Pós-Graduação
Redes de Computadores e Telecomunicações
Disciplina: Fundamentos de Telecomunicações
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Sinais, Frequencias, Radio Comunicação e
Satélites:
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Conceitos Básicos sobre sinais (amplitude,
frequência e fase, análise de Fourier):
•
Amplitude é uma medida escalar negativa e
positiva da magnitude de oscilação de uma
onda.
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Conceitos Básicos sobre sinais (amplitude,
frequência e fase, análise de Fourier):
•
A distância Y, é a amplitude da onda, também conhecida como "pico de
amplitude" para distinguir de outro conceito de amplitude, usado
especialmente em engenharia elétrica: root mean square amplitude (ou
amplitude rms), definida como a raiz quadrada da média temporal da distância
vertical entre o gráfico e o eixo horizontal. O uso de "pico de amplitude" não é
ambíguo para ondas simétricas e periódicas como senóides, onda quadrada e
onda triangular. Para ondas sem simetria, como por exemplo pulsos periódicos
em uma direção, o termo "pico de amplitude" torna-se ambíguo pois o valor
obtido é diferente dependendo se o máximo valor positivo é medido em relação
à média, se o máximo valor negativo é medido em relação à média ou se o
máximo sinal positivo é medido em relação ao máximo sinal negativo e dividido
por dois. Para ondas complexas, especialmente sinais sem repetição tais como
ruído, a amplitude rms é usada frequentemente porque não tem essa
ambiguidade e também porque tem um sentido físico. Por exemplo, a potência
transmitida por uma onda acústica ou eletromagnética ou por um sinal elétrico
é proporcional à raiz quadrada da amplitude rms (e em geral, não tem essa
relação com a raiz do pico de amplitude).
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Conceitos Básicos sobre sinais (amplitude,
frequência e fase, análise de Fourier):
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Conceitos Básicos sobre sinais (amplitude,
frequência e fase, análise de Fourier):
• A seguinte equação será adotada para
formalizar amplitude:
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Conceitos Básicos sobre sinais (amplitude,
frequência e fase, análise de Fourier):
• “A” é a amplitude da onda.
• Amplitude de uma onda é a medida da magnitude da
máxima perturbação do meio durante um ciclo da onda. A
unidade utilizada para a medida depende do tipo da onda.
Por exemplo, a amplitude de ondas de som e sinais de
áudio costumam ser expressas em decibéis (dB).
• A amplitude de uma onda pode ser constante ou variar
com o tempo. Variações de amplitude são a base para
modulações AM.
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Conceitos Básicos sobre sinais (amplitude,
frequência e fase, análise de Fourier):
• Frequência.
• A frequência (FO 1943: freqüência) é uma
grandeza física ondulatória que indica o número de
ocorrências de um evento (ciclos, voltas, oscilações,
etc) em um determinado intervalo de tempo.
• Alternativamente, podemos medir o tempo
decorrido para uma oscilação. Este tempo em
particular recebe o nome de período (T). Desse
modo, a frequência é o inverso do período.
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Conceitos Básicos sobre sinais (amplitude,
frequência e fase, análise de Fourier):
• Frequência – Exemplos:
• Considere o evento "dar a volta completa em torno de si mesmo na volta".
Suponha que leve 0,5 segundo para que esse evento ocorra. Esse tempo é o
seu período (T). Com isso, podemos deduzir que em 1 segundo o evento
ocorrerá duas vezes, ou seja, será possível "dar duas voltas em torno de si
mesmo". Nesse caso, sua frequência é de 2 vezes por segundo, ou 2 Hz (2 × 0,5
s =1 s). Imagine agora que seja possível realizarmos esse mesmo evento em
0,25 segundos. Consequentemente, em um segundo ele ocorrerá 4 vezes,
fazendo com que a frequência passe a ser de 4Hz (4 × 0,25 s= 1 s). Perceba que
o tempo considerado para frequência é sempre o mesmo, ou seja, 1 segundo.
