PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE CAMPINAS
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS, AMBIENTAIS E DE TECNOLOGIAS
FACULDADE DE ENGENHARIA ELÉTRICA – TELECOMUNICAÇÕES
Engenharia Elétrica
SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO
PARTE 1 - Telefonia Convencional
Sétimo Semestre - 2005
1
Ementa
• Conceito de Sistemas aplicado a Telecomunicações.
Dimensionamento e desempenho de sistemas de
comunicação por satélite e rádio enlace. Princípios básicos
de comunicação óptica. Transmissores Sistemas de
comunicação móveis celulares. Redes de comunicação de
dados.
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Objetivos Específicos
• Propiciar ao aluno o conhecimento que permita ter uma
visão abrangente dos diferentes sistemas de comunicação e
identificar o princípio de operação de cada um deles.
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Conteúdo
Primeira Parte: Telefonia Convencional
1.1 – Aspectos Básicos de Redes de Telecomunicações
1.2 – Uma Conexão Telefônica Simples
1.3 – Fonte e Destino
1.4 – Redes Telefônicas
1.5 – Aspectos de Tráfego
1.6 – Fórmula de Erlang B
1.7 – Configuração das Redes
4
Conteúdo
Segunda Parte: Introdução à Transmissão Telefônica
2.1 – Introdução
2.2 – Efeitos na Transmissão de Voz
2.3 – Transmissão a 2 fios e 4 fios
2.4 – Multiplexação
5
Conteúdo
Terceira Parte: Projeto de Ligação a Longa Distância
3.1 – Introdução
3.2 – Ligação por Rádio
3.3 – Ligação por Satélite
3.4 – Ligação por Fibra
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Conteúdo
Quarta Parte: Sistema de Transmissão Digital
4.1 – Analógico x Digital
4.2 – PCM Básico
4.3 – Funções do PCM
4.4 – Operação de um Sistema PCM
4.5 – Aplicações Práticas
4.6 – Multiplex PCM
4.7 – SONET e SDH
7
Conteúdo
Quinta Parte: Sistemas Celulares
5.1 – Conceitos Básicos
5.2 – Propagação
5.3 – Técnicas de Acesso
5.4 – Reuso de Freqüência
5.5 – Sistemas de Terceira Geração
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Conteúdo
Sexta Parte: Comunicação de Dados
6.1 – Introdução
6.2 – O Bit
6.3 – Ambigüidade
6.4 – Codificação
6.5 – Erros na Transmissão de Dados
6.6 – Transmissão Binária e o Conceito de Temporização
6.7 – Transmissão Digital em Canal Analógico
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Conteúdo
Sétima Parte: Rede de Dados
1 – Introdução
2 – Considerações de Projeto
3 – Topologia de Rede
4 – Operação de Rede de Dados
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Avaliação
• Duas provas peso 0,2 para primeira prova e peso 0,4 para
segunda prova
• Projeto 0,2
• Testes 0,2
• NF=P1x0,2+P2x0,4+Projx0,2+Testesx0,2
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Parte 1 - Telefonia Convencional
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1 - Aspectos Básicos
• Telecomunicações tratam a comunicação elétrica a
distância
• Necessidade de especialistas
• Serviço público ou privado
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1.1 - Redes de Telecomunicações
•
•
•
•
•
PSTN - Public Switched Telecommunication Network
Rede gigante
Certa de 1.000.000.000 de usuários
Outros serviços com ligação de computadores
Serviços: voz, vídeo conferência, fax, etc
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1.1 - Redes de Telecomunicações
•
•
•
•
Sistemas celulares
Outras redes como por exemplo LAN
Internet
Duas áreas
– transmissão - qualidade da ligação entre dois ponto
– comutação - conexão entre dois pontos
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2 - Conexão Telefônica Simples
• Dispositivo ligado no mundo por um par de fios
• Handset - transdutores elétrico-acústico: microfone e
altofalante
• Gancho - sinalização
• Alimentação provida pela central de -48V dc
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2 - Conexão Telefônica Simples
•
•
•
•
Par de fios
Alimentação
Dois handsets
Distância D
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2 - Ligação Telefônica Simples
18
2 - Ligação Telefônica Simples
• Alguns fatores limitantes
– queda de tensão
– distância limite 30 km, que depende da eficiência do handset
– atenuação do sinal
• Na ligação simples mostrada somente duas pessoas
poderiam se comunicar
• Com o aumento do número de pessoas as dificuldades se
iniciam
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2 - Ligação Telefônica Simples
•
•
•
•
•
•
Primeira idéia é a ligação um a um
Ligação em paralelo
Existência de sistema de alerta para chamadas
