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1.1
Capítulo 4-5
Transmissão Digital e Analógica
2º Unidade
Prof. Rodrigo Ronner
rodrigoronner@gmail.com
rodrigoronner.blogspot.com
Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.
• Dados e Sinais 1º Unidade
– Sinais analógicos e digitais
– Sinais Periódicos x Não periódicos
– Período e Frequência
– Domínio do Tempo x Frequência
– Sinal composto e meio de transmissão
– Largura de banda
– Perda na Transmissão
– Limite na Taxa de Transmissão de Dados
– Taxa de Transferência
• Desempenho 1º Unidade
– Largura de Banda
– Largura de Banda em Hertz
– Largura de Banda em Bits por Segundo
– Throughput
– Latência (Retardo)
– Tempo de Propagação
– Tempo de Transmissão
– Tempo de Fila
– Jitter
• Transmissão Digital e Analógica 2º Unidade
– Principais combinações de dados e Sinais
– Transmissão Analógica
– Conversão Digital-Digital
– Transmissão Digital Vantagens
– Codificação em Linha
• Esquemas de codificação: unipolar, polar e
bipolar
• codificação polar os esquemas NRZ, RZ,
Manchester e Manchester Diferencial
– Codificação em Bloco
• Fases da codificação de bloco
• 4B/5B
• Modos de Transmissão 2º Unidade
– Serial
– Paralela
• Códigos de Dados 2º Unidade
– EBCDIC
– ASCII
– Unicode
• Multiplexação 3º Unidade
 FDM
 TDM
 FDM versus TDM
 WDM
 FDMA
 Espalhamento de frequência
– FHSS (Frequency Hopping Spread
Spectrum)
– DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum)
• Comutação 3º Unidade
 Comutação Circuitos
 Comutação Pacotes
 Comutação de Mensagens
• Técnicas de Detecção de Erros 3º Unidade
 Prevenção de Erros
 Detecção de Erros
 Controle de erros
• Seminário 3º Unidade
 -Sonet e Ethernet
-
Sumário
Principais combinações da dados e
sinais
• Dados Analógicos transmitidos por sinais
analógicos.
• Dados Digitais transmitidos por sinais digitais.
• Dados Digitais transmitidos por sinais analógicos.
• Dados analógicos transmitidos por sinais digitais.
5
Principais combinações da dados e
sinais
Dados Analógicos transmitidos por
sinais analógicos
Trasmissão Analógica
• Transmissão de dados analógicos com sinais analógicos
– Das quatro combinações de dados e sinais, a conversão de
dados analógicos em sinal analógico é provavelmente a
mais simples de se compreender.
– A operação básica a ser executada é a modulação (é o
processo de enviar dados por um sinal, variando sua
amplitude, frequência ou fase.)
Exemplo:
Os telefones fixos, as rádios AM e FM e a TV analógica são os
exemplos mais comuns de conversão de dados analógico em
sinal analógico.
Modulação em Amplitude
• Na transmissão AM, o sinal da portadora é modulado de forma que sua amplitude
varie com as variações de amplitude do sinal modulador.
• A frequência e a fase da portadora permanecem inalteradas; somente a amplitude
muda para acompanhar as variações nas informações.
• A) Sinal Modulador
• B) Frequência da Portadora
• C) Sinal Modulado
A portadora é um sinal analógico em forma de onda (tipicamente senoidal) que será
modulado (alterado) para representar a informação a ser transmitida. A portadora é,
geralmente, de frequência superior à do sinal modulador (o sinal que contém a
informação).
A portadora é utilizada na radiodifusão. Os sinais de modulação em frequência (FM) e
de modulação em amplitude (AM) são ambos transmitidos com o auxílio de
frequências específicas na portadora. A frequência própria de uma estação de rádio é,
na verdade, a frequência central da portadora.
Modulação em Amplitude
• As estações AM pode usar frequências de
portadora dentro do intervalo de 530 a 1.700
kHz (1,7 MHz).
• Entretanto, a frequência de portadora de cada
estação deve estar afastada em relação às
estações vizinhas de cada lado em pelo menos
10kHz, para evitar interferências.
Modulação em Frequência
• A frequência do sinal da portadora é modulada para acompanhar as mudanças de
tensão (amplitude) do sinal modulador.
• A amplitude máxima e a fase do sinal da portadora permanecem inalterados, mas
à medida que a amplitude do sinal modulador muda, a frequência da portadora
muda de forma correspondente
Modulação em Frequência
• A largura de banda para transmissão de um sinal de
áudio (voz e música) em estéreo é quase 15kHz.
• O FCC autoriza 200kHz (0,2MHz) para cada estação.
• As estações podem ter frequências de portadora entre
88 e 108 MHz.
• As estações têm de estar separadas pelo menos por
200 kHz para impedir que suas larguras de banda se
sobreponham.
• Existem 100 possíveis larguras de banda FM em uma
área, das quais 50 podem operar a qualquer momento.
Modulação em Fase
• A fase do sinal da portadora é modulada para acompanhar as mudanças
no nível de tensão (amplitude) do sinal modulador.
• A amplitude e a frequência máxima do sinal da portadora permanecem
inalterados, mas a medida que a amplitude do sinal modulador muda,
também muda a fase da portadora.
Transmissão Digital CAP4 PAG101
• Conversão Digital-Digital
• Como podemos representar dados digitais por meio de
sinais digitais.
• A conversão envolve três técnicas: codificação em
linha, codificação de blocos e mistura de sinais.