O que varia é o período do evento, que no primeiro caso foi de 0,5 s e no
segundo de 0,25 s. Assim sendo, para sabermos quantas vezes o evento ocorre
em 1 segundo precisamos saber quantas vezes ele "cabe" dentro desse
segundo.
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Conceitos Básicos sobre sinais (amplitude,
frequência e fase, análise de Fourier):
• Frequência – Exemplos:
• Portanto temos que:
A) No primeiro caso, 2 × 0,5 s = 1 s, temos que:
F = 2 Hz
T = 0,5 s
Portanto, 2 × 0,5 s =1 s; ou seja,
. Daí, temos que:
b) No segundo caso, 4 × 0,25 s = 1 s, temos que:
f = 4 Hz
T = 0,25 s
Portanto, 4 × 0,25 s =1 s; ou seja,
. Daí, temos que :
.
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Conceitos Básicos sobre sinais (amplitude,
frequência e fase, análise de Fourier):
• Fase:
• Em física, a fase refere-se a dois conceitos intimamente relacionados.
• Quando se fala da fase de um ponto da onda diz-se da característica
desse ponto em termos da sua amplitude local e da variação local dos
valores da propriedade periódica (campo eléctrico, nas ondas
eletromagnéticas ou pressão do ar nas ondas sonoras). Em termos
matemáticos, diz-se que a fase é dada pelo valor da função e da sua
derivada naquele ponto.
• Quando se diz a fase de uma onda (por inteiro) diz-se de quanto
uma onda difere de outra de igual frequência e comprimento de onda
no que toca às diferenças de fase em cada um dos seus pontos em
igual distância da fonte e igual tempo. Assim, ondas podem estar mais
ou menos defasadas, conforme pontos caracterizados por mesmo
tempo e posição tenham fases mais ou menos próximas.
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Conceitos Básicos sobre sinais (amplitude,
frequência e fase, análise de Fourier):
• Fase:
• Um jeito claro de se demonstrar o que é a fase de uma onda é apelando
para uma função de onda de uma onda periódica:
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Conceitos Básicos sobre sinais (amplitude,
frequência e fase, análise de Fourier):
• Fase:
• onde
representa a fase.
• k é o número de onda;
• x é a posição do espaço;
• ω é a frequência angular;
• t é o tempo;
• φ0 é a fase inicial.
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Conceitos Básicos sobre sinais (amplitude,
frequência e fase, análise de Fourier):
• Análise de Fourier:
• Em
matemática, uma série de Fourier,
nomeada em honra de Jean-Baptiste Joseph
Fourier (1768-1830), é a representação de
uma função periódica (muitas vezes, nos casos
mais simples, tidas como tendo período 2π)
como uma soma de funções periódicas da
forma
.
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Conceitos Básicos sobre sinais (amplitude,
frequência e fase, análise de Fourier):
• Análise de Fourier:
• Fourier foi o primeiro a estudar sistematicamente tais séries
infinitas, após investigações preliminares de Euler,
D'Alembert, e Daniel Bernoulli. Ele aplicou estas séries à
solução da equação do calor, publicando os seus resultados
iniciais em 1807 e 1811, e publicando a sua Théorie analytique
de la chaleur em 1822. De um ponto de vista moderno, os
resultados de Fourier são algo informais, em boa parte devido
à falta de uma notação concisa de funções e integrais nos
inícios do século XIX. Mais tarde, Dirichlet e Riemann
expressaram os resultados de Fourier com grande precisão e
rigor formal.
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Sistemas de Telecomunicações Via Rádio :
• Existem
casos em que a distância entre as
centrais de comutação é maior e torna-se inviável
a ligação via cabos. Nessas situações o meio de
transmissão é o espaço livre (atmosfera ou
vácuo). A interligação entre as centrais pode ser
feita através de um equipamento de transmissão
denominado rádio.