Sinalização complexa
A conexão local é chamado de loop local
A configuração para 8 usuários ficaria com a seguinte
estrutura
20
Ligação Total
21
Ligação de 8 pontos em malha
• Número elevado de ligações
• Sinalização mais complexa
• Única justificativa seria a necessidade de uma
comunicação permanente entre todos durante todo o tempo
• Esta não é a realidade em um sistema telefônico
• A utilização é randômica
• O usuário (subscriber) vai se comunicar somente com
outro usuário e não com todos ao mesmo tempo
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Solução de centralização
• Para grandes distâncias o custo aumentaria muito para uma
rede full-mesh
• Seria mais adequado compartilhar recursos
• Outra forma de interligação seria utilizando um comutador
(switch)
• A switch tem como função interligar os dispositivos, no
caso os telefones
• Existem as chamadas originadas que devem ser conectadas
a nas chamadas terminadas
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Ligação Central
24
Comutação
• Um dos objetivos é reduzir custos
• Redução do número de ligações entre os usuários
• Existe uma forma de concentração
• Mais a frente ficará claro que a central de
comutação fará uma concentração de tráfego
reduzindo os custos das facilidades de transmissão
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3 - Fonte e Destino
• Tráfego é o termo que quantifica a utilização
• O usuário utiliza o telefone quando ele deseja se comunicar
com outra pessoa
• A rede telefônica permite esta conexão entre os usuários
• Já vimos duas formas de conexão: full-mesh e com central
de comutação
• Na comunicação temos a fonte e o destino que serão
interligados por nós de uma rede que são as centrais de
comutação
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4 - Redes Telefônicas
• Sistemático desenvolvimento meios de transmissão
interconectados permitindo comunicação entre vários
usuários
• Sempre existe um aspecto econômico para
compartilhamento de facilidades
• Por exemplo: os usuários compartilham facilidades de
transmissão; a comutação permite este compartilhamento
pela comutação
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4 - Redes Telefônicas
Exemplo Simples
• Duas cidades são separadas por 20 km
• Cada cidade tem 100 usuários com telefone
• O tráfego principal do sistema será entre assinantes da
mesma cidade
• Existirá tráfego entre as cidades, porém, considerável
menos
• Cada cidade terá uma central de comutação
• Em função do pequeno tráfego seria razoável que 6 linhas
somente conseguiriam acomodar esta demanda entre as
duas centrais
• Esta afirmação possuir considerável importância!
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4 - Redes Telefônicas
Exemplo Simples
Cidade A
100 usuários
Cidade B
6 linhas
100 usuários
Pergunta: 6 linhas é o suficiente?
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4 - Redes Telefônicas
Compromisso entre custo e atendimento
• Pelo lado econômico é desejável o menor número possível
de linhas
• Pelo lado do atendimento deve-se avaliar o impacto deste
número de linha no serviço a ser oferecido
• O impacto é medido em função do BLOQUEIO
• As linhas telefônicas conectando uma central telefônica com
outra são chamados de Tronco (Trunks) nos Estados Unidos
e de Junção (Junctions) na Europa
• A linha de telefone que conecta um usuário com a central é
chamado por vários nomes. Vamos utilizar LOCAL LOOP
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4 - Redes Telefônicas
Concentração
• Relação entre o número de loops locais para troncos
• No exemplo simples apresentado vão existir 100 linhas
para 6 troncos
• A relação será de 16:1
• Cada central vai servir a uma certa área
100
Loops
Locais
Central
Local
Relação 16:1
6 Troncos
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4 - Redes Telefônicas
Área local e Área de longa distância
• Local Area - área de atendimento local de uma central
• Tool Area - área que contem várias centrais
• Podemos ter ligações locais numa Local Area e ligações de
longa distância em uma Tool Area
• A diferença entre as áreas está centrado em custo da
ligação
• Por exemplo: numa área local o custo pode ser por tempo
ou uma taxa fixa; para longa distância esta sistemática de
cobrança vai mudar, sendo feita sempre medindo o tempo
de chamada
• Curiosidade: com a Internet a cobrança por taxa fixa é
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inconveniente!
