UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
SISTEMAS DE TELECOMUNICAÇÕES I
TELEFONIA BÁSICA
Sumário
1. Histórico da Telefonia, 7
1.1 - Histórico da Telefonia no Brasil, 9.
1.2 - Evolução da Telefonia Fixa em Natal RN (Telern-Telemar), 12.
2 - As normas das concessões e a qualidade do serviço, 15.
2.1 Alcance das redes de telecomunicações, 17.
3. Fundamentos de Acústica, 20.
3.1 Voz X Audição, 20.
3.2 – Inteligibilidade, 21.
3.3 – Transformação de Energia Acústica em Energia Elétrica, 22.
3.4 – Transformação de Energia Elétrica em Energia Acústica, 23.
4 - Unidades de Medidas em Telecomunicações, 24.
4.1 – Relação de Potências e quadripolos, 25.
4.2 – Decibel, 26.
4.3 – dBm, 28.
4.4 – dBu, 30.
4.5 – dBr, 33.
4.6 – Outras unidades logarítmicas, 34.
5 - Conceitos Elementares de Comutação, 34.
5.1 - Nós e Arcos, 34.
5.2 - Modelo elementar de comunicação, 35.
5.3 - Introdução às centrais telefônicas, 37.
5.4 - Centrais Telefônicas Manuais, 38.
5.5 - Automatização das Comutações, 39.
5.5.1 - Centrais Eletro-mecânicas, 39.
5.5.2 - Centrais Eletrônicas, 41.
5.5.3 – Centrais Digitais, 41.
6 - Sistemas Telefônicos Públicos, 43.
6.1 - Centrais Locais, 43.
6.2 - Centrais Tandem, 44.
6.3 - Centrais Mistas, 46.
6.4 - Centrais de Trânsito, 47
6.5 – Hierarquias Entre Centrais, 48
6.6 - Diferentes Entroncamentos de Circuitos – Rotas, 49
6.7 - Sistema de Telefonia no Rio Grande do Norte, 50
6.8 – ELR (Estágios de Linha Remotos) ou URAs (Unidades Remotas de Assinantes),
51
6.9 - Estação Telefônica Local e Interurbana, 53.
7 - Características da Rede Telefônica, 55.
7.1 – Rede de Assinantes (Rede de Acesso), 55.
7.1.1 – Tipos de Redes de Acesso, 57.
7.1.1.1 – Redes Rígidas, 57.
7.1.1.2 – Redes Flexíveis, 58.
7.1.1.3 – Redes Múltiplas, 59.
7.1.1.4 – Linha Privada, 60.
7.2 – Elementos das Redes de Acesso, 61
7.2.1 Blocos de Terminação, 61.
7.2.2 - Fio Jumper ou FDG, 61.
7.2.3 - Distribuidor Geral (DG), 61.
7.2.4 - Caixa de DG, 65.
7.2.5 - Caixa de distribuição, 65.
7.2.6 - Caixa Subterrânea, 65.
7.2.7 - Armário de Distribuição, 65.
7.2.8 - Cabo Primário, 66.
7.2.9 - Cabo Secundário, 66.
7.3 – Cabos e Fios Telefônicos, 67.
7.4 – Degenerações do Sinal de Áudio, 68.
7.4.1 – Atenuação, 68.
7.4.2 – Linha Condicionada (pupinização), 70.
5
7.4.3 – Ruído Branco, 72.
7.5 – O Aparelho Telefônico, 73.
7.5.1 - Circuito de áudio, 74.
7.5.2 - Processador de chamadas - Pulse Dialer ou DTMF Generator, 74
7.5.3 - Circuito de Campainha ou Ring (Tone Ring), 76.
7.5.4 – Principais parâmetros para avaliação dos cabos com pares metálicos
trançados, 77.
8 – Sinalização, 78.
8.1 - Sinalização de Assinante, 78.
8.1.1 - Tom de Discar (TD), 78.
8.1.2 - Tom de Chamada (TC) ou Tom de controle de Chamada, 79.
8.1.3 - Tom de Ocupado (TO ou LO), 79.
8.1.4 - Tom de Número Inacessível (TNI), 80.
8.1.5 - Corrente de Toque (CT), 80.
8.1.6 – Outros tipos, 81.
8.2 - Sinalização de Linha, 81.
8.2.1 - Tipos de Sinalização de Linha, 81.
8.2.2 - Descrição dos Sinais, 82.
8.3 - Sinalização de loop, 83.
8.4 - Sinalização E & M Pulsada, 83.
8.5 - Sinalização E & M Contínua, 84.
8.6 - Sinalização de Registro, 85.
8.6.1 - Sinalização Decádica, 85.
8.6.2 - Sinalização Multifreqüencial Compelida ou MFC, 85.
8.6.3 - Sinalização DTMF e MFP, 90.
9 - Centrais privadas de Comutação telefônica (CPCT), 90.
10 - Sistemas Multiplex, 92.
10.1 – Modos de operação de um meio de transmissão, 92.
10.2 – Conceito de Canal e Circuito, 92.
10.3 – Circuitos a 2 Fios e a 4 Fios, 93.
10.4 – Dispositivos Híbridos, 94.
10.5 – Conceito de Multiplexação, 95.
10.6 – Tipos de Multiplexação, 97.
10.6.1 - Técnica digital, 97.
10.6.2 – Técnina analógica, 97.
11 – Multiplexação FDM – Frequency Division Multiplex, 97.
11.1 – Canal Multiplex, 97.
11.1.1 – Representação Convencional, 97.
11.1.2 – Tipos de Canais Multiplex, 98.
11.2 – Translação ou conversão de freqüências, 99.
11.3 – Modulação e Demodulação, 99.
11.3.1 – Tipos de Modulação, 100.
11.4 – Modulação em amplitude, 100.
11.4.1 – Representação matemática do sinal modulado, 101.
11.4.2 – Percentagem de Modulação, 102.
11.4.3 – Faixas Laterais, 104.
11.4.4 – Distribuição de Potência na Modulação em Amplitude, 105.
11.4.5 – Principais Processos de Modulação em Amplitude Utilizados pelo
FDM, 107.
11.5 – Demodulação em Amplitude, 109.
11.6 – Princípio Básico do Multiplex por Divisão de Freqüência (FDM), 110.
11.7 – Banda Básica, 112.
11.7.1 – Conceito, 112,
11.7.2 – Estágios de Translação, 112.
11.7.3 – Procedimento, 113.
11.8 – Representação das Bandas Básicas no Domínio do Tempo e da Freqüência,
116.
11.9 – Sistemas de Transmissão Multiplex via Rádio, 118.
11.10 – Representação de transmissão Multiplex e etapas de uma ligação telefônica
interurbana, 124.
6
1. Histórico da Telefonia
Em todas as épocas, cada vez mais o homem tem procurado aprimorar
a comunicação, fator primordial para escrever a sua própria história. Nos
tempos mais remotos, a linguagem na forma de sons guturais foi único meio
existente de exprimir idéias e pensamentos de uma pessoa para outra. Essa
forma de comunicação foi desenvolvendo-se com o tempo, algumas em uso
até hoje, sendo a mais importante forma de comunicação existente.
A comunicação elétrica começou com a invenção do telégrafo, por
Wheatstone e Morse em 1837, o qual se expandiu por todo o mundo. A
Telegrafia é uma comunicação codificada (digital) direcional e que no Brasil
teve na figura do marechal indianista e pacifista Cândido Mariano Rondon o
seu grande implantador, especialmente na região norte do país.
Naquela época, a única maneira de ampliar a voz era colocando as
mãos ao redor da boca, em forma de cone, a fim de concentrar as ondas
sonoras em direção ao ouvinte. Foi daí que surgiu a idéia de construção do
Megafone, em forma de um grande cone, muito usado na comunicação de
curta distância. Um outro aparelho inventado, baseado nos mesmos princípios,
foi a trombeta de ouvido. Esse aparelho captava as ondas sonoras de uma
área relativamente extensa e as concentrava no ouvido.
Os esforços do homem para vencer a dissipação das ondas sonoras
levaram-no à construção de túneis sonoros entre prédios medievais. Um
moderno avanço dessa idéia é o tubo falante, usado em muitas casas e prédios
antigos.
Com a evolução, foi necessário que a voz fosse transmitida entre
cidades; o meio científico percebeu que a resposta ao problema não estava na
utilização da força bruta, num esforço para ampliar o campo de ação da
comunicação da voz.
Muitos estudiosos, cientistas e inventores tiveram uma idéia do que seria
necessário para providenciar a resposta à procura de um melhor meio de
transmitir a comunicação da voz. A invenção do telefone é atribuída a
Alexander Graham Bell (1847-1922), que em 1876 requereu a patente de sua
invenção, denominada na época de “melhoramento da telegrafia”. 20 anos
antes, o francês Charles Bourseul (1829 – 1912), já havia mostrado o princípio
da telefonia elétrica: uma placa móvel, interposta num circuito cortado por suas
vibrações acústicas, poderia gerar uma corrente que, agindo à distância sobre
outra placa móvel, poderia reproduzir a voz que fizesse vibrar a primeira placa.
Em 1861, o fisco alemão Philip Reis (1834-1874) construiu uma
engenhoca baseada no princípio anunciado anteriormente, mas que só
transmitia tons musicais e não era capaz de reproduzir a intensidade ou timbre
da voz humana. O transmissor consistia em um diafragma que vibrava com a
pressão sonora, como mostra a Figura 1.1.
7
Figura 1.1 - Fenômeno batizado de “Page Effect
No centro desse diafragma havia um contato de platina que fechava ou
abria de acordo com as vibrações. Em série com esse contato era colocada
uma bateria e uma espécie de bobina enrolada num material previamente
magnetizado, que com a variação da corrente elétrica produzia um fenômeno
chamado de Page Effect. Nesse fenômeno, as linhas de forças do campo
magnético do material são alongadas quando o sentido da corrente na bobina é
um, quando o sentindo é outro, o campo magnético é comprimido. Com o
alongamento e a compressão, produzia-se sons fracos no material
magnetizado, na verdade a invenção serviu apenas para produzir tons
musicais.
Porém, só Bell conseguiu transmitir a primeira mensagem telefônica e
em 14 de fevereiro de 1876, na cidade de Washington, um procurador seu deu
entrada no pedido da patente, cujo diagrama é mostrado na Figura 1.2.
Figura 1.2 – Diagrama da invenção de Bell apresentado no escritório de patentes
Poucas horas antes, no United States Patent Office, Elisha Gray (1835 –
1901), também requereu patente de outro invento contendo a mesma
finalidade. Outros inventores e Gray entraram na Justiça contra Bell e depois
de longa batalha judicial, Bell acabou por ganhar a causa e entrara para
história como inventor do telefone.
O invento de Bell foi o primeiro a utilizar uma corrente contínua cuja
intensidade variava de acordo de acordo com as vibrações de uma membrana.
Seu aparato, Figura 3, era transmissor e receptor ao mesmo tempo, sendo
constituído por um ímã permanente sobre o qual se enrolava uma bobina e
cuja armadura era formada por uma membrana de ferro. Ligando-se por meio
de um fio as bobinas dos eletroímãs dos dois aparelhos, tinha-se um Telefone.
8
Figura 3 – Primeiro telefone
As vibrações da voz humana faziam deslocar-se a membrana conjugada
com o ferro onde uma variação do fluxo magnético produzia uma corrente no
circuito (Lei de Faraday). Essa corrente provocava o deslocamento da
armadura do aparelho receptor, reproduzindo com as vibrações, transmitindo
assim a voz humana. O deslocamento da membrana era de pequena amplitude
e Bell só conseguia o alcance de mais ou menos uns 200 metros.
Bell tentou vender sua patente para a Western Telegraph Company por
100.000 dólares e não conseguiu; a empresa recusou sua oferta, porém um
ano depois, reconsideraram e ofereceram ao inventor a quantia de 25 milhões
de dólares à vista, prontamente recusada por Bell, que conseguiu empréstimos
bancários e criou uma das maiores empresas do mundo, a BELL TELEPHONE
CO.
1.1 - Histórico da Telefonia no Brasil
D. Pedro II, quando em visita a uma exposição na Philadélfia, em 1876,
teve o prazer de ser o primeiro Chefe de Estado a falar num telefone e em
1877, ao voltar de uma viagem aos Estados Unidos e Europa, mandou instalar
um telefone no Palácio de São Cristóvão. Era uma linha telefônica entre as
Forças Armadas e o Quartel dos Bombeiros. Em 15 de Novembro de 1879, D.
Pedro II criou a Companhia Telephonica do Brasil, cujas ações eram
controladas pela Western Telegraph Company, a primeira concessionária da
telefonia no Brasil.
Linha do Tempo da telefonia no Brasil:
1877 - D. Pedro II manda trazer dos Estados Unidos o primeiro telefone
para ser instalado no Palácio Imperial de São Cristóvão.
1889 – É dada a primeira concessão de uma linha telefônica no Brasil,
sendo instaladas também linhas telefônicas de aviso de incêndio com a central
de bombeiros.
1893 – Já existiam no Rio de Janeiro 5 centrais telefônicas com 1000
assinantes cada uma, e viabilizaram a primeira linha telefônica interurbana
interligando o Rio com Petrópolis.
1922 – O Rio já dispunha de 30.000 linhas instaladas, para uma
população de 1.200.000 habitantes.Natal,com população de 45.000 habitantes,
tem apenas 40 telefones
1923 – É constituída a primeira companhia telefônica, a CTB
(Companhia Telefônica Brasileira)
1939 – È inaugurada a primeira estação telefônica automática, tendo
sido instaladas até então um total de 100.000 linhas de assinantes.
9
1945 – Já havia cerca de 1.000.000 de terminais no Brasil, operados por
800 empresas particulares, onde 75% dos serviços eram prestados pela CTB
nos estados do Rio, São Paulo, Minas Gerais e Espírito Santo.
Até 1962 – O Brasil sofreu uma estagnação no crescimento da
Telefonia, com pouca oferta de linhas para a população. Eram muito freqüentes
os congestionamentos dos serviços telefônicos.
As comunicações internacionais estavam nas mãos das operadoras
estrangeiras Western Telegraph, Radional, Italcable e Radiobrás. As únicas
operações de telecomunicações em mãos do Estado eram a telegrafia,
operada pelos Correios, e algumas emissoras de radiodifusão de alcance
nacional. A situação geral sob o domínio de seis empresas estrangeiras
revelou-se um desastre de ineficácia
1962 – Cria-se o CONTEL (Conselho Nacional de Telecomunicações),
órgão subordinado diretamente à Presidência da República, destinado a
coordenar, supervisionar e regulamentar as telecomunicações no país.
1963- É inaugurada a TELERN Companhia Telefônica do RGN,
empresa estadual cujos objetivos principais são: ampliar a telefonia na capital e
implantar a comunicação interurbana envolvendo as principais cidades do
interior do estado. Governo de Aluísio Alves.
1965 -Cria-se a EMBRATEL (Empresa Brasileira de Telecomunicações)
com a finalidade de implantar e implementar os sistemas de longa distância no
Brasil, para interligar as capitais e grandes cidades entre si. É criado também o
DENTEL (Departamento Nacional de Telecomunicações), tendo como função a
execução e fiscalização das normas e diretrizes editadas pelo CONTEL.
Estabeleceu-se uma sobretaxa de 30% nas tarifas normais, com o propósito de
se financiar a EMBRATEL através do Fundo Nacional de Telecomunicações.
1967 – O governo cria o Ministério das comunicações para fixar a
política nacional das telecomunicações, assumindo a coordenação central do
crescimento de toda a Rede Nacional de Telefona, dos Correios e da
Radiodifusão.
1972 – O Ministério das Comunicações cria a TELEBRÁS, emprese de
capital misto, reduzindo o número de empresas prestadoras de serviços para
28, praticamente uma para cada estado e território do país. Com sua criação, a
TELEBRÁS começou a contribuir de forma expressiva para o crescimento do
plano de expansão nacional. AS Operadoras estaduais foram quase todas
absorvidas pela Telebrás, a TELERN passou a denominar-se
Telecomunicações do Rio Grande do Norte S.A. empresa de economia mista
onde o principal acionista era a Telebrás, Ministério das Comunicações.
1985 – O setor das telecomunicações tem uma taxa de crescimento
econômico da ordem de 7,5% sendo considerada por especialistas como a
maior do mundo, atingindo um índice de 96% na nacionalização dos
equipamentos industrializados pr empresas do setor.
1988 – Adotado o padrão AMPS pela TELEBRÁS para a telefonia
celular
1990 – Tem início o primeiro serviço móvel celular do Brasil, no Rio de
Janeiro.
1992 – O Brasil chega a instalar 14 milhões de linhas telefônicas,
atingindo a proporção de 10 telefones para cada 100 habitantes e a
TELEBRÁS é afiliada como membro internacional da CTIA.
10
1994 – A TELEBRÁS consegue cobrir com a telefonia celular todas as
capitais dos Estados e cerca de 250 cidades do país, Natal foi a segunda
capital nordestina a ter telefonia móvel celular.
1997 – O Brasil fecha o ano com cerca de 4,3 milhões de terminais
celulares em operação
1998 – A TELEBRÁS é privatizada.
Empresa
Consórcio Comprador
Valor (US$ bilhões)
Embratel
MCI
2,29
Telesp (S.Paulo)
Telefónica, Iberdrola, Banco
Bilbao Vizcaya, RBS (Brasil),
Portugal Telecom
5,00
Tele Centro Sul (Paraná,
Santa Catarina, Mato
Grosso do Sul, Mato
Grosso, Goiás, Distrito
Federal, Tocantins,
Rondônia e Acre)
Telecom Italia, Banco
Opportunity (Brasil)
1,80
Telemar (Rio de Janeiro,
Minas Gerais, Espírito
Santo, Bahia,RN e outros
estados do Nordeste,
Amazonas, Pará, Roraima e
Amapá)
Andrade Gutierrez, La
Fonte, Inepar, Brasil
Veiculos, Macal (todas
brasileiras)
3,00
Telesp Celular (São Paulo)
Portugal Telecom
3,10
Tele Sudeste Celular (Rio de
Janeiro, Espírito Santo)
Telefónica, Iberdrola, NTT
Mobile, Itochu
1,20
Telemig Celular (Minas
Gerais)
Telesystems International,
Banco Opportunity
0,66
Tele Celular Sul (Paraná,
Santa Catarina, Rio Grande
do Sul)
Organizações Globo (Brasil),
Banco Bradesco (Brasil),
Telecom Itália
0,61
Tele Norte Celular
(Amazonas, Pará, Roraima,
Pará, Maranhão)
Telesystems International,
Banco Opportunity
0,16
Tele Centro Oeste Celular
(Acre, Distrito Federal,
Goiás, Mato Grosso, Mato
Grosso do Sul, Rondônia,
Tocantins)
Splice do Brasil
0,38
Tele Leste Celular (Bahia,
Sergipe)
Telefónica, Iberdrola
0,37
Tele Nordeste Celular (seis
estados do Nordeste:
Alagoas, Ceará,
Pernambuco, Paraíba, Piauí,
Rio Grande do Norte)
Organizações Globo, Banco
Bradesco, Telecom Itália
0,58
Total
19,15
11
O processo de privatização criou ainda 10 empresas-espelho de
telefonia celular para operar na banda B, competindo com as oito originalmente
existentes. Atualmente operam também duas empresas nas bandas D e E
(ambas com padrão GSM). Três empresas-espelho de telefonia fixa e uma
operadora-espelho de longa distância (a Intelig, espelho da Embratel) foram
também autorizadas a operar.
A Telebrás detinha 77% do capital das empresas do sistema, e o
governo federal era dono de 19,26% dessa porção - ou seja, o leilão de julho
de 1998 vendeu 14,8% do valor total das empresas do sistema Telebrás - esta
porcentagem correspondia a 51,79% do total de ações com direito a voto do
sistema, ou 64,4 bilhões de ações.
O total da venda dos 14,8% mencionados acima foi de US$19,15
bilhões. A tabela anterior resume as aquisições. A preparação para o processo
de privatização envolveu o desmembramento do sistema Telebrás em doze
empresas, sendo três de telefonia fixa, oito de telefonia celular e uma de
comunicação de longa distância. Assim, as operadoras de celular foram
separadas das empresas de telefonia fixa, formando-se oito empresas
regionais que operam telefonia celular na banda A, todas privatizadas em 1998.
1.2 - Evolução da Telefonia Fixa em Natal RN (Telern-Telemar)
12
13
Existem cerca de 85 URAs (Unidades Remotas de Assinantes) vinculadas às
Centrais-Mães acima apresentados espalhadas em Natal, garantindo para mais de
70% dos assinantes uma distância em par metálico máxima de 1 Km .
Nos entroncamentos ópticos predominam os sistemas SDH, STM-1 ou STM-4 com
taxas de 155,2 e 622 Mbps.
Evolução dos Serviços de Telecomunicações
1870
1970
1990
2006
Internet banda
larga
Home Shopping
Reconhecimento
de Voz
Telecomandos
Disqueamizade Telealarmes
Serviços
Telemetria
Suplementares
à Serviços 0800
Serviços 0800
Ligação
cobrar
Radiofone
Telex
Telefone com
fichas
Telefonia Facsimilie Telex
Telegrafia Telegrafia Telefonia Facsimilie
Telegrafia
Telefonia
Home Banking
Internet
Dados
Telefone
cartão
Paging
Home Banking
Celular
Dados
a Telefone
a
cartão
Comunicações
14
Telegrafia
Satélite
Satélite
Telex
Serviços
Facsimilie
Suplementares
Telefonia
Telegrafia
TV a Cabo
Móveis
Voice Banking
Vídeo
conferência
Satélite
Paging
TV a Cabo
Facsimilie
Telefonia
Telegrafia
Disqueamizade
Fax colorido
Telemedicina
Evolução dos serviços de telecomunicações. Fonte: Telecommunications
Switching
Traffic
and
Networks,
J.E.
Flood,
Prentice
Hal
International,2005.
A Tabela anterior ilustra sinteticamente a evolução dos
telecomunicações (só são citados os principais, mas existem outros).
serviços
de
2 - As normas das concessões e a qualidade do
serviço
Até a privatização, o poder do setor estava centrado no Ministério das
Comunicações, organismo controlador da Telebrás e da empresa estatal de
correios (EBCT).
Desde a criação da Telebrás não se via uma mudança tão significativa
na estrutura de poder do setor no Brasil quanto a aprovação da emenda
constitucional de agosto de 1995, que aboliu a perpetuidade do monopólio
federal das telecomunicações. A preparação legal para o processo de
privatização culminou com a Lei Geral das Telecomunicações, de 1997.
Uma das mudanças significativas na estrutura de regulação e controle foi a
criação da Agência Nacional de Telecomunicações, Anatel (outubro de 1997),
órgão regulador federal das telecomunicações concebido nos moldes da
Federal Communications Commission (FCC) dos EUA. De fato, entre as
obrigações da Anatel estão:
•
•
•
•
•
aprovar, suspender e cancelar concessões;
regulamentar os procedimentos de licenciamento e prestação de
serviços;
fiscalizar o funcionamento das concessionárias;
gerenciar os espectros de telecomunicações, incluindo equipamento em
órbita;
certificação de produtos e equipamentos.
Nos últimos anos do monopólio Telebrás, a “holding” passaria a ser
conhecida não por sua missão formal (estender os serviços públicos de
15
telecomunicações a todos os brasileiros), mas por sua ação na prática:
restringir ou mesmo reprimir a demanda.
A deterioração dos serviços, particularmente de telefonia, combinada com a
impossibilidade na prática de obter melhora de serviços através de ações
legais dos consumidores - havia uma única empresa provedora de serviços,
que também era a reguladora da concessão - favoreceu os argumentos próprivatização em um contexto de uma imensa demanda frustrada em que só era
possível obter linhas fixas ou ativação celular a curto prazo no mercado
paralelo de linhas telefônicas.
De certo modo reproduzia-se a mesma situação de quando a telefonia
estava em mãos de operadoras estrangeiras ou de pequenas empresas
privadas - só que num cenário de escala muito maior e de grandes mudanças
tecnológicas no setor a nível mundial. Alguns dos argumentos que serviram
para a estatização de 1962 em diante, serviam agora para a reprivatização dos
serviços.
A Agência Nacional de Telecomunicações (Anatel) foi instalada com a
missão de viabilizar um novo modelo para as telecomunicações brasileiras,
principiando com a definição e a execução do processo de privatização do
Sistema Telebrás. Com a privatização, o papel fundamental da Anatel passou a
ser o de regulamentação, outorga e fiscalização de serviços de
telecomunicações no país.
