Características da transmissão                     Valter Roesler

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  1. 1. Características da transmissão Valter Roesler Página 1 Comunicação de Dados 1 CARACTERÍSTICAS DA TRANSMISSÃO • A direção do fluxo de dados pode ser do tipo simplex, half-duplex ou full-duplex; • Pode-se ter transmissão digital ou analógica; • A transmissão pode ser serial (síncrona e assíncrona) ou paralela; • Largura de banda • Pode-se transmitir um sinal em banda base ou com modulação. 1.1 Direção do fluxo de dados 1.1.1 Canais Simplex A informação é transmitida em uma única direção, ou seja, somente do transmissor para o receptor, como mostra a figura a seguir. Um exemplo deste tipo de transmissão é a comunicação entre um computador e uma impressora. Neste caso, a impressora somente recebe a informação e o computador somente envia os dados. Transmissor Receptor 1.1.2 Half-duplex A informação é transmitida em ambos os sentidos, de modo alternado, ou seja, em um determinado instante a informação só vai ou só vem, a fim de evitar conflitos na linha de dados. Um exemplo de comunicação half-duplex é entre duas pessoas utilizando um canal de rádio tipo PX. Quando uma pessoa fala a outra deve escutar. Quando a primeira pessoa termina de falar, diz "câmbio" e libera o canal para a outra pessoa, que pode então utilizar o canal. Transmissor Receptor Em um sistema de comunicação de dados via modem utilizando um canal half- duplex a dois fios, existe um tempo necessário para comutar a direção da transmissão, denominado tempo de "turnaround", normalmente na faixa entre 100 e 400 ms. Esse tempo depende da linha, do modem e dos supressores de eco (se houver). Os supressores de eco são dispositivos que detectam a fala humana de um lado da conexão e eliminam todos os sinais que venham da outra direção (eco).
  2. 2. Características da transmissão Valter Roesler Página 2 Comunicação de Dados Quando uma pessoa para de falar e a outra começa, o supressor de eco altera sua direção, permitindo sinais do outro lado e eliminando os sinais deste lado. A figura a seguir mostra seu funcionamento /TAN 96/. Eles são utilizados em ligações telefônicas em linhas com mais de 2000 Km, pois nesses casos a fala de uma pessoa pode ecoar no outro lado da linha e produzir eco, que é indesejável e prejudica a conversa. O problema da utilização de supressores de eco em transmissão de dados é que a comunicação Full-Duplex torna-se impossível. Além disso, o tempo de comutação dos supressores torna a transmissão lenta. Para superar este problema, convencionou-se a utilização de um sinal puro de 2100 Hz para inibir os supressores de eco enquanto o sinal de linha estiver presente. 1.1.3 Full-duplex A informação é transmitida em ambos os sentidos de modo simultâneo. Normalmente é uma transmissão a 4 fios, ou seja, dois pares de fios. Entretanto, existe uma forma de utilizar transmissão full-duplex a dois fios, alocando parte da largura de banda para a comunicação A->B e a outra parte para a comunicação B->A. Transmissor Receptor
  3. 3. Características da transmissão Valter Roesler Página 3 Comunicação de Dados 1.2 Transmissão analógica e digital 1.2.1 Transmissão analógica Na transmissão analógica, os sinais elétricos variam continuamente entre todos os valores possíveis, permitidos pelo meio físico de transmissão. VANTAGENS: precisa de uma pequena largura de banda para transmitir o sinal; DESVANTAGENS: quando necessita repetidor, o repetidor amplifica também o ruído. 1.2.2 Transmissão digital Na transmissão digital, envia-se uma série de sinais, que tem apenas dois valores ou uma gama discreta de valores, e correspondem à informação que se deseja transmitir. VANTAGENS: • Quando necessita repetidor, há uma regeneração do sinal, pois ele é digital e pode ser totalmente recuperado, eliminando completamente o ruído até aquele ponto da transmissão. • Os avanços da microeletrônica estão permitindo circuitos digitais a preços cada vez mais baixos. Circuitos analógicos são muito caros e pouco próprios para integração e produção em larga escala • Em comunicação digital pode-se integrar facilmente voz, dados e imagem num mesmo tronco de comunicação, já que tudo é representado por bits. • Os sinais analógicos são de difícil encriptação. • Os sistemas de comunicação nacionais e internacionais são cada vez mais baseados em troncos de fibra ótica, que estão totalmente estruturados em comunicação digital.