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Sistemas de Telecomunicações Via Rádio :
• Definição:
• Um rádio é um conjunto composto de transmissor, antena
transmissora, antena receptora e receptor. Por sua
estrutura o rádio exige o uso associado de um
multiplexador (mux). Dessa forma, o rádio tem por
finalidade a transmissão de informações já preparadas pelo
mux e recebimento de informações emitidas por outro
sistema rádio, entregando a informação ao mux associado.
Geralmente a quantidade de canais para recepção e
transmissão é a mesma no rádio e no mux associado. Os
tipos de transmissão via rádio são listados a seguir, sendo
que para cada caso são usados antenas e rádios específicos:
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Sistemas de Telecomunicações Via Rádio :
• Visada direta
• Comunicação direta entre o emissor e o receptor, sem sofrer refração
e sem circular em frequencias superiores na atmosfera;
• Tropodifusão
• Quando as frequências das ondas de rádio estão entre 300Mhz e
30Ghz, estas podem refletir-se na troposfera, sendo portanto captadas
por antenas que estejam fora do campo de visualização do transmissor.
A troposfera serve como um espelho ao refletir as ondas de rádio;
• Refração
• É outra forma importante de propagação. Como o nome sugere esta
depende das condições da troposfera ou seja,condições
meteorológicas.Diferente da propagação por E-esporádica esta
influencia frequências mais altas,via de regra é ótima para UHF,muito
bom em VHF e mais fraca na banda inferior de VHF(de 30 a 50 Mhz);
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Sistemas de Telecomunicações por Satélite:
• SATÉLITES
• SATÉLITE ARTIFICIAL
• Um satélite artificial é qualquer corpo feito pelo homem e colocado
em órbita ao redor da Terra ou de qualquer outro planeta. Hoje em dia,
ao contrário do que ocorria no início da história dos satélites artificiais,
o termo satélite vem sendo usado praticamente como um sinônimo
para "satélite artificial". O termo "satélite artificial" tem sido usado
quando se quer distingui-los dos satélites naturais, como a Lua.
• Atualmente estão em órbita, para além dos satélites do Sistema de
Posicionamento Global, satélites de comunicações, satélites científicos,
satélites militares e uma grande quantidade de lixo espacial, ou seja,
não se deve se referir à satélites apenas como um meio de transporte
de dados ou apenas um meio de mapear ou espionar o sistema
terrestre.
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Sistemas de Telecomunicações por Satélite:
• SATÉLITES
• SATÉLITE DE COMUNICAÇÃO
• Um satélite de comunicação (algumas vezes abreviado para
comsat) é um satélite artificial para fins de telecomunicações. Os
modernos
satélites
de
comunicação
usam
órbitas
geoestacionárias, órbitas Molniya ou baixas órbitas polares.
• Os
satélites de comunicação oferecem uma tecnologia
complementar àquela das fibras óticas em cabos submarinos de
comunicação. Eles também são usados nas comunicações com
navios e aviões, o que não pode ser feito por outras tecnologias,
tais como a transmissão a cabo.
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Sistemas de Telecomunicações por Satélite:
• SATÉLITES
• TIPOS DE SATÉLITE
• Satélites
Civis:
 Testes biológicos;
 Pesquisa de recursos naturais;
 Sondas planetárias;
 Astronomia e observatórios orbitais;
 Meteorológicos;
 Telecomunicação;
 Navegação;
 Experimentais.
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Sistemas de Telecomunicações por Satélite:
• SATÉLITES
• TIPOS DE SATÉLITE
•Satélites Militares:
 Vigilância;
 Ataque contra alvos orbitais, aéreos e terrestres.
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Sistemas de Telecomunicações VSat:
• A estação terrena mais popular que existe é a VSAT, uma abreviatura
para Very Small Aperture Terminal. Geralmente são estações com
antenas variando de 80 cm a 2 metros e pouco de diâmetro.