As concessionárias passaram então a responder perante a Anatel pela
qualidade dos serviços e pelas metas estabelecidas nos contratos de
concessão. Estão entre as determinações nos contratos: prazo de 18 meses a
partir da aquisição para cumprir as novas regras; qualidade de serviço
consistente com padrões internacionais até o ano 2000 (incluindo a instalação
de linhas fixas residenciais em até 72 horas da solicitação do cliente); metas de
instalação de terminais telefônicos compatíveis com a missão de serviço
universal quantitativamente definidas ano a ano; redução progressiva de
tarifas, com queda expressiva prevista até 2005.
Não é surpresa saber que uma das tarefas da Anatel tem sido multar as
concessionárias por não cumprimento das metas de qualidade e extensão dos
serviços.
Note-se que algumas das empresas transnacionais controladoras
de serviços no Brasil são também multadas em seus países-sedes. De acordo
com El País (22 de julho de 2000) a Telefónica acumulava na época, na
Espanha, por exemplo, um total de aproximadamente US$20 milhões em
multas entre fevereiro de 1995 e julho de 2000, por falhas como atraso na
entrega de linhas, cobrança indevida, obstáculos ilegais à entrada de
competidoras, quebras de contrato e outras.
No Brasil, o Instituto de Defesa do Consumidor (Idec) de São Paulo já
recebeu desde a privatização mais de 100 mil reclamações sobre serviços de
telefonia - a maioria contra a Telefónica. O Idec estima que há pelo menos uma
nova reclamação chegando aos órgãos de defesa do consumidor do país
contra concessionárias de telefonia a cada 15 minutos.
Neste contexto, é possível que as metas da Anatel (ver abaixo) não
cheguem a ser alcançadas nos prazos estipulados. E há um agravante: além
da duvidosa qualidade do serviço, as curvas de crescimento de demanda estão
se achatando em um país de extrema concentração de renda e, somente pelas
leis do mercado, é muito provável que não haverá consumidores suficientes
para pagar por 116 milhões de linhas (entre linhas fixas e móveis) em 2006.
16
2.1 Alcance das redes de telecomunicações
Telefonia fixa
A tabela abaixo mostra a escala da telefonia brasileira em números
absolutos e relativos, incluindo projeções a partir de dados da ANATEL até o
ano de 2005.
É importante destacar a importância da participação do governo através
da ANATEL como órgão regulador. As Operadoras têm que atender diversas
metas de universalização e de qualidade de serviço para poder prestar novos
tipos de atendimentos. Dessa maneira, a Telemar, por exemplo, que presta
serviços no norte-nordeste e leste do país, teve que antecipar o atendimento
telefônico a todas as localidades com mais de 300 habitantes até dezembro de
2001 para que em 2002 pudesse iniciar a prestação do serviço SMP (celular)
através da OI. Também na área de telefones públicos a Telemar foi obrigada a
instalar milhares de orelhões garantindo um espaçamento máximo de 300
metros entre Telefones Públicos para qualquer cidade co mais de 700
habitantes, isso tudo sem falar obrigatoriedade de instalação de orelhões na
vizinhança de todas escolas e hospitais e no tempo máximo de 24 horas para
conserto das linhas defeituosas.
Alcance da telefonia fixa no Brasil
Ano
Linhas
(milhões)
Linhas por 100
hab.
Habitantes
(milhões)
1999
27
17
160
2000
33
20
162
2001
37
22
165
2002
40
24
167
2003
43
25
169
2004
47
27
172
2005
51
29
174
Fonte: estimativas baseadas em dados da Anatel.
A Anatel previa ainda que os telefones públicos passassem de 713 mil
em 1999 a 981 mil no final de 2001. Todas essas projeções são baseadas nos
contratos de concessão, que determinam metas a serem cumpridas pelas
concessionárias de telefonia. As projeções podem ser afetadas pela extensão e
intensidade de uso de telefones celulares e similares que, dependendo de
custo, avanço da tecnologia e eficácia, podem funcionar como substitutos de
circuitos fixos. Hoje mesmo empresas-espelhos de telefonia fixa, sem a infra-
17
estrutura de cabeamento disponível, instalam telefones “fixos” que na verdade
são telefones sem fio usando a mesma tecnologia de spread spectrum dos
celulares.
Telefonia celular
É mais difícil prever o alcance da telefonia celular no país nos próximos
anos devido à rápida mudança de tecnologia, que envolve, entre outros
elementos, a mudança rápida de padrões tecnológicos para fazer convergir as
comunicações de dados e de voz, tornando o telefone celular em um sistema
de comunicação pessoal (PCS) e possivelmente indo além, tornando-se uma
estação de comunicações digitais portátil abrangendo dados, áudio e vídeo
interativos.
Um cenário possível, dada a concentração de renda extrema no país, é
a coexistência por muitos anos do telefone celular digital básico (basicamente
usado para voz e limitado a troca de dados em baixa velocidade) e de PCSs
sofisticados permitindo uso interativo de multimeios com grande largura de
banda.
Ano
Terminais
móveis
(milhões)
Terminais
móveis por 100
hab.
Habitantes
(milhões)
2000
23,19
14,31
162
2001
28,75
17,42
165
2002
34,88
20,89
167
2003
46,37
27,44
169
2004 (*)
49,14
28,57
172
(*) Até março. Fonte: Anatel.
Em 2003, o total de terminais móveis (celulares e serviços móveis
similares) em uso no país ultrapassou os 46 milhões (quase três para cada 10
habitantes), número próximo da meta prevista pela Anatel. A taxa de
crescimento diminuiu bastante, já que a demanda extremamente reprimida de
vários anos já foi satisfeita (não há mais fila de espera para conseguir um
celular), e já ultrapassou o número de telefones fixos. Um processo de
concentração empresarial resultou em apenas quatro grandes operadoras de
telefonia celular (três baseadas na tecnologia européia GSM e uma baseada na
tecnologia mais tradicional dos EUA, conhecida como CDMA): Claro/GSM,
Oi/GSM, Tim/GSM e Vivo/CDMA, todas com cobertura nacional autorizada pela
Anatel.
Projeções com base nos dados da Anatel apontam para cerca de 58
milhões de terminais móveis de todos os tipos em 2005 (mais de 30 celulares
para cada 100 pessoas), praticamente igualando as projeções de telefones
fixos para o mesmo ano. Como já mencionado, é preciso contrastar essa
previsão de oferta com a realidade do mercado em um país de extrema
concentração econômica.
Fibra óptica
A infra-estrutura de fibra óptica brasileira começou a ser implantada em
1993, com a ligação entre Rio de Janeiro e São Paulo. Só a rede da Embratel
ultrapassava os 20 mil km de circuitos interurbanos de fibra no final de 1998.
18
Hoje há redes metropolitanas de fibra óptica nas principais cidades, operadas
por várias empresas privadas, e as principais capitais estão também
interligadas por fibra, com redundância entre as principais cidades (Rio de
Janeiro, São Paulo, Belo Horizonte e Brasília). Todas as empresas de telefonia,
além da Embratel, implantaram redes próprias de fibra, e as novas regras
permitem que empresas de outros setores implantem redes de fibra
aproveitando suas próprias infra-estruturas (como as empresas distribuidoras
de eletricidade e outras -- um exemplo é a rede de fibra da Eletronet, sobre as
linhas de transmissão de energia elétrica de alta voltagem).
Além disso, grandes projetos multinacionais de fibra foram instalados em
escala regional, interconectando vários países da região entre si e aos EUA.
Entre os cinco maiores projetos que incluem o Brasil, destacam-se os sistemas
Telefónica-Tyco (23 mil km de extensão) e Global Crossing (18 mil km)
circundando a América Latina - ambos já em operação, com capacidade bruta
regional de mais de um Tb/s (terabits por segundo) cada.
. A redução de tarifas e expansão da telefonia móvel celular, além da
saturação no mercado, conduziu à diminuição do crescimento de telefones
fixos, no RN, por exemplo, a Telemar tem tido redução na quantidade total de
telefones em serviço desde o ano de 2002.
19
3 - Fundamentos de Acústica
3.1 - Voz X Audição
O som é sensação causada no sistema nervoso pela vibração de
delicadas membranas no ouvido, como resultado da vibração de corpos rígidos
ou semi-rígidos, tais como diapasão, alto-falante ou uma campainha. O som é
uma energia mecânica, necessitando de um meio material para propagar,
diferentemente da energia eletromagnética que se propaga no vácuo.
O ar constitui um meio do qual o som pode ser transmitido. Entretanto,
outros meios quer sólidos ou líquidos podem servir para sua propagação.
Constata-se que um meio com maior densidade, isto é, um sólido propaga o
som melhor do que o ar. A Figura 3.1 ilustra as principais partes do ouvido
humano.
Figura 3.1 – Aspecto do ouvido humano
As freqüências audíveis vão desde 20 Hz a 20kHz, sendo que o limite
superior varia de pessoa para pessoa e decresce com a idade. Para que o som
possa ser percebido pelos órgãos auditivos tem que haver uma intensidade
mínima, que corresponde ao limite inferior de audibilidade, chamado umbral de
audibilidade. Este limite varia com a freqüência. O ouvido humano tem uma
sensibilidade maior para as freqüências de aproximadamente 3kHz.
As principais características do ouvido humano são:
* recepção: vibração do tímpano;
* faixa de freqüência: 16 Hz a 20 kHz;
* resposta: não-linear
20
A Figura 3.2 mostra a curva de resposta em freqüência do ouvido
humano
Figura 3.2 – Resposta em freqüência do ouvido humano
A voz humana produz vibração sonora dentro de uma faixa de
freqüências de 100 Hz a 10 kHz. Cada som emitido é composto,
simultaneamente, de diversas freqüências. As freqüências dos sons vocais são
harmônicos de uma certa freqüência fundamental das cordas vocais, razão
principal da diferença entre a voz masculina (125 Hz) e a voz feminina (250
Hz).
A potência média da voz de diversas pessoas pode variar dentro de
amplos limites, sendo, no entanto de um valor muito baixo; uma pessoa falando
baixo produz 0,001 microwatt, falando normalmente 10 microwatts, e gritando 1
a 2 miliwatts. Outra característica importante da voz que deve ser levada em
conta, é que a maior parte da energia está concentrada nas baixas freqüências.
As principais características da voz humana são:
* emissão: vibração das cordas vocais;
* faixa de freqüência: 20 Hz a 10 kHz;
* faixa de maior energia: 100 Hz a 1500 Hz
* faixa de maior inteligibilidade: 1500 Hz a 8000 Hz.
Figura 3.2 - Curva característica da voz humana no domínio da freqüência.
3.2 – Inteligibilidade
Diversos estudos foram realizados para determinar qual a faixa de
freqüências mais apropriada, sob o ponto de vista econômico e de qualidade,
para as comunicações
Para fonia (transmissão de voz), foram basicamente levados em conta
os seguintes fatores, resultantes das características da voz e do ouvido
humano: inteligibilidade e energia da voz.
A inteligibilidade é definida como o percentual de palavras perfeitamente
reconhecidas numa conversação. Verificou-se que na faixa de 100 a 1,5 KHz
21
estava concentrada 90% da energia da voz humana, enquanto que na faixa
acima de 1,5 KHz estava concentrada 70% da inteligibilidade das palavras.
Baseado num compromisso entre estes dois valores, foi escolhida a
faixa de voz entre 300 e 3,4 KHz para comunicações telefônicas, o que
garante 85% de inteligibilidade e 68% de energia da voz recebida pelo ouvinte.
Para transmissão de música, no entanto, é necessário uma faixa bem maior, de
50 Hz a 10 Khz.
Considerando esse fato, os sistemas telefônicos em geral foram
projetados e construídos no mundo todo para atender bem ao espectro definido
para telefonia simples, assim os aparelhos telefônicos têm boa resposta nas
cápsulas transmissora e receptora para a parcela de energia da voz humana
que se situa entre as freqüências de 300 e 3,4 Khz, garantindo 85% de
inteligibilidade.
A rede telefônica funciona bem em sistemas de cabos com pares
metálicos (sem amplificadores de linha) trançados onde a distância entre a
central telefônica e o aparelho telefônico do assinante situa-se até cerca de 7,5
km (correspondendo ao limite de 2 KOhm de resistência Ôhmica), a partir daí a
condição de sinalização e de conversação passa a ser restrita. Esse limite
pode ser ampliado um pouco com utilização de fios mais grossos ou
implantação de amplificação eletrônica.
A chamada eletronização da rede telefônica com utilização de
extensores de enlace e amplificadores de voz expostos a altas temperaturas,
entretanto, se revelou como uma opção de custos elevados em termos de
manutenção e só tem sido implementada em casos extremos. A implantação
de linhas longas, como nos casos de atendimentos a granjas situadas na
periferia das grandes cidades também é sujeita a constantes roubos em função
do aproveitamento financeiro do cobre.
A evolução da utilização da rede telefônica para outros serviços,
especialmente a comunicação digital de dados em alta velocidade conduziu
naturalmente à necessidade de utilização de bandas passantes superiores a
3,4 KHz. Na seqüência da Apostila iremos explicar melhor como essa
adaptação a bandas mais largas foi efetuada na rede telefônica especialmente
com a redução da extensão da rede de acesso metálica pela utilização de
URAs e adoção de dispositivos XDSL..
3.3 – Transformação de Energia Acústica em Energia Elétrica
A energia acústica produzida pela voz é transformada em energia
elétrica por intermédio de um microfone, também conhecido como transdutor.
Nos aparelhos telefônicos, o microfone é, geralmente, uma cápsula de carvão,
constituída basicamente de grânulos de carvão, limitados por uma membrana
(Figura 3.3), onde é aplicada uma diferença de potencial que faz circular uma
corrente DC.
22
Figura 3.3 – Transformação de energia acústica em elétrica
Quando as vibrações sonoras incidem sobre a membrana, fazendo-a
vibrar, este movimento comprime mais ou menos os grânulos, diminuindo ou
aumentando a resistência, com uma correspondente vibração na corrente no
mesmo ritmo das vibrações sonoras. Esta variação da corrente produz uma
potência elétrica, que às vezes é maior que a potência acústica aplicada na
vibração da membrana, fazendo com que a cápsula se comporte como um
amplificador.
A cápsula de carvão é o microfone mais barato, porém apresenta
algumas restrições:
- Produz uma distorção maior que a dos outros microfones.
- Tem uma sensibilidade que varia com a freqüência, atenuando muito
as baixas freqüências.
3.4 – Transformação de Energia Elétrica em Energia Acústica
Para transformação da energia elétrica em energia acústica, nos
aparelhos telefônicos utilizam-se cápsulas magnéticas e dinâmicas. A cápsula
magnética é constituída, basicamente, de um ímã permanente com duas peças
polares, providas de bobinas, através das quais circula corrente DC; uma
membrana metálica fecha o circuito magnético, e a força que atua sobre a
mesma é proporcional ao quadrado da indução resultante (Figura 3.4).
Figura 3.4 – Transformação de energia elétrica em acústica (cápsula magnética)
23
Nas cápsulas receptoras dinâmicas, a bobina pela qual circula a corrente
DC está unida à membrana, movendo-se num campo magnético cilíndrico
(Figura 3.5); a força que atua sobre a bobina e a membrana é proporcional à
força do campo magnético permanentemente e à energia que passa pela
bobina.
Ns dois tipos de cápsulas receptoras conseguem-se características
lineares para a faixa de freqüências de voz, bem como baixa distorção.
Figura 3.4 – Transformação de energia elétrica em acústica (cápsula dinâmica)
É interessante observar que a faixa de freqüência audível ao ser
humano é cerca do dobro da faixa de freqüência gerada pelo mesmo, além
disso a natureza nos proporcionou dois receptores (dois ouvidos) e só um
transmissor (uma boca) ainda assim muitos escutam pouco e falam muito...
4 - Unidades de Medidas em Telecomunicações
Medir uma grandeza é compará-la com outra de mesma espécie,
preestabelecida e chamada unidade. A unidade de medida deve ser escolhida
de maneira que os resultados de diversas medidas sejam números fáceis de
serem manuseados. Por exemplo: para a grandeza comprimento, as estradas
são medidas em quilômetros, enquanto o alfaiate usa uma ita graduada em
centímetros; seria matematicamente exato, mas pouco prático, dizer-se que
uma estrada tem 40 000 000 centímetros, ou um pedaço de tecido tem 0,00002
quilômetros.
Considerando a potência de um sinal elétrico. Essa grandeza era
normalmente medida em Watt (W), ou em seus múltiplos e submúltiplos, sendo
o miliwatt (mW) a unidade que mais se adapta às medidas de potência elétrica
realizadas em sistemas de Telecomunicações pois, como no item 3.1, a
potência sonora máxima de uma pessoa pode chegar a ser dez mil vezes
maior que a potência sonora mínima dessa mesma pessoa, numa conversação
normal.
Isto significa que, na entrada de um equipamento de comunicação, a
potência elétrica instantânea pode variar na razão de 10 000 para 1 e que, em
casos extremos (uma pessoa gritando), pode atingir variações maiores ainda,
da ordem de 10 000 000 para 1. Esta extensa variação torna pouco prática a
medida da potência em questão, através de medidores com escalas decimais,
pois teríamos uma escala de 1 até 10 milhões.
Este problema é resolvido comprimindo-se as escalas com o uso de
logaritmos pois, como sabemos da matemática, uma variação de 1 para 10 000
24
000 significa em logaritmos decimais uma variação de somente 0 para 7,
resultando com que, praticamente, todas as medidas de nível de potência em
Telecomunicações sejam logarítmicas.
4.1 – Relação de Potências e quadripolos
Quando uma informação é enviada de um ponto a outro, os sinais
elétricos passam através de diversos elementos que compõe o sistema de
transmissão, tal como telefone, linha física, central telefônica, multiplex, etc.
Cada um desses elementos, ou mesmo parte deles, pode ser representado por
um quadripolo que tem a possibilidade de atenuar o sinal (significa que a
potência do sinal de entrada do mesmo é maior que a de saída), ou amplificar
o mesmo (significa que a potência do sinal de entrada é menor que a de saída).
Se considerarmos como relação de potência M de um quadripolo a
razão entre a potência de saída e de entrada do mesmo, ao ligarmos em série
N elementos do sistema de transmissão, conforme a Figura 4.1, poderemos
calcular a relação de potência total do sistema.
Figura 4.1 – Quadripolos em série.
Como sabemos:
então:
ou ainda:
Onde se conclui que: para N quadripolos em série, a relação de potência total é
igual ao produto das relações de potências individuais dos N quadripolos.
25
4.2 - Decibel
Como vimos, poderemos então ter a relação entre as potências de
entrada e saída de um quadripolo apresentando atenuação ou amplificação. Se
tomarmos o logaritmo decimal dessa relação, estaremos definindo o BELL (B)
Na prática, devido a esta unidade ser muito grande, adota-se uma
subunidade, o decibel (dB)
Onde
Gq = amplificação do quadripolo em dB;
Pq
= potência de saída do quadripolo;
Pq - 1 = potência de entrada do quadriplo
IMPORTANTE:
Se Pq > Pq - 1 – Gq é maior que 0 (dB), e teremos amplificação
Se Pq < Pq - 1 – Gq é menor que 0 (dB), e teremos atenuação
Se Pq = Pq - 1 – Gq é igual a 0 (dB) e dizemos que o quadripolo é
transparente
As vantagens de se expressar ganho em dB são as seguintes:
- O cálculo da amplificação total de quadripolos em série passa a ser uma
soma em dB, ao invés de uma multiplicação de relações de potência, pois
como sabemos do Item 4.1
Se tomarmos 10*log de ambos os termos teremos:
(Transformamos produto de escalas lineares em somas de escalas
logarítmicas)
- relações de potências muito grandes passam a ser pequenos valores em dB,
assim por exemplo:
26
Exemplo 1:
- Numa linha é enviado um sinal com 400 mW de potência, obtendo-se no
extremo distante 10 mW. Como a potência de saída é menor que a de entrada,
calcule a atenuação da linha.
Solução:
Exemplo 2:
- Um amplificador entrega 2W na saída quando um sinal de 10mW é aplicado
na sua entrada.
Calcule o ganho.
Solução:
Como já vimos, ganho e a atenuação são expressos em dB, porém com
sinais opostos.
A fim de evitar erros nos cálculos de amplificação de quadripolos em
série, costuma-se expressar a atenuação com valor negativo e o ganho com
valor positivo.
Exemplo 3:
- Ao ligarmos em série os quadripolos dos Exemplos 1 e 2, teremos ganho ou
atenuação?
Solução:
Isto significa que teremos um ganho de 7 dB
27
Figura 4.2 – Ábacos para conversão de relação de potências em dB e vice-versa
- Exemplo 4:
Qual o ganho do amplificador abaixo?
Solução:
Da Figura 4.2 temos:
G = 47 dB
4.3 – dBm
Uma potência qualquer P pode ser expressa em
termos da razão entre esta potência P e um valor de
referência fixo. O valor da potência de referência é o
mais variado possível, de acordo com o propósito a que
se destina, como por exemplo: pura transmissão de
energia elétrica adota-se 1 kW, enquanto que para
acústica é usado 10-16 W; em Telecomunicações a
potência de referência é 1mW.
Se considerarmos na expressão
Figura 4.3 – Relação Watt dBm
28
esta relação passa a ser um valor absoluto de potência, indicando o número de
decibéis abaixo ou acima de 1mW. Esta unidade é chamada de dBm e a
equação passa a ter a forma:
onde Pq é expresso em mW
A Figura 4.3 apresenta o ábaco da relação entre potências em Watt e
dBm. Este ábaco, em conjunto com os da Figura 4.2, servem para os cálculos
de conversão de unidades.
Exemplo 5:
- Calcule 3500 pW em dBm
Solução:
Exemplo 6:
- Calcule –18 dBm em Watt
Solução:
* É importante se observar que níveis absolutos em dBm nunca podem
ser somados ou subtraídos. O valor de potência em dBm só pode ser
somado ou subtraído à dB
Exemplo 7:
- Calcule as seguintes adições de potências
a) 20 dBm com 20dBm
b) 20 dBm com 20 dB
Solução:
29
Deve-se ter sempre em mente que dBm é potência e dB é relação de
potências.
Exercícios
1-Um amplificador com ganho nominal de 12 dB tem aplicado um sinal de -12
dBm, qual a potência do sinal de saída em dBm e em miliwatt ?
2-Um sinal de potência 2 miliwatts é aplicado em um atenuador e a potência de
saída do mesmo é de 1 miliwatts, qual a atenuação em dB ?
3- Três amplificadores são instalados em cascata (série), os ganhos
respectivos dos mesmos são: 12 dB, 3 dB e 8 dB, qual a potência de saída em
miliwatts de um sinal cuja potência na entrada é de 1 miliwatts ?
4.4 – dBu
Se na equação de definição de dB, substituirmos a potência por seu
valor em função da tensão U e da impedância Z, obteremos:
(1)
Como já vimos anteriormente, uma potência
qualquer pode ser
expressa em termos da razão entre esta potência e um valor de referência fixo.
Ao invés de tomarmos uma potência como referência, poderemos fixar a
tensão e a impedância como valores de referência. Assim, a impedância de
referência é fixada 600 Ω ( valor padronizado para a impedância característica
dos circuitos de voz) e a tensão é obtida, por conveniência, aplicando-se 1mW
sobre esta impedância:
Substituindo estes valores na Equação (1), obteremos uma potência (dBm)
relativa à uma tensão de 0,775, aplicada sobre uma impedância de 600 Ω:
30
(2)
A expressão de U é por definição a unidade dBu, que indica quantos dB
uma determinada tesão está acima ou abaixo de 0,775 V.
A Figura 4.4 apresenta os ábacos para conversão de tensão em dBu e
vice-versa.
Figura 4.4 – Ábacos para conversão de tensão em dBu e vice-versa
31
Verifica-se agora
a utilidade desta
unidade dBu. Em Telecomunicações, o nível de
potência em dBm, num determinado ponto de
um circuito, é geralmente medido de maneira
indireta da seguinte forma: termina-se o ponto
em questão por uma resistência, cujo valor é
igual à impedância nominal do ponto, medindose a tensão desenvolvida através da mesma
por intermédio de um voltímetro, cuja escala é
calibrada conforme a Figura 4.5.
Figura 4.5 – Escala de voltímetro
calibrada para medir dBu
Quando a impedância característica no ponto de teste for 600 Ω, a
potência em dBm será a leitura em dBu [vide Equação (20].