  4. 4. Características da transmissão Valter Roesler Página 4 Comunicação de Dados • A comunicação ótica (projetada para ser a tecnologia do futuro), é projetada para comunicação digital. • Consegue-se transmitir muito mais informação em sinais digitais • As funções de roteamento, comutação, armazenamento e controle, próprias de um sistema de comunicação, são mais facilmente realizadas pelos sistemas digitais (computadores e centrais de programa armazenado – CPAs, roteadores, etc). DESVANTAGENS: como o sinal é digital (onda quadrada), precisa de uma grande largura de banda para executar a transmissão. 1.3 Transmissão paralela e serial dos dados 1.3.1 Transmissão paralela Na transmissão paralela o caracter (ou código) é transmitido de uma vez só, no mesmo instante. A seguir, o próximo conjunto de bits é preparado para ser enviado. A figura a seguir ilustra um exemplo onde são transmitidos 8 bits (1 byte) por vez. Observe que são necessárias 10 linhas para executar a transmissão. São elas: • DADOS: 8 linhas, cada uma contendo 1 bit • REF: referência ou ground • STB: strobe - aviso que todas as linhas de dados estão na tensão correta (1 ou 0) e o receptor pode ler a informação. 8 linhas de dados receptor transmissor ref stb A transmissão paralela é onerosa, devido à quantidade de linhas exigidas para fazer a transmissão, entretanto, é bastante rápida, pois o caracter é transmitido completo e no mesmo instante. Um exemplo de transmissão paralela de dados é a comunicação entre um computador pessoal (PC) e uma impressora paralela, cujo conector é mostrado na figura a seguir e a pinagem na tabela seguinte http://www.fortunecity.com/skyscraper/ photoshop/129/hwb/menu_Connector.html.
  5. 5. Características da transmissão Valter Roesler Página 5 Comunicação de Dados Pin Name Dir Description 1 /STROBE Strobe 2 D0 Data Bit 0 3 D1 Data Bit 1 4 D2 Data Bit 2 5 D3 Data Bit 3 6 D4 Data Bit 4 7 D5 Data Bit 5 8 D6 Data Bit 6 9 D7 Data Bit 7 10 /ACK Acknowledge 11 BUSY Busy 12 PE Paper End 13 SEL Select 14 /AUTOFD Autofeed 15 /ERROR Error 16 /INIT Initialize 17 /SELIN Select In 18 GND Signal Ground 19 GND Signal Ground 20 GND Signal Ground 21 GND Signal Ground 22 GND Signal Ground 23 GND Signal Ground 24 GND Signal Ground 25 GND Signal Ground 1.3.2 Transmissão serial Na transmissão serial tem-se apenas duas linhas para enviar a mensagem, sendo que uma delas é a referência (ou ground), e a outra é a linha de sinal. Assim, os bits são transmitidos um por vez, exigindo um protocolo especial entre transmissor e receptor para marcar certas características da transmissão, como início dos dados, velocidade dos bits, e outras que dependem do tipo de protocolo. A transmissão serial pode ser de dois tipos: assíncrona e síncrona. 1.3.2.1 Transmissão serial assíncrona Os bytes são enviados um a um, com caracteres especiais marcando o início do byte e seu final, conforme pode ser visto na figura abaixo. estado inicial da linha d0 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 P start bit stop bit A linha encontra-se inicialmente em um estado ocioso. Quando o transmissor quer enviar o byte, manda um bit de "start", que informa ao receptor que os próximos bits serão os dados. Após enviar os bits de dados, é possível enviar um bit de paridade (opcional), utilizado para conferir se os dados foram enviados corretamente.