4 - Redes Telefônicas
Rede
• Uma Rede é nome dado a um grupo de centrais
interconectadas entre si
• Existem vários tipos de redes com características
deferentes
• Rede metropolitana
• Rede rural
• Outras redes
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5 - Essência de Engenharia de Tráfego
5.1 - Introdução e Terminologia
• As centrais são conectadas por troncos
• O número de troncos é a quantidade de canais de voz de
interligação
• Uma das principais tarefas na engenharia de
telecomunicações é o dimencionamento dos troncos
• A nomenclatura é: Dimensionamento de uma rota
• Para dimensionar uma rota é necessário saber a utilização
que esta rota vai ter
• Isto significa o número de pessoas que vão desejar utilizar
esta rota
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5 - Essência de Tráfego Telefônico
Parâmetros de Utilização de uma Rota
• Existem dois parâmetros importantes na definição da
utilização de uma rota de transmissão
• Taxa de chamada - ou o número de vezes que uma rota ou
um caminho é utilizado por unidade de tempo
• Tempo de retenção - ou a duração da ocupação de um ou
mais caminhos pelas chamadas
• Um caminho de tráfego pode ser:
– um canal - exemplo canal telefônico
– time slot - exemplo no PCM (Pulse Code Modulation)
– Banda de frequência - faixa ocupada - exemplo FDM (Frequency
Division Multiplexy)
– Linha - exemplo linha telefônica
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5 - Essência de Tráfego Telefônico
Caminho de tráfego
• Canal - exemplo canal telefônico
• Time slot - exemplo no PCM (Pulse Code Modulation)
• Banda de frequência - faixa ocupada - exemplo FDM
(Frequency Division Multiplexy)
• Linha - exemplo linha telefônica
• Tronco - exemplo tronco telefônico
• Capacidade de comutação - exemplo centrais telefônicas
• Circuito sobre o qual existe uma comunicação individual
que passa em seqüência
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5 - Essência de Tráfego Telefônico
Tráfego
• Tráfego suportado - é o volume de tráfego suportando por
uma central de comutação
• Tráfego oferecido - é o volume de tráfego oferecido por
uma central de comutação
• Para dimensionar um caminho de tráfego ou tamanho de
uma central de comutação é necessário saber a intensidade
de tráfego representado por um período de ocupação
• Existem variações semanais e diárias no tráfego
• O tráfego é aleatório
• Existem formas de prever o comportamento do tráfego
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5 - Essência de Tráfego Telefônico
Tráfego
• Por exemplo: o tráfego é maior na segunda e na sexta que
na quarta
• Um período de uma hora de tráfego é utilizado para
encontrar o período mais ocupado de tráfego
• Ao longo do dia existe a flutuação do tráfego onde vai ser
identificada uma hora onde o tráfego será mais intenso
• A variação entre a hora de maior movimento (HMM) e a
hora de menor movimento pode existir uma relação de
100:1
• Para dimensionar utilizasse a HMM
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5 - Essência de Tráfego Telefônico
Variação do Tráfego ao Longo de um Dia
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5 - Essência de Tráfego Telefônico
Intensidade de Tráfego
• A figura anterior mostra a variação do tráfego ao longo de
um dia qualquer
• A HMM foi de 10:00 até 11:00
• Entre os dias da semana esta HMM pode variar até 25%
• Mesmo esta variação pode sofrer alterações em função de
algum evento no dia a dia
• Por exemplo: movimento das bolsas, clima, desastres
naturais, eventos internacionais (11 de setembro), eventos
esportivos, etc
• Também o crescimento do sistema deve ser levado em
consideração
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5.2 - Medida do tráfego telefônico
• Definição de tráfego telefônico: agregado de chamadas
telefônicas sobre um grupo de circuitos ou troncos,