Se a impedância não for 600 Ω, a potência em dBm será a leitura em
dBu mais um fator de correção, dado por:
onde Zq é a impedância característica no ponto de teste. Para a impedâncias
mais usuais, os valores de K estão apresentados na tabela abaixo:
Exemplo 8:
- Um nível de –35 dBu é medido num ponto de 150 Ω de impedância. Qual é o
nível em dBm?
Solução:
-35 dBm + 6 dB = -29 dBm
Exemplo 9:
- Num ponto de um circuito, cuja impedância é 75 Ω, tem-se uma potência de
+5 dBm. Qual é o nível medido em dBu neste ponto?
Solução:
+5dBm – 9 dB = -4 dBu
32
4.5 – dBr
Esta unidade é usada para referir o nível de sinal, em qualquer ponto de
um sistema de transmissão, com relação a um ponto arbitrário do sistema,
chamado ponto de nível relativo zero. O dBr difere da unidade dB pois,
enquanto esta última é usada somente para indicar a amplificação ou
atenuação de um quadripolo, dBr é utilizado para expressar a amplificação ou
atenuação total que existe entre pontos arbitrários e um ponto de referência
fixo, num sistema de transmissão. Deve-se notar que a unidade dBr não
fornece nenhuma informação sobre o nível de potência absoluta no ponto, pois
esta é função da potência absoluta no ponto de referência.
A Figura 4.6 apresenta o diagrama de nível relativo de uma linha de
transmissão imaginária, na qual B é o ponto de referência de nível relativo zero.
Figura 4.6 – Diagrama de nível relativo de uma linha de transmissão
É importante se notar que o ponto de nível relativo zero não indica
obrigatoriamente um ponto físico no sistema de transmissão, podendo ser um
ponto hipotético, como o da Figura 4.7, onde o ponto de nível relativo zero não
está fisicamente indicado, pois está no meio do amplificador de 4 dB.
O dBr é menos utilizado que o dBm.
Figura 4.7 – Diagrama de nível relativo de uma linha de transmissão
33
4.6 – Outras unidades logarítmicas
- O VU : unidade de medida de tensão, usada em estúdios de radio : 0 (zero)
VU = +4 dBm = 1,228 V em 600 ohms.
- O dBµ : unidade de medida de tensão onde 0 (zero) dbµ = 1 microvolt, usada
para medir tensões muito pequenas como por ex. sensibilidade de receptores.
Zero dbµ em 50 ohms equivale a uma potência de -107 dBm.
- O dBmp e dBp: correspondem ao dBm (potência absoluta) e dB (ganho ou
atenuação) respectivamente ponderados psofometricamente (psofos= ruído),
ou seja, que levam em conta o somatório das respostas em freqüência do
ouvido e da cápsula receptora telefônica, é usado para medir ruído e relações
sinal/ruído em telefonia. Em síntese trata-se de uma unidade de medida com
ponderação assemelhada à resposta de freqüência (sensibilidade) do ouvido
humano. O dBmp, por exemplo, corresponde ao dBm medido após passar por
um filtro com filtro psofométrico normalmente utilizada para medição de ruído.
Convém destacar que no caso de medição da potência de ruído deve-se
buscar uma avaliação da potência de “sinais indesejados” que ocupam uma
determinada faixa de freqüência, distinto portanto da medição usual de um
sinal de teste do qual já se tem uma idéia da sua freqüência específica.
- O dBi : usado para expressar o ganho de uma antena em relação a antena
ISOTRÓPICA. A antena isotrópica tem um diagrama de irradiação esférico, ou
seja , irradia igualmente em todas as direções. O dBi é muito usado em
cálculos de enlaces de telecomunicações. A antena isotrópica é uma referencia
teórica, sendo de difícil construção prática.
- O dBd : usado para expressar o ganho de uma antena em relação ao
DIPOLO de meia onda. O dipolo de meia onda é a antena ressonante mais
simples e fácil de ser construída e por isso é muito usada como referencia. Em
espaço livre, o ganho do dipolo de meia onda é de 0 dBd = 2,15dBi
5 - Conceitos Elementares de Comutação
5.1 - Nós e Arcos
Uma comutação é um processo que pode ser realizado por um evento
mecânico, eletro-mecânico ou eletrônico, seja ele manual ou automático. Diz
respeito a troca de caminho que um determinado sinal sofrerá, um circuito
poderá definir a rota (caminho) que um determinado sinal tomará, comutando
para tal direção.
Veremos agora duas definições básicas para telecomunicação: Nós e
Arcos. Nós são pontos de uma comunicação onde acontece uma comutação
de sinais. Arcos são todos os pontos intermediários de interligação entre os
Nós que normalmente são construídos com meios de transmissão físicos ou
pelo espaço livre, tais como: pares de fios, cabos coaxiais, fibras ópticas, ou
mesmo transmissão de ondas de rádio pelo espaço livre. O conjunto desses
elementos formará uma rede de telecomunicações.
34
Figura 5.1 – Nós e Arcos
5.2 - Modelo elementar de comunicação
Uma comunicação, qualquer que seja, poderá ser representada por um modelo
básico, não importando se for uma conversação telefônica, via Internet, sinais
de fumaça ou a antiga brincadeira de criança com duas latinhas presas por um
barbante. Vê-se, portanto, claramente que poderá ser uma comunicação
eletrônica, verbal, por símbolos ou qualquer outro tipo de sinal.
Os elementos básicos de qualquer comunicação são:
Mensagem: conjunto de informações coerentes, previamente
conhecidas e organizadas de tal forma que possam originar uma mensagem
que poderá ser entendida por um destinatário;
Fonte: elemento responsável pela geração da mensagem;
Destinatário: elemento na comunicação para quem a informação é
destinada. Será o usuário da informação recebida;
Codificador: elemento nem sempre presente em uma comunicação.
Tem como função, a partir do sinal recebido da fonte, produzir um
embaralhamento da mensagem usando um código específico, para que
durante o trânsito da informação haja maior dificuldade de interpretação da
mensagem original por um elemento não autorizado. Portanto, proporciona
sigilo na mensagem, haverá tanto maior sigilo quanto melhor for o grau de
complexidade da codificação. Entregará a mensagem ao emissor;
Emissor: também chamado de transmissor é dispositivo responsável
pela adequação e inserção do sinal original produzido pela fonte ao meio de
transmissão do sinal com potência e formato apropriado. É o elemento em que
se inicia um processo de distorção do sinal, dependendo diretamente da
qualidade do emissor;
Meio: como o próprio nome indica é o elemento que se encontra no
meio do processo de comunicação. Pode-se afirmar com certeza que é um dos
elos mais importantes em uma comunicação porque ele tem a função de
propagar a mensagem da fonte ao destinatário, via o conjunto
emissor/receptor. O meio de transmissão é responsável pelo transporte e
propagação da mensagem até o seu destino, e é onde ocorrem as maiores
distorções na mensagem, dependendo diretamente da qualidade do meio e das
distâncias envolvidas;
Receptor: dispositivo que efetua a função inversa do emissor, isto é,
retira a mensagem do meio de transmissão, tentando recuperar o sinal original
da maneira mais precisa quanto possível. Se o sinal enviado tiver sido
35
codificado entregará o sinal ao decodificador, caso contrário diretamente ao
destinatário;
Decodificador: responsável diretamente pelo processo inverso ao
codificador, assim, ele fará a remontagem do sinal, de forma a obter o sinal
original produzido pela fonte, posteriormente repassará o sinal para o
destinatário;
Distorção: processo praticamente inevitável em qualquer comunicação,
onde ocorrerá uma alteração no formato original da mensagem produzida na
fonte, acarretando erros na comunicação. É diretamente proporcional à
qualidade dos elementos da comunicação, ao meio de transmissão e aos
fatores externos à comunicação;
Fatores externos: são interferências ocorridas no processo de
comunicação, que não fazem parte do conjunto de dispositivos que
disponibilizam o tráfego da mensagem, isto é, são de origem externa ao
sistema, normalmente são introduzidas no processo de propagação pelo meio
de transmissão, mas também podem ocorrer
em qualquer ponto entre o emissor/receptor em proporções menores. Citemos
um exemplo de fator externo a uma comunicação: imagine que você está
conversando com um amigo e enquanto ele está lhe falando, uma ambulância
passa bem próximo de vocês, tornando impossível o entendimento da
mensagem dita por seu amigo enquanto ela estiver passando, pois bem, ai
está um exemplo de fator externo, já que ela originalmente ela, a ambulância,
não faz parte da comunicação;
Canal: todo o conjunto de elementos que se encontra entre a fonte e o
destinatário. Para o caso de um sistema de telecomunicações será todo o
software, hardware, fiações e quaisquer equipamentos que se encontrem entre
a fonte e o destinatário. Na prática chama-se, por exemplo, de canal telefônico
ao meio físico que interliga dois pontos com disponibilidade de transmissão e
recepção para a faixa de 0,3 a 3,4 KHz. Já canal de RF é a banda disponível
na faixa de rádio freqüência podendo transmitir um ( caso de um rádio
monocanal) ou mais canais (rádio multicanal) telefônicos. O canal telefônico
muitas vezes é chamado “canal de voz”.
Fatores Internos: são os fatores interferentes, que proporcionam
distorções no sinal original, inerentes a um sistema de comunicação. Por
exemplo, pense em um par de fios, ali estarão presentes características que
não poderão ser eliminadas, como por exemplo, a resistência por unidade de
comprimento (resistência por metro de fio) do condutor, além da capacitância
por unidade de comprimento (capacitância por metro), só para citar dois.
Quanto maior forem as distâncias envolvidas maiores serão esses parâmetros,
sendo impossível eliminá-los, portanto sendo inerentes ao sistema.
Poderá ocorrer que, conforme a complexidade do sistema de
comunicação, hajam mais conjuntos de codificadores, emissores, meios,
receptores e decodificadores.
A Figura 5.2 ilustra o modelo básico de comunicação.
36
Figura 5.2 – Modelo elementar de comunicação
5.3 - Introdução às centrais telefônicas
Posteriormente a invenção do telefone, ele chegou a ser considerado um
dispositivo totalmente inútil, mas gradualmente passou a ser utilizado por
estabelecimentos comerciais e a partir de 1890 o número de usuários era
crescente. As ligações ponto a ponto foram sendo superadas e surgiu a
necessidade de um sistema de comutação para reduzir a complexidade e
quantidade de conexões. Ao invés de ligações permanentes entre os aparelhos
de assinantes, descobriu-se a conveniência de ligações que pudessem ser
comutadas e comandadas por um dispositivo principal que se passou a chamar
de Central Telefônica. A Figura 5.3 ilustra a inserção da central telefônica.
Figura 5.3 – Ligação entre assinantes direta e via central
No desenho indicado na figura anterior, os pontos A, B, C, D e E são
todos interligados entre si diretamente por cabos ponto a ponto, veja que cada
conexão origina 4 pontos de interligação, acarretando o inconveniente de
várias fiações serem necessárias para interligação entre os usuários. Além
desse fato há o problema de que dois ou mais usuários possam tentar acessar
(falar) ao mesmo tempo com outro usuário comum, impossibilitando a
comunicação. A existência de um dispositivo central torna o sistema muito mais
simplificado.
Veja que no primeiro exemplo serão necessárias 10 linhas (20 fios) e 4
delas estarão ligadas em um
mesmo usuário. No segundo exemplo as linhas e a complexidade será
extremamente reduzida.
37
O número de linhas para conexão de assinantes quando temos ligação
ponto-a-ponto é dado pela expressão abaixo, onde N é o número de assinantes
(nós) de uma rede:
L=
N ( N − 1)
Linhas
2
5.4 - Centrais Telefônicas Manuais
As primeiras centrais de comutação que entraram em serviço eram do
tipo manual, nas quais o estabelecimento e a interrupção das ligações entre as
linhas de assinantes eram feitos pela intervenção de pessoas denominadas
“operadoras”, por meio da utilização de equipamentos chamados “cordões”.
Inicialmente os operadores eram apenas homens, mas devido ao fato de se
verificar que as mulheres tinham mais paciência no trato com o público e ao
fato dos usuários se sentirem mais confortáveis em aguardar o atendimento
sem reclamar exageradamente, se no outro lado da linha fossem atendidos por
mulheres.
Figura 5.4 – Telefonista em uma central de comutação manual
Essas centrais eram totalmente manuais e comandadas por telefonistas,
que normalmente eram mulheres. Nessa mesma época a ligação permanente
entre um aparelho telefônico e o equipamento de comutação (central) passouse a chamar-se “Linha de Assinante”.
38
Figura 5.5 - Representação dos cordões e linhas de assinante
5.5 - Automatização das Comutações
O desenvolvimento crescente dos serviços de telefonia e os problemas
surgidos com a comutação manual mostraram que a comutação automática era
uma necessidade. Dentre os problemas ocorridos com a comutação manual
pode-se citar: baixo nível de sigilo na comunicação, devido ao fato das
telefonistas terem total acesso à conversa entre os usuários, porque de tempos
em tempos teriam que escutar a conversação para saberem se a ligação entre
os usuários ainda estava em curso para desfazerem a ligação do cordão que
os interligava. Outros problemas diziam respeito às ligações erradas
ocasionadas por distração das atendentes,
gerando
constantes
aborrecimentos. Ainda havia o fato de que, uma conversação sempre
obrigatoriamente deveria ser estabelecida por uma pessoa, tornando as
conexões lentas devido ao crescente número de usuários, e que também
dificultavam a memorização das centenas de nomes pelas telefonistas. Outro
problema era a dificuldade de efetuar tarifação do uso do sistema, ficando
apenas o assinante responsável pelo pagamento de um valor mensal.
5.5.1 - Centrais Eletro-mecânicas
Uma funerária entra para a história – Em 1889 a rede telefônica de
Kansas City era servida por uma única central manual. O Sr, Almon B.
Strowger, estava exasperado, pois sendo um agente funerário, via seus
negócios declinarem porque a esposa do seu concorrente, que era telefonista
da central, ao atender às famílias enlutadas e solicitada a ligar para uma
agência funerária, naturalmente conectava as ligações para a agência do seu
marido.
O Sr. Strowger, então, que não era nenhum técnico, mas desafiado pela
sobrevivência do seu negócio, desenvolveu e patenteou um comutador
telefônico automático no ano de 1891, que por movimentação de escovas na
direção vertical e associado a rotação fazia a comutação para 100 posições em
39
um banco de contatos em uma superfície cilíndrica. Diz-se que ele se inspirou
no movimento dos braços das telefonistas na mesa telefônica, ao plugarem os
cordões nas linhas de assinante. Seu sistema, com o mesmo nome (Strowger),
foi utilizado durante muitos anos.
As primeiras interligações automáticas entre os usuários passaram a ser
efetuadas em curtas distâncias (ligações locais), ficando ainda as ligações de
longas distâncias (interurbanas) estabelecidas por telefonistas. Para tornar o
processo automatizado, cada usuário passou a receber um número próprio e
único, e que por meio de um disco com 9 dígitos cada usuário poderia fazer a
conexão automática com o usuário desejado, bastando para isso
discar a seqüência de números do assinante do sistema.
As primeiras centrais de comutação automática foram projetadas com
sistemas de comutação que empregavam dispositivos eletro-mecânicos,
utilizavam sistemas similares a relés com mecanismos que comutavam linhas e
colunas para selecionar o número a ser conectado.
Figura 5.6 - Representação das comutações vertical e horizontal
Um pouco antes de 1890, em 1883, “Lars Magnus Ericsson” e o
engenheiro “H.T. Cedergren” elaboraram um pequeno quadro comutador
automático que proporcionaria aos assinantes de Estocolmo, na Suécia, cotas
mais econômicas para os aparelhos telefônicos conectados a uma linha
comum barateando o sistema.
Figura 5.7 - Visualização de um seletor Strowger
Em 1915, baseada em idéias e experimentos do engenheiro
superintendente da rede telefônica de Estocolmo, Axel Hultman, a Lars Magnus
40
Ericsson executou uma instalação utilizando um seletor de 500 linhas, com
capacidade total para atendimento de até 1000 terminais.
O seletor de 500 linhas estava totalmente desenvolvido em 1919 e, em
1923, as primeiras centrais automáticas foram colocadas em funcionamento
com a utilização do seletor eletromecânico de 500 linhas, base de um sistema
denominado de AGF.
Dentre os principais problemas que as centrais eletro-mecânicas
passaram a apresentar, um dos que passou a chamar muito a atenção foram
as dimensões exageradas que esse tipo de central tinha. Portanto, passou-se a
ambicionar um modelo de central que apresentasse dimensões reduzidas,
principalmente devido a crescente quantidade de assinantes do sistema.
Esse tipo de preocupação somente poderia ser solucionado com o
advento das centrais eletrônicas.
5.5.2 - Centrais Eletrônicas
Posteriormente a invenção das centrais eletro-mecânicas, alguns
problemas foram solucionados e novos problemas surgiram. Dentre eles o
principal é que os sistemas de comutação eletro-mecânicos começaram a
apresentar constantes mal-contatos devido a depreciação rápida dos contatos
que comutavam constantemente, com isso começaram a surgir ruídos
excessivos nas conversações e queda das ligações.
Em 1947 com a invenção do transistor novos rumos puderam ser
traçados e, a tão esperada comutação em estado sólido estava próxima de
acontecer. Assim foram desenvolvidas as centrais eletrônicas, em que os
dispositivos eletro-mecânicos passaram gradualmente a serem substituídos por
versões semicondutoras elaboradas com transistores, tornando as
conversações mais limpas de ruídos e com menos problemas de quedas de
linha. Mais tarde viriam as centrais eletrônicas digitais que possibilitariam novos
recursos, facilidades e qualidade na comunicação.
5.5.3 – Centrais Digitais
Como vimos, a central telefônica é o elemento de rede responsável pela
interligação e comutação de sinais entre os usuários. As centrais mais antigas
são interligadas entre si por cabos de pares, as centrais modernas são
interligadas por fibras ópticas. Constatamos a evolução do sistema manual
para parcialmente manual, combinado com eletromecânico, posteriormente
para eletromecânico, eletrônico e finalmente digital.
A primeira central pública de programa armazenado (digital), a central
IESS (n.º 1 Electronic Switching System), desenvolvida pela AT&T, foi instalada
em New Jersey, EUA, em maio de 1965. Esse evento deu início ao interesse
mundial pela idéia de controle por programa armazenado. O controle por
programa armazenado (Stored Program Control - SPC), utilizado nas centrais
atuais, apresenta uma série de vantagens sobre os sistemas anteriores:
Flexibilidade - como a central é controlada por um programa residente
que permite alterações é
possível, por exemplo, reconfigurar a central sem que ela tenha
necessariamente tenha que ser desligada. Isso,
41
inclusive, pode ser feito remotamente pelo fabricante;
Facilidade para os assinantes - centrais de programa armazenado
(CPA) permitem um conjunto amplo de facilidades para os assinantes,
incluindo:
- Discagem abreviada;
- Transferência de chamadas;
- Restrição às chamadas recebidas;
- Conta telefônica detalhada;
- Identificação de chamadas maliciosas;
Facilidade administrativas - são facilidades operacionais, do tipo:
- Controle das facilidades dos assinantes;
- Mudança no roteamento, para evitar congestionamento de curto prazo;
- Produção de estatísticas detalhadas do funcionamento da central;
Velocidade de estabelecimento da ligação - as conexões podem ser
estabelecidas por meio de
circuitos digitais muito mais rapidamente, em tempos da ordem de 250 s. Além
disso, a repetição automática das
chamadas na própria central pode ser programada, para evitar
congestionamentos de rede;
Economia de espaço - isso ocorre em vista das dimensões reduzidas
das centrais de programa armazenado;
Facilidade de manutenção - os equipamentos da CPA têm uma menor
taxa de falhas, em relação aos usados em centrais convencionais, em função
de não haverem partes móveis;
Qualidade de conexão - visto que a perda total numa rede é
independente do número de conexões efetuadas para a ligação, e porque o
sinal é digital havendo muito menos problemas de conexão;
Potencial para outros serviços - inclui a transmissão de dados e
serviços tipo videofone;
Custo - as centrais de programa armazenado são mais econômicas
para manter em funcionamento e têm um custo menor final de fabricação;
Tempo de instalação - com o constante aumento de assinantes tornase necessário cada vez mais velocidade na implementação de novas centris. E
esse tempo é menor que o necessário para a instalação de centrais analógicas
em virtude da modularização dos equipamentos digitais.
Principais parâmetros de avaliação do
decorrentes especialmente das centrais telefônicas:
desempenho
telefônico
1- Tempo médio para obtenção do Tom de Discar (até 3 segundos em
98 % dos casos é um bom resultado).
2- Índice de Congestionamento por Rota de Acesso e em conexões
internas.(até 2% de perdas em conexões interurbanas no horário de pico é
aceitável)
3- Taxa de Completamento de Chamadas (%) (ou Taxa de OK),
corresponde á relação entre as chamadas completadas com sucesso e o total
de tentativas, no caso de ligações interurbanas no horário de pico a relação de
64% é um valor aceitável. As chamadas não completadas decorrem
principalmente de linhas ocupadas, usuário que não atende (não responde),
congestionamento e encaminhamento incorreto.
42
6 - Sistemas Telefônicos Públicos
Uma central e o conjunto de linhas de assinantes que a ela estão ligadas
constituem o sistema local que serve a uma área local, ou “área de
comutação”.
Quando os assinantes de uma região não podem ser atendidos por uma
única central de comutação é necessário fazer uma divisão na região em
diversas áreas de comutação. Nesse caso, torna-se necessária a interconexão
dos diversos sistemas locais isolados geograficamente entre si e, estendendose ainda mais esse raciocínio, para possibilitar a ligação entre dois assinantes
quaisquer de uma país inteiro, torna-se necessário a previsão de um complexo
sistema de meios de transmissão e comutação chamado de sistema nacional
de telefonia ou sistema público telefônico.
Percebe-se que a probabilidade de troca de comunicações entre dois
assinantes é tanto menor quanto maior é a distância que os separa. Assim,
verifica-se que as comunicações mais numerosas são aquelas efetuadas entre
assinantes de uma mesma área de comutação próxima entre si, ou mesma
cidade, por essa razão são denominadas “comunicações locais”.
Para as outras comunicações, que não são locais, verifica-se que uma
conexão permanente entre dois centros de áreas de comutação diferentes,
nem sempre seria economicamente viável. Para esses casos não justificáveis
economicamente são utilizadas as “centrais de trânsito” ou “centros de
trânsito”.
6.1 - Centrais Locais
Uma central local, como o próprio nome revela, está situada em uma
região de pequeno alcance, denominada de local. Nessa central, são
interligados os assinantes, cada qual com uma numeração própria. São
utilizados dispositivos para comutação totalmente automática. O comprimento
médio da linha de assinante é de 5Km, isto é, é a distância aproximada dos
condutores entre o assinante e a central.
Figura 6.1 - Representação de uma Central Local
43
Uma central local tem como principais características:
* possui alcance limitado à distâncias locais;
* tem capacidade de funcionamento com até 10.000 assinantes;
* possui a função de interligar os assinantes entre si na mesma central;
* possui a função de possibilitar a interligação dos assinantes ao resto do
sistema telefônico;
* a quantidade de centrais locais em uma região será proporcional a densidade
demográfica da área;
* possui a função de gerar e repassar sinais de áudio e de sinalização aos
assinantes e demais centrais;
* cada central local terá um número que será denominado de prefixo;
* possui a função de gerar o número de assinante.
6.2 - Centrais Tandem
Eventualmente, após a conveniência da utilização de centrais de
comutação para gerenciar as comunicações telefônicas, elas começaram a
“pipocar” em diferentes localidades de uma mesma região, ou ainda, em países
diferentes. Uma vez que centrais locais estejam estabelecidas em localidades
diferentes surgirá a necessidade de estabelecer a conexão entre elas, para que
pessoas de pontos remotamente afastados possam conversar entre si. As
primeiras centrais locais foram interligadas diretamente entre si de forma
aleatória, conforme a necessidade de conversação foi surgindo.
Com o constante aumento do número de assinantes, tornou-se
insuficiente somente o uso das centrais locais diretamente interligadas entre si,
porque isso estava acarretando o aumento indiscriminado de cabos de
interligação, agora entre as centrais, ocorrendo o mesmo problema inicial que
havia havido com os telefones, gerando altos custos financeiros para efetuar
essas interligações e problemas técnicos.
Figura 6.2 - Representação de ligações diretas entre Centrais Locais
Para contornar os problemas de interligação vistos, foram criadas as
centrais Tandem, ou seja, são centrais que têm a função de interligar diversas
centrais locais entre si. As interligações entre as centrais são conhecidas pelo
nome de “Cabos Tronco”. Nos grandes centros são utilizadas várias centrais
Tandem ligadas entre si por cabos troncos.