  6. 6. Características da transmissão Valter Roesler Página 6 Comunicação de Dados Finalmente, é enviado o stop bit, que coloca a linha novamente no estado original e marca o término da transmissão daquele byte. É possível então enviar um novo byte, da mesma forma que foi enviado este, e assim por diante até o término da mensagem. Um aspecto importante deste tipo de transmissão é que para cada byte enviado são necessários bits adicionais para correto reconhecimento dos dados. Assim, para transmitir 8 bits de informação, é necessário enviar 10 bits (se paridade desligada) ou 11 bits (se paridade ligada). A paridade serve para detecção de erros no byte. Assim, se estiver configurado paridade par, e o byte a ser transmitido for “10100100”, o bit de paridade deverá ser bit “1”, pois existem 3 “1”s no byte, e precisa de mais um para formar um número par (quatro bits “1”, no caso). O receptor vai analisar os bits de dados mais o bit de paridade, somando todos os bits “1”. Se o resultado não for par, ele detecta que houve erro na transmissão. Note que se dois bits virarem, o receptor acha que a transmissão está correta, mas na verdade existe um erro duplo. O protocolo serial de um computador tipo IBM PC permite a configuração dos seguintes modos de transmissão: • Informação (dados úteis): 5 a 8 bits • Paridade: par, impar ou sem paridade • Stop bit: largura de 1 bit, 1,5 bits ou 2 bits • Velocidade: 1.200, 2.400, 4.800, 9.600, 19.200, ... 115.200 bps No IBM PC, o chip que faz a conversão dos caracteres ASCII para a transmissão via interface serial é conhecido como UART (Universal Asynchronous Receiver Transmiter), e é utilizado um nível de tensão de -12V para representar o nível "1" lógico e +12V para representar o nível "0" lógico. A figura a seguir mostra o conector db9 no computador e sua respectiva tabela de pinos. http://www.fortunecity.com/skyscraper/photoshop/129/hwb/menu_Connector. html. Tabela com pinos do DB9 – “9 PIN D-SUB MALE at the Computer” Pin Name Dir Description 1 CD Carrier Detect 2 RXD Receive Data 3 TXD Transmit Data 4 DTR Data Terminal Ready 5 GND System Ground 6 DSR Data Set Ready 7 RTS Request to Send 8 CTS Clear to Send 9 RI Ring Indicator Exercício: Suponha uma linha serial assíncrona com taxa de transmissão de 33,6 kbit/s. Quanto tempo leva para enviar um arquivo de 2Mbytes? Suponha a serial configurada como 8 bits de dados, 1 stop bit e paridade ímpar.
  7. 7. Características da transmissão Valter Roesler Página 7 Comunicação de Dados 1.3.2.2 Transmissão serial síncrona A transmissão serial síncrona caracteriza-se pelo fato dos bits de informação serem enviados em blocos. Desta forma, os bits de um caractere são seguidos imediatamente pelos do próximo, não havendo bits de start e stop entre eles. A transmissão total pode ser representada como mostra a seguinte figura: Block Check Character sincronização informação BCC O bloco de sincronização consiste de alguns caracteres especiais que avisam ao receptor que está para iniciar a transmissão de uma mensagem. O bloco de informação consiste basicamente na mensagem que deve ser enviada, juntamente com os respectivos cabeçalhos. A mensagem útil pode ficar, por exemplo, na faixa de 512 bytes. O BCC é um caractere especial enviado ao final da mensagem com o objetivo de verificar a ocorrência ou não de erros de transmissão. Em caso de erro, o receptor deve solicitar a retransmissão da mensagem. Vantagens da transmissão serial síncrona: • maior eficiência (relação entre informação útil e bits redundantes) • maior segurança na sincronização • melhores métodos de detecção de erros • maior velocidade Desvantagens: • Exigência de buffer, implicando custo mais alto; • perda de maior quantidade de informação em caso de erro de sincronização ou de transmissão. 1.3.3 Comparação entre transmissão serial e paralela 1.3.3.1 Custo A transmissão serial possui um custo de linha bem menor do que a transmissão paralela, entretanto, requer um esforço maior de hardware e software para serializar os bytes antes de executar a transmissão. Para distâncias superiores a 150m, o custo da transmissão paralela torna-se praticamente proibitivo. 1.3.3.2 Velocidade e distância A velocidade que pode ser conseguida através da transmissão paralela é bem maior do que na transmissão serial. Em ambos os tipos de transmissão, a velocidade que pode ser conseguida é inversamente proporcional à distância, como pode ser visto na figura a seguir.Normalmente, a distância na transmissão paralela de dados não passa de 30m. A transmissão serial é utilizada de poucos metros até milhares de quilômetros.