• A conversão de linha é sempre necessária: a
codificação de blocos e a mistura de sinais não
necessariamente.
Dados Digitais transmitidos por sinais
Digitais
Transmissão digital
• É a forma pela qual transmitimos dados por
um meio no formato digital
• Os dados podem ser colocados no meio
através de técnicas de codificação de linha ou
de codificação de blocos
Transmissão Digital
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.
Transmissão Digital
Vantagens
• 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.
• A comunicação ótica (projetada para ser a tecnologia do futuro), e
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.
Codificação em Linha
Codificação em Linha
• É o processo de conversão de dados digitais em sinais digitais , partimos do
pressuposto de que os dados, na forma de texto, números, imagens, aúdio ou
vídeo, são armazenados na memória do computador como sequencia de bits.
• A Codificação de linha converte uma sequencia de bits em um sinal digital. No
emissor, os dados digitais são codificados em um sinal digital; no receptor, os
dados são recriados, reconvertendo-se o sinal digital.
Características
• Nível de sinal x Nível de codificação: Como se
viu um sinal digital tem um número finito de
estados, porém somente uma parte desses
níveis pode ser utilizado para representar
dados.
• A quantidade de níveis possíveis chamamos
de níveis de sinal e o número de valores que
podemos representar dados, chamamos de
níveis de codificação de dados.
Características
Características
• Relógio de Sincronismo x bits por segundo: o relógio de
sincronismo define o número de pulsos por segundo, um
pulso é a quantidade de tempo mínima requerida para
transmitir um símbolo.
• Vimos que o número de bits por segundo é a quantidade de
bits enviados em um segundo.
• Se em um pulso é transportado apenas um bit, o número de
bits por segundo será igual ao relógio de sincronismo.
Características
• Componentes DC: Alguns esquemas não eliminam a
componente DC de corrente contínua residual da linha, isso
gera problemas como distorção do sinal e erros de saída.
• Constituem um problema para um sistema que não seja capaz
de deixar passar baixas frequências ou para um sistema que
use acoplamento elétrico (por meio de um transformador).
• Por Exemplo: Uma linha telefônica não é capaz de deixar
passar frequências abaixo de 200 Hz. Da mesma forma, um
link de longa distancia poderá usar um ou mais
transformadores para isolar eletricamente partes distintas de
uma linha.
• Para tais sistemas, precisamos de uma estratégica para
eliminar componentes DC
Características
• Um problema comum da codificação de linha é a sequência de bits
iguais consecutivos (1111111...). Imagine uma transmissão síncrona
com o transmissor e receptor utilizando relógios distintos. Onde relógio
do receptor está 0,1% mais rápido que o relógio do transmissor.
Quantos bits extras por segundo o receptor irá receber se a
comunicação acontece numa taxa de 1kbps? E a 1Mbps ?
• A 1 Kbps:
• 1000 bits enviados ->1001 bits recebidos ->1 bit extra
• A 1 Mbps:
• 1,000,000bits enviados ->1,001,000bits recebidos ->1000bits extra
• Uma das soluções para este problema é a auto sincronização, que
consiste em ajustar os bits recebidos de acordo com o slot de tempo do
receptor, reduzindo erros de não sincronização de relógio.
Características
• Auto-sincronização: Para que os sinais oriundos do
transmissor sejam interpretados de forma adequada
pelo receptor, é importante que os intervalos
gerados por ambos sejam iguais
• Se a cadência dos clocks forem diferentes os dados
recebidos serão diferentes dos enviados.
• Um sinal auto-sincronizado inclui a informação de
sincronismo nos dados que estão sendo
transmitidos. Ex: preâmbulo ethernet.
Características
Efeito da falta de sincronismo
Esquemas de codificação
• Podemos dividir o esquema de codificação em
três grandes grupos:
• Unipolar = NRZ
• Polar = NRZ-I, NRZ-L, RZ e Bifásico
(Manchester e Manchester Diferencial)
• Bipolar = AMI e Pseudoternário
Unipolar (NRZ)
• Todos os níveis se sinal encontram em um dos lados do eixo do tempo,
acima ou abaixo dele.
• NRZ (non-return-to-zero) no qual a voltagem positiva define o bit 1 e a
voltagem zero define o bit 0.
• Ele é chamado de NRZ porque o sinal não retorna a zero no meio do bit.
• Problema de Componente DC
• Problema de sincronismo para cadeias longas
Polar
• Usam-se 2 níveis de tensão para representar
os dados, o que resolve o problema de
componente DC, são exemplos de codificação
polar os esquemas NRZ-L, NRZ-I, Manchester
e Manchester Diferencial
NRZ-L (NRZ-Level)
• Na codificação NRZ o valor do sinal sempre é positivo
ou negativo, existem 2 formas de codificação NRZ, no
esquema NRZ-L o nível de sinal depende do bit que
ele transporta, normalmente uma tensão positiva
para o bit 0 e uma tensão negativa para o bit 1, o que
gera um problema para sequências muito longas
(pois para o receptor haverá quase como uma tensão
contínua no meio, para evitar esses problemas o
receptor deverá confiar no clock.
NRZ-I (NRZ-Invert)
• No esquema NRZ-I, a representação do bit 1 é
feita através de uma transição de estado
• Uma cadeia de de 0´s ainda é complicada
porque pode fazer com que o sincronismo se
perca com o tempo.
NRZ
RZ
• No esquema RZ usa-se 3 valores de tensão,
positivo, zero e negativo.
