William Stallings Data and Computer Communications 7th Edition Chapter 3 Transmissão de dados Data Transmission Terminologia (1) • Transmitter - transmissor • Receiver - receptor • Medium - meio —Guided medium – meio confinado • e.g. twisted pair, optical fiber —Unguided medium – meio não-confinado • e.g. air, water, vacuum Terminologia (2) • Direct link – Link direto —Sem dispositivos intermediários • Point-to-point —Link direto —Apenas 2 dispositivos compartilham o link • Multi-point —Mais de 2 dispositivos compartilham o link Terminologia (3) • Simplex —Um sentido • e.g. Television • Half duplex —Ambos sentidos, mas apenas um a cada instante • e.g. police radio • Full duplex —Ambos sentidos ao mesmo tempo • e.g. telephone Frequencia, Espectro e Largura de faixa • Conceitos do “domínio” do tempo —Sinal analógico • Varia de maneiro suave no decorrer do tempo —Sinal digital • Mantém um valor constante e então muda para outro valor —Sinal periódico • Padrão repetido no tempo —Sinal não-periódico • Padrão que não se repete (periodicamente) com o tempo Sinais analógicos e digitais Sinais Periódicos Sinais sinusoidais (seno / coseno) • Amplitude de pico - Peak Amplitude (A) —Máximo valor do sinal —volts • Frequencia (f) —Taxa de mudança do sinal —Hertz (Hz) ou “ciclos” por segundo (second) —Período = tempo para uma repetição (T) —T = 1/f • Fase - Phase () —Posição relativa no tempo Senos variados s(t) = A sin(2ft +) Comprimento de onda - Wavelength • Distância ocupada por um ciclo • Distância entre dois pontos de fase correspondente em dois ciclos consecutivos • • Assumindo a velocidade do sinal v — = vT — f = v — c = 3*108 ms-1 (velocidade da luz no espaço livre) Conceitos no domínio da frequência • Sinais são usualmente constituídos por diversas freqüências • “Componentes” são senos e cosenos • A análise de Fourier (ou espectral) mostra como decompor um sinal em senos e cosenos • Pode-se representar graficamente o “espectro” do sinal Adição de componentes (T=1/f) Representação no “domínio” da freqüência: “espectro” Espectro & Largura de faixa – (Spectrum & Bandwidth) • Espectro —Faixa de frequencias contidas no sinal • Largura de faixa absoluta —Largura do espectro • Largura de faixa efetiva —Geralmente chamada “largura de faixa” —Faixa estreita do espectro contendo a maior parte da energia do sinal • Componente DC —Componente de frequencia zero Sinal com componente DC Taxa de dados e largura de faixa • Qualquer sistema de transmissão tem uma largura de faixa limitada • Isso limita a taxa de dados que pode ser transmitida através desse sistema Transmissão de dados analógicos e digitais • “Dados” —Entidades que contém informação • Sinais —Representações dos dados (e.g., elétricos) • Transmissão —Comunicação de dados através da propagação de sinais Dados digitais e analógicos • Analógicos —Valores (amplitude) contínuos e tempo contínuo —e.g. som, vídeo • Digital —Valores (amplitude) discretos e tempo discreto —e.g. texto, inteiros Espectro acústico (Analógico) Sinais analógicos e digitais • Maneira pela qual os dados são transmitidos • Analógico —Continuously variable —Various media • wire, fiber optic, space —Speech bandwidth 100Hz to 7kHz —Telephone bandwidth 300Hz to 3400Hz —Video bandwidth 4MHz • Digital —Usa duas componentes DC Vantagens e desvantagens do digital • Mais barato • Menos susceptível ao ruído (maior robustez) • Maior atenuação —Pulsos se tornam menores e “arredondados” —Leva à perda de informação Atenuação de sinais digitais Componentes da voz (speech) • Frequency range (of hearing) 20Hz-20kHz —Speech 100Hz-7kHz • Easily converted into electromagnetic signal for transmission • Sound frequencies with varying volume converted into electromagnetic frequencies with varying voltage • Limit frequency range for voice channel —300-3400Hz Conversion of Voice Input into Analog Signal Componentes