considerando a duração das chamadas e também o número
de chamadas
• Tráfego A é calculado pela expressão
A=C x T
• onde: C - número de chamadas originadas durante o
período de 1 hora
T - tempo médio de retenção
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5.2 - Medida do Tráfego Telefônico
Medida de Tráfego
• O tráfego A não tem dimensão
• Exemplo: tempo médio de retenção 2,5 minutos, taxa de
chamadas na BH é 237
• Tráfego: A = 9,87
• Densidade de Tráfego - número simultâneo de chamadas
num dado instante
• Intensidade de Tráfego - densidade média de tráfego
durante o período de 1 hora
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5.3 - Bloqueio, Chamadas Perdidas e Grau de
Serviço
• Seja uma central isolada servindo 5000 usuários
• Suponha que 10% dos usuários desejem o serviço
simultaneamente
• Serão necessários 500 circuitos na central
• Cada conexão será entre os usuários da localidade
• O usuário 501 será bloqueado
• Esta chamada será uma chamada perdida ou chamada
bloqueada
• A probabilidade de bloqueio é um parâmetro importante
em telefonia
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Bloqueio
•
•
•
•
A HMM é a hora de maior probabilidade de bloqueio
A central é dimensionada para atender a HMM
Relação custo benefício
Grau de serviço: probabilidade de bloqueio na HMM
representado pela letra p
• No Brasil p=0,02
• Isto significa que em média teremos uma perda de 2
chamadas em 100
• A probabilidade de bloqueio também é conhecida como
Grau de Serviço
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Exemplo
• Seja uma central que na BH teve 354 linhas conectadas
• Na BH foram perdidas 6 chamdas
• O grau de serviço será:
Grau de Serviço

Número de chamdas
Número total de chamadas
perdidas
oferecidas
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Grau de Serviço
• O grau de serviço da rede pode ser obtido adicionando a
contribuição ao grau de serviço de cada elemento
• O GoS provido por um certo número de troncos ou
circuitos e suportando uma intensidade de tráfego
específica é a probabilidade que as chamadas oferecidas ao
grupo encontrará disponível troncos já ocupados na
primeira tentativa
• Esta probabilidade depender de vários fatores tais como:
distribuição do tempo e duração do tráfego oferecido,
número de fontes de tráfego, disponibilidade de troncos
num grupo de fontes de tráfego e a forma que as chamadas
perdidas são tratadas
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6 - Erlang e Poisson
• Quando dimensionamos uma rota desejamos encontrar o
número de circuitos que vão servir esta rota
• Existem várias fórmulas
• Fatores a serem considerados
–
–
–
–
chamadas que chegam e tempo de retenção
número de fontes de tráfego
disponibilidade
tratamento das chamadas perdidas
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Erlang-B
• A fórmula de Erlang-B é a mais utilizada
• A perda neste caso significa a probabilidade de todos os
troncos estarem ocupados
• Os outros dois fatores a serem considerados são tráfego
oferecido e número de troncos ou canais disponíveis
A
EB 
1 A  A
2
2!
n
n!
n
..........
...

A

A

n!
n

x0
n
n!
x
A
x!
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Erlang-B
•
•
•
•
Onde n é o número de troncos ou canais
A é o tráfego oferecido
EB é o grau de serviço utilizando a fórmula de Erlang-B
Considerações:
– tráfego originado de um número infinito de fontes
– chamadas perdidas são desconsideradas
– o número de troncos ou canais é limitado
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Exemplo
• Calcule o grau de serviço para uma Estação Rádio Base
com tráfego de 12 Erlangs e 50 canais
50
7 - Configuração de Rede
• Conexão de centrais
– Mesh
– Star
– Double and higher-order
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Tipos de Interconexões
52
53
54
55
56
Exemplo de Fluxo
57