradiação é feita por uma antena vertical do tipo torre A estreita faixa do espectro de frequências destinada à uma estação de AM limita os sinais da informação em 5 kHz pelo que torna a programção mais propicia a voz e menos indicada a música NP1 12 CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES DOS SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO X Sistema de radiodifusão broadcasting Transmissão da onda FM modulação em frequência Ocorre na faixa de 88 a 108 MHz Nesta faixa de frequência a onda eletromagnética se propaga na troposfera da Terra até o limite da linha do horizonte vista da antena Na faixa de frequências em MHz bem mais altas que os kHz do rádio AM o canal ocupado pode ser mais largo o que permite modular com sinais de áudio de 15 kHz em transmissão mono ou estereofônica em dois canais de áudio A qualidade da reprodução do sinal FM é bastante superior ao AM pelo que é mais indicado para música NP1 12 CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES DOS SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO X Sistema de radiodifusão broadcasting A radiodifusão de televisão Na transmissão analógica ocupava segmentos do espectro de frequências de 54 a 806 MHz O sistema analógico de televisão era o PALM que migrou para o sistema digital ISDBTB A faixa de 700 MHz mais especificamente de 708 a 803 MHz foi destinado ao sistema de quarta geração de telefonia móvel 4G Na transmissão digital foi utilizado a faixa de VHF dos canais 7 a 13 VHF alto NP1 12 CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES DOS SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO X Sistema de radiodifusão broadcasting A radiodifusão de televisão Especificações técnicas do padrão ISDBTB Aplicações EPG tGOV tCOM Internet Middleware Ginga Compressão de áudio MPEG4 AAC 20 51 canais Compressão de vídeo MPEG4 H264 HDTV1080i 1920 colunas por 1080 linhas entrelaçadas 169 HDTV720p 1280 colunas por 720 linhas progressivas 169 SDTV480p 640 colunas por 480 linhas progressivas 43 LDTV1SEG 320 colunas por 240 linhas 43 Transporte MPEG2 TS Modulação COFDM dividido em 13 segmentos da portadora de 6 MHz NP1 ESPECTRO DE FREQUÊNCIAS SOM Audível 20 Hz 20 kHz 100 km Acoustica ELFVLF Extremely Very Low 3 kHz 30 kHz 100 km 10 km Navegação Tempo Submarino LF Low Frequency 30 kHz 300 kHz 10 km 1 km Navegação Comunicações Marítimas MF Medium Frequency 300 kHz 3 MHz 1 km 100 m Navegação Rádio AM HF High Frequency 3 MHz 30 MHz 100 m 10 m Banda Cidadão VHF Very High Frequency 30 MHz 300 MHz 10 m 1 m Radio Amador Radio FM TV VHF UHF Ultra High Frequency 300 MHz 3 GHz 1 m 01 m Microondas Satélite TV UHF SHF Super High Frequency 3 GHz 30 GHz 100 mm 10 mm Microondas Satélite EHF Extremely High Frequency 30 GHz 300 GHz 10 mm 1 mm Microondas Satélite IR Luz Infra Vermelho 103 10 5 GHz 300 mm 3 mm Infravermelho LUZ Luz Visibel 1013 10 15 GHz 1 mm 03 mm Fibras Ópticas RX Raios X 1015 10 18 GHz 103 mm 107 mm NA Raios Cósmicos e Gama 10 18 GHz 107 mm NA APLICAÇÕES SIGLA DENOMINAÇÃO FAIXA DE FREQUÊNCIA COMPRIMENTO DE ONDA 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 Padrão ISDBTB ver httpsptwikipediaorgwikiTransicãoparaatelevisãodigitalnoBrasil OBRIGADO