de vídeo • USA - 483 lines scanned per frame at 30 frames per second — 525 lines but 42 lost during vertical retrace • So 525 lines x 30 scans = 15750 lines per second — 63.5s per line — 11s for retrace, so 52.5 s per video line • Max frequency if line alternates black and white • Horizontal resolution is about 450 lines giving 225 cycles of wave in 52.5 s • Max frequency of 4.2MHz Dado digital binário • De terminais de computadores etc. • Duas componentes DC • Largura de faixa depende da taxa de transmissão Conversão da entrada do PC em bits Dados e sinais • Geralmente usa-se sinais digitais para dados digitais e sinais analógicos para dados analógicos • Pode-se usar sinais analógicos para transmitir dados digitais —Modem • Pode-se usar sinais digitais para transmitir dados analógicos —CD (Compact Disc audio) Sinais analógicos transportando dados analógicos e digitais Sinais digitais transportando dados analógicos e digitais Transmissão analógica • Sinal analógico transmitido de forma indiferente ao seu conteúdo • Pode ser dado analógico ou digital • Atenuado com a distância • Usa amplificadores para elevar nível de potência (boost) do sinal • Também amplifica o ruído Transmissão Digital • Depende do conteúd • Integridade é ameaçada pela atenuação, ruído, etc. • Repetidores são usados • Repetidor recebe o sinal • Extrai os bits • Retransmite • Atenuação é combatida • Ruído NÃO é amplificado Vantagens da transmissão digital • Digital technology — Low cost LSI/VLSI technology • Data integrity — Longer distances over lower quality lines • Capacity utilization — High bandwidth links economical — High degree of multiplexing easier with digital techniques • Security & Privacy — Encryption • Integration — Can treat analog and digital data similarly Problemas na transmissão • • • • Sinal recebido pode diferir do transmitido Analógico – degradação da “qualidade” do sinal Digital - bit errors Causados por —Atenuação —Distorção no atraso —Ruído Atenuação • Potência do sinal decai com a distância • Depende do meio de propagação • Potência do sinal recebido: —Deve ser suficiente para que o mesmo seja detectado —Dever ser suficientemente maior que a do ruído para que o sinal seja interpretado sem erros • Atenuação é maior quanto maior for a frequencia Distorção no atraso • “Only in guided media” ?? • Velocidade de propagação varia com a frequencia Ruído - Noise (1) • Sinais adicionais inseridos no percurso entre transmissor e receptor • Termal (de temperatura) —Devido à agitação dos elétrons —Uniformemente distribuído —Ruído branco (White noise) • Intermodulação - Intermodulation —Sinais que são a soma e/ou diferença das frequencias originais compartilhando um meio Ruído - Noise (2) • Crosstalk —Sinal de uma linha que interfere em outra • Impulsivo —Pulso irregulares ou “spikes” —e.g. External electromagnetic interference —Duração curta —Alta amplitude Capacidade do canal • Taxa de dados - Data rate —Em bits por segundo —Taxa na qual o dado é transmitido • Bandwidth —Em ciclos por segundo ou Hz —Limitada pelo transmissor e pelo meio Teorema de Nyquist • If rate of signal transmission is 2B then signal with frequencies no greater than B is sufficient to carry signal rate • Given bandwidth B, highest signal rate is 2B • Given binary signal, data rate supported by B Hz is 2B bps • Can be increased by using M signal levels • C= 2B log2M Fórmula de Shannon da capacidade (capacity) do canal • Considera: data rate, noise e error rate • “Faster data rate shortens each bit so burst of noise affects more bits”? —A um determinado nível de ruído, uma taxa de dados maior implica numa taxa de erro maior • • • • Signal to noise ratio (em decibels) SNRdb=10 log10 (signal/noise) Capacidade C=B log2(1+SNR) Não considera “erros no canal” Leitura sugerida • Stallings chapter 3
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