William Stallings
Data and Computer
Communications
7th Edition
Capítulo 4
“Transmission Media”
Meios de Transmissão
Sumário
• Confinado (ou guiado) – “Guided – wire”
• Não-confinado – “Unguided – wireless”
• Características e qualidade da transmissão
determinadas pelo meio e sinal
• Para “guided”, o meio é mais importante
• Para “unguided”, a largura de faixa
proporcionada pela antena é mais importante
• Aspectos essenciais são a taxa de dados e a
distância
Fatores de projeto
• Largura de faixa / Bandwidth - BW
—Maior BW, proporciona maiores taxas
• Problemas na transmissão
—Atenuação
• Interferência
• Número de receptores
—Em meios confinados
—Mais receptores (multi-point) introduzem mais
atenuação
Espectro Electromagnético
Meios de transmissão confinados
• Par trançado / Twisted Pair
• Cabo coaxial / Coaxial cable
• Fibra óptica / Optical fiber
Características de transmissão
de meios confinados
Frequency
Range
Typical
Attenuation
Typical
Delay
Repeater
Spacing
Twisted pair
(with loading)
0 to 3.5 kHz
0.2 dB/km @
1 kHz
50 µs/km
2 km
Twisted pairs
(multi-pair
cables)
Coaxial cable
0 to 1 MHz
0.7 dB/km @
1 kHz
5 µs/km
2 km
0 to 500 MHz
7 dB/km @ 10
MHz
4 µs/km
1 to 9 km
Optical fiber
186 to 370
THz
0.2 to 0.5
dB/km
5 µs/km
40 km
Par trançado / Twisted Pair
Aplicações do par trançado
• Meio mais comum
• Rede telefônica
—Entre a residência e central local (subscriber loop)
• Em prédios
—Para PBX (private branch exchange)
• Para local area networks (LAN)
—10Mbps ou 100Mbps
Par trançado - Pros e Cons
•
•
•
•
Barato
Fácil de se trabalhar
Baixa taxa de dados
Curto alcance (distância)
Características de transmissão
do par trançado
• Analógico
—Amplificadores a cada 5km a 6km
• Digital
—Usa sinal analógico ou digital
—Repetidor a cada 2km ou 3km
•
•
•
•
Distância limitada
Bandwidth limitada (1MHz)
Taxa de dados limitada (100MHz)
Susceptível a interferências e ruído
Near End Crosstalk
• Acoplamento do sinal de um fio ao do outro
• Acoplamento acontece quando o sinal entrando
no link interfere o sinal saindo do mesmo
(transmissor e receptor)
• Ou seja, um sinal transmitido interfere o
receptor local
Crosstalk
http://www.cabletesting.com/CableTesting/Testing/Definitions/D
efinitions_NEXT.htm
NEXT em rede de computadores –
exemplo de informação técnica
• In order to certify a cable as Category 3 (see Categories of twisted
pair cabling systems), the NEXT test must be performed in 1 MHz
steps from 1 Mhz to 16 MHz. Since the level of signal loss or
interference can change with frequency, a range of frequencies
must be used to certify that the cable is acceptable over the entire
range. In order to certify a cable for Category 5 use, the test
frequency range must be extended up to 100 MHz. A 1 MHz
frequency step should still be used. In both cases, you must test
both ends of the cable. This is because NEXT occurs on the ends of
the cable right where the connector is attached.
• Simply using Category 5 cables, connectors, and patch panels does
not guarantee that a network will support 100 Mb operation. You
must actually certify your network for use at this speed with a CAT
5 cable tester after the network is fully installed.