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Sistemas de Telecomunicações VSat:
• Arquitetura
• Uma rede VSAT é composta de um número de estações VSAT e
uma estação principal (“hub station”).
• A estação principal dispõe de antena maior e se comunica com
todas as estações VSAT remotas, coordenando o tráfego entre
elas. A estação “hub” também se presta como ponto de
interconexão para outras redes de comunicação.
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Sistemas de Telecomunicações VSat:
• Topologias
• Existem
duas topologias de redes VSAT: a estrela e a malha
(“mesh”). Na topologia em estrela as estações VSAT se
comunicam exclusivamente com a estação “hub” e na topologia
em malha há comunicação direta entre as VSATs.
•Na topologia em estrela, para uma estação VSAT se comunicar
com outra estação do mesmo tipo deve se comunicar com a
estação “hub” e esta retransmitir o sinal para a outra estação
VSAT, ocorrendo nesse caso o fenômeno denominado de duplo
salto, pois o sinal vai e volta duas vezes do satélite.
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Sistemas de Telecomunicações VSat:
• Constituição física
• Uma
estação VSAT é composta de duas unidades físicas
distintas, a Unidade Externa (ODU – “outdoor unit”) e a Unidade
Interna (IDU – “indoor unit”). Na ODU fica a antena, alimentador
e a parte de RF, o transmissor e o receptor propriamente dito.
• Na IDU fica toda a parte de banda básica, constituída
essencialmente do modem. A IDU se conecta à ODU por meio de
cabos coaxiais onde a transmissão é feita a nível de frequência
intermediária (FI), geralmente na faixa de 2 GHz. A distância
máxima que a ODU pode ficar da IDU varia de 50 a 100 metros.
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Sistemas de Telecomunicações VSat:
• Alocação de Canais
• Para que uma estação VSAT se comunique é necessário que à mesma
esteja associado um canal de RF. Essa associação pode ser permanente
ou por demanda, variando dinamicamente. Quando a associação é
permanente existe um canal fixo para cada VSAT e temos o método de
alocação PAMA (“Permanent Assignment Multiple Acess”) ou acesso
múltiplo com alocação permanente.
• Quando a alocação é dinâmica existe um “pool” de canais
administrados pela estação “hub” do qual são alocados os canais para
cada VSAT na medida em que sejam solicitados e para o qual são
liberados ao término do uso. Neste caso temos o método de alocação
DAMA (“Demand Assignment Multiple Access”) ou acesso múltiplo com
alocação por demanda.
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Sistemas de Telecomunicações VSat:
• Métodos de Acesso
• Seja a alocação de canais PAMA ou DAMA, existe uma variedade de métodos
de acesso e partilhamento de canais. Os principais são mostrados a seguir:
• TDMA (“Time Division Multiple Acess”) ou acesso múltiplo por divisão de
tempo, no qual a cada canal está associado um intervalo de tempo que se
repete periodicamente;
• FDMA (“Frequency Division Multiple Access”) ou acesso múltiplo por divisão
de frequência, no qual a cada canal está associada uma frequência;
• FTDMA (“Frequency Time Division Multiple Access”) ou acesso múltiplo por
divisão de frequência e tempo, que é uma combinação dos dois anteriores,
onde cada canal está associado um par ordenado de frequência e intervalo de
tempo;
• CDMA (“Code Division Multiple Access”) ou acesso múltiplo por divisão de
código, que utiliza a técnica de espalhamento espectral (“spread spectrum”)
onde a cada canal está associado um código, que é a chave de decodificação
daquele canal.
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• Bibliografia Básica
•FERRARI, A. M. Telecomunicações - Evolução &
Revolução. São Paulo: Érica. 2005.
•OLIVEIRA, J. C. Princípios de Telecomunicações Teoria e Prática. São Paulo: Érica. 2005.
•SOARES NETO, V.; SILVA, A. P. Telecomunicações,
redes de alta velocidade, cabeamento estruturado.
5ª Edição. São Paulo: Érica. 2005.