44
Figura 6.3 - Representação de ligações entre Centrais Locais via Tandem
Quando houver a necessidade impreterível de interligar duas ou mais
centrais locais diretamente entre si, por razões de otimização econômica, como
é o caso em bairros de uma cidade que tenham centrais locais onde o volume
de tráfego de ligações entre elas seja muito intenso, poderá ser efetuada uma
conexão especial que será denominada de “Linha de Junção”.
Dessa maneira, poderá também haver uma ligação direta entre centrais
locais para casos específicos onde seja justificável economicamente essa
ligação, devido ao excesso de tráfego de dados entre elas.
Figura 6.4 - Representação de Linhas de Junção
As centrais Tandem se subdividem em centrais Tandem Locais, que
interligam Centrais Locais entre si e s centrais Tandem Interurbanas, que
interligam centrais do tipo Interurbana, que estudaremos a seguir.
As interconexões entre centrais, sejam elas por linhas de junção ou por
centrais Tandem são denominadas “Rotas”. As linhas de junção que possuem
interligação direta entre centrais específicas são chamadas de Rotas Diretas”,
são necessárias por terem alto tráfego de interesse entre elas, como é o caso
que acontece entre a Central Local 1 e a Central Local 2. Veja a Figura 6.5
45
Por sua vez, por exemplo: as rotas 1-T e T-2 (Central Local 1 Tandem
 entral Local 2) são consideradas “Rotas Alternativas”, via Central Tandem,
C
entre a central número 1 e 2.
Figura 6.5 - Rotas diretas e tráfego de transbordo
O tráfego de conversação é encaminhado para a rota alternativa,
quando houver um aumento no tráfego, com ocupação de todos os
denominados “juntores de rota direta”, que são os pontos extremos de
interconexão entre as centrais (ponto de partida e chegada dos troncos). Esse
tráfego resultante é denominado de “Tráfego de Transbordo”. Pode haver mais
de uma rota alternativa entre as centrais e, nesse caso, deve-se definir uma
ordem de prioridade entre elas, programada no sistema que gerencia as
centrais.
Quando não há uma rota alternativa entre duas centrais, como é o caso
da rota 3-4, por exemplo, dizemos que a rota é “Full Tandem”.
Qualquer configuração de centrais é obtida por meio de estudos de
tráfego e outros recursos que caracterizam mais economia. Cada caso envolve
grande volume de cálculos estatísticos e simulações para obtenção da melhor
configuração do sistema e melhor aproveitamento custo-benefício.
6.3 - Centrais Mistas
Tipo especial de central que possui as características das Centrais
Tandem em que podem também ser interconectados assinantes, é claro se ela
estiver preparada para essa possibilidade. A esse tipo de central, que interliga
tanto linhas de assinantes quanto linhas de junção, denominamos de “Central
Mista”. No RN praticamente todas as centrais com função Tandem são Mistas.
46
Figura 6.6 - Representação de ligações diretas entre Centrais Locais
6.4 - Centrais de Trânsito
Seguindo o mesmo raciocínio, podemos dizer que as Centrais de
Trânsito são aquelas destinadas à interligação de centrais de áreas locais
diferentes. Por elas circulam o tráfego interurbano, delimitado por uma área de
atendimento regional, agregando uma certa quantidade de centrais locais.
Essa hierarquia de interligação entre centrais pode crescer mais,
interligando as centrais de trânsito, diferentes diretamente entre si, por meio de
outras centrais de trânsito com classes diferenciadas (superiores),
responsáveis pelo encaminhamento das chamadas no âmbito regional,
estadual, nacional ou internacional respectivamente.
Quando o volume de trânsito entre centrais de uma mesma região for
muito grande, também poderá haver uma central de trânsito que as interligue,
sendo denominada de “Central de Trânsito Local”.
Basicamente as centrais de trânsito visam atender, de forma econômica,
o fluxo de tráfego entre as áreas de comutação. Os Centros de Trânsito são
para os centros locais o que esse últimos são para os assinantes e, se dividem
em:
* Centrais de Trânsito Interurbano: interligam dois ou mais sistemas locais
completos da rede nacional. Essas centrais se interligam diretamente ou por
meio de outra central de trânsito. Visam interconectar o volume de tráfego dos
assinantes de uma região de atuação previamente estabelecida (exemplo:
código 84, referente ao Rio Grande do Norte) com outra região de atuação
(exemplo: código 83, referente à Paraíba).
* Centrais de Trânsito Internacional: visam interconectar os assinantes em
nível internacional, isto é países entre si, situam-se em localidades específicas,
normalmente em grandes centros urbanos. As conexões podem ser
estabelecidas por meio de cabos submarinos (o primeiro foi instalado por volta
de 1940) que ainda se encontra em operação ou via satélite, onde a maioria
das conexões acorre atualmente.
47
Figura 6.7 - Estrutura das Centrais de Trânsito
6.5 – Hierarquias Entre Centrais
Entre as diferentes centrais telefônicas da “Rede de Telefonia Pública
Comutada (RTPC)” se estabeleceu uma hierarquia, onde fundamentalmente os
centros locais dependem hierarquicamente de centros de trânsito
correspondentes.
A Figura 6.8 demonstra a hierarquização, chamada de
“Encaminhamento Nacional”, onde existem os centros locais e os centros de
classes I, II, III, IV e V.
Figura 6.8 - Representação gráfica de centros de classes I, II, III, IV e V
48
Centro Classe V (Local): Centro de comutação onde são ligadas: a redes de
assinantes e os troncos de conexão a outros centros locais, ou mesmo ao
centro de trânsito de área. É o centro de comutação hierarquicamente mais
baixo.
Centro de Trânsito Classe IV: Centros onde ligam-se os centros locais ou
linhas de assinantes. São as Centrais Tandem locais ou Mistas.
Centro de Trânsito Classe III: Centros onde ligam-se os circuitos que
constituem as rotas finais de centros classe IV, centros locais ou ainda linhas
de assinantes, podem ser Centrais Mistas ou Tandem Locais.
Centro de Trânsito Classe II: Centros onde ligam-se os circuitos que
constituem as rotas finais de centros classe III. São as Centrais de Trânsito
Interurbano. Necessariamente não têm a função de interligar centrais entre si,
apenas são trânsito para o tráfego de comunicação.
Centro de Trânsito Classe I: Centro onde ligam-se os circuitos que
constituem as rotas finais de centros classe II. Representa o nível mais elevado
da rede interurbana. Essa central tem acesso a pelo menos uma central que
processa o tráfego internacional.
Centro de Trânsito Internacional: Centro onde ligam-se os circuitos que
constituem as rotas finais de centros de no mínimo um Centro da Classe I. São
responsáveis pelas comunicações internacionais e concebidas com Centrais
denominadas Internacionais.
A quebra do monopólio interurbano (anteriormente exercido pela
Embratel) a partir da privatização das telecomunicações no Brasil levou à
disponibilização de opções para conexão interurbana, dessa forma,por
exemplo, quando uma ligação vai ser efetuada de Natal para Goianinha a
primeira central de Trânsito terá alternativas de acordo com o código da
Operadora escolhido pelo usuário,pelo 21 haverá conexão via Embratel,pelo 31
a ligação será pela Telemar,etc.
O curioso é que eventualmente uma Operadora pode não dispor
efetivamente de rota para atendimento de determinada região, mas
simplesmente aluga circuitos a sua concorrente. Tudo isso é transparente para
o assinante que faz a ligação.
Em Natal o sistema Telemar de Telefonia apresenta como principais
centrais trânsito /Tandem as centrais Mistas do Alecrim (localizada na Av.
Presidente Bandeira próximo ao Nordestão, com prefixos locais 3213,
3223,etc) e do Centro (localizada na esquina da Prudente de Morais com
Jundiaí, com prefixos 3222, 3221, 3211, 3611, 3215, etc). As referidas centrais
correspondem também às portas de acesso para conexão com outras
Operadoras como Embratel, Claro, TIM e OI.
6.6 - Diferentes Entroncamentos de Circuitos – Rotas
O número de circuitos em uma determinada rota depende do tráfego ou
número de comunicações a serem comutadas, conforme já vimos
anteriormente. Em um sistema de encaminhamento como indicado na Figura
6.8 podem ocorrer dois tipos de feixes:
49
* Os feixes normais ou finais, que interligam obrigatoriamente um centro de
nível determinado com o centro de trânsito do qual ele depende
hierarquicamente, e, eventualmente, aos centros que dependem dele
diretamente. Representado pelas linhas horizontais no gráfico.
* Os feixes transversais ou de primeira escolha, são ligações eventuais entre
os centros de comutação, que “fogem” a hierarquia das rotas normais, isto é,
são ligações entre os centros de comutação por linhas transversais, que
permitem realização uma comunicação direta, em caso de transbordamento de
tráfego.
Figura 6.9 - Representação de Rotas Normais e Transversais
Um feixe de circuitos pode ser calculado para escoar todo o tráfego
entre dois centros de comutação (feixe direto), ou, apenas, parte dele, sendo
que neste último caso, o tráfego em excesso é desviado para um feixe
alternativo. Os feixes ou rotas mais curtas são diretos quando economicamente
justificáveis, como, por exemplo, entre dois centros de área adjacentes.
6.7 - Sistema de Telefonia no Rio Grande do Norte
A Telemar é a principal empresa operadora da telefonia fixa no estado,
em 2006 abrange mais de 80% dos terminais (market share), suas principais
áreas de numeração são centradas em Natal (centrais trânsito mistas do
Centro e Alecrim), Mossoró (central Trãnsito Mista conectada com toda região
Oeste, região Salineira e parte da região Central), Currais Novos (região
Seridó).
As regiões: Agreste, Litorânea, Mato Grande e cidades próximas têm
suas centrais locais conectadas à central Natal Centro.
50
O sistema de transmissão que interliga a região Oeste (Mossoró) com
Natal é composto por cabos ópticos enterrados ao longo da margem da rodovia
correspondente.
A região do Seridó tem seu sistema de transmissão na direção de Natal (
Currais Novos- Serra Verde- Serra do Sapato- Santa Maria) composto por
rádio-enlaces de microondas em visibilidade (distãncias entre estações
menores que 50 km) de alta capacidade. A partir de Santa Maria até Natal o
sistema adota a fibra óptica como meio de transmissão.
A figura seguinte não mostra detalhes do sistema de transmissão, mas
dá uma noção das principais centrais trânsito do estado e das centrais
celulares, denominadas CCCs (Centrais de Comutação e Controle).
A Embratel (Vésper) atua em Natal com sistema Wireless, telefonia sem
fio, adotando o padrão CDMA (Code Division Multiple Access).
Todas as centrais telefônicas da Telemar, Embratel, Oi, Claro e TIM no
RN são digitais.
Figura 6.10 - Visão simplificada das conexões entre as principais centrais telefônicas em
funcionamento do RN, sistemas fixos e celulares.
6.8 – ELR (Estágios de Linha Remotos) ou URAs (Unidades
Remotas de Assinantes)
O ELR ou URA corresponde a um equipamento que integra as funções
de comutação, transmissão de energia, climatização e distribuição geral, em
um robusto gabinete mecânico (container), para um número limitado de
assinantes, em torno de no máximo 700 terminais.
Geralmente, esse equipamento é pré-testado em fábrica antes da sua
implantação, de forma a facilitar e agilizar sua instalação e ativação prática,
51
que poderá ser feita de forma interna ou externa, essa última conhecida como
“instalação no tempo”.
Diversas URAS são interligadas a uma central de maior porte,
denominada de “Central Mãe” , constituindo assim um sistema distribuído de
comutação, cujas funções são completamente transparentes aos usuários.
A interligação entre a central mãe e a URA também é conhecida pelo
nome de entroncamento, que pode ser realizado fisicamente por meio de par
metálico ou fibra óptica. A sinalização poderá ficar a cargo da URA ou da
própria central a qual estiver ligada. Isso promove a liberação de terminais
próximos à central mãe e a redução no custo da “rede primária”, que é o
sistema que forma as linhas de assinante, em que o raio médio entre URA
(ELR) e assinante cai para em torno de1 Km, reduzindo a complexidade do
sistema.
Figura 6.10 - Representação gráfica de ELRs ou URAs
Figura 6.11-Equipamentos de transmissão e banco de baterias ao fundo.
52
Na verdade uma URA corresponde a uma parte da central-mãe
envolvendo as funções de conversão Analógico / Digital , sinalização de
assinante e interface com a rede externa, é uma espécie de mini-central local,
claro que com funções limitadas permitindo obter a redução da fiação das
linhas de assinante até as centrai locais.
Além da função técnica, também diminuem os custos de infra-estrutura,
já que o equipamento não necessita de instalações prediais, uma vez que foi
projetado para instalação diretamente “em campo”.
A URA é adequada a aplicações como central autônoma, principalmente
em pequenas localidades, áreas rurais, grandes clientes, central de quarteirão
ou condomínios, soluções rápidas ou em lugares nos quais a rede a expandir
encontra-se saturada.
Em Natal existem cerca de 85 URAs instaladas pela Telemar, em todas
elas o raio máximo de atendimento a assinantes via par metálico é de 1 km,
sendo que a conexão entre a central mãe e a URA é normalmente efetuada por
fibra óptica aérea. As URAs de Natal na maioria das vezes são instaladas em
calçadas, mas também existem URAs que atendem especificamente a grandes
condomínios residenciais como o Serrambi I, Serrambi II e Plano 100.
Localidades como Pipa, Barra de Cunhaú, Tangará; Barra de
Maxaranguape e Carnaúba dos Dantas são atendidas com URAS via rádio.
Estudos efetuados pela Austrália Telecom nos anos 90 indicam que a
adoção de URAS aumenta o custo da rede de transporte (que normalmente
nas áreas urbanas são via fibras ópticas) e diminui o custo da rede de acesso
(que são metálicas e se tornam mais curtas), isso na maioria dos casos dá um
resultado total de redução de investimentos e de tempo para implantação, daí a
frenética utilização dessa alternativa nos últimos tempos no Brasil.
As URAS contribuem para a melhoria da condição de oferta e qualidade
de novos serviços especialmente aqueles de banda mais larga, isso porque o
trecho metálico fica limitado e aumenta a utilização de fibras.
Exemplificando de uma forma simplista: o serviço banda larga Velox
quando implantado em uma rede de acesso metálica de 7,5 km poderá não
funcionar bem, em vista dessa rede praticamente funcionar como um “filtro
passa baixas de 3,4 KHz”,daí o sinal, que ocupa originalmente uma faixa mais
larga, irá ter uma parte da informação perdida e terá provavelmente maior taxa
de erros na recepção.
Se o mesmo serviço Velox for implantado em uma rede de acesso de
0,8 km (800 metros) essa poderá se comportar como um “filtro passa baixas
com maior largura de espectro”, algo como 300 KHz, daí toda a banda original
poderá ser transmitida e recebida com menor taxa de erros.
6.9 - Estação Telefônica Local e Interurbana
O diagrama abaixo ilustra a constituição de uma estação telefônica típica
onde a Unidade de Supervisão de Corrente Alternada (USCA) é um quadro de
comando automático que dá prioridade à conexão 380 V trifásico via rede da
Concessionária Pública de Energia, no caso de falha em um ou mais fases
dessa rede, então um comando é gerado para acionar um grupo motor-gerador
trifásico (normalmente à diesel) que passa a gerar energia AC 380 V trifásica
em vazio.
53
A USCA monitora a estabilização de freqüência e tensão das 3 fases e
,quando essas estão dentro dos padrões pré-definidos (cerca de 3 minutos) ,
ocorre a transferência de carga e os retificadores passam a ser alimentados
pelo GMG.
No intervalo em que os retificadores estão sem alimentação, o banco de
baterias descarrega parcialmente e mantém ininterrupta a alimentação da
central telefônica e equipamentos de transmissão.
Se a rede da COSERN normaliza, então a USCA, após um tempo de
garantia de estabilização (cerca de 3 minutos) retira a carga do GMG e
transfere novamente para a rede prioritária da COSERN.
Sempre que existe AC alimentando os retificadores, então as baterias
ficam no regime de “flutuação”, atuando como uma espécie de filtro adicional
que minimiza a ondulação “ripple”da onda retificada de -48 Volts.
O Multiplex é um equipamento que visa possibilitar a transmissão de
diversos canais telefônicos em um único meio de transmissão, no caso
exemplificado na figura esse meio é o canal de RF, ou seja uma portadora na
faixa de UHF ou SHF para transmissão e outra com freqüência diferente para
recepção ambas operando normalmente em uma mesma antena direcional
(parabólica , ou helicoidal, principalmente). A Multiplexação pode ser do tipo
FDM (Frequency Division Multiplex) ou TDM (Time Division Multiplex).
Figura 6.12 - Diagrama Simplificada de uma estação telefônica com conexão interurbana via
Multiplex
O sinal contendo o pacote dos canais já multiplexado é denominado de
Banda Básica. Outra alternativa de transmissão bastante utilizada é a fibra
óptica, no caso o Transceptor (Transmissor + Receptor) e a antena são
substituídos por um conversor eletro-óptico e pelo cabo contendo fibras
ópticas.O sinal transmitido deixa de ser de radio-freqüência (RF) e passa a ser
um sinal óptico (laser).
54
Na medida em que a capacidade e importância da central telefônica
diminui, o sistema esboçado na Figura 6.12 sofre naturais simplificações
visando reduzir custos de implantação, assim,por exemplo, em localidades
com apenas uma central telefônica e menos de 2.000 terminais telefônicos o
GMG e a USCA eventualmente não são instalados. Nesse caso, o banco de
baterias assume uma responsabilidade maior de garantir a autonomia do
sistema nos períodos de falta de AC.
Convem destacar que todas as estações são telesupervisionadas, as
principais anormalidades existentes nos equipamentos são imediatamente
visualizadas através de um painel central de controle. Dessa forma, se faltar
energia AC, ocorre o alarme de “bateria em descarga” e a concessionária de
energia elétrica é cobrada imediatamente para solucionar o caso, em casos de
demora na solução pela concessionária elétrica, então um GMG móvel é
conduzido até o local.
7 - Características da Rede Telefônica
7.1 – Rede de Assinantes (Rede de Acesso)
Antigamente, as redes telefônicas eram formadas por fios desencapados
de diâmetro bem maior do que os usados atualmente, sustentados por postes
de madeira ao longo do trajeto até a casa do assinante. Quando eram bem
construídas, ofereciam pouca perda na transmissão, porém, as condições
atmosféricas afetavam significativamente a atenuação e também provocavam
interferência nas linhas aéreas.
Com o passar do tempo e com ampliação significante de usuários de
telefonia, a quantidade de fios telefônicos nos postes cresceu de forma
assustadora, ficando impraticável a manutenção, controle e a ampliação do
número de assinantes, daí surgiram os Cabos Telefônicos de Pares.
A principal característica dos cabos telefônicos de pares é concentrar
num mesmo núcleo um grande número de pares condutores, que ocupam um
espaço consideravelmente menor em comparação aos fios nus. No início de
sua utilização eram revestidos de chumbo e seus fios isolados por papel.
Atualmente o isolamento dos fios é feito com plástico.
Apesar da enorme vantagem de se utilizar cabo telefônico de pares,
algumas desvantagens precisam ser consideradas:
1 – As características de transmissão são inferiores às de um circuito de
fio nu equivalente.
2 – Os cabos precisam ser emendados, par a par, em distâncias
determinadas ao longo do trajeto, introduzindo assim pontos passíveis de
apresentar defeitos.
Apesar dessas desvantagens, o seu uso tornou-se um padrão nas redes
telefônicas do mundo todo.
Alguns desenvolvimentos foram necessários para minimizar os
problemas apresentados, tais como: bobinas de pupinização, capacitores de
compensação, extensores de enlace, amplificadores de freqüência de voz.
Além disso, novos métodos de dimensionamento de redes telefônicas
urbanas surgiram, novos tipos de emendas também, equipamentos eletrônicos
55
que possibilitam a instalação de mais de um assinante no mesmo par de fios
foram inventados.
Novamente, com o crescimento acelerado do número de assinantes,
ficou impossível a sua sustentação de cabos telefônicos com alta capacidade
nos postes, devido ao peso excessivo. Foram então criadas as linhas de Dutos
Telefônicos e respectivamente as Caixas Subterrâneas, além de novos tipos de
cabos telefônicos para essa aplicação.
Portanto, num sistema telefônico convencional é denominado Rede de
Acesso ou Rede de Assinantes o conjunto de cabos de assinantes e demais
dispositivos complementares (linhas de duto, ferragens, postes, blocos
terminais, etc) que atendem a uma determinada localidade ou área.
O atendimento aos assinantes é completado com os fios (“drop”) que
dão acesso aos assinantes, assim como os cabos de entroncamento para
edifícios residenciais / comerciais e as redes internas dos edifícios,.
Hoje as redes são constituídas com condutores de cobre que podem
variar de 0,4 a 0,9 mm de diâmetro. A Figura 7.1 mostra o diagrama
esquemático de uma Rede de Acesso.
Figura 7.1 – A Planta Externa representa a Rede de Assinantes.
A Rede de Acesso, no caso de telefonia, precisa apresentar resistência
Ôhmica máxima em torno de 2 KOhm para permitir a realização do processo
de sinalização e conversação. Supondo uma rede sem utilização de
dispositivos eletrônicos na linha e com a bitola mais comumente usada, então a
distância máxima fica em torno de 7,5 km.
A Rede de Acesso tradicional utiliza um par de fios para atender a cada
assinante possibilitando a sinalização e comunicação bidirecional entre duas
pessoas, sendo que o elo inteligente no processo é a central telefônica.
Visando facilitar a manutenção e proporcionar melhor estética (evitando
poluição visual) é recomendável que os fios FE que saem da CEV para as
residências tenham, no máximo, 300 metros de extensão.
56
Figura 7.2 - Fios FE saindo diretamente de um armário para prédio em Beirute no
Líbano. O correto seria utilizar cabo telefônico subterrâneo.
As Redes de Transporte correspondem às conexões envolvendo duas
centrais telefônicas distintas.Atualmente a maioria das redes de transporte são
compostas por sistemas de fibra óptica ou sistemas via rádio. Ainda existem
redes de transporte utilizando pares metálicos.
7.1.1 – Tipos de Redes de Acesso
Foram criados levando-se em consideração as condições regionais, os
recursos econômicos disponíveis para a implantação, a melhoria de
confiabilidade, tipos diversos de redes, cada um com suas vantagens e
desvantagens. Numa mesma área de central telefônica, podem existir diversos
tipos de redes, estando interligadas sem causar maiores problemas.
O objetivo único é levar os pares de fios desde o DG (Distribuidor Geral)
até a casa do assinante, prevalecendo os padrões de qualidade, conciliados
com os recursos econômicos. Conforme normas da ANATEL, podemos
encontrar 3 tipos de redes:
7.1.1.1 – Redes Rígidas
Chama-se Rede Rígida a rede que não possui nenhum ponto de
seccionamento entre a central e o assinante. Os pares dos cabos subterrâneos
são ligados diretamente aos pares dos cabos aéreos, como mostra a Figura
7.3.
57
Figura 7.3 – Rede Rígida
Isto quer dizer que as emendas são permanentes, ou seja, os
condutores vão sendo emendados desde o DG até as caixas terminais, e só
poderá ser feita alguma alteração mediante a abertura das emendas.
Este tipo de rede, é utilizada em locais onde a densidade telefônica é
baixa ou onda as linhas dos assinantes são curtas.
A grande vantagem em utilizar este tipo de rede está na facilidade de ser
tirar defeitos em sua extensão, porque são poucas as intermediações até a
casa do assinante, em contrapartida, no momento da implantação as emendas
devem ser abertas para a nova configuração. Além disso, a quantidade de
pares reserva tem que ser alta, diminuindo a ocupação dos cabos
alimentadores. Observe que não existe armário de distribuição na rede rígida.
7.1.1.2 – Redes Flexíveis
Chama-se de Rede Flexível a rede que possui seccionamento entre a
central e o assinante; para isso, empregam-se Armários de Distribuição que
interligam os pares dos cabos da rede primária com os pares da rede
secundária. A Figura 7.4 mostra o diagrama de uma Rede Flexível.
Um par de fios do cabo primário, que termina no armário, pode ser
conectado a qualquer par do cabo secundário, que deixa o armário. Todas as
conexões são feitas por intermédio de fios “Jumper”, facilitando em muito a
manutenção dos pares.