• As transições não acontecem no meio do bit
• Como para cada bit a codificação usa uma
transição a largura de banda necessária é
maior.
Bit 1 – transição positivo-zero;
Bit 0 – transição negativo-zero.
RZ
Manchester
• Usa uma inversão no meio de cada intervalo de sincronismo tanto para
sincronização quanto para representação de um bit.
• Uma transição positiva (do nível negativo para positivo representa o
bit 1) e uma transição negativa ( no nível positivo para negativo
representa um bit 0)
• Para transmitir um 1 , o sinal altera-se de baixo para cima no meio do
intervalo; para transmitir 0, o sinal altera-se de cima para baixo no
meio do intervalo.
• Se o sinal estiver abaixo e o bit seguinte a ser transmitido for 0, o sinal
tem de ser mover de baixo para cima no início do intervalo para poder
fazer a transição de cima para baixo no meio.
• A codificação manchester é utilizada na maioria das redes locais para
a transmissão de dados digitais por um cabo de rede.
Manchester
Manchester Diferencial
• É similar ao esquema manchester, pois sempre há uma
trasição no meio do intervalo.
• De modo diferente do código Manchester, a direção dessa
transmissão no meio não diferencia um 0 de um 1.
• Ao contrário, se há uma transição no início do intervalo, um
0 está sendo transmitido. Se não há uma transição no inicio
um 1 está sendo transmitido.
• Também é utilizada na maioria das redes locais para a
transmissão de dados digitais por um cabo de rede.
Manchester Diferencial
Resumo
• Os códigos Manchester sempre apresentam transição no meio do bit, o que
permite que o receptor se sincronize com sinal de entrada.
• Os esquemas Manchester são chamado de autossincronizados, pois a ocorrência
de transição regulares é similar aos segundos de um relógio.
• A grande desvantagem dos esquemas Manchester é que em cerca de metade dos
casos haverá duas transições para cada bit.
• Importante:
• O número de vezes que um sinal se altera por segundo é chamado taxa de
transmissão de símbolos ou simplesmente baud rate.
Manchester versus NRZ
41
Bipolar
• Usa 3 níveis, como o RZ, mas diferente do RZ o nível 0
representa o bit 0 e os valores negativos e positivos
representam o bit 1.
• O esquema bipolar apresenta duas desvantagens
evidentes.
– Primeiro, como se pode perceber temos novamente o
problema de sincronização de uma longa sequência de
“0s”, conforme ocorria nos esquemas NRZ.
– Segundo, agora o hardware tem de ser capaz de gerar e
reconhecer tanto voltagens negativas como positivas.
• Exemplo codificação AMI
Bipolar
44
Bipolar-AMI
• O esquema de codificação bipolar-AMI é único entre todos os esquemas de
codificação, pois utiliza três níveis de tensão:
• Quando um dispositivo transmite um binário 0, a tensão nula é transmitido;
• Quando o dispositivo transmite um binário 1, pode ser feito a tensão positiva
ou uma tensão negativa é transmitida;
• A tensão depende transmitida depende de como o valor 1 foi transmitido pela
primeira última vez. Por Exemplo, se o último binário 1 transmitiu a tensão positiva,
o binário seguinte transmitirá tensão negativa.
• Qual destes é transmitida depende do valor binário 1, que foi transmitida
última.
Codificação de Blocos
Codificação de Blocos
• Feita para melhorar o desempenho da
codificação por linha.
• Melhora a redundância e verifica erros.
• A codificação de blocos é normalmente
conhecida como decodificação mB/nB; ela
substitui cada grupo de m bits por um grupo
de n bits.
Fases da codificação de bloco
• Divisão: a cadeia de bits é dividida em grupos de m
bits de tamanho. Exemplo na codificação 4B/5B, a
sequência original é dividida em grupos de 4 bits.
• Substituição: os grupos de m bits são substituídos
por grupos de n bits.
• Codificação de Linha: depois de substituir escolhe-se
um esquema de codificação de linha para enviar o
sinal.
4B/5B
• Grupos de quatro bits de dados são mapeados em
grupos de cinco bits.
• Devidamente escolhidos para evitar longas sequências de
0s e 1s
• Cada código não possui mais de um 0 no início e mais
de dois 0s no fim.
– Nenhum código pode ter mais de três 0s seguidos
• Combinações em relação aos 0s fornecem transições
suficientes para a sincronização dos relógios.
• Códigos transmitidos usando NRZI.
– Por isso só há preocupação com os 0s
Uso da Codificação de Blocos 4B/5B
com Método de codificação de linha
NRZ-I
Codificação de blocos - substituição
Blocos de Códigos
• 4B/5B: 4 bits para 5 bits
• 8B/10B: 8 bits para 10 bits
• 8B/6T: 8 bits para 6 símbolos ( requer menos
largura de banda)
Exercícios
1) Por que os dados analógicos têm de ser modulados em sinal analógico?
2) Qual a diferença entre taxa de transmissão de símbolos e bits por segundo?
3) Quais são as principais vantagens dos sinais digitais em relação aos analógicos?
4) O que significa dizer que um sinal é autossincronizado?
5) O que é componente DC?
6) Quais as diferenças entre códigos diferenciais, como o código Manchester
diferencial e códigos não diferenciais, como os NRZs?
7) Por que o sincronismo é um problema de comunicação de dados?
8) Explique a diferença entre NRZ-L e NRZ-I
9) Quais as três fases da codificação em blocos?
10) Qual codificação usa a transição no meio do ciclo para representar um bit?