  8. 8. Características da transmissão Valter Roesler Página 8 Comunicação de Dados 1.3.3.3 Atenuação e amplificação Quando um sinal elétrico é transmitido através de um fio, existe perda do sinal, que torna-se mais significativa conforme a distância. Para compensar tal perda, pode-se utilizar transmissores de maior potência ou amplificadores de sinal em determinados pontos do percurso. A amplificação de um sinal serial é bem mais simples que a amplificação de vários sinais em paralelo: problemas de fase e sincronismo associados com a amplificação de muitos sinais em paralelo pode resultar num aumento significativo de custos. 1.3.3.4 Conclusão Comparando a transmissão bit-paralela e bit-serial, pode-se concluir que cada uma delas tem aplicações onde é mais adequada. Para comunicações em alta velocidade e a pequenas distâncias é preferível a transmissão paralela. Para longas distâncias e menores velocidades, a transmissão serial é normalmente a única alternativa. 1.4 Largura de banda A largura de banda de um canal de comunicação é a diferença entre a maior e a menor freqüência que pode ser utilizada por este canal. Esta limitação pode ser física (devido ao tipo de meio físico utilizado) ou imposta através de filtros (como no canal telefônico). Como exemplo de limitação de largura de banda imposta, temos o canal telefônico, que tem uma largura de banda de 4 KHz. Qualquer sinal acima disto é filtrado e descartado da transmissão. Isto é necessário no sistema telefônico devido ao fato da companhia telefônica utilizar as mesmas linhas para transmitir mais de uma ligação telefônica simultaneamente, através da multiplexação por divisão de freqüência, que será visto adiante. Praticamente todo o espectro de freqüência está dividido em bandas, reservado para rádio AM, rádio FM, polícia, satélite, faixa do cidadão, televisão, e assim por diante. A figura a seguir mostra uma parte do espectro de freqüências /TAN 96/, e as tabelas a seguir mostram alguns exemplos de utilização do espectro. Na página da disciplina tem a tabela de freqüências padronizada no Brasil pela Anatel.
  9. 9. Características da transmissão Valter Roesler Página 9 Comunicação de Dados A tabela a seguir mostra os canais de FM - Faixa de VHF Canal MHz Canal MHz Canal MHz Canal MHz Canal MHz Canal MHz 201 88,1 218 91,5 235 94,9 252 98,3 269 101,7 286 105,1 202 88,3 219 91,7 236 95,1 253 98,5 270 101,9 287 105,3 203 88,5 220 91,9 237 95,3 254 98,7 271 102,1 288 105,5 204 88,7 221 92,1 238 95,5 255 98,9 272 102,3 289 105,7 205 88,9 222 92,3 239 95,7 256 99,1 273 102,5 290 105,9 206 89,1 223 92,5 240 95,9 257 99,3 274 102,7 291 106,1 207 89,3 224 92,7 241 96,1 258 99,5 275 102,9 292 106,3 208 89,5 225 92,9 242 96,3 259 99,7 276 103,1 293 106,5 209 89,7 226 93,1 243 96,5 260 99,9 277 103,3 294 106,7 210 89,9 227 93,3 244 96,7 261 100,1 278 103,5 295 106,9 211 90,1 228 93,5 245 96,9 262 100,3 279 103,7 296 107,1 212 90,3 229 93,7 246 97,1 263 100,5 280 103,9 297 107,3 213 90,5 230 93,9 247 97,3 264 100,7 281 104,1 298 107,5 214 90,7 231 94,1 248 97,5 265 100,9 282 104,3 299 107,7 215 90,9 232 94,3 249 97,7 266 101,1 283 104,5 300 107,9 216 91,1 233 94,5 250 97,9 267 101,3 284 104,7 217 91,3 234 94,7 251 98,1 268 101,5 285 104,9 A tabela a seguir mostra os canais de TV - Faixa de VHF Canal MHz Canal MHz Canal MHz Canal MHz 1 41-47 5 76-82 9 186-192 13 210-216 2 54-60 6 82-88 10 192-198 3 60-66 7 174-180 11 198-204 4 66-72 8 180-186 12 204-210 A tabela a seguir mostra os canais de TV - Faixa de UHF Canal MHz Canal MHz Canal MHz Canal MHz 14 470-476 28 554-560 42 638-644 56 722-728 15 476-482 29 560-566 43 644-650 57 728-734 16 482-488 30 566-572 44 650-656 58 734-740 17 488-494 31 572-578 45 656-662 59 740-746 18 494-500 32 578-584 46 662-668 60 746-752