A rede flexível é a mais comumente adotada no Brasil, em decorrência
das Operadoras terem, nessa alternativa, uma margem maior para atendimento
a uma demanda futura de assinantes onde não há uma segurança quanto às
características e o tempo das edificações que irão surgir na área.Na dúvida
(falta de dados precisos quanto às novas edificações e ampliações) o
projetista brasileiro tipicamente prefere a precaução e espalha uma rede de
cabos com pares com alguma folga na região de crescimento urbano.
Neste tipo de rede, o lado secundário pode ser ampliado além da conta,
ou seja, instalar pares a mais do que o necessário previsto, pois este lado da
rede tem custo menor em relação a rede primária. Em contrapartida, os
armários de distribuição, têm seu custo elevado e um planejamento mal feito
pode tornar o lado secundário ocioso por muito tempo.
58
Figura 7.4 – Rede Flexível
Figura 7.5- Exemplo de como não deve ser um armário de distribuição, Líbano Telecom,
Beirute, Líbano, os pedaços de papeis são os registros dos telefones, 1997.
7.1.1.3 – Redes Múltiplas
Chama-se de Rede Múltipla (adotada muito nos EUA) a rede que tem
todos ou alguns pares de sues cabos, terminados em mais de um local através
de ligações em paralelo, como mostra a Figura 7.6.
59
Figura 7.6 – Rede Múltipla
Em outras palavras, o número do par permanece o mesmo desde a
central até o assinante. A vantagem para este tipo de rede está em se utilizar
um par reserva em mais de um ponto, fazendo com que a ocupação média dos
pares aumente. As desvantagens são: controle dos registros, perda no sinal de
transmissão por estarem em paralelo e maior dificuldade na localização dos
defeitos.
7.1.1.4 – Linha Privada
A Linha Privada ou LP não se trata de um tipo de rede, mas é um tipo
de conexão especial amplamente utilizada. A LP une dois pontos fixos, sem
passar pelos circuitos de comutação da central, e não possui voltagem DC
em seus terminais. Naturalmente, esse tipo de linha não permite a ligação do
aparelho telefônico tradicional, do qual falamos, mas pode ser utilizada para a
transmissão de qualquer sinal, desde que este ocupe uma faixa compatível
com a resposta em freqüência da linha, com veremos adiante. Este tipo de
linha pode ser instalada pela concessionária com a finalidade exclusiva de
transmissão de dados. Normalmente, o seu custo é maior que o da linha
comutada convencional, mas tem as vantagens de manter a ligação de modo
permanente entre os dois pontos e possui uma qualidade melhor já que não
passa pelos circuitos de comutação da central.
Emissoras de radiodifusão alugam Linhas Privadas para interligação
entre um ponto externo (ex. campo de futebol) e o estúdio. As LP´s para
radiodifusão têm tarifas subsidiadas e podem ser a 2 ou 4 fios, caracterizando
respectivamente as condições de transmissão sem retorno e com retorno. A
Rádio Rural de Natal utiliza LP´s permanentemente para interligar seu estúdio
aos transmissores da emissora.
Nos últimos anos aumentou bastante a demanda por LPs para
atendimento de serviços de comunicação de dados como “caixas rápidos” dos
bancos e redes LAN.
Convém destacar que apenas as Operadoras do STFC (Sistema
Telefonia Fixo Comutado) (Telemar, Embratel, Brasil Telecom), devidamente
outorgadas pela ANATEL, detenhem o direito de lançar esse tipo de cabos no
60
ambiente público. Exceções são abertas para as concessionárias de TV à
cabo.
7.2 – Elementos das Redes de Acesso
Descrevemos agora de forma resumida todos os elementos que fazem
parte das redes telefônicas urbana e interna, e como são aplicados. Na Figura
7.7 temos um exemplo típico de redes urbanas interna, com boa parte dos
elementos que as constituem.
Convém salientar que o diagrama anexo corresponde a aplicação em
cidades do porte de Natal, Mossoró, João Pessoa,mas, em cidades menores
como Goianinha, Tangará, Nova Cruz, a rede é simplificada e construída toda
na forma aérea visando diminuição de custos.
7.2.1 Blocos de Terminação
São destinados à interligação de pares de fios permitindo que sejam
efetuadas trocas nas ligações. Possuem uma base de material isolante
(madeira ou plástico) onde são alojados pinos metálicos que recebem as
conexões dos fios. Esses pinos possuem diversos formatos de acordo com o
processo de conexão poderá ser: por parafusamento, por enrolamento, por
encaixe, etc.
7.2.2 - Fio Jumper ou FDG
Entende-se por jumpeamento, a conexão física de pares de cabos
diferentes ou de pares de cabos com a fiação de equipamentos de
telecomunicações. O FDG mais utilizado é formado por um par de fios
trançados, em geral de duas cores, fornecidos em bobinas contendo 500
metros, possuindo as cores preto/laranja ou preto/branco.
7.2.3 - Distribuidor Geral (DG)
Os pares de fios provenientes da planta externa do sistema penetram no
centro telefônico normalmente por dutos subterrâneos, e alcançam uma galeria
também subterrânea, denominada “Galeria de Cabos”. Nesta, os cabos de
grande diâmetro, que possuem milhares de pares de fios cada, são
subdivididos em cabos menores e mais flexíveis, que são direcionados para
uma série de “subidas” verticais e passam ao piso superior, onde se acha o
Distribuidor Geral (abreviadamente DG).
A planta externa (ver Figura 7.1) está exposta a uma série de riscos
potenciais de sobretensão e correntes induzidas, por exemplo: descargas por
raios, queda da rede elétrica sobre cabos telefônicos, induções de corrente
oriundas de sistemas de energia próximos, etc. As instalações elétricas na
casa do usuário são também fontes de tensões e correntes estranhas que
poderiam danificar o equipamento comutador, não fosse a proteção dos blocos
do DG.
61
Cada par no DG é protegido por fusíveis em série em cada par condutor
e pára-raios (centelhador). Dessa maneira, do lado da planta externa temos
blocos protetores fixados nos perfís verticais, por isso essa face do DG
denomina-se “Lado Vertical”. Nele está representado cada para dos cabos da
planta externa que partem deste DG.
62
Figura 7.7 - Uma rede telefônica urbana típica
63
Figura 7.8 - Galeria de entrada de cabos do DG
A face oposta do DG possui perfis dispostos horizontalmente, também
equipados com blocos, porém distintos dos primeiros. São “Blocos de Corte”,
onde os dois fios do par podem ser interrompidos por “Pinos de Corte”. Cada
par de terminais do bloco de corte recebe um par do equipamento comutador e
correspondente a um “Número de Assinante”. É no DG que a “Planta Externa “
e a “Central Comutadora” se encontram. Há milhares de pares protegidos no
lado vertical e milhares de terminais numerados no lado horizontal. Atribui-se
um número ao telefone pela interligação de um par do lado horizontal com um
par do lado vertical, feito por um par flexível jumper na operação de conexão.
A Figura 7.9 e 7.10 Ilustram um DG típico.
Figura 7.9 – Armário distribuidor geral
64
Figura 7.10 - DG
7.2.4 - Caixa de DG
Utilizada nas instalações da rede interna dos assinantes. É um armário
metálico com fundo de madeira podendo ser embutido ou não na parede, que
recebe os blocos terminais para a interconexão da rede externa com a rede
interna. Anéis de guia são fixados para que a fiação de interconexão (fio FDG)
seja passada e organizada
7.2.5 - Caixa de distribuição
É um armário metálico de tamanho inferior ao da caixa de DG, usado na
rede interna comportando os blocos terminais, fios e cabos internos. A caixa de
distribuição num edifício é o ponto de interligação do cabeamento externo com
a fiação interno do assinante
7.2.6 - Caixa Subterrânea
Quando uma rede telefônica tiver proporções grandes, torna-se
necessária a utilização de caixas subterrâneas para que comportem as
emendas dos cabos de capacidade superior e para que as derivações possam
ser efetuadas.
7.2.7 - Armário de Distribuição
Geralmente tem a função de interligar os cabos primários (oriundos da
central telefônica) com os cabos secundários (destinados à distribuição dos
assinantes). O armário de distribuição comporta os blocos de terminais para
que sejam feitas manobras entre a rede primária e secundária por intermédio
65
de jumpers. Os armários são instalados em lugares estratégicos, podendo ser
de pedestal ou para poste, como mostra a Figura 7.11.
Figura 7.11 – Armários de distribuição
Todos os cabos telefônicos têm os pares trançados (twisted pairs) para
minimizar a indução eletromagnética entre eles e conseqüente diafonia (linha
cruzada).
O trançamento dos pares aumenta a reatância capacitiva equivalente
entre os eles,ou seja melhora o isolamento entre as linhas de transmissão.
A rede subterrânea de cabos, quando submetida a dias seguidos de
chuva e na situação de inundação dos dutos e pontos de emendas (caixas
subterrâneas) , podem absorver umidade em excesso e o isolamento existente
(de papel ou plástico) perde sua característica n
7.2.8 - Cabo Primário
É o cabo de distribuição que sai do DG da central pública e chega até o
armário de distribuição. É um cabo com capacidades elevadas, em torno de
1200 a 3600 pares.
7.2.9 - Cabo Secundário
É o cabo que sai do armário de distribuição e vai até um outro ponto
intermediário, por exemplo, uma Caixa de Emenda Ventilada (CEV), ou até à
propriedade dos usuários. Normalmente este cabo é aéreo e utiliza-se da
posteação.
A Figura 7.12 mostra o diagrama das redes telefônicas em questão, para
um melhor entendimento.
Figura 7.12 – Estrutura da Rede de Acesso
66
7.3 – Cabos e Fios Telefônicos
A definição de cabo telefônico poderia ser: um conjunto de pares de
cobre isolados individualmente por uma película de papel ou plástico,
trançados entre si formando grupos independentes e protegidos por camadas
de papel ou plástico helicoidalmente e com uma capa de alumínio ou chumbo
externa revestida de polietileno, como mostra a Figura 7.13, pelo qual são
feitas as interligações entre centrais, assinantes ou central e assinantes.
Figura 7.13 – O cabo telefônico
Uma rede telefônica pode possuir diversos tipos de cabos, conforme
mostra a tabela abaixo.
TIPO DE CABO
Cabo Tronco
Cabo Primário
Cabo Secundário
INTERLIGAÇÕES
Entre Centrais Locais ou entre
Centrais Tandem
Da Central ao armário (rede
primária com secundária)
Do armário ao terminal de
distribuição (rede secundária
com terminal)
INSTALAÇÃO
Em dutos
Em dutos
Em dutos, enterrados ou
aéreos
A bitola representa o diâmetro do condutor e o padrão utilizado é o da
escala AWG, onde são mostradas na tabela seguinte, as bitolas mais comuns,
bem com os valores em milímetros.
Bitola AWG
Diâmetro (mm)
26
24
22
20
19
0,404
0,511
0,643
0,8
0,912
Simbologia de
desenho
40
50
65
80
90
Os cabos primários e cabos troncos são de grande capacidade (de 200
a 3600 pares) e os cabos secundários são de baixa capacidade (de 10 a 200
67
pares). É bastante comum pressurizar-se os cabos de alta capacidade para
evitar a entrada de água em pontos críticos da rede.
Figura 7.14- Visualização da Rede de Transporte e Rede de Acesso.
7.4 – Degenerações do Sinal de Áudio
As linhas telefônicas possuem certas particularidades que degeneram
qualquer sinal que por ela trafegue e, quanto mais acentuada for a
degeneração imposta ao sinal, mais difícil será sua recuperação pelo receptor.
Veremos a seguir as alguns problemas encontrados pelos sinais e
algumas contra-medidas.
7.4.1 – Atenuação
O par de fios utilizado para interconectar os elementos do sistema
telefônico é chamado de par fisco. Este par de fios, aparentemente inofensivo,
pode causar uma grave distorção de amplitude, dependendo do seu
comprimento e da espessura do fio utilizado.
O par de fios forma uma linha de transmissão, que possui 4 parâmetros
primários:
R = resistência de enlace pr Km – Corresponde a resistência do par de
fios, a cada Km, considerando ida e volta.
C = capacitância por Km – Provocada pela proximidade entre os dois
fios.
L = indutância de enlace por Km – Provocada pelo campo magnético
entre os fios.
G = condutância por Km – Provocada por fuga entre os isolantes dos
dois fios.
Um quilômetro de linha pode ser representado pelo esquema da Figura
7.15.
68
Figura 7.15 – Modelo Pi de uma linha de transmissão
Como a indutância e a condutância são parâmetros de pouca influência,
podemos simplificar o modelo Pi do par físico e considerar somente a
resistência e a capacitância, e o modelo do da linha de transmissão resume-se
ao esquema mostrado na Figura 7.16.
Figura 7.16 – Modelo Pi reduzido
A tabela abaixo, mostra valores desses parâmetros para os fios mais
utilizados.
Diâmetro do fio (mm)
0,404
0,511
0,643
0,9
R (Ω/Km)
288
184
106
56
C (nF/Km)
49
51
51
51
AWG
26
24
22
19
Esses dois parâmetros, distribuídos ao longo da linha, fazem o efeito de
um filtro que atenua mais as freqüências altas, provocando distorção de
amplitude.
A Figura 7.17 mostra a resposta em freqüência de um par de fios 0,4
mm, para diversos comprimentos.
Observe que quanto maior o comprimento do cabo mais severa é a
atenuação – este fenômeno pode prejudicar a inteligibilidade nas ligações
telefônicas.
69
Figura 7.17 – Resposta em freqüência do fio 0,4 mm (AWG 26)
7.4.2 – Linha Condicionada (pupinização)
A fim de compensar a distorção de amplitude presente ns pares físicos,
Michael Pupin propôs equalizar a resposta em freqüência, inserindo bobinas
distribuídas ao longo da linha, regularmente espaçadas, conforme mostra a
Figura 7.18. Quando o par físico recebe esse tratamento, dizemos que é uma
linha condicionada ou pupinizada.
Figura 7.18 – Linha condicionada ou pupinizada.
As bobinas compensam a distorção natural do par físico até uma certa
freqüência, e a partir desse ponto, elas provocam uma distorção mais
acentuada, conforme está ilustrado na Figura 7.110.
70
Figura 7.19 – Efeito do condicionamento da linha.
Observe, pela Figura 7.16, que a resposta em freqüência melhorou
bastante dentro da faixa de voz (300 a 3400 Hz), e piorou, no entanto, para
freqüências acima de 3.400 Hz.
Esta atenuação, mais acentuada a partir de certa freqüência, obriga
praticamente o sinal a estar contido na faixa de voz (banda base), para que
consiga passar por essa linha.
Naturalmente, esta limitação em freqüência não se torna um problema,
pois o sinal a trafegar nessa linha seria exatamente o sinal de voz, que,
conforme a proposta inicial, deve ter garantida sua inteligibilidade.
O problema, na realidade, surge quando necessitamos lançar uma LP de
comunicação de dados que ocupa uma faixa de espectro acima de 3,4 KHz. ou
seja transmissão de dados não pode ser efetuada passando por uma linha
pupinizada, nesse caso é possível, em um mesmo cabo, deixar alguns pares
sem pupinização.
A indutância das bobinas de pupinização varia de 15 a 66 mH para
linhas de assinantes e de 44 a 100 mH para linhas tronco.
Normalmente se refere a uma linha condicionada da seguinte forma:
24H88
Onde:
-
24 é a bitola do fio em AWG
H é o espaçamento
88 é a indutância em mH
Alguns sistemas utilizados na prática são:
Sistema
H-44
H-88
D-66
H-88
Intervalo (m) Indutância da bobina (mH)
1.830
44
1.830
88
1.372
66
915
88
A pupinização foi um processo largamente utilizado nas redes de
transporte metálicas em conexões locais envolvendo apenas voz (telefonia
pura e simples), entretanto após o surgimento das linhas de comunicação de
71
dados (utilizando a rede telefônica) e a crescente velocidade requerida, a faixa
de freqüência necessária por canal passou a ser um aspecto de maior rigor,daí
a pupinização começou a atrapalhar nesses casos e sua aplicação decresceu
de forma acentuada.
Atualmente a grande maioria das redes de transporte utilizam fibras
ópticas e conseqüentemente não há mais sentido em falar de pupinização.
7.4.3 – Ruído Branco
Chama-se de ruído branco ao sinal cujo espectro cobre toda a faixa de
freqüências, ou seja, vai de menos infinito a mais infinito. Claramente essa
definição é teórica e quer dizer, em outras palavras que o ruído branco possui
componentes em todas as freqüências.
O ruído branco aparece somado ao sinal, na recepção, devido
principalmente ao movimento aleatório de elétrons nos pares telefônicos e
também nos componentes eletrônicos, que também é conhecido como ruído
térmico. É desejável que a contaminação de ruído branco no sinal recebido
seja a menor possível. Em outras palavras, é desejável que a relação entre as
potências de sinal e ruído seja a maior possível: quanto maior for a relação
sinal/ruído, menos erros ocorrerão na detecção do sinal.
As relações entre potências, normalmente são expressas em dB
S / R (dB ) = 10 ⋅ log(Ps / Pr )
Onde:
S/R = Relação Sinal/Ruído em dB
Ps = Potência do Sinal (W ou mW)
Pr = Potência do Ruído (W ou mW)
É especificada nas linhas americanas uma relação Sinal/Ruído mínima
de 24 dB, e um nível de ruído máximo de –40 dBm.
Por exemplo, suponha que uma transmissão via linha telefônica tenha as
características abaixo:
Nível de transmissão = 0 dBm
Atenuação da linha = 18 dB
Então:
Nível de recepção = -18 dBm
Se:
Nível de ruído = -45 dBm
Logo:
Relação Sinal/Ruído = 27 dB
O conceito de relação Sinal/Ruído (Signal to Noise) se aplica a qualquer
meio físico de transmissão, seja ele por par de cobre ou por rádio freqüência
(RF), por exemplo. Ele também pode ser designado como qualidade do sinal.
A Figura 7.20 ilustra a variação do Sinal, Ruído e da relação Sinal/Ruído
no tempo, de um enlace de internet via rádio 802.11b.
72
S/R
Sinal
Ruído
Figura 7.20 – Relação Sinal/Ruído em canal de RF
7.5 – O Aparelho Telefônico
Para um perfeito conhecimento do sistema telefônico, devemos
conhecer o aparelho telefônico e suas características. O aparelho telefônico ou
simplesmente telefone é o aparelho que permite a conversação entre os
assinantes, além de trocar informações com a central telefônica.
O telefone é um equipamento eletrônico, como a grande maioria deles,
que necessita de uma alimentação de corrente contínua (DC). Antigamente os
aparelhos telefônicos utilizavam uma “bateria local” junto ao próprio aparelho,
isso tornava o aparelho dispendioso e complicado para o usuário, além de
originar problemas técnicos freqüentemente.
Atualmente, os aparelhos telefônicos utilizam o que chamamos de
“bateria central”, proveniente da própria central telefônica, conforme já vimos.
Com isso temos a redução de custos, facilidades de operação e manutenção
do aparelho.
A resistência de “loop”, medida entre os terminais do par de fios de
assinante que chegam na central telefônica, para que o aparelho funcione
corretamente, estando o monofone fora do gancho, incluindo a resistência do
fio da linha telefônica, deve ser menor do que 2.000 ohms.
Figura 7.21 – Diagrama básica de um sistema telefônico de baterial local
73
Existe uma enorme variedade de aparelhos telefônicos disponíveis no
mercado com baixo custo. O usuário pode escolher o modelo que mais lhe
agrade, desde que esteja dentro das recomendações da UIT-T (Union
International Telecommunication - Telefony), que é um órgão não
governamental que regulamenta as telecomunicações mundialmente, e o
próprio usuário poderá instalar ou substituir o aparelho por outro.
O telefone é um aparelho utilizado para transmitir sons a distância,
constituído basicamente de dispositivos para converter ondas sonoras em
ondas elétricas - o microfone; para reverter esse processo – o receptor; o
gancho que serve como interruptor; a campainha que dá o sinal de que o
aparelho está recebendo uma ligação; e o disco, ou teclas, que selecionam o
telefone com o qual se pretende estabelecer comunicação.
Genericamente, um aparelho telefônico constitui-se de três circuitos
básicos:
a) Circuito de Voz ou Áudio (Speech Circuit);
b) Processador de chamadas (Pulse Dialer ou DTMF Generator);
c) Circuito de campainha ou Ring (Tone Ringer).,
7.5.1 - Circuito de áudio
O circuito de áudio permite a conversão de sinais acústicos (voz) em
sinais elétricos e vice-versa. Isto é, quando o interlocutor “X” fala ao interlocutor
“Y”, os sinais acústicos devem ser convertidos em sinais elétricos de forma que
a informação possa ser transmitida pela linha telefônica (par de fios trançados).
Essa informação, quando chega ao interlocutor “Y”, deve então voltar a sua
forma original, sinal acústico, para que possa ser compreendida pelo usuário.
O circuito de áudio do telefone divide-se em duas partes principais: a
cápsula transmissora e a cápsula receptora, como visto no Capítulo 3 na parte
de conversão dos sinais mecânicos em elétricos e vice-versa.
Para que as cápsulas (transmissora e receptora) funcionem
adequadamente, elas utilizam um circuito que alimenta a parte referente à
transmissão e faz o acoplamento do sinal na parte referente à recepção. Esse
circuito é denominado de híbrida ou bobina híbrida, que pode ser,
dependendo da tecnologia e qualidade do aparelho, transistorizado ou com
circuito integrado. A função principal da híbrida do telefone é fazer com que o
assinante não ouça o que está falando no seu próprio fone de ouvido. Essa
técnica é conhecida como anti-local.
7.5.2 - Processador de chamadas - Pulse Dialer ou DTMF
Generator
Um assinante, quando deseja originar uma chamada ou efetuar uma
ligação, retira o monofone do gancho e aguarda o tom de discar (ou tom de
linha). Após a confirmação do sinal, ele deverá enviar a informação à central
local do número com quem deseje falar.
Para isto, os aparelhos telefônicos são dotados de um teclado ou disco
numérico, de forma que o assinante chamador envie à central o número do
74
assinante chamado. O sinal produzido pode ser uma seqüência de pulsos ou
sinais multifreqüenciais DTMF.
* Pulse Dialer (Discagem por Pulso) - Nos telefones com disco, o
usuário gira o disco no sentido horário até o chamado apara-dedo ou encosto.
O disco ao retornar a posição normal, devido à ação de uma mola, provoca
abertura no loop de corrente da linha, tantas vezes quanto for o número
discado. A central percebe a interrupção do loop de corrente e contabiliza os
pulsos enviados, que chegam na razão aberto-fechado de 2:1, divididos em
33,33ms e 66,66ms, um pulso totalizando 100ms (0,1s). O processo deve ser
repetido para cada dígito discado. A Figura 7.22 mostra o sinal de uma
discagem por pulsos, também conhecida como decádica.
Figura 7.22 – Pulsos decádicos de discagem (dígito 3)
A esse processo dá-se o nome de “discagem decádica”, em que cada
dígito é enviado com duração de 10 pps ou 20 pps (pulsos por segundo). Os
mais comuns possuem duração do pulso de 0,1 segundo (um décimo de
segundo). Os discos constituem-se de peças eletromecânicas, e por motivos
óbvios foram substituídos por teclados com dispositivos eletrônicos, sem peças
móveis, mantendo-se os mesmos padrões elétricos de temporização.
Logicamente o telefone de teclas é mais fácil de usar e mais dinâmico.
Algumas funções, como rediscagem do último número, pausa, entre outras
funções puderam ser incorporadas.
O dígito “1” será produzido com um único pulso, o “2” com uma
seqüência de dois pulsos, o “3” com três pulsos, e assim sucessivamente, a
exceção do dígito “0” que será produzido por uma seqüência de 10 pulsos.
Porém, esse tipo de técnica de discagem, para um número de 10 dígitos levaria
em média cinco segundos até que todo o número fosse concluído, piorando
quanto maior for a quantidade de dígitos “0” ou de maior número como o “9”,
por exemplo. Para esse processo não está contabilizada a chamada pausa
interdigital, que é a demora entre a discagem entre um dígito e outro. Logo,
facilmente chega-se a conclusão que a discagem decádica é processada de
maneira lenta.
Para corrigir esse inconveniente, o telefone com teclas, além de ser o
mais utilizado, sofreu evoluções de forma a se tornar ainda mais rápido. Tratase do telefone com envio de informações por tons multifrequenciais ou
DTMF (Dual Tone Multi Frequency).