11) Faça um gráfico para as codificações Manchester, Manchester Diferencial para
representar os seguintes dados: 10100010
12) Apresente o código 4B/5B equivalente para os bits 1101 1010 0011 0001 1000
1001.
13) Qual é a taxa de transmissão de símbolos de um sinal digital que emprega
Manchester diferencial e possui taxa de transferência de dados de 2.000 bps?
Exercícios
7) Diga qual a sequência de bits para os
seguintes valores:
NRZ-I
Exercícios
8) Diga qual a sequência de bits para os
seguintes valores:
NRZ-L
Trabalho em Grupo
• Fale sobre o sistema de TV Digital (SBTV) no brasil, seus padrões,
especificações, codificação, desafios, interatividade.
Algumas questões que devem ser abordados no artigo; porque foi
escolhido ao padrão japonês? qual cronograma de implantação? Quais
benefícios com a utilização do SBTV? Quais a dúvidas mais comuns?
• Formato de Artigo Científico (Padrão SBC), mínimo de 5 páginas.
• Trabalho em Grupo de 3.
• 2 pontos na prova.
• Data de entrega a ser definida com a classe.
Dados Analógicos transmitidos por
sinais Digitais
Conversão Analógica-Digital
• Para converter dados analógicos em um sinal
digital, há duas técnicas: código de pulso
modulação e modulação delta.
Pulse Code Modulation (PCM)
Delta Modulation (DM)
Pulse Code Modulation
• O Hardware, mais especificamente um codec, converte os dados
analógicos em sinal digital, analisando a forma da onda analógica e
fazendo “capturas instantâneas” ou (amostragens) dos dados
analógicos em intervalos fixos.
• A realização dessas capturas instantâneas envolve o cálculo de
altura (ou tensão) acima de um dado limiar de forma de onda
analógica.
• A altura (ou tensão), que é um valor analógico, é convertida em um
valor binário equivalente de comprimento fixo.
• A análise de uma forma de onda analógica e sua conversão em
pulsos que representam a altura da onda acima (ou abaixo) de um
limiar é denominado PAM (Modulação por amplitude de pulse).
• O termo PCM, na verdade, aplica-se à conversão dos pulsos
individuais em valores binários.
Exemplo
• G.711 Pulse Code Modulation (PCM)
O Software Vocoder de Voz G.711 da Floreat G.711
implementa a recomendação ITU-T G.711. O
software de codec de Voz G.711 usa um esquema
de Modulação de Codigo de Pulso (Pulso Code
Modulation) (PCM) operando com taxa de
amostragem de 8 KHz com 8 bits por amostra para
comprimir e descomprimir discurso analógico, que
permite que ele seja transmitido e recebido como
dados binários.
62
Pulse Code Modulation
• Está baseado principalmente em três
operações para transmissão e duas para
recepção.
• Para transmissão, utiliza-se a amostragem,
quantização e codificação.
• Para recepção, é necessário decodificar e
filtrar o sinal, como mostra a figura a seguir.
4.63
Figure 4.21 Componentes de uma Codificação PCM
Pulse Code Modulation
65
Pulse Code Modulation (Nyquist)
• Sendo Assim, qual é o equilíbrio ideal entre a taxa de
amostragem muito alta e uma muito baixa?
• Nyquist diz que, a taxa de amostragem na utilização de
PCM deve ser, pelo menos, o dobro da frequência mais alta
de uma onda analógica original. Garantindo uma
reprodução razoável.
• Exemplo, um sistema telefônico que assume a maior
frequência de voz possível 3.400 Hz, a taxa de amostragem
deve ser de, pelo menos, 6.800 amostras por segundo para
garantir a reprodução razoável.
• De fato, o sistema telefônico aloca um canal de 4.000 Hz
para o sinal de voz e, assim, captura amostra 8.000 vezes
por segundo.
66
Pulse Code Modulation (Amostragem)
• A forma de onda analógica é amostrada em
intervalos específicos e os "instantâneos" são
convertidos para valores binários.
No momento t (eixo x), é realizado
uma amostragem da forma de
onda analógica, resultando no
valor decimal 14 (eixo y). Esse
valor é convertido em um valor
binário de 5 bits (como 01110)
pelo codec e transmitido a um
dispositivo para armazenamento.
• A grosso modo, poderia se dizer que a
quantização iria dividir a faixa de sinal (eixo Y)
em níveis. A cada nível corresponderia uma
sequência de bits, que se transformariam no
sinal digital de saída, como mostra a figura a
seguir.
Pulse Code Modulation (Quantização)
Delta Modulation
• O PCM é uma técnica muito complexa. Outras técnicas foram
desenvolvidas para reduzir a complexidade do PCM.
• O PCM acha o valor da amplitude do sinal para cada amostra; a DM
encontra a variação a partir da amostra anterior.
• Com a modulação delta, o codec analisa os dados analógicos de entrada,
determinando “degraus” para cima ou para baixo.
• Em cada período de tempo, o codec estabelece se a forma de onda subiu
ou desceu um degrau delta.
• Se a forma subiu um degrau delta, transmite-se um 1; se desceu,
transmite-se um 0.
• Com essa técnica de codificação, gera-se apenas um bit por amostra.
• Assim, a conversão de digital para analógico por modulação delta é mais
rápida do que por PCM, na qual cada valor analógico é primeiro
convertido em valor PAM e, em seguida, o valor PAM é convertido em
binário.