NEXT em rede de computadores
Unshielded (não-blindado) e
Shielded (blindado) TP
• Unshielded Twisted Pair (UTP)
—Linha telefônica comum
—Mais barato
—Mais simples de instalar
—Sofre the interferência eletro-magnética (EM) externa
• Shielded Twisted Pair (STP)
—Capa metálica que reduz interferência
—Mais caro
—Mais difícil de manusear: (mais grosso e pesado)
Categorias UTP
• Cat 3
— até 16MHz
— “Voice grade” popular na maioria dos escritórios
— “Twist length” de 7.5 cm a 10 cm
• Cat 4
— até 20 MHz
• Cat 5
— até 100MHz
— Comumente usado em novas instalações
— “Twist length” de 0.6 cm a 0.85 cm
• Cat 5E (Enhanced) (ou melhorado)
• Cat 6
• Cat 7
Comparação de Shielded e
Unshielded Twisted Pair
Attenuation (dB per 100 m)
Frequency
(MHz)
Category 3
UTP
Category 5
UTP
1
2.6
2.0
4
5.6
16
13.1
150-ohm
STP
Near-end Crosstalk (dB)
Category 3
UTP
Category 5
UTP
150-ohm
STP
1.1
41
62
58
4.1
2.2
32
53
58
8.2
4.4
23
44
50.4
25
—
10.4
6.2
—
41
47.5
100
—
22.0
12.3
—
32
38.5
300
—
21.4
—
—
—
31.3
Categorias e Classes de
Twisted Pairs
Category 3
Class C
Category 5
Class D
Bandwidth
16 MHz
100 MHz
Cable Type
UTP
Link Cost
(Cat 5 =1)
0.7
Category
5E
Category 6
Class E
Category 7
Class F
100 MHz
200 MHz
600 MHz
UTP/FTP
UTP/FTP
UTP/FTP
SSTP
1
1.2
1.5
2.2
Cabo coaxial
Aplicações de cabo coaxial
• Meio versátil
• Distribuição de TV
—TV a cabo
• Transmissão de telefonia em longa distância
—Pode transportar 10.000 chamadas simultaneamente
—Está sendo substituído por fibra
• Conexão de sistemas computacionais a curta
distância
• Redes LAN
Características de transmissão
do cabo coaxial
• Analógico
—Amplificadores a cada poucos km
—Mais próximos se em altas frequencias
—Até 500MHz
• Digital
—Repetidor a cada 1km
—Mais próximos para altas taxas de dados
Fibra Óptica
Benefícios da fibra
• Maior capacidade
—Taxas de dados de centenas de Gbps
•
•
•
•
Menor tamanho e peso
Menor atenuação
Isolamento eletromagnético
Maior espaçamento entre repetidores
—Dezenas de km, no mínimo
Aplicações de fibras ópticas
•
•
•
•
Long-haul trunks
Metropolitan trunks
Rural exchange trunks
Subscriber loops – loop do assinante: de sua
casa até a central local
• LANs
• Obs: trunks são as vias de dados (troncos)
entre centrais telefônicas, os quais operam em
altas taxas.
Características de transmissão
da fibra óptica
• Age como guia de onda de 1014 a 1015 Hz
—Porções do infravermelho e espectro visível
• Light Emitting Diode (LED)
—Mais barato
—Faixa de temperatura de operação mais ampla
—Dura mais
• Injection Laser Diode (ILD)
—Mais eficiente
—Maior taxa de dados
• Wavelength Division Multiplexing
Optical Fiber Transmission
Modes
Freqüências utilizadas em
aplicações de fibras
Wavelength (in
vacuum) range
(nm)
Frequency
range (THz)
820 to 900
366 to 333
1280 to 1350
234 to 222
1528 to 1561
1561 to 1620
Band
label
Fiber type
Application
Multimode
LAN
S
Single mode
Various
196 to 192
C
Single mode
WDM
185 to 192
L
Single mode
WDM
Attenuation in Guided Media
Freqüências de transmissão
wireless
• 2GHz a 40GHz
—Microwave
—Altamente direcional
—Point to point – ponto a ponto
—Satélite
• 30MHz a 1GHz
—Omnidirectional
—Rádio broadcast
• 3 x 1011 to 2 x 1014
—Infrared
—Local
Antenas
• Condutor elétrico (ou sistema de…) usado para
irradiar energia eletromagnética ou colegar
energia eletromagnética
• Transmissão - Tx
—Converte sinal em energia eletromagnética
—Irradia pela vizinhança
• Recepção - Rx
—Energia eletromagnética alcança a antena