* DTMF Generator (Multifreqüencial) - Nos telefones multifreqüenciais,
quando uma tecla é pressionada, ativa a emissão de um par de freqüências
(DTMF) na faixa de áudio, por um período de tempo de aproximadamente
100ms, à central local, que filtra e identifica o par como sendo o código de um
número predeterminado. Cada dígito decimal ou tecla possui um par de
freqüências específicas, como mostra a Figura 7.23.
75
Figura 7.23 – Tons mutifreqüenciais
Os aparelhos modernos possuem uma chave de seleção “tom / pulso” e
ainda a opção de conversão para tom durante a ligação decádica, utilizando
uma tecla específica para esse fim (tecla “tom” ou “*”).
Os sinais DTMF, por serem confiáveis e facilitarem o projeto de circuitos
eletrônicos têm contribuído para o desenvolvimento de equipamentos
sofisticados para automação e controle, como, por exemplo, os atendedores
automáticos para saldo bancário, saldo de cartão de crédito, identificadores de
chamada (BINA), atendedores digitais PABX (DISA), telesupervisão,
telecontrole, etc.
A opção DTMF proporciona diminuição do tempo de transmissão da
sinalização, portanto é mais vantajosa. Atualmente quase todas as centrais
digitais fazem automaticamente o reconhecimento da opção de sinalização
utilizada pelo assinante.
7.5.3 - Circuito de Campainha ou Ring (Tone Ring)
A central telefônica, após identificar o assinante chamado, deve enviar
um sinal e fazer soar a campainha do telefone. Esse sinal deve ter potência
suficiente para avisá-lo da chamada a uma distância razoável.
Nos aparelhos rudimentares foi utilizada uma campainha
eletromagnética. A corrente necessária e padronizada para esse fim foi de
corrente alternada, senoidal, cujo valor poderá estar situado entre 70 a 90 Vrms
(eficazes) com freqüência de 25Hz ± 20%.
A corrente denominada de corrente de toque é enviada ao assinante
chamado de forma pulsada, de maneira a provocar um segundo toque de
campainha e quatro segundos de silêncio (1:4s).
Dessa forma, todos os circuitos combinados formam o diagrama geral
do telefone, que é indicado na Figura 7.24.
Figura 7.24 – Diagrama de blocos do telefone.
76
7.5.4 – Principais parâmetros para avaliação dos cabos com
pares metálicos trançados
- Resistência do Enlace: Resistência CC máxima em torno de 1,8 kOhm sem
o aparelho telefônico .
- Desequilíbrio Resistivo: diferença de resistência ôhmica existente entre dois
fios que formam um par simétrico.
- Desequilíbrio capacitivo: diferença de capacitância existente entre os fio de
um condutor e o terra ou entre dois pares de cabo.
- Resistência de Isolamento ou de isolação: resistência ôhmica entre os dois
fios condutores ou entre um deles e terra, quanto maior melhor para o sistema,
pois minimizará a corrente de fuga.Cabos subterrâneos que são atingidos por
inundações tendem naturalmente a ter deterioração no material isolante e daí
têm diminuição da resistência de isolamento. O reflexo desse problema para o
assinante é o surgimento de “chiados” e evoluindo para a total impossibilidade
de comunicação. Em certos casos ocorre o fenômeno da diafonia.
- Taxa de Erro de Bit (BER): a aferição global dos erros ocorridos a partir da
transmissão de uma seqüência de bits em velocidade operacional real conduz
a uma avaliação global da condição de um cabo metálico, todos os problemas
eventualmente existentes no cabo irão afetar o resultado. Os limites admitidos
são fixados em documentos de referência utilizados pelas Operadoras.
77
8 – Sinalização
Sem dúvida, os equipamentos que compõem um sistema telefônico
foram criados para possibilitar a comunicação entre os humanos. Porém, entre
as centrais telefônicas, deverão precisará haver uma comunicação protocolar
para que o sistema funcione de forma auto-controlada e auto-sustentada,
conhecidas pelo nome de sinalização.
A sinalização telefônica é de suma importância para o processo de
efetivação e tarifação das chamadas. É a sinalização quem informa a
prestadora de serviços os dados necessários para faturar as contas dos
assinantes, através dela também as Operadoras têm dados estatísticos
extremamente importantes para a gestão operacional.
Basicamente existem dois tipos de sinalização: a primeira será entre os
aparelhos telefônicos dos usuários e a central de comutação a que estiverem
conectados e a segunda são as sinalizações ocorridas entre as centrais
telefônicas.
Existem os seguintes grupos de sinalização padronizados:
-
Sinalização de Assinante (Acústica);
Sinalização de Linha;
Sinalização de Registro;
Sinalização Associada à Central;
Sinalização por Canal Comum.
8.1 - Sinalização de Assinante
Também conhecida como Sinalização Acústica, consiste em uma série
de sinais audíveis com freqüências e cadências preestabelecidas emitidas da
central telefônica para o assinante e se divide em:
8.1.1 - Tom de Discar (TD)
Também chamado tom de teclar, é o sinal que informa ao assinante
originador da chamada o momento de iniciar o processo de chamada, por meio
da discagem ou teclagem do número do assinante destino.
A central enviará esse sinal toda vez que for reconhecido que o
assinante retirou o fone do gancho, pois isso indicará que ela estará pronta
para receber o número do assinante destino. A tensão presente na linha de
assinante quando o fone estiver no gancho (loop aberto) será de 48 volts DC,
quando o usuário retirar o fone, uma chave fechará o loop de linha e a tensão
cairá para aproximadamente 12 Volts DC, que será detectada pela central e
assim saberá que o fone foi retirado do gancho.
O assinante que deseja fazer a ligação terá um tempo determinado pela
central entre 15 a 20 segundos para fazê-lo, caso não o faça, será desligado da
central, para que não ocupe o sistema e receberá um sinal de ocupado,
sinalizando para que refaça a ligação.
78
O sinal é enviado ao assinante originador continuamente em uma
freqüência de 425 Hz ± 25Hz até a recepção do primeiro dígito acionado pelo
mesmo.
Figura 8.1 - Gráfico do Sinal elétrico do Tom de Discar
8.1.2 - Tom de Chamada (TC) ou Tom de controle de Chamada
O sinal (também denominado RBT) que informa ao assinante originador
da chamada que ela foi processada pela central e que o assinante de destino
foi localizado. Nesse momento, no mesmo instante o assinante chamado
recebe a corrente de toque de campainha, fazendo soar um sinal no seu
telefone.
O sinal vem de forma cadenciada, na razão de 1:4, isto é, um segundo
de toque (corrente de toque de campainha) para 4 segundos de silêncio. A
freqüência desse sinal é de 425Hz ± 25Hz.
Figura 8.2 – Gráfico do Sinal elétrico do Tom de Discar
8.1.3 - Tom de Ocupado (TO ou LO)
É enviado diretamente da central para o assinante que originou a
chamada, informando-o das seguintes situações:
79
- se a linha do assinante destino encontra-se ocupada no momento do
chamado;
- se há congestionamento em algum ponto da cadeia de comutação, seja nas
rotas diretas ou no tráfego de transbordo;
- se os dígitos não foram enviados satisfatoriamente ou em tempo hábil para a
central;
- se o enlace não pôde ser processado em algum ponto da cadeia de
comutação, por problemas técnicos;
Esse sinal será de 425Hz, cadenciado em ciclos iguais de 250ms de sinal e
250ms de silêncio (1/4 de segundo).
Figura 8.3 – Gráfico do Sinal elétrico do Tom de Ocupado
8.1.4 - Tom de Número Inacessível (TNI)
Também é chamado de Tom de Nível Vago ou Número Inexistente. É
um sinal de 425Hz enviado ao assinante originador da chamada (chamador)
em uma seqüência de sinal com duração de 250ms por 750ms, intercalado por
um período de silêncio de 250ms. Indica as seguintes possíveis situações:
- número do assinante enviado não existe;
- a linha do assinante destino está com defeito;
- número do assinante destino foi mudado;
- acesso ao número é negado para a sua categoria de usuário.
Esse sinal tem sido gradativamente substituído por uma gravação do tipo “esse
número não existe ou foi mudado, favor ligar para o serviço de auxílio à Lista
102”.
8.1.5 - Corrente de Toque (CT)
É uma corrente alternada produzida com uma tensão de 75 Volts rms
(eficazes) com tolerância de +20% e freqüência de 25Hz, enviada à campainha
(circuito ring) do telefone do assinante de destino, informando-o sobre a
existência da chamada.
A corrente é enviada na mesma cadência do tom de controle de
chamada, um segundo de sinal por quatro segundos de silêncio, até que o
assinante atenda ou após completar um período de temporização.
Lembrar o exemplo cômico da “corrente do cachorro” ocorrido numa
fazenda do município de Macaíba em 1979.
80
8.1.6 – Outros tipos
Existem outros tons, como o Tom de advertência de Telefone Público,
que informa ao usuário de telefone público o momento de trocar o cartão ou
colocar outra ficha (moeda); Tom de Confirmação de Programação, utilizado
nas programações de centrais privadas tipo PABX, Tom de Chamada em
Espera, utilizado pelas centrais digitais quando o assinante usufrui a facilidade
de atender duas chamadas em uma mesma linha, dentre outras sinalizações
de assinante.
8.2 - Sinalização de Linha
É o tipo de sinalização utilizada nas supervisões das linhas de junção e
estágios de conexão entre centrais interligadas entre si. Os circuitos
responsáveis por essa troca de sinalização são denominados de Juntores
(JT), e conforme já vimos a interligação entre centrais dá-se o nome de
entroncamento.
Figura 8.4 - Linha de Junção e Sinalização de Linha
8.2.1 - Tipos de Sinalização de Linha
Os meios para transmissão de sinais utilizados para comunicação entre
as centrais podem ser: por cabos (pares de fios trançados), cabos coaxiais,
rádio-enlace analógico ou digital (rádio transmissão), satélite ou ainda fibra
óptica.
Existem quatro variantes de sinalizações de linha adotadas conforme o
tipo de entroncamento e sua evolução tecnológica:
* Sinalização de Loop ou Corrente Contínua;
* Sinalização E & M Pulsada;
* Sinalização E & M Contínua;
* R2 Digital.
A escolha do sistema de sinalização de linha adequado a um dado
entroncamento resulta do prévio estudo técnico-econômico, considerando o
tipo de transmissão, quantidade de Juntores e conversores envolvidos. Veja
abaixo, os sistemas de sinalização aplicáveis ao meio de transmissão.
81
A sinalização linha de loop raramente é adotada nos dias atuais, ficando
a sinalização E&M pulsada (principalmente) e a R2 Digital como alternativas
mais comuns, posteriormente abordaremos a Sinalização por Canal Comum
número 7 que surgiu nos anos 90 e já é opção mais adotada em sistemas
digitais.
8.2.2 - Descrição dos Sinais
Os sinais enviados pela central de origem são conhecidos como sinais
para frente, são os que efetivamente são produzidos pela central que inicia um
processo de sinalização, e os sinais enviados pela central de destino (em
resposta), como sinais para trás.
1. Ocupação: pulso de terra com duração de 150 ms transmitido para frente,
pela central de origem, solicitando à central de destino que seus circuitos
passem da condição de repouso para a condição de operação.
2. Atendimento: pulso de terra com duração de 150 ms ,sinal para trás
transmitido pela central de destino, indicando que o assinante chamado
atendeu à ligação e que a tarifação pode ser iniciada.
3. Desligar para Frente: pulso de terra com duração de 600 ms transmitido
para frente, pedido de liberação de todos os elementos envolvidos na ligação.
Primeiro os elementos da própria central solicitante e depois os da central de
trânsito, de forma a voltar à posição de repouso, esperando uma próxima
ligação.
4. Desligar para Trás: pulso de terra com duração de 600 ms transmitido pela
central de destino para a de origem da ligação, indica que o assinante
chamado desligou.
5. Confirmação de Desconexão: sinal emitido pela central de destino (600ms)
em resposta ao sinal de desligar para frente, indicando a liberação de seus
elementos.
6. Desconexão Forçada: substitui o sinal de desligar para trás. É emitido(600
ms) num ponto conveniente da cadeia interurbana, após esgotado o tempo de
supervisão entre o sinal de desligar para frente e o sinal de desligar
para trás.
7. Bloqueio: sinal de terra fixo emitido para provocar o bloqueio dos circuitos
de um juntor de saída, na central de origem, a fim de evitar sua a ocupação,
por razões pertinentes ao sistema.
8. Tarifação: transmitido do juntor de entrada para o juntor de saída da central
de origem a partir do ponto de tarifação por multimedição, de acordo com a
cadência correspondente ao degrau tarifário. Quando a tarifação é por
bilhetagem automática esse sinal não é enviado.
9. Rechamada: sinal para rechamar o assinante imediatamente após a sua
desconexão, pela telefonista. Não é um sinal obrigatório.
82
10. Falha: o juntor de saída informa que houve falha no equipamento de
origem.
8.3 - Sinalização de loop
O entroncamento é feito com par de fios trançados, a dois fios, e os
sinais consistem na variação da intensidade e inversão da polaridade da
corrente de loop. Observe na Figura 8.5, que o circuito de entrada (chamado de
juntor de entrada - JE), que recebe a conexão, é que alimenta o circuito de
saída (juntor de saída - JS), o que encaminha a chamada. A resistência
máxima de loop é de 2,2 K Ω ou 1,5 K Ω para a tarifação por multimedição. A
resistência mínima de isolação entre os fios “a” e “b” ou entre um condutor e o
terra é de 30K Ω e a tensão de linha é de 28 ± 4V.
Figura 8.5 – Sinalização Loop.
As sinalizações por corrente contínua ou loop baseiam-se em juntores a
dois fios onde há a combinação da variação de corrente, resistência e
polaridade por um determinado período de tempo. A combinação entre elas
origina as sinalizações vista no item anterior. Esse método é pouco utilizado
atualmente.
8.4 - Sinalização E & M Pulsada
Quando o meio de transmissão utilizado entre as centrais for feito por
intermédio de rádio transmissão ou satélite poderá ser efetuada a sinalização
por meio de dois métodos: E & M Pulsada ou E & M Contínua.
Neste caso, entre o juntor e o sistema de transmissão de Rádio Multiplex
geralmente se utilizam seis fios. O sinal de áudio passa por um circuito
denominado de Híbrida que converte o circuito de dois para quatro fios, de
forma a individualizar (separar) a transmissão e a recepção do sinal de voz. Um
quinto e um sexto fios são utilizados um para transmissão Mouth (boca) e o
outro para a recepção Eear (ouvido) durante a troca de sinalização. Um sétimo
fio poderá ser utilizado para supressão de eco em comunicações via satélite.
A Figura 8.6 mostra a representação de um sistema via rádio entre duas
centrais remotas. Note que existem 6 fios: 2 para Tx (transmissão), 2 para Rx
(recepção e 2 para sinalização. A conversão de 2 para 4 fios será vista no
Capítulo 9
83
Figura 8.6 – Representação de uma ligação entre centrais usando sinalização E & M
A emissão dos sinais é feita com a aplicação de pulsos de terra (0 volt)
no fio M, referidos a um potencial de 48 Volts, com durações preestabelecidas.
Os pulsos podem ser curto ou longo, ou seja, 150ms ou 600ms
respectivamente, com tolerância de 20%. O intervalo mínimo entre dois sinais
consecutivos deve ser de 240ms.
Para que os pulsos possam ser transmitidos, eles passam por um
sistema de transmissão em que são multiplexados e modulados com uma
freqüência de 3825Hz em rádios analógicos ou presença de nível lógico “1” nos
bits correspondentes ao canal de sinalização em sinais digitais.
Como a faixa de áudio está compreendida entre 300 e 3400Hz (canal de
voz), essa técnica é conhecida também como sinalização Fora de Faixa
(freqüência de 3825Hz). A tabela abaixo ilustra os sinais utilizados durante uma
troca de sinalização E & M Pulsada, entre juntores, e a correspondência entre
os sinais e os pulsos. O sentido das setas indica a sinalização enviada da
central de origem para a central de destino e vice-versa, ou seja, os sinais para
frente e os sinais para trás respectivamente.
Tabela 8.1 – E & M Pulsada
Observe que temos dois tipos de sinais, o curto e o longo, com durações
de 150 e 600ms respectivamente, podemos atribuir, em resumo, as seguintes
condições em função do sentido do sinal.
Curto ⎯⎯⎯⎯→ Ocupação ou Rechamada
Curto ←⎯⎯⎯⎯ Atendimento ou Tarifação
Longo ←⎯⎯⎯⎯ Desligar/Desconexão Forçada/Confirmação de Desconexão
Longo ⎯⎯⎯⎯→ Desligar para frente
8.5 - Sinalização E & M Contínua
A diferença de sinalização da E & M Pulsada para a E & M Contínua
reside no fato de que a sinalização contínua utiliza apenas a presença ou
ausência de sinal, o que corresponde a apenas dois estados possíveis em
84
cada direção. A tabela a seguir ilustra o protocolo de sinalização E & M
Contínua.
Tabela 8.2 – E & M Contínua
8.6 - Sinalização de Registro
Registro ou Registrador é uma denominação genérica dada aos circuitos
ou elementos de uma estação de comutação, capazes de interpretar e enviar
informações para outros centros de comutação.
As sinalizações de registro são informações relacionadas às condições
particulares aos assinantes originador e recebedor de chamadas e,
eventualmente, às condições dos circuitos e elementos de comutação
envolvidos. Essas informações devem ser trocadas entre registradores das
centrais, de forma a estabelecer uma conexão. As sinalizações de registros
podem ser efetuadas por pulsos decádicos (DP) ou por pares de freqüência,
sinais multifreqüenciais (MF).
8.6.1 - Sinalização Decádica
O juntor de saída funciona como um telefone com discagem por pulsos
decádicos. Cada conjunto de pulsos corresponde a um dígito decimal (0 a 9).
Muito embora esse processo seja bastante simples e de custo reduzido,
ele apresenta algumas desvantagens, como o tempo elevado para troca de
sinalizações entre as centrais, estando em desuso.
Esse método é empregado somente em centrais interligadas fisicamente
por pares de fios e com pouca distância, pois os pulsos sofrem deformações na
transmissão, devido às características inerentes dos condutores elétricos como
dito anteriormente, e possuem somente sinais em um sentido, para frente.
8.6.2 - Sinalização Multifreqüencial Compelida ou MFC
A sinalização MFC utiliza pares de freqüências senoidais combinadas
(compelidas) entre si para a codificação dos sinais. As trocas de informações
são muito rápidas, em aplicações por meios terrestres, e não deformam o sinal,
sendo utilizadas freqüências dentro do canal de voz.
São doze freqüências utilizadas, divididas em dois grupos de seis,
denominados de freqüências altas e de freqüências baixas. A tabela abaixo
mostra as freqüências utilizadas nessa sinalização.
85
Tabela 8.3 – Freqüências MFC
Cada sinal corresponde a duas freqüências dentro do grupo. As
freqüências altas são transmitidas para frente, no sentido do estabelecimento
da cadeia de comutação, e as freqüências baixas são transmitidas para trás,
como resposta às primeiras.
Trata-se de um sistema bastante seguro, pois, além do sinal ser
reconhecido apenas pela composição de duas freqüências, os circuitos
receptores possuem filtros seletivos com sensibilidade para detectar sinais com
níveis muito fracos, compreendidos entre –5 e –35dBm e com variações de
freqüência de 10Hz.
Após a filtragem, o sinal é decodificado. Observe que na linha de junção
pode haver simultaneamente, quatro freqüências, duas combinadas
referentes aos sinais para frente e outras duas referentes aos sinais para trás,
o que não impede a detecção e interpretação do sinal de interesse aos filtros
ativos. Abaixo, temos a tabela com as combinações de freqüências para
formação dos dígitos.
Tabela 8.4 – Tabela de combinações MFC dos sinais
Interpretação dos Sinais para Frente
Os quinze códigos dos sinais para frente, formados pela combinação de
freqüências da Tabela 8.4, foram divididos em dois grupos denominados de
Grupo I e Grupo II.
Os sinais do grupo I fornecem informações numéricas e de controle,
enquanto os do grupo II fornecem informações sobre o assinante que está
originando a chamada.
A mudança do grupo I para o grupo II ocorre durante a troca de
sinalização, quando o registrador de origem (circuito ou elemento de uma
estação de comutação, capaz de interpretar e enviar informações para outros
centros de comutação) receber o sinal para trás A5 (Algarismo 5).
86
Tabela 8.5 – Sinais para frente
Interpretação dos Sinais para Trás
Da mesma forma, os sinais para trás também são divididos em dois
grupos denominados de Grupo A e Grupo B. Os sinais de grupo A são de
“solicitação de envio” da central destino à central de origem.
Os sinais do Grupo B fornecem informações sobre o assinante destino e
congestionamento de tráfego. O registrador de destino envia o sinal A3
(Algarismo 3), quando da mudança do grupo A, para que o registrador de
origem passe a interpretar os sinais do Grupo B, ou seja, comutar da
interpretação dos sinais do Grupo A para o B
ou vice-versa.
Inicialmente, a rede brasileira utilizou o padrão “MFC 5B” baseado no
sistema europeu, entretanto, atualmente, o mais utilizado é o padrão “MFC 5C”
(uma variante do 5C). Há também o padrão Berne R2 empregado nas centrais
de trânsito internacional. O que muda são os significados para alguns sinais do
Grupo B.
Tabela 8.6 - Significado de sinais para trás padrão “5C”
87
- Exemplo de troca de sinalização MFC entre duas centrais numa
ligação local.
A partir de pulso de ocupação (150 ms) a central de destino se “prepara”
para o processo de sinalização de registro e posterior conversação com
tarifação. A rotina para conexão entre duas centrais telefônicas incia-se com o
envio da sinalização de linha que é reconhecida pela central de destino. A
Figura 8.7 mostra esse processo. Note que a sinalização de registro MFC
trafega pelos fios Tx e Rx e a sinalização E & M trafega pelos fios E e M. A
conversão de 2 para 4 fios será melhor explorada no próximo capítulo.
3206-1245
3213-3199
Meio de transmissão
Juntor
Saída
Central A
Juntor
Entrada
Central B
150 ms (ocupação de juntor)
3213-3199
M
E
3
Tx
Rx
A1
Rx
Tx
2
Tx
Rx
A1
Rx
Tx
... 99
Tx
Rx
A5
Rx
Tx
II-X
Tx
Rx
A5
Rx
Tx
3
Tx
Rx
A1
Rx
Tx
2
Tx
Rx
A1
Rx
Tx
... 45
Tx
Tom de controle
de Chamada
Rx
A3
Rx
Tx
B1
Rx
Tx
Telefone Tocando
Elimina tom de
controle de chamada
150 ms
E
M
Atendimento
Conversação
com pulsos de
tarifação
600 ms
Encerramento
M
E
Tom de fim de chamada
Desligar para frente
E
Confirmação de desconexão
600 ms
M
88
Figura 8.7 – Troca de sinalização MFC e E&M Pulsada
O assinante chamador(3206-1245) retira o telefone do gancho, a central A
percebe isso e envia o tom de discar. O assinante chamador digita o número
do assinante de destino (3213-3199) e a central percebendo que o número de
destino é externo, ela ocupa um juntor de saída com um pulso de 150 ms para
a central de destino. Inicia-se a troca de registros entre as centrais seguindo as
tabelas 8.5 e 8.6, até que o assinante chamador desliga e encerra-se a ligação.
- Exemplo de troca de sinalização MFC entre duas centrais numa
ligação interurbana via central Tandem.
3206-2267
3431-1245
J
S
Central A
J
E
150 ms
M
0 xx 84 3431-1245
Tx
X..X.. 8...4
A5
II-X
3
206 22 67
I-15
Tx
Tx
Tx
Rx
A1
1...2...4...5
Tx
1...2...4...5
Tom de controle
de chamada
Elimina tom de
controle de chamada
3...4...3...1
Rx
A5
Rx
Tx
150 ms
Rx
A5
Rx
Tx
Tx
Rx
A5
Rx
Tx
Tx
3...4...3...1
Rx
Tx
Central B
Rx
A1
Rx
Tx
J
E
Rx
A1
Rx
Tx
J
S
E
0
Rx
Tx
Tandem
A3
A3
B1
B1
150 ms
150 ms
Telefone Tocando
Atendimento
Conversação com pulsos de tarifação
Encerramento
600 ms
600 ms
600 ms
600 ms
Tom de fim de chamada
Confirmação de desconexão
Figura 8.8 – Troca de sinalização MFC e E&M Pulsada via Tandem
89
Na Figura 8.8, temos uma ligação interurbana via central Tandem.
Quando a origem disca o número de destino, a central local verifica na tabela
de rotas que para chegar ao destino deve acionar um juntor de saída para a
central Tandem, que por sua vez sabe como chegar ao destino.