4.69
Figure 4.28 Processo na modulação delta
Modos de Transmissão
Modos de Transmissão
• Transmissão Paralela
• Transmissão de um grupo de bits de cada vez;
Indicada para transmissões internas no sistema de
computação (barramentos) e para ligações de
periféricos a curta distância (impressoras, discos
rígidos, etc).
Modos de Transmissão
• Transmissão Serial
• COMUNICAÇÃO SÍNCRONA – os dois nós de
transmissão se comunicam e sincronizam suas ações.
Se dados vão ser transmitidos ou recebidos, os nós
sabem da transmissão quase imediatamente e se
preparam para a comunicação tendo como base taxas
de transmissão e tamanhos ordenados e conhecidos de
dados. É um tipo de comunicação mais cara pois exige
para o sincronismo relógios sofisticados no hardware. É
utilizada por redes com alta velocidade de
transmissão.
Modos de Transmissão
• Transmissão Serial
• COMUNICAÇÃO ASSÍNCRONA – neste tipo de transmissão bits
especiais são inseridos no início e no fim de cada caracter
transmitido, permitindo assim que o receptor “entenda”
claramente o que foi transmitido. O receptor não precisa saber
quando uma sequência de dados será enviada nem o comprimento
da mensagem, pois isto poderá ser identificado pelos bits de início-
parada. Entretanto, os nós de uma linha de transmissão assíncrona
precisam estar sempre prontos para receber dados sem aviso
prévio do emissor. Isto faz com que com as linhas fiquem ociosas
até receber o conjunto de bits característico avisando do início de
uma transmissão. A
• maioria das comunicações é assíncrona.
Modos de Transmissão
• Transmissão Serial
• COMUNICAÇÃO ISÓCRONA – é um tipo de transmissão
onde a taxa de transferência de dados é pré-negociada
entre os dispositivos de origem e recepção, sendo criada
uma taxa de entrega de dados contínua. Foi criada
originalmente para permitir a entrega constante e
completa de comunicações de vídeo por meio de
transmissão. Ao estabelecer que uma sessão de
transmissão precisará de uma largura de banda específica
para o caminho e de uma taxa de bits bem definida, um
fluxo contínuo e ininterrupto de dados pode ser
estabelecido durante a transmissão.
• Definindo de forma bastante simplificada, USB
é um protocolo de comunicação que suporta
transferência de dados entre computadores e
periféricos.
• Esse protocolo está sendo desenvolvido por
grandes líderes industriais com o intuito de
torná-lo um padrão definitivo para
comunicação de periféricos.
Referência: http://homepages.dcc.ufmg.br/~adrianoc/usb/
Características
• Até 127 dispositivos, as especificações do USB preveem a conexão de até
127 dispositivos ao mesmo tempo.
• Conexão via Hubs, Uma vez que a intenção é eliminar as placas e cabos, o
USB trabalha com hubs que fazem as transferências de dados entre os
periféricos. Os hubs podem ser conectados de diversas formas permitindo
que os dispositivos se organizem em cascata ou estrela.
• Hot Swap , O USB foi desenvolvido para que a instalação e desinstalação
de dispositivos possam ser feitas com o computador em funcionamento,
não sendo necessário nova configuração ou boot do sistema.
• Taxas de Transferência , O USB pode operar em dois modos que variam a
velocidade com que os dados são transmitidos:
1) full-speed que permite uma velocidade de 12Mbps
2) low-speed que permite uma velocidade de 1.5 Mbps
Referência: http://homepages.dcc.ufmg.br/~adrianoc/usb/
Versões USB
Referência: http://pt.wikipedia.org/wiki/Universal_Serial_Bus
5.79
Capítulo 5
Transmissão Analógica
Dados Digitais transmitidos
por sinais Analógicos
Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.
5.80
5-1 Conversão Digital -> Analógico
Digital-analógico de conversão é o processo de mudar uma das características de
um sinal analógico com base nas informações em dados digitais.
Pode-se então combinar duas ou mais dessas técnicas básicas para formar técnicas
de modulação mais complexas (como a quadratura modulação de amplitude)
Aspectos da conversão Digital-Analógico
Amplitude Shift Keying (ASK)
Frequency Shift Keying (FSK)
Phase Shift Keying (PSK)
Quadrature Amplitude Modulation (QAM)
5.81
Figure 5.1 Digital-to-analog conversion
• Uma onda senoidal é definida por três
características: amplitude, frequência e fase.
• Quando variamos qualquer uma dessas
características, simples de um sinal elétrico,
podemos usá-lo para representar dados digitais.
• Qualquer umas das três características pode ser
alterada, oferecendo pelo menos três
mecanismos para modular dados digitais em sinal
analógico.
Aspectos da conversão Digital-Analógico
83
Transmitting Digital Data with
Discrete Analog Signals
• Três Técnicas Básicas:
– Amplitude shift keying
– Frequency shift keying
– Phase shift keying
• Pode-se então combinar duas ou mais dessas
técnicas básicas para formar técnicas de
modulação mais complexas (como a modulação
de amplitude em quadratura - QAM)
5.84
Figure 5.2 Types of digital-to-analog conversion
85
Amplitude Shift Keying
• Um valor de dado de 1 e um valor de dado de
0 são representados por duas amplitudes de
sinal diferentes.
• Por exemplo, a amplitude superior pode
representar um 1, enquanto a inferior (ou
amplitude nula) pode ser representar um 0.
• Observer que durante cada período de bit a
amplitude di sinal é constante.
• A modulação por chaveamento de amplitude não se
restringe a dois níveis.