—Alimenta o receptor
• Mesma antena pode ser usada para Tx e Rc
Padrão de radiação
• Potência irradiada em todas as direções
• Não é o mesmo desempenho em todas as
direções
• Antena isotrópica é (teoricamente) um ponto no
espaço que
—Irradia em todas as direções igualmente
—Alcança um padrão de radiação esférico
Antena Parabólica
• Usada para microondas terrestres e via satélite
• Uma fonte colocada no foco da parábola, produzirá
ondeas refletidas pela parábola de forma paralela ao
eixo da mesma
— Cria (teoricamente) um feixe paralelo de luz, som ou rádio
• Na recepção, o sinal é concentrado no foco, onde o
detector é colocado
Antena parabólica
Ganho da antena / “Antenna Gain”
• Medida da direcionalidade da antena
• A potência de saída numa direção particular é
comparada com aquela produzida por uma
antena isotrópica
• Medida em decibéis (dB)
• Resulta na perda de potência em uma outra
direção
• Área efetiva relaciona-se ao tamanho e forma
Microondas terrestres
•
•
•
•
Disco parabólico – “parabolic dish”
Feixe focado – “focused beam”
Visada direta – “line of sight”
Teleco de longas distâncias – “Long haul
telecommunications”
• Aumentando a freqüência proporciona taxas
mais altas
Microondas via satélite
• Satélite é uma estação de comutação (“relay
station”)
• Satélite recebe em uma frequencia, amplifica ou
repete o sinal e transmite em outra frequencia
• Requer uma órgbita geoestacionária (“geostationary”
—Altura de 35,784km
• Televisão
• Telefonia de longa distância
• Redes de empresas (Private business networks)
Link satélite ponto a ponto
Link satélite broadcast
Rádio broadcast
•
•
•
•
•
Omnidirectional
Rádio FM
TV UHF e VHF
Visada diret
Sofre de interferência multi-percurso
—Reflexões
Infravermelho
• Visada direta (ou reflexão)
• Bloqueado por paredes
• Ex: controle remoto de TV, porta IRD, etc.
Propagação Wireless
• Sinais atravessam 3 possíveis rotas
—Onda de superfície - Ground wave
• Segue o contorno da terra
• Até 2MHz
• Rádio AM
—Sky wave
• Rádio amador, BBC world service, Voice of America
• Sinal refletido na ionosfera
—Visada direta - Line of sight
• Acima de 30Mhz
• Pode ir além da visada direta óptica devida à refração
Ground Wave Propagation superfície
Sky Wave Propagation
Line of Sight Propagation – visada
direta
Refração
• Velocidade da onda electromagnetica é uma função da
densidade do material
— ~3 x 108 m/s no vácuo, menor em qualquer outro meio
• Quando uma onda move de um meio para outro, sua
direção pode mudar
— Índice de refração
— Lei de Snell
• Pode causar uma curva gradual se a densidade do meio
varia
— Densidade da atmosfera decresce com a altitude
— Resultado é que as ondas de rádio se curvam em direção à terra
Refração (cont.)
Refração (cont.)
Horizonte óptico e de rádio
Transmissão em visada direta (Line
of Sight)
• Perda no espaço livre
— Sinal atenua com distância
— Maior para baixas freqüências (maior comprimento de onda)
• Absorção atmosférica
— Vapor de água e oxigênio absorvem sinais de rádio
— Água, maior em 22GHz, menor abaixo de 15GHz
— Oxigenio, maior em 60GHz, menor abaixo de 30GHz
— Chuva e neblina
• Multipercurso
— Melhor captar em visada direta, se possível
— Sinal pode ser refletido, e múltiplas cópias alcançarem receptor
— Pode não haver sinal direto
— Refletido pode reforçar ou até cancelar direto
• Refração
— Pode resultar em perda parcial ou total do sinal no receptor
Perda
no
espaço
livre
Interferência multi-percurso