8.6.3 - Sinalização DTMF e MFP
São utilizadas na troca de informações com equipamentos terminais. No
item referente ao aparelho telefônico, vimos que este processa as discagens
de maneira decádica ou via DTMF.
Outros equipamentos também fazem uso desses recursos. A discagem
decádica é mais lenta e limitada, sendo substituída pelo processamento DTMF.
Os sinais DTMF são mais precisos e a troca de sinalização torna-se mais
confiável e segura. As freqüências e a codificação utilizadas na sinalização
DTMF são:
Tabela 8.7 – Codificação DTMF
A sinalização DTMF passou a ter aplicações também em sistemas de
controle à distância em equipamentos com atendimento interativo, como por
exemplo: atendedores digitais automáticos, administradoras de cartão de
crédito, saldo eletrônico, home banking, secretária eletrônica, solicitação de
serviços à operadoras, entre outros.
Os primeiros identificadores de chamada BINA (B Identifica Número A),
utilizaram inicialmente uma interface (posicionada na central) para recepção de
sinais MFC enviados entre as centrais analógicas imediatamente antes de
enviar o toque da campainha (ring) ao assinante chamado, enviando o número
ao usuário.
As centrais digitais modernas, no entanto, por conveniência, já
fornecem, quando programadas para esse fim, sinais DTMF ou MFP antes do
ring. Os circuitos se tornaram mais simples com implementação quase que
imediata e com reduzido custo para o usuário. Os sinais MPF originam-se de
Multifreqüencial Propelido (ou pulsado), padronizado pela Telebrás, para
centrais CPA.
9 - Centrais
telefônica (CPCT)
privadas
de
Comutação
São centrais telefônicas simplificadas para utilização interna
principalmente em empresas e Instituições visando evitar que essas tenham de
pagar por ligações telefônicas efetuadas dentro do ambiente físico das
mesmas.
90
Os principais tipos de CPCTs são: PABX, Micro-PABX e KS.
As CPCTs podem ser interligadas às centrais locais da Operadora
através de linhas telefônicas normais que recebem a denominação de linhastronco.Normalmente têm a função DDR (discagem direta a ramal) para diminuir
o número de telefonistas.
CPCTs de maior porte são interligadas via digitroncos de 2 Mbit/s ou em
taxas mais elevadas via fibra óptica, mas esses casos serão estudados mais
adiante, na segunda avaliação.
Figura 9.1 - Configuração típica de interligação de uma CPCT com a rede pública.
O sistema KS (Key Systems) corresponde a um conjunto de aparelhos
com teclas onde a ocupação dos troncos é visualizada em todos os aparelhos
através leds ou lâmpadas. O KS é aplicável em pequenas empresas e
escritórios, onde a quantidade de ramais é reduzida, tipicamente existem
sistemas KS com 2 troncos/ 8 ramais, 3 troncos/ 15 ramais, 4 troncos/ 20
ramais, etc.
Todos os aparelhos que compõem um sistema KS são interligados com
uma cabeação contendo a totalidade dos troncos paralelados, o que torna o
custo da cabeação alto, dessa forma, o KS só é viável em ambientes onde as
distâncias envolvendo os pontos (ramais) não sejam elevadas.
91
10 - Sistemas Multiplex
10.1 – Modos de operação de um meio de transmissão
Um meio qualquer de transmissão pode ser operado de 3 modos:
simplex, semiduplex e duplex.
No modo simplex interessa apenas transmitir uma informação de A para
B (transmissão unidirecional).
No modo semiduplex interessa não só transmitir informação de A para B,
como de B para A, porém num sentido de cada vez (transmissão bidirecional
alternada).
No modo duplex interessa transmitir ao mesmo tempo informação de A
para B e de B para A (transmissão bidirecional simultânea). A Figura 10.1
exemplifica melhor estes modos de operação.
Figura 10.1 – Modos de transmissão
10.2 – Conceito de Canal e Circuito
Canal é um conjunto de recursos técnicos que permitem a transmissão
da informação de um ponto A para um ponto B. Como verificamos, este
conceito é o de uma ligação unidirecional
Na prática, entretanto, na maioria das utilizações, como por exemplo,
numa ligação telefônica, o que mais interessa é permitir que A converse com B,
isto é, deve haver recursos tanto para transmitir a ida (para transmitir de A para
B), quanto um canal de retorno (para transmitir de B para A).
O conjunto canal de ida e canal de retorno é denominado circuito.
A Figura 10.2 exemplifica ambos os conceitos: o conjunto composto
pela cápsula transmissora de A, o par de fios e a cápsula receptora de B,
compõem o canal de ida. A cápsula transmissora de B, o par de fios e a
cápsula receptora de A, compõem o canal de volta. Os dois canais em conjunto
formam o circuito telefônico AB.
92
Figura 10.2 – Ligação telefônica utilizando dispositivo antilocal.
Como verificamos, um canal só pode ser operado no modo simplex,
enquanto que um circuito admite tanto a operação semiduplex, como a duplex.
10.3 – Circuitos a 2 Fios e a 4 Fios
As linhas telefônicas urbanas formadas por pares de fios metálicos, permitem
transmissão nos dois sentidos porque não possuem componentes
unidirecionais em sua composição (por exemplo, amplificadores). O mesmo
para de fios pode funcionar como canal de ida e canal de retorno, e o circuito,
por empregar apenas um par de fios, é chamado de circuito a 2 fios
As vias interurbanas, devido à sua grande extensão, exigem a
introdução de amplificadores para compensar a atenuação do sinal no
percurso, e como estes componentes são unidirecionais (só permitem a
passagem do sinal num sentido), o canal de ida e o canal de retorno têm
obrigatoriamente de ser individualizados. Devido a isto, o circuito neste caso
apresenta 4 terminais de cada lado, sendo chamado de circuito a 4 fios
(Figura 10.3).
Figura 10.3 – Circuito a 4 fios
É possível, entretanto, mediante o emprego de um dispositivo chamado
híbrida, fazer a conversão da montagem a 4 fios para a montagem a 2 fios,
dessa forma podendo-se ligar a via interurbana à via urbana, como mostra a
Figura 10.4.
93
Figura 10.4 – Ligação interurbana.
10.4 – Dispositivos Híbridos
Os dispositivos híbridos são circuitos de seis pólos (hexapolo) ou oito
pólos (octopolo), normalmente conhecidos como híbridas, e que têm largo
emprego nos equipamentos multiplex.
Conforme vimos no item anterior, quando temos um circuito a 2 fios que
necessita ser transmitido pr uma via a 4 fios, torna-se necessário o emprego de
um dispositivo que transforme 2 fios em 4 fios e vice-versa.
A Figura 10.5 apresenta este processo, onde H1 e H2 são as híbridas
utilizadas para a transformação 2 fios em 4 fios, cuja função é fazer com que os
sinais enviados de A para C sigam somente a via ABC (sem penetrar na via
CDA), enquanto que os sinais enviados de C para A sigam somente a via CDA
(sem penetrar na via ABC). Em outras palavras: a atenuação entre os terminais
44´ e 22´ de cada híbrida deve ser a maior possível, teoricamente, infinita. Esta
atenuação é chamada de perda trans-híbrida ou isolamento entre
transmissão e recepção; um valor baixo desta atenuação pode provocar
problemas de transmissão.
Para um perfeito casamento das híbridas com os circuitos a 2 fios e a 4
fios, é necessário que a impedância de cada par de terminais da híbrida seja,
respectivamente, igual à impedância do circuito a que este par se conecta.
Como nos terminais multiplex, geralmente, a impedância Z dos circuitos a 2 fios
é igual à impedância dos circuitos a 4 fios, para uma perda de retorno alta, nos
terminais das híbridas devemos ter Z11´ = Z22´ = Z33´ = Z44´ = Z.
Figura 10.5 – Híbrida para conversão de 2 em 4 fios
94
Observação: Na Figura 10.5, BAL é uma rede de balanceamento ou equilíbrio
cuja função é fazer o casamento da híbrida com o circuito a 2 fios, para que
obtenhamos uma alta perda de retorno nos terminais 11´, a fim de não
provocar problemas de transmissão.
Em resumo, para e execução do circuito de uma híbrida para
transformação de 2 fios em 4 fios, basicamente, teremos dois problemas:
•
•
•
Uma alta perda trans-híbrida (A24 = infinito)
As seguintes igualdades de impedâncias no octopolo: Z11´ = Z22´ = Z33´ =
Z44´ = Z.
É importante também se determinar a atenuação que os sinais sofrem
na passagem dos terminais 11´ para 22´, e dos terminais 44´ para 11´.
10.5 – Conceito de Multiplexação
Se um circuito utilizando um par de condutores, permite que duas
pessoas possam estabelecer um diálogo sem problemas, conforme foi
apresentado anteriormente, vejamos o que poderia ocorrer se colocássemos,
num mesmo meio de transmissão, quatro circuitos telefônicos (Figura 10.6).
Figura 10.6 – Ligação telefônica de 4 assinantes
Percebe-se pela simples observação da figura que, se os quatro
assinantes tirassem o telefone do gancho ao mesmo tempo, todos ouviriam a
conversa dos outros, sendo difícil entabular uma comunicação sem ser
perturbado.
Quanto maior o número de circuitos telefônicos utilizando o mesmo
meio, maior seria o problema (Figura 10.7)
Pelo exposto, verificamos que, quando são transmitidos vários circuitos
telefônicos entre dois pontos A e B, utilizando um meio de transmissão comum
(par de condutores, rádioenlace, etc), há necessidade de utilização de uma
técnica que possibilite a comunicação sem interferência entre os circuitos, e
que permita a identificação entre eles; essa técnica é conhecida como
multiplexação. Como já foi anteriormente informado, a multiplexação utiliza
circuitos a 4 fios, em que são empregados canais de ida e de volta.
95
Figura 10.7 – Ligação telefônica de 8 assinantes sem multiplexação
Na Figura 10.8 temos do lado A a multiplexação, onde unimos vários canais
1A, 2A,... nA, e transmitimos os mesmos de A para B, através de um par de
fios (de B para A o processo é idêntico). No lado B temos a demultiplexação,
ou seja, a identificação e separação dos canais transmitidos de A para B.
Figura 10.8 – Ligação telefônica através de um multiplex.
Se forem transmitidas diversas informações, conforme indica a Figura 10.8,
estas serão identificadas perfeitamente e separadas sem que haja interferência
entre as mesmas. Como verificamos, a multiplexação é uma técnica de grande
utilização para que se possa, racionalmente, aproveitar um meio de
transmissão.
96
10.6 – Tipos de Multiplexação
Atualmente são utilizado diversos tipos de multiplexação os quais estão
divididos em dois grupos, de acordo com a técnica utilizada:
10.6.1- Técnica digital
A multiplexação que utiliza esta tecnologia é chamada multiplexação
por divisão de tempo (TDM – Time Division Multiplex), que será
apresentada na segunda avaliação.
10.6.2 – Técnina analógica
A multiplexação que utiliza esta tecnologia é chamada de multiplexação
por divisão de freqüência (FDM – Frequency Division Multiplex), sendo o
próximo capítulo dedicado a esta técnica de multiplexação.
11 – Multiplexação FDM – Frequency Division
Multiplex
Neste capítulo apresentaremos os conceitos sobre translação ou
conversão de freqüências e banda básica, descrevendo a modulação AM, que
é a operação utilizada pelo multiplex analógico FDM para fazer translações,
bem como mostrar os estágios de translação recomendados pelo CCITT para
compor as bandas básicas.
11.1 – Canal Multiplex
Como a utilização primordial do multiplex é para comunicações
telefônicas, o canal utilizado neste sistema é chamado de canal multiplex ou
canal de voz, e o circuito é chamado de circuito multiplex telefônico ou
circuito de voz.
11.1.1 – Representação Convencional
O canal de voz é indicado, segundo convenções internacionais, por um
triângulo (Figura 11.1), em que a base representa a faixa de freqüências
disponível para transmitir a informação e a altura corresponde a maior
freqüência.
Figura 11.1 – Representação convencional do canal multiplex
97
11.1.2 – Tipos de Canais Multiplex
O CCITT recomenda a utilização de dois tipos de canal multiplex,
visando o aproveitamento mais racional possível do meio de transmissão:
a) Canal multiplex de 6 Khz de faixa (Figura 11.2)
Este tipo de canal tem emprego somente em sistemas de pequena
capacidade, onde o baixo preço do equipamento é mais importante que o
aproveitamento do meio para transmissão de um número maior de canais.
Figura 11.2 – Canal multiplex de 6 Khz
A qualidade da comunicação telefônica utilizando canais deste tipo, é muito
boa pois a faixa disponível para transmissão de voz é maior que aquela
recomendada no capítulo 3.
b) Canal multiplex de 4 Khz de faixa (Figura 11.3)
Este é o tipo de canal mais empregado em sistemas multiplex, onde a
faixa de freqüências utilizada para transmissão de voz é aquela indicada no
capítulo 3.
Quando se fala em canal multiplex, sem indicar a faixa passante, a
referência é sempre para o canal de 4 Khz.
Figura 11.3 – Canal multiplex de 4 Khz
98
11.2 – Translação ou conversão de freqüências
É uma transferência de sinais que ocupam uma determinada faixa no
espectro de freqüências, para uma outra posição deste espectro, de tal
maneira que seja mantida a posição relativa das freqüências dentro da faixa.
Por exemplo, se considerarmos uma faixa de 3Khz de largura, ocupando
no espectro de freqüências a posição de 1 a 4 Khz, se esta faixa for
transladada para a posição de 7 a 10 Khz, as freqüências de 2 e 3 Khz
ocuparão a posição de 8 e 9 Khz, respectivamente, na faixa transladada. A
Figura 11.4 mostra a translação.
Figura 11.4 – Translação de freqüências
11.3 – Modulação e Demodulação
A modulação é um processo onde duas freqüências ou sinais são
combinados, de tal maneira que são criadas novas freqüências. Este processo
difere totalmente da adição de freqüências ou sinais, operação esta que não
gera novas freqüências, como ilustrado na Figura 11.5.
Figura 11.5 – Diferença entre modulação e soma de freqüências.
Na modulação, um dos sinais que será combinado é chamado de
portadora e ou outro, sinal modulante. Ao produto da modulação damos o
nome de sinal modulado.
Basicamente, a modulação consiste em se fazer variar a amplitude ou a
freqüência da portadora, em função do sinal modulante.
Ao processo de restauração do sinal modulante, a partir do sinal
modulado e da portadora, chamamos de demodulação.
99
11.3.1 – Tipos de Modulação
Existem várias maneiras de se modular um sinal, e geralmente, a
portadora é uma onda senoidal cuja amplitude, a cada instante, pode ser
expressa matematicamente por:
(1)
Nesta expressão Ep é a amplitude máxima e a quantidade entre
parênteses é um ângulo que varia em função do tempo:
(2)
O exame das equações (1) e (2) mostra que a forma de onda pode ser
variada, a cada instante, através de duas quantidades
A modulação em amplitude é obtida somente pela variação da
amplitude Ep, de forma que o desvio resultante, em relação à amplitude Ep, seja
diretamente proporcional ao valor instantâneo do sinal modulante, porém
independente da sua freqüência.
A modulação em ângulo é obtida quando, em função do valor
instantâneo do sinal modulante, faz-se variar
Como o ângulo, num
determinado instante, pode ser alterado, seja por variação da freqüência fo,
seja da fase
a modulação angular se divide em duas modalidades,
dependendo do tipo de variação: modulação em freqüência e modulação em
fase. Como este tipo de modulação não tem aplicação direta no equipamento
multiplex, não será aqui abordado.
Existe uma outra forma de modulação, a modulação por amplitude de
pulsos, na qual a onda portadora é formada por pulsos curtos, de forma
retangular. A forma desses pulsos é variada pelo sinal modulante. Esta técnica
será apresentada na segunda avaliação, no capítulo referente à multiplexação
por divisão de tempo.
11.4 – Modulação em amplitude
Na modulação em amplitude, o valor máximo da onda portadora é
variado pela intensidade do sinal modulante, que é a quantidade moduladora.
Na Figura 11.6 pode-se observar o efeito da modulação em amplitude.
Em A e B tem-se a representação de um sinal modulante de forma senoidal; a
forma senoidal é utilizada para permitir mostrar com mais clareza o efeito da
modulação.
Em C e D está representada uma onda portadora de alta freqüência,
com amplitude e freqüência constantes.
Em E e F está mostrado o resultado da modulação da portadora pelo
sinal modulante. Examinando-se E, verifica-se que os limites externos da onda
portadora modulada apresentam uma forma similar à do sinal modulante, rezão
porque a figura formada é comumente chamada de envelope de modulação.
100
Figura 11.6 – Representação dos diversos sinais na modulação em amplitude
11.4.1 – Representação matemática do sinal modulado
A onda portadora em C (Figura 11.6) pode ser representada pela
expressão:
onde tomamos arbitrariamente
E o sinal modulante A (Figura 11.6) pode ser representado por:
Considerando a onda modulada em amplitude da Figura 11.6 E: a
variação de amplitude em torno de Ep é senoidal, de forma que a amplitude em
função do tempo é dada pela expressão
sendo o valor
101
máximo da amplitude igual a
e o valor mínimo
correspondente,
respectivamente, aos casos em que o sinal modulador tem maior e menor
amplitude.
Como a onda modulada também é senoidal, a amplitude instantânea da
mesma pode ser representada por:
se chamarmos a razão
de m, temos:
que é a expressão do sinal modulado em amplitude.
11.4.2 – Percentagem de Modulação
Na modulação em amplitude é comum falar-se em percentagem de
modulação m. Trata-se de uma maneira de expressar o grau em que o sinal
modula a portadora.
A relação entre os valores máximos do sinal modulante e da portadora
chama-se fator, índice ou grau de modulação m. Da Figura 11.6 temos:
A percentagem de modulação é o valor do índice de modulação
expresso em percentagem:
Analisemos agora o efeito do índice de modulação no sinal modulado.
Pela Figura 11.6, os picos máximo e mínimo de amplitude da onda
modulada podem ser representados por:
Dessas equações tiramos:
Como sabemos
e podemos escrever:
102
Aplicando diversos valores de m, vamos verificar como se comporta a
onda modulada.
- Se m = 0, teremos pelas Equações 1 2,
não
havendo
modulação como mostra a Figura 11.7B.
- Se 0 < m < 1, por exemplo m = 0,5, teremos por (1) e (2),
significando que o sinal está confinado à envoltória,
como mostra a Figura 11.7 C (submodulação).
- Se m = 1, teremos de (1) e (2),
obtendo-se uma excursão
como mostra a Figura 11.7A (portadora
da portadora com amplitude
completamente modulada)
- Se m > 1, por exemplo m = 1,5, teremos por (1) e (2)
significando que a excursão corta o eixo do tempo,
caracterizada por “brancos ou zeros” na onda modulada, como mostra a Figura
11.7D (sobremodulação).
Devemos evitar a sobremodulação pois, como verificamos pela figura
correspondente à envolvente da onda modulada, esta fica deformada.
Figura 11.7 – Representação do sinal modulado para diversos índices de modulação
103
11.4.3 – Faixas Laterais
Do Item 11.5.1 sabemos que a representação matemática da onda
modulada é:
Expandindo-se a equação teremos:
Da trigonometria sabemos que:
Donde:
Esta equação indica a existência de três freqüências distintas na onda
modulada, a saber: a freqüência da portadora, uma freqüência inferior (fp – fm) e
uma superior (fp + fm). A inferior denominada freqüência lateral inferior e a
superior, freqüência lateral superior.
Como foi dito no início de 11.5, o sinal modulante foi considerado como
uma freqüência individual, de forma senoidal, com a finalidade de facilitar a
explanação. No entanto, nos casos reais, este sinal varia continuamente numa
faixa considerável, fazendo com que os valores singelos inferior e superior que
encontramos, sejam substituídos por faixas de freqüências, denominadas
banda lateral inferior e banda lateral superior, cuja largura é igual à
diferença entre o valor máximo e o valor mínimo das freqüências do sinal
modulante. Por exemplo, quando uma portadora de 1000 KHz é modulada por
um sinal de áudio que varia de 100 a 5000 Hz, a freqüência máxima da faixa
superior será 1005 Khz e a freqüência mínima da faixa inferior será 995 KHz,
como está ilustrado na Figura 11.8.
104
Figura 11.8 – Ilustração da modulação em amplitude de um canal de voz
Como podemos notar pela Figura 11.8, a banda lateral superior tem seu
espectro de freqüências na mesma direção da original (posição direta),
enquanto que a banda lateral inferior tem seu espectro na direção contrária
(posição invertida). Este fenômeno ocorre sempre para os casos reais, onde o
sinal modulante é composto por mais de uma freqüência.
11.4.4 – Distribuição de Potência na Modulação em Amplitude
Os gráficos apresentados nas Figuras 11.6 e 11.7 correspondem em
amplitude à tensões ou correntes.
Como sabemos da eletrônica, o valor eficaz de uma onda senoidal é
dado por
sendo E o seu valor de pico, e que a potência média é
calculada por intermédio da expressão
onde
se
a tensão ou corrente tiver sido aplicada a uma resistência R. Com estas
considerações e lembrando da expressão obtida no item 11.5.3, podemos
escrever:
Pela expressão concluímos que:
-
a potência média associada à portadora, após a modulação,
independe do índice de modulação
as potências associadas às bandas laterais são iguais e dependem
do índice de modulação.
Aplicando diversos valores a m, vamos verificar como se comporta a
potência média total e suas componentes.
105
-
Para m = 0, teremos:
-
Para m = 0,5, teremos:
-
Para m = 1, teremos:
A Figura 11.9 ilustra todos estes casos.
Figura 11.9 – Distribuição de potência na modulação em amplitude.
106
Para exemplificar, consideremos na saída de um modulador uma onda
portadora modulada em amplitude por um sinal de áudio senoidal com 100%
de modulação, obtendo-se uma potência média total de 600W. Porém, com
50% de modulação, teremos somente 450W de potência média total de saída.
À primeira vista parece que o segundo caso nos poupa potência, no
entanto, observamos que no primeiro caso para 600W de saída, cada faixa
lateral apresenta uma potência de 100W, enquanto que no segundo caso para
450W de saída cada faixa lateral apresenta somente 25W de saída, insto é:
economizando 150W, tivemos uma redução de 75% na potência de cada
banda lateral, o que não é vantajosos pois estamos interessados em
concentrar potência na informação e não na portadora.
Concluímos então que: com a diminuição do índice de modulação, as
quantidades relativas de potência média das bandas laterais diminuem
rapidamente; portanto, deve-se fazer o índice de modulação tão próximo
quanto possível de 1, a fim de que o rendimento da transmissão seja otimizado.
11.4.5 – Principais Processos de Modulação em Amplitude
Utilizados pelo FDM
Os principais processos de modulação AM utilizados pelo FDM são:
1) AM-DSB (Double Side Band) – modulação em amplitude com faixa
lateral dupla
2) AM-DSB/SC (Doublé Side Band Supressed Carrier) – modulação em
amplitude com faixa lateral dupla e portadora suprimida.
3) AM-SSB (Single Side Band) – modulação em amplitude com faixa lateral
única.
4) AM-SSB/SC (Sigle Side Band Supressed Carrier) – modulação em
amplitude com faixa lateral única e portadora suprimida.
De todos estes processos o mais empregado é o AM-SSB/SC, limitandose os outros a utilização em alguns sistemas de baixa capacidade.
Vamos, pois, verificar a causa desta escolha.
Se considerarmos a expressão:
obtida para a onda modulada do item 11.5.3, verificamos que o termo
representativo da onda portadora independe da amplitude e freqüência do sinal
modulante. Desta observação concluímos: torna-se desnecessária a
transmissão da portadora que, além de não levar nenhuma informação, ainda é
responsável pelo maior percentual gasto da potência total numa transmissão
AM, como foi explicado em 11.5.4.
Da mesma expressão verificamos também que as duas bandas laterais
possuem a mesma informação e potência, bastando por isso a transmissão de
somente uma delas, o que traz duas grandes vantagens: economia de potência
e de faixa de freqüência (ocupa-se somente a metade da faixa de freqüência –
vide Figura 11.8).
107
Se por exemplo, considerarmos uma modulação AM tendo M = 100%,
com a supressão da portadora e de uma banda lateral, estaremos
necessitando somente 1/6 da potência total para transmitir a informação,
usando metade da faixa de freqüências, além de que toda potência disponível
pode ser utilizada para transmissão da banda lateral. A onda portadora
somente é necessária para a demodulação, podendo ser gerada e aplicada no
extremo receptor, sendo suficiente que tenha a mesma freqüência da portadora
de transmissão.
