Redes Parte 2 - Ondas, Informação e Sinal

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Esta é a segunda de um conjunto de apresentações que fiz para a disciplina de Redes de Computadores, que lecionei na faculdade e na escola. Engloba a parte de ondas, sinal e informação. Fala sobre os teoremas de Nyquist, a Lei de Shannon, ruídos, interferências, ecos... Muita coisa! Espero que seja útil.

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Redes Parte 2 - Ondas, Informação e Sinal

  1. 1. Fundamentos de Redes de Computadores Ondas, informação e sinal Prof. Ricardo J. Pinheiro
  2. 2. Resumo Ondas O que são. Elementos. Comprimento. Banda Sinal Analógico e digital Ruídos e interferências Tratamento do sinal Modulação Multiplexação Ricardo Pinheiro 2
  3. 3. O que são ondas? Uma perturbação oscilante de alguma grandeza física no espaço e periódica no tempo. Propaga-se através de um meio físico Ar, fios de cobre, tubos de vidro, vácuo, etc. Não transfere matéria, mas energia. Propagação da onda Gráfico de uma onda Ricardo Pinheiro 3
  4. 4. Tipos de ondas Mecânica Gerada por uma perturbação mecânica. Eletromagnética. Gerada por uma perturbação eletromagnética. Tipos de ondas Dente-de-serra Triangular Quadrada Ricardo Pinheiro 4
  5. 5. Elementos da onda Picos Pontos mais altos. Vales Pontos mais baixos. Ciclo de onda Distância entre dois vales ou dois picos. Amplitude Nível máximo (positivo ou negativo) alcançado pelo ciclo. Freqüência Quantos ciclos ocorrem por unidade de tempo. Medida padrão: Ciclos/segundo, ou Hertz (Hz). Ricardo Pinheiro 5
  6. 6. Elementos da onda Período Tempo gasto para ocorrer um ciclo. Relação: f = freqüência; T = período. Comprimento de onda: c = velocidade da onda (eletromagnética = 300.000 km/s; sonora = 1235 km/h) ; f = freqüência. Fase: Deslocamento do ciclo de onda. Ricardo Pinheiro 6
  7. 7. Espectro eletromagnético µm pm nm mm m km PHz THz GHz MHz kHz Ricardo Pinheiro 7
  8. 8. Sinal Definição Seqüência de estados em um sistema de informação que codifica uma mensagem. Materialização da informação, na forma de impulsos eletromagnéticos. Taxonomia de sinais Tempo discreto – seqüências de valores definidos em instantes de tempo periódicos. Tempo contínuo – estado definido em qualquer instante de tempo. Digitais – só podem assumir valores discretos, enumeráveis, normalmente de um conjunto limitado de valores possíveis. Analógicos – podem assumir qualquer valor real. Ricardo Pinheiro 8
  9. 9. Sinais analógico e digital Analógico Variação contínua de amplitude. Digital Variação discreta de amplitude. Qualquer informação pode ser codificada e transmitida por um sinal analógico ou digital. Ricardo Pinheiro 9
  10. 10. Banda passante e largura de banda Banda passante Intervalo de freqüências positivas que compõem o sinal. Largura de banda Diferença da maior para a menor freqüência da banda do sinal – tamanho da banda passante. Ricardo Pinheiro 10
  11. 11. Geradores de distorção nos sinais Causam distorções no sinal durante a transmissão. Interferências e ruídos Quantidade medida pela equação S = sinal; N = ruído. Unidade mais aceita é o decibel: P=potência ; P0 = potência de referência. Escala logarítmica Se P/P0 = 10, então PdB=10 dB. Se P/P0 = 100, então PdB=20 dB. Se P/P0 = 1000, então PdB=30 dB. Ricardo Pinheiro 11
  12. 12. Geradores de distorção nos sinais Tipos de ruídos 1. Ruído térmico (ou branco) Provocado pela agitação dos elétrons no meio. Presente em todos os dispositivos eletrônicos. 2. Ruído de intermodulação Sobreposição de freqüências no mesmo canal. Sinais com potência muito alta ou defeito. 3. Crosstalk Condutores próximos que induzem sinais entre si. 4. Ruído impulsivo. Não contínuo. Pulsos irregulares e com grandes amplitudes. Muito danoso em transmissões digitais. Ricardo Pinheiro 12
  13. 13. Geradores de distorção nos sinais Atenuação Potência cai com a distância. Perda de energia por calor e por radiação. Queda logarítmica - decibéis/unidade de comprimento. Uso de repetidores para regenerar o sinal, desde que a atenuação não ultrapasse um máximo. Eco Efeitos parecidos aos gerados pelo ruído. Mudança de impedância gera reflexões de sinal. Uso de terminadores e transceptores de alta impedância para absorver os sinais e evitar a reflexão. Ricardo Pinheiro 13
  14. 14. Construção do sinal Todo sinal periódico pode ser escrito como uma soma de senos e cossenos de diversas freqüências (Fourier, século XIX) Série de Fourier. Cada componente é um harmônico do sinal. Ricardo Pinheiro 14
  15. 15. Construção do sinal Conversão do sinal ↔digital analógico Quanto maior a banda passante, mais harmônicos podem ser passados através do meio. Quanto mais harmônicos, o sinal recebido estará mais próximo do sinal original. Ricardo Pinheiro 15
  16. 16. Taxa de transferência Taxas de transmissão Bps: bits por segundo. Bauds: número de intervalos de sinalização por segundo. Teorema de Nyquist Capacidade máxima de um canal sem ruído algum, dada a sua banda passante. Lei de Shannon Capacidade máxima de um canal com ruído térmico, dada a sua banda passante. C = capacidade; W = largura de banda; S = pot. do sinal; N = pot. do ruído; L = no. de níveis usado na codificação. Ricardo Pinheiro 16
  17. 17. Conversão de sinal Ricardo Pinheiro 17

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