  10. 10. Características da transmissão Valter Roesler Página 10 Comunicação de Dados 19 500-506 33 584-590 47 668-674 61 752-758 20 506-512 34 590-596 48 674-680 62 758-764 21 512-518 35 596-602 49 680-686 63 764-770 22 518-524 36 602-608 50 686-692 64 770-776 23 524-530 37 608-614 51 692-698 65 776-782 24 530-536 38 614-620 52 698-704 66 782-788 25 536-542 39 620-626 53 704-710 67 788-794 26 542-548 40 626-632 54 710-716 68 794-800 27 548-554 41 632-638 55 716-722 69 800-806 1.5 Largura de banda em centrais públicas de telefonia Os sinais de voz que partem do ser humano são analógicos e sonoros, ou seja, o ar é empurrado com mais ou menos intensidade, um determinado número de vezes por segundo, gerando uma onda que se propaga. Quando atinge um ouvido, este decodifica as ondas sonoras e as transforma em percepções ao cérebro, que identifica um padrão e monta uma mensagem. A freqüência da voz humana, ou seja, o número de vezes por segundo que o ar é empurrado, é dada pelas cordas vocais, gerando um som mais agudo (de maior freqüência), ou mais grave (de menor freqüência). Normalmente, o ser humano consegue emitir sinais sonoros aproximadamente entre 100 Hz e 8.000 Hz (8KHz). Um ouvido humano perfeito consegue captar aproximadamente de 16 Hz a 18.000 Hz. Entretanto, numa conversação normal, geralmente não se passa de 3KHz. Assim, visando utilizar melhor o canal, criou-se uma largura de banda de 4KHz para canais de telefonia, que é o que utilizamos atualmente em nossas ligações. O motivo básico para isso é que o sistema de telefonia utiliza os canais de forma multiplexada1, necessitando alocar uma determinada largura de banda para cada canal de voz. Em testes práticos, julgou-se que a faixa de freqüências entre 300Hz e 3400Hz permitia uma conversação normal. Desta forma, utiliza-se filtros eletrônicos para cortar sinais com freqüências acima disto. O valor de 4KHz é utilizado como uma tolerância para evitar interferências entre canais multiplexados lado a lado. A figura a seguir ilustra isso. Amplitude do sinal Canal de Voz Telefônico 300 Hz 3,4 Khz 4 kHz Banda passante: 3,1 kHz Freqüência Banda nominal 4 kHz Isso foi feito para conseguir mais ligações entre centrais públicas utilizando o mesmo meio físico, que é o princípio da multiplexação, visto através da figura a seguir. 1 Multiplexar é utilizar a mesma linha física para transmitir vários canais
  11. 11. Características da transmissão Valter Roesler Página 11 Comunicação de Dados Limita em 4KHz CENTRAL CENTRAL PÚBLICA PÚBLICA Vários canais de 4KHz multiplexados na mesma linha Em resumo, pode-se concluir que foi criada uma limitação de 4KHz nos canais de telefonia, a fim de poder multiplexar mais canais nas comunicações entre centrais públicas diferentes, gerando economia e dando uma resposta satisfatória ao usuário. Exemplificando, caso você esteja assistindo ao vivo uma orquestra sinfônica e queira telefonar a uma pessoa para ela escutar como estão bonitas as músicas, tenha certeza que o seu interlocutor não vai conseguir perceber o que você está ouvindo, pois o som estará limitado em menos de 4KHz, e instrumentos como o piano trabalham normalmente entre 20Hz a 7KHz (chegando a 18 KHz), e o violino vai de 200Hz a 10KHz (chegando a 20KHz).

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