• Podemos criar um técnica que incorpore quatro níveis
diferentes de amplitude,
• Cada um dos quatro níveis pode representar 2 bits.
• Consequentemente, a taxa de dados (bps) é o dobro da
taxa de transmissão de símbolos.
• Trata-se do oposto ao código Manchester, em que a taxa de
dados é metade da taxa de transmissão de símbolos.
• Um sistema que transmite 2 bits por alteração de sinal é
mais eficiente do que um que exige duas alterações de sinal
para cada bit.
Amplitude Shift Keying
87
Amplitude Shift Keying (continued)
• Ponto fraco: está sujeita a impulso de ruído repentinos,
como cargas de estática criadas por um raio.
• Quando um sinal sofre interferência de uma carga descarga
de estática, ele passa por aumentos significativos de
amplitude.
• Por esse motivo, e como é difícil distinguir com precisão
mais alguns poucos níveis de amplitude, a modulação por
chaveamento de amplitude é uma das técnicas de
codificação menos eficiente.
• Não sendo utilizada em sistemas que exijam alta taxa de
transferência de dados. Ao transmitir dados por linhas
telefônicas comuns, esse tipo de modulação não é capaz de
exceder os 1.200bps.
Amplitude Shift Keying
• A modulação por chaveamento de frequência utiliza duas faixas de
frequência diferentes para representar valores de dados de 0 e 1.
• Por exemplo, o sinal de frequência inferior pode representar um 1,
enquanto o superior pode representar um 0.
• Durante cada período de bit, a frequência do sinal é constante.
Frequency Shift Keying
90
Frequency Shift Keying
• Diferente da modulação por chaveamento de
amplitude, a modulação por chaveamento de
frequência não apresenta o problema de picos de ruído
repentino que possam causar perdas de dados.
• Porém, ela não é perfeita, pois está sujeita à distorção
de intermodulação, fenômeno que ocorre quando as
frequências de dois, ou mais sinais se misturam,
gerando novas frequências.
• Assim, como na modulação por chaveamento de
amplitude, a modulação por chaveamento de
frequência não é utilizada em sistemas que exijam alta
taxa de dados.
• A modulação por chaveamento de fase representa “0s” e
“1s” por diferentes alterações na fase de uma forma de
onda.
• Por exemplo, um 0 pode corresponder à ausência de
alteração de fase, enquanto um 1, a uma alteração de fase
180 graus.
• As alterações de fase não são afetadas por alterações de
amplitude ou distorções de intermodulação.
• A PSK é menos suscetível a ruído e pode ser utilizada em
frequências mais altas.
• Ela é tão precisa que o transmissor de sinais pode
aumentar a eficiência, introduzindo diversos ângulos de
desvio de fase.
Phase Shift Keying
92
Phase Shift Keying
• Uma mudança de fase codifica a 0, enquanto
outra mudança de fase codifica uma 1 (uma
forma de modulação de fase)
94
Phase Shift Keying (continued)
95
Phase Shift Keying (continued)
• Quadrature amplitude modulation – QAM
A eficiência dessa técnica pode ser aumentada ainda mais, combinando 12 ângulos
diferentes de desvio de fase com duas amplitudes diferentes de desvio de fase e 12
arcos, sendo irradiados do ponto central.
São amplicadas duas amplitudes diferentes em cada um dos quatro ângulos.
A figura 2-20(b) mostra um desvio de fase com duas amplitudes diferentes, assim, oito
ângulos de fase possuem uma única amplitude e quatro possuem duas amplitudes,
resultando em 16 combinações diferentes.
• Como um exemplo de QAM, 12 fases diferentes são combinadas com duas
amplitudes diferentes
– Uma vez que apenas quatro ângulos de fase tem 2 amplitudes diferentes, há um total de 16
combinações.
– Com 16 combinações de sinais, cada transmissão é igual a 4 bits de informação (2 ^ 4 = 16)
96
Phase Shift Keying (continued)
• Portanto, o bps dos dados transmitidos pelo QAM
da figura 2-20 é quatro vezes a taxa de
transmissão de símbolos.
• Por exemplo, um sistema com taxa de
transmissão de símbolos de 2.400 baud obtém
uma taxa de transferência de dados de 9.600 bps
(4x2.400).
• É interessante notar que são técnicas como essa
nos permitem acessar a internet por DSL e assistir
a TV Digital.
Phase Shift Keying (continued)

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  • 1. 1.1 Capítulo 4-5 Transmissão Digital e Analógica 2º Unidade Prof. Rodrigo Ronner rodrigoronner@gmail.com rodrigoronner.blogspot.com Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.