A supressão parcial ou total da portadora é realizada por moduladores,
chamados moduladores balanceados. A seleção da banda lateral a ser
transmitida é executada por filtros passa-faixa.
A Figura 11.10 apresenta o diagrama em blocos de uma modulação em
amplitude com portadora suprimida e transmissão de uma só banda lateral,
bem como a indicação das operações realizadas no domínio da freqüência.
Figura 11.10 – Modulação AM com banda lateral única com portadora suprimida
108
É importante notar que qualquer uma das bandas laterais poderá ser
selcionada, de posição direta (mesma direção da original) ou invertida, como é
o caso do exemplo. A banda escolhida é indicada pela posição do triângulo.
11.5 – Demodulação em Amplitude
Como já vimos anteriormente, ao processo de restauração do sinal
modulante ou informação, a partir do sinal modulado e da portadora,
chamamos de demodulação.
De maneira idêntica à modulação, a forma senoidal será utilizada para
permitir mostrar com maior clareza como se processa a demodulação.
Como para o FDM o principal interesse é para a modulação do tipo
SSB/SC, tomemos como exemplo um sinal modulado em freqüência lateral
inferior, cuja expressão encontrada no item 11.5.5 representa um sinal senoidal
de freqüência (fp – fm):
A onda portadora, idêntica em freqüência à da modulação, é
representada pela expressão:
Se modularmos em amplitude a portadora ep pelo sinal eBLI, obteremos
uma outra onda modulada que também tem forma senoidal e cuja amplitude
em função do tempo é dada pela expressão:
A amplitude instantânea da mesma pode ainda ser representada por:
Como
teremos:
Da trigonometria sabemos que:
Onde:
109
Como podemos verificar, a demodulação nada mais é do que a
modulação na direção inversa, na qual obtemos, para o exemplo, uma
freqüência lateral inferior idêntica à informação original, porém com uma
amplitude menor
Se tivéssemos tomado, como exemplo do sinal modulado, a freqüência
lateral superior, obteríamos resultado idêntico.
11.6 – Princípio Básico do Multiplex por Divisão de Freqüência
(FDM)
O FDM é um método de multiplexação no qual diversos canais de voz,
todos com a mesma faixa de freqüências, mas em pares de condutores
diferentes, são transladados para posições adjacentes e predeterminadas do
espectro de freqüência mútua. Na recepção o processo é o inverso,
reconstituindo-se cada canal de voz e o enviando separadamente ao seu
destino. Seja como exemplo, 3 canais de voz de 4 KHz que desejamos
multiplexar para utilizar um meio de transmissão que possui uma faixa de
freqüência de 12 a 24 Khz.
A Figura 11.11 apresenta todo o processo de multiplexação, bem como
a demultiplexação no terminal distante. No lado de transmissão, cada canal
modula uma portadora, obtendo-se em cada modulação duas bandas laterais
com a portadora suprimida. A seguir, os filtros passa-faixa selecionam as
bandas requeridas para compor a faixa de freqüências no meio de transmissão
(12 a 24 KHz), agrupando-as lado a lado, e entregando o sinal assim formado
para o meio de transmissão.
No lado de recepção o processo é o inverso para se reconstituir cada
canal de voz, sendo necessário que as portadoras usadas na demodulação
sejam idênticas às utilizadas na modulação.
110
Figura 11.11 – Multiplexação e demultiplexação de 3 canais de voz.
Quando, num sistem multiplex, a freqüência da portadora de uma das
Estações Terminais se encontra diferente da outra, diz-se que há falta de
sincronismo. Este fenômeno torna irreconhecível a voz do interlocutor (voz de
robô) que se encontra no outro extremo. Por exemplo, seja a multiplexação e
demultiplexação de um canal de 0 a 4 KHz, indicado na Figura 11.12:
Em A está indicada a informação a ser modulada, bem como a
portadora de 12 KHz a ser utilizada na modulação SSB/SC
-
Em B temos a informação já transladada, após a modulação
Em C apresentamos a informação reconstituída, após ser
demodulada com uma portadora de 11 KHz, diferente da portadora da
modulação. Como podemos verificar, a informação obtida difere da original, isto
é, todas as freqüências estão deslocadas de 1 Khz, fazendo com que a voz do
interlocutor se torne mais aguda.
Em D apresentamos a demodulação com uma portadora de 13
KHz, obtendo-se uma informação reconstituída, também diferente da original,
porém neste caso a voz do interlocutor se torna ininteligível devido à
superposição de faixas de freqüências, conforme mostra a figura; este fato
ocorre devido à inversão da faixa de freqüências na demodulação pois não
existe freqüências negativas.
111
Figura 11.12 – Falta de sincronismo entre Terminais Multiplex
11.7 – Banda Básica
11.7.1 – Conceito
Banda básica, no sentido multiplex, é a faixa de freqüências necessária
para a transmissão do sinal multiplex por um meio de transmissão qualquer.
Geralmente é definida pelo número máximo de canais telefônicos que podem
ser transmitidos, ou pela especificação das freqüências externas da banda
básica do sinal multiplex.
Por exemplo, se um sistema rádio-microondas em visibilidade tem um
faixa de freqüências disponível de 60 a 1364, podemos utilizar este meio de
transmissão para um sistema multiplex de 300 canais telefônicos, com uma
banda básica de 64 2660 Khz.
É importante observar dois aspectos relacionados com a faixa de
freqüências:
- quando estamos falando em canal multiplex telefônico sem indicação
do tipo, estamos sempre nos referindo àquele de 4 KHz de faixa.
- A faixa de freqüências disponível num meio de transmissão utilizado
pelo multiplex é, geralmente, maior que a banda básica do sinal
mutiplex. Esta faixa de freqüências a mais é necessária para a
transmissão de informações do próprio meio de transmissão.
11.7.2 – Estágios de Translação
Com a evolução do FDM, houve um rápido crescimento do número de
canais transmitidos por um único meio e os sistemas evoluíram em pouco
tempo de 3 para 12 canais, de 12 para 60 canais, alcançando os 10 800 canais
rapidamente.
112
A fim de que se obtivesse um crescimento ordenado e racional da
canalização, visando, principalmente, fazer com que os sistemas de pequena
capacidade pudessem compor os sistemas de alta capacidade e que, na
construção dos diferentes sistemas, se utilizassem as mesmas unidades
fundamentais, facilitando assim a fabricação dos equipamentos, o CCITT
padronizou o processo de translação para obter os sistemas de alta
capacidade, dividindo-o em estágios de translação.
É importante observar que, quando nos referimos a estágio de
translação, estamos indicando sempre as duas operações: multiplexação e
demultiplexação.
Os estágios de translação foram agrupados pelo CCITT em dois
conjuntos, chamados Procedimento 1 e Procedimento 2, sendo este último
de pouco interesse.
11.7.3 – Procedimento 1
Os estágios de translação utilizados neste procedimento são os
seguintes:
a) Translação de canal
Neste estágio os canais de voz são transladados para a faixa de 60 a
108 Khz, compondo um grupo básico.
No item 11.1 vimos que o CCITT recomenda dois tipos de canais de voz
e, em conseqüência, teremos dois tipos de grupos básicos:
- Grupo básico de 8 canais de voz de 6 Khz de faixa.
- Grupo básico de 12 canais de voz de 4 Khz de faixa.
A locação destes canais no espectro de freqüências do grupo básico
está apresentado na Figura 11.13.
Figura 11.13 – Locação de canais no grupo básico.
Como o CCITT não recomenda quais as portadoras que devem ser
utilizadas para essas translações, cada fabricante de equipamento MUX
(Multiplex) utiliza um processo para locar os canais no grupo básico.
A seguir apresentaremos as translações de canal mais usuais, utilizadas
pelos diversos fabricantes, lembrando, no entanto, que as mesmas não são
padronizadas pelo CCITT.
113
1º tipo de grupo de 12 canais
Alguns fabricantes utilizam um estágio intermediário de translação, no
qual três canais são, inicialmente, transladados para a faixa de 12 24 KHz,
compondo um pré-grupo básico. A Figura 11.14 apresenta a locação dos
canais no pré-grupo como as portadoras utilizadas.
Figura 11.14 – Locação dos canais no pré-grupo.
Após, quatro pré-grupos são transladados para a faixa de 60 a 108 KHz, compondo um
grupo básico do CCITT. A Figura 11.15 apresenta a locação dos pré-grupos no espectro de
freqüências do grupo básico, bem como as portadoras utilizadas.
Figura 11.15 – Locação dos pré-grupos no grupo básico do CCITT.
2º Tipo de grupo de 12 canais
Outros fabricantes utilizam outro tipo de estágio intermediário, no qual
seis canais são transladados, inicialmente, para faixa de 12 a 36 KHz,
compondo um pré-grupo básico. A Figura 11.16 apresenta a locação dos
canais no pré-grupo, bem como as portadoras utilizadas.
114
Figura 11.16 – Locação dos canais no pré-grupo.
Após, dois pré-grupos são transladados para a faixa de 60 a 108 KHz,
compondo um grupo básico do CCITT. A Figura 11.17 apresenta a locação dos
pré-grupos no espectro de freqüências do grupo básico, bem como as
portadoras utilizadas.
Figura 11.17 – Locação dos pré-grupos no grupo básico do CCITT.
3º Tipo de grupo de 12 canais
Existem ainda fabricantes que fazem a translação direta dos doze canais
para a faixa de 60 a 108 KHz, compondo o grupo básico do CCITT.
A Figura 11.18 apresenta a locação dos canais no grupo básico, bem
com as portadoras utilizadas.
115
Figura 11.18 – Locação dos canais no grupo básico do CCITT.
11.8 – Representação das Bandas Básicas no Domínio do Tempo e
da Freqüência.
Agora que já verificamos como é a locação dos canais no espectro de
freqüências para informação dos diversos tipos de banda básica, é importante
que se tenha uma idéia de como se apresenta a forma deste sinal, tanto no
domínio do tempo como no domínio da freqüência.
Assim, tomemos como exemplo um banda básica com 12 canais, na
faixa de 60 a 108 KHz, na qual consideraremos três casos distintos:
A – Um canal de voz sendo utilizado
B – Três canais de voz sendo utilizados ao mesmo tempo.
C – Utilização de todos s canais de voz ao mesmo tempo
Como podemos verificar pela Figura 11.19, no domínio da freqüência, a
medida que aumentamos a ocupação dos canais, vamos preenchendo o
espectro de freqüências da banda básica. No domínio do tempo, quando
aumentamos o número de canais ocupados, vetorialmente somam-se as fases
e ocorrem picos maiores e em maior número. Pela Figura 11.19 podemos
verificar claramente que os picos do caso C são maiores que os do caso B e
estes, maiores que do ª É importante observar, no entanto, que o valor eficaz
destes sinais fica bem abaixo dos picos, fato este que será de grande
importância para a carga do multiplex.
116
Figura 11.19 – Representação da ocupação dos canais de uma banda básica no domínio do
tempo e da freqüência.
117
11.9 – Sistemas de Transmissão Multiplex via Rádio
A Figura 11.20 apresenta a configuração básica da ligação entre duas
localidades feitas por meio de um sistema rádio, onde está indicada como é
realizada a conexão entre a Estação Multiplex à Estação Rádio.
Figura 11.20 – Ligação via rádio
A Estação Rádio é composta basicamente por um transmissor e um
receptor, chamado transceptor, por um modulador e um demodulador,
chamado MODEM, e pelas antenas de transmissão e recepção. Na prática
existe apenas uma antena para recepção e transmissão e um duplexador, que
separa o que é transmissão e o que é recepção.
Um transmissor de rádio pode ser encarado como um elemento que
provoca continuamente, através de uma antena; uma pertubação
eletromagnética, de forma localizada, que se propaga no espaço, em todas as
direções, atenuando-se com a distância. Uma antena receptora pode sentir
estas pertubações e, se estiver ligada a um equipamento conveniente
(receptor), haverá recepções dos sinais daquele transmissor.
Deste modo, na localidade A, ao enviarmos o sinal multiplex para a
Estação Rádio, esta informação é processada pelo modulador-transmissor,
fazendo com que tenhamos uma onda portadora modulada na antena
transmissora. Esta onda é captada pela antena receptora da Estação Rádio da
localidade B, sendo processada pelo receptor-demodulador, regenerando-se a
informação original da localidade A, que é então entregue ao multiplex B.
A rádio-freqüência (onda portadora) utilizada para a transmissão de
informação da localidade A para B, chamamos de canal RF (canal de rádiofreqüência). As Estações Rádio de A e B são chamadas de estações
terminais.
Quando existem obstáculos físicos que atrapalham a propagação das
ondas no espaço, ou quando este sinal está demasiadamente enfraquecido
devido às características de propagação, utilizam-se estações intermediárias
ao longo das rotas de rádio, chamadas estações repetidoras, a fim de
regenerar ou retransmitir as ondas.
118
Ao conjunto de estações terminais e repetidoras chamamos de tronco
de rádio.
É importante observar que num tronco de rádio podemos ter mais de um
canal de RF em cada direção. Geralmente, nos sistemas de alta confiabilidade,
temos um canal de RF para transmitir as informações, chamado principal, e
um outro em paralelo para substituir o principal em caso de falhas, chamado de
proteção.
As ondas eletromagnéticas propagam-se de maneiras diferentes,
dependendo da freqüência emitida pelo transmissor. Devido a isto, os sistemas
rádio são classificados internacionalmente de acordo com as faixas de
freqüências utilizadas e que estão apresentadas na tabela a seguir, onde estão
indicados alguns serviços que empregam estes sistemas.
Faixa de freqüência
Designação técnica
Designação leiga
Exemplo de utilização
300Hz a 3kHz
ELF
(Extremely Low
Frequency)
Ondas extremamente
longas
Comunicação para
submarino, escavação
de
Minas etc
3kHz a 30kHz
VLF
(Very Low Frequency)
Ondas muito longas
30kHz a 300kHz
LF
(Low frequency)
Ondas longas
300kHz a 3MHz
MF
(Medium Frequency)
Ondas médias
3MHz a 30MHz
HF
(High Frequency)
Ondas tropicais
Ondas curtas
30MHz a 300MHz
VHF
(Very High Frequency)
300MHz a 3GHz
UHF
(Ultra High Frequency)
Auxílio à navegação
aérea,
serviços
marítimos,
radio
difusão
local.
(reflexão ionosférica)
Radiodifusão local e
distante,
serviços
marítimos.
(reflexão ionosféica)
Transmissão de TV,
sistemas comerciais de
comunicações,
comunicação particular
e
serviços de segurança
pública etc
Microondas
3GHz a 30 GHz
SHF
(Super High
Frequency)
30GHz a 300GHz
EHF
(Extremely High
Frequency)
Comunicação pública a
longa
distância:
sistemas interurbano e
internacional em
radiovisibilidade,
tropodifusão e satélite
119
Como os sistemas de telecomunicações utilizam principalmente
freqüências a partir de HF, há interesse no estudo dessas propagações. Vamos
então analisar de forma bem simples, os princípios básicos de propagação dos
sistemas rádio empregados no multiplex.
a) Sistemas de rádio HF
A Figura 11.21 apresenta uma antena de rádio HF emitindo ondas
esféricas e concêntricas. As partes inferiores das ondas se propagam junto a
superfície da Terra (onda terrestre), acompanhando a curvatura desta e
perdendo energia rapidamente com a distância, por absorção no terreno. As
partes superiores da onda se expandem para o espaço e, numa altura de 80 a
150 Km, encontram uma das principais camadas da atmosfera terrestre,
chamada ionosfera. Nestas alturas, a atmosfera é tão rarefeita, que as
moléculas dos gases estão bem mais afastadas uma das outras do que nas
menores alturas. A energia solar, principalmente na forma de raios
ultravioletas, incidindo sobre essas moléculas, arrancam seus elétrons,
transformando-as em íons positivos. Desta maneira, nestas alturas formam-se
camadas de íons e de elétrons livres, determinando o nome de ionosfera.
Dependendo da concentração dos elétrons formados, a ionosfera
apresenta índices de refração diferentes das camadas mais baixas,
encurvando e mudando de direção as ondas de rádio que nela penetram de
baixo para cima. Esta mudança na direção é tal que faz as ondas retornarem
para a Terra como se refletissem na ionosfera. O fenômeno, na realidade, é de
refração ionosférica (por mudança de índice de refração) mas comumente se
diz reflexão ionosférica, quando se refere apenas ao efeito do retorno da onda.
Esta onda que retorna é chamada onda celeste; pode se refletir
novamente na superfície terrestre, repetindo o fenômeno da refração
ionosférica e, através de vários saltos, atingir grandes distâncias.
Figura 11.21 – Propagação em HF
120
Este mecanismo de propagação não é confiável para sistemas multiplex,
porque, sendo a energia solar incidente na alta atmosfera de intensidade
variável, os índices de refração na ionosfera são instáveis, fazendo com que a
onda celeste tenha também intensidade variável.
Quando ocorrem grandes perturbações solares, estas provocam
tempestades magnéticas que, atingindo a ionosfera, modificam os índices de
refração de tal maneira, fazendo com que as ondas não sejam mais refratadas
de volta para a Terra. Nesta situação interrompem-se as comunicações.
b) Sistemas de rádio VHF/UHF
Passando-se a transmissão para freqüências mais elevadas, nas faixas
de VHF (30 MHz a 300 MHz) e UHF (300 MHz a 900 MHz), a experiência
mostra que a ionosfera é transparente a essas freqüências, não as refratando
mais de volta para a Terra. Além disso, nessas freqüências, as ondas de rádio
começam a se comportar como ondas de luz, isto é, propagam-se em linha
reta, refletem-se em obstáculos, podem ser focalizadas por antenas
convenientes.
Na Figura 11.22 está exemplificando o que falamos: a parte das ondas
que vai para cima atravessa a ionosfera e se perde no espaço. A parte da onda
que se irradia junto a superfície terrestre é útil até o horizonte, ou seja, até uma
distância de mais ou menos 80 a 100 Km do ponto de transmissão. Daí em
diante a onda se afasta da Terra, perdendo-se no espaço exterior.
Figura 11.22 – Propagação VHF/UHF
Podemos imaginar que a antena transmissora ilumina diretamente a
antena receptora que, por sua vez deve estar quase ao alcance visual. Por isso
este mecanismo de propagação também se chama em linha de visada ou
visada direta.
Este tipo de transmissão é utilizada em serviço que exigem alta
confiabilidade à distâncias menores que em HF, podendo alcançar até 200 Km
se forem empregadas duas a quatro estações repetidoras.
121
Os sistemas rádio VHF/UHF utilizados pelo multiplex são empregados
nas comunicações interurbanas estaduais, tendo média capacidade (12, 24 ou
60 canais)
b) Sistemas de rádio-microondas em visibilidade
Subindo mais ainda a freqüência, chegamos na região de microondas
(900 MHz a 30000 MHz). Nestas freqüências as ondas de rádio se comportam
praticamente como ondas de luz, podem ser focalizadas como em grandes
lanternas e se propagam em linha reta, como mostra a Figura 11.23. O rádio
transmissor está ligado à antena por um condutor especial, chamado de guia
de onda, estando fixada, juntamente com o refletor, numa torre. A antena se
comporta como a lâmpada de uma lanterna e o refletor focaliza as ondas de
rádio para a sua frente.
As microondas focalizadas pela parábola transmissora incidem
diretamente sobre a parábola receptora que, por sua vez, focaliza as ondas no
seu ponto central, onde está a antena receptora. Dessa antena as ondas são
levadas por um guia de onda até o rádio receptor.
Cada antena de microondas com sua respectiva parábola, geralmente,
serve para transmitir e/ou receber mais de um canal de RF.
Figura 11.23 – Utilização de refletores parabólicos em microondas.
Vemos, portanto, que nenhum obstáculo pode interceptar o feixe de
microondas entre duas antenas. Por isso as torres são normalmente colocadas
em pontos elevados e estão distanciadas no máximo 50 a 60 Km, dependendo
do relevo, ao longo da rota de transmissão, a fim de regenerar o sinal de RF
enfraquecido devido as perdas na propagação.
Assim, através de repetições sucessivas, o sinal de microondas sai da
estação terminal da localidade de origem e atinge a estação terminal da
localidade de destino, conforme mostra a Figura 11.24.
122
Figura 11.24 – Tronco em microondas.
Representação de transmissão Multiplex analógico
Figura - 11.25 - Interligação de uma central telefônica analógica com sistema de transmissão
interurbano via Multiplex e Rádio.
123
11.10 – Representação de transmissão Multiplex e etapas de uma
ligação telefônica interurbana.
Figura 11.25 – Multiplexação em uma chamada telefônica interurbana – Visão geral
124
O registrador ao receber um número (0 XX 84 ZYXW RTUX) diferente
daquele prefixo interno, irá procurar num arquivo (na matriz de comutação) qual
a rota (caminho) a utilizar para alcançar aquele destino, daí localiza um juntor
livre nessa rota e procura ocupá-lo. Isto é feito com a geração de um pulso de
terra (0 volt com duração de 150 ms) que sai pelo fio M do juntor escolhido,
esse sinal entra no ponto 2 do canal multiplex ao qual o juntor está conectado,
daí fecha-se a chave (vide Figura 11.25) para liberação para frente de um tom
de 3,825 KHz que sai pelo ponto 3, passa pelo filtro passa-faixa e chega ao
ponto 4 dentro da unidade de canal do MUX. Ao ser processado no modulador
de canal, o sinal periódico pulsado de 3,825 KHz é transladado para as
freqüências Fp + 3,825 KHz e Fp – 3,825 KHz. Onde Fp é a freqüência da
portadora do canal correspondente. No caso da Figura 11.25, temos Fp = 108
KHz e seriam obtidas no ponto 8: 108 + 3,835 KHz e 108 – 3,825 KHz, daí
passando no filtro 104 – 108 KHz, teríamos no ponto 9 apenas o sinal de 104,
175 KHz, esse sinal entraria no combinador de canais Tx e seria transmitido na
direção do Rádio e conseqüentemente da central de destino.
A central de destino receberá o sinal de 104,175 KHz que passará (lado
B não mostrado na figura) pelos pontos 12 -> 13 -> 14 -> 15 -> chegando ao fio
E do juntor da central de destino, representando um sinal de terra durante 150
ms.
Daí seria iniciada a seqüência de envio da sinalização MFC através do
par de fios Tx, (pontos 5 -> 6 -> 7-> 8 -> 9 -> 10), ocorrendo sempre a
translação de freqüências no modulador de canal do MUX FDM. Os sinais MFC
transmitidos correspondem a pares de freqüências da tabela dos grupos I e II,
conforme mostrado na Tabela 8.4.
Para cada sinal MFC enviado no par Tx, haveria um retorno da central
de destino que chegaria na estação de origem através dos pontos 12 -> 13 ->
14 -> 17, ocorrendo sempre a translação de freqüências no demodulador de
canal do MUX FDM. Observe que a mesma portadora é utilizada no modulador
e no demodulador.
O último sinal MFC do processo é chamado de fim de seleção, que
indica a condição do assinante B, supondo que a linha de destino esteja livre
com tarifação, então a central B enviará um sinal fim de seleção B1
correspondente a um par espefícico de freqüências, como dito anteriormente.
Esse sinal irá acionar envio da corrente de toque para o assinante de destino
e o tom de controle de chamada para o assinante de origem.
Após concluído o processo MFC, a campainha de B tocará e se o
mesmo retirar o fone do gancho, imediatamente a central de destino manda
para a de origem um pulso de terra durante 150 ms que sai pelo fio M do
destino e chega (central de origem) pela seqüência de demodulação: (1083,825 KHz) Ponto 12 -> 13 -> 14 -> 15 -> 16 -> fio E do juntor. Daí a
conversação e a tarifação correspondente são iniciadas, sendo interrompido
também o tom de controle de chamada.
125
Bibliografia
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2. Notas de Aula – Sistemas de Telecomunicações I
3. http://paginas.terra.com.br/lazer/py4zbz/
4. http://w3.ualg.pt/~sjesus/aulas/pds/node7.html
5. http://www.eppet.pt/data/linkserv/telei/curso_telei/m1_43.html
6. http://www.infonet.com.br/users/jfonseca/TELECOMUNICACOES.HTM
7. BARRADAS, O & SILVA, A. F. Telecomunicações: Sistemas de energia. Ed.
Livros Técnicos e científicos, Embratel, 1983.
8. http://pessoal.cefetpr.br/lcvieira/sistel/apostilasistel/index.html
126