  • 2. • Dados e Sinais 1º Unidade – Sinais analógicos e digitais – Sinais Periódicos x Não periódicos – Período e Frequência – Domínio do Tempo x Frequência – Sinal composto e meio de transmissão – Largura de banda – Perda na Transmissão – Limite na Taxa de Transmissão de Dados – Taxa de Transferência • Desempenho 1º Unidade – Largura de Banda – Largura de Banda em Hertz – Largura de Banda em Bits por Segundo – Throughput – Latência (Retardo) – Tempo de Propagação – Tempo de Transmissão – Tempo de Fila – Jitter • Transmissão Digital e Analógica 2º Unidade – Principais combinações de dados e Sinais – Transmissão Analógica – Conversão Digital-Digital – Transmissão Digital Vantagens – Codificação em Linha • Esquemas de codificação: unipolar, polar e bipolar • codificação polar os esquemas NRZ, RZ, Manchester e Manchester Diferencial – Codificação em Bloco • Fases da codificação de bloco • 4B/5B • Modos de Transmissão 2º Unidade – Serial – Paralela • Códigos de Dados 2º Unidade – EBCDIC – ASCII – Unicode • Multiplexação 3º Unidade  FDM  TDM  FDM versus TDM  WDM  FDMA  Espalhamento de frequência – FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) – DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) • Comutação 3º Unidade  Comutação Circuitos  Comutação Pacotes  Comutação de Mensagens • Técnicas de Detecção de Erros 3º Unidade  Prevenção de Erros  Detecção de Erros  Controle de erros • Seminário 3º Unidade  -Sonet e Ethernet - Sumário
  • 3. Principais combinações da dados e sinais • Dados Analógicos transmitidos por sinais analógicos. • Dados Digitais transmitidos por sinais digitais. • Dados Digitais transmitidos por sinais analógicos. • Dados analógicos transmitidos por sinais digitais.
  • 5. Dados Analógicos transmitidos por sinais analógicos
  • 6. Trasmissão Analógica • Transmissão de dados analógicos com sinais analógicos – Das quatro combinações de dados e sinais, a conversão de dados analógicos em sinal analógico é provavelmente a mais simples de se compreender. – A operação básica a ser executada é a modulação (é o processo de enviar dados por um sinal, variando sua amplitude, frequência ou fase.) Exemplo: Os telefones fixos, as rádios AM e FM e a TV analógica são os exemplos mais comuns de conversão de dados analógico em sinal analógico.
  • 7. Modulação em Amplitude • Na transmissão AM, o sinal da portadora é modulado de forma que sua amplitude varie com as variações de amplitude do sinal modulador. • A frequência e a fase da portadora permanecem inalteradas; somente a amplitude muda para acompanhar as variações nas informações. • A) Sinal Modulador • B) Frequência da Portadora • C) Sinal Modulado A portadora é um sinal analógico em forma de onda (tipicamente senoidal) que será modulado (alterado) para representar a informação a ser transmitida. A portadora é, geralmente, de frequência superior à do sinal modulador (o sinal que contém a informação). A portadora é utilizada na radiodifusão. Os sinais de modulação em frequência (FM) e de modulação em amplitude (AM) são ambos transmitidos com o auxílio de frequências específicas na portadora. A frequência própria de uma estação de rádio é, na verdade, a frequência central da portadora.
  • 8. Modulação em Amplitude • As estações AM pode usar frequências de portadora dentro do intervalo de 530 a 1.700 kHz (1,7 MHz). • Entretanto, a frequência de portadora de cada estação deve estar afastada em relação às estações vizinhas de cada lado em pelo menos 10kHz, para evitar interferências.
  • 9. Modulação em Frequência • A frequência do sinal da portadora é modulada para acompanhar as mudanças de tensão (amplitude) do sinal modulador. • A amplitude máxima e a fase do sinal da portadora permanecem inalterados, mas à medida que a amplitude do sinal modulador muda, a frequência da portadora muda de forma correspondente
  • 10. Modulação em Frequência • A largura de banda para transmissão de um sinal de áudio (voz e música) em estéreo é quase 15kHz. • O FCC autoriza 200kHz (0,2MHz) para cada estação. • As estações podem ter frequências de portadora entre 88 e 108 MHz. • As estações têm de estar separadas pelo menos por 200 kHz para impedir que suas larguras de banda se sobreponham. • Existem 100 possíveis larguras de banda FM em uma área, das quais 50 podem operar a qualquer momento.
  • 11. Modulação em Fase • A fase do sinal da portadora é modulada para acompanhar as mudanças no nível de tensão (amplitude) do sinal modulador. • A amplitude e a frequência máxima do sinal da portadora permanecem inalterados, mas a medida que a amplitude do sinal modulador muda, também muda a fase da portadora.
  • 12. Transmissão Digital CAP4 PAG101 • Conversão Digital-Digital • Como podemos representar dados digitais por meio de sinais digitais. • A conversão envolve três técnicas: codificação em linha, codificação de blocos e mistura de sinais. • A conversão de linha é sempre necessária: a codificação de blocos e a mistura de sinais não necessariamente.
  • 13. Dados Digitais transmitidos por sinais Digitais
  • 14. Transmissão digital • É a forma pela qual transmitimos dados por um meio no formato digital • Os dados podem ser colocados no meio através de técnicas de codificação de linha ou de codificação de blocos
  • 15. Transmissão Digital 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.
  • 16. Transmissão Digital Vantagens • 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. • A comunicação ótica (projetada para ser a tecnologia do futuro), e 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.
  • 18. Codificação em Linha • É o processo de conversão de dados digitais em sinais digitais , partimos do pressuposto de que os dados, na forma de texto, números, imagens, aúdio ou vídeo, são armazenados na memória do computador como sequencia de bits. • A Codificação de linha converte uma sequencia de bits em um sinal digital. No emissor, os dados digitais são codificados em um sinal digital; no receptor, os dados são recriados, reconvertendo-se o sinal digital.
  • 19. Características • Nível de sinal x Nível de codificação: Como se viu um sinal digital tem um número finito de estados, porém somente uma parte desses níveis pode ser utilizado para representar dados. • A quantidade de níveis possíveis chamamos de níveis de sinal e o número de valores que podemos representar dados, chamamos de níveis de codificação de dados.
  • 21. Características • Relógio de Sincronismo x bits por segundo: o relógio de sincronismo define o número de pulsos por segundo, um pulso é a quantidade de tempo mínima requerida para transmitir um símbolo. • Vimos que o número de bits por segundo é a quantidade de bits enviados em um segundo. • Se em um pulso é transportado apenas um bit, o número de bits por segundo será igual ao relógio de sincronismo.
  • 22. Características • Componentes DC: Alguns esquemas não eliminam a componente DC de corrente contínua residual da linha, isso gera problemas como distorção do sinal e erros de saída. • Constituem um problema para um sistema que não seja capaz de deixar passar baixas frequências ou para um sistema que use acoplamento elétrico (por meio de um transformador). • Por Exemplo: Uma linha telefônica não é capaz de deixar passar frequências abaixo de 200 Hz. Da mesma forma, um link de longa distancia poderá usar um ou mais transformadores para isolar eletricamente partes distintas de uma linha. • Para tais sistemas, precisamos de uma estratégica para eliminar componentes DC
  • 23. Características • Um problema comum da codificação de linha é a sequência de bits iguais consecutivos (1111111...). Imagine uma transmissão síncrona com o transmissor e receptor utilizando relógios distintos. Onde relógio do receptor está 0,1% mais rápido que o relógio do transmissor. Quantos bits extras por segundo o receptor irá receber se a comunicação acontece numa taxa de 1kbps? E a 1Mbps ? • A 1 Kbps: • 1000 bits enviados ->1001 bits recebidos ->1 bit extra • A 1 Mbps: • 1,000,000bits enviados ->1,001,000bits recebidos ->1000bits extra • Uma das soluções para este problema é a auto sincronização, que consiste em ajustar os bits recebidos de acordo com o slot de tempo do receptor, reduzindo erros de não sincronização de relógio.
  • 24. Características • Auto-sincronização: Para que os sinais oriundos do transmissor sejam interpretados de forma adequada pelo receptor, é importante que os intervalos gerados por ambos sejam iguais • Se a cadência dos clocks forem diferentes os dados recebidos serão diferentes dos enviados. • Um sinal auto-sincronizado inclui a informação de sincronismo nos dados que estão sendo transmitidos. Ex: preâmbulo ethernet.
  • 26. Esquemas de codificação • Podemos dividir o esquema de codificação em três grandes grupos: • Unipolar = NRZ • Polar = NRZ-I, NRZ-L, RZ e Bifásico (Manchester e Manchester Diferencial) • Bipolar = AMI e Pseudoternário
  • 27. Unipolar (NRZ) • Todos os níveis se sinal encontram em um dos lados do eixo do tempo, acima ou abaixo dele. • NRZ (non-return-to-zero) no qual a voltagem positiva define o bit 1 e a voltagem zero define o bit 0. • Ele é chamado de NRZ porque o sinal não retorna a zero no meio do bit. • Problema de Componente DC • Problema de sincronismo para cadeias longas
  • 28. Polar • Usam-se 2 níveis de tensão para representar os dados, o que resolve o problema de componente DC, são exemplos de codificação polar os esquemas NRZ-L, NRZ-I, Manchester e Manchester Diferencial
  • 29. NRZ-L (NRZ-Level) • Na codificação NRZ o valor do sinal sempre é positivo ou negativo, existem 2 formas de codificação NRZ, no esquema NRZ-L o nível de sinal depende do bit que ele transporta, normalmente uma tensão positiva para o bit 0 e uma tensão negativa para o bit 1, o que gera um problema para sequências muito longas (pois para o receptor haverá quase como uma tensão contínua no meio, para evitar esses problemas o receptor deverá confiar no clock.
  • 30. NRZ-I (NRZ-Invert) • No esquema NRZ-I, a representação do bit 1 é feita através de uma transição de estado • Uma cadeia de de 0´s ainda é complicada porque pode fazer com que o sincronismo se perca com o tempo.
  • 31. NRZ
  • 32. RZ • No esquema RZ usa-se 3 valores de tensão, positivo, zero e negativo. • As transições não acontecem no meio do bit • Como para cada bit a codificação usa uma transição a largura de banda necessária é maior. Bit 1 – transição positivo-zero; Bit 0 – transição negativo-zero.
  • 33. RZ
  • 34. Manchester • Usa uma inversão no meio de cada intervalo de sincronismo tanto para sincronização quanto para representação de um bit. • Uma transição positiva (do nível negativo para positivo representa o bit 1) e uma transição negativa ( no nível positivo para negativo representa um bit 0) • Para transmitir um 1 , o sinal altera-se de baixo para cima no meio do intervalo; para transmitir 0, o sinal altera-se de cima para baixo no meio do intervalo. • Se o sinal estiver abaixo e o bit seguinte a ser transmitido for 0, o sinal tem de ser mover de baixo para cima no início do intervalo para poder fazer a transição de cima para baixo no meio. • A codificação manchester é utilizada na maioria das redes locais para a transmissão de dados digitais por um cabo de rede.
  • 36. Manchester Diferencial • É similar ao esquema manchester, pois sempre há uma trasição no meio do intervalo. • De modo diferente do código Manchester, a direção dessa transmissão no meio não diferencia um 0 de um 1. • Ao contrário, se há uma transição no início do intervalo, um 0 está sendo transmitido. Se não há uma transição no inicio um 1 está sendo transmitido. • Também é utilizada na maioria das redes locais para a transmissão de dados digitais por um cabo de rede.
  • 38. Resumo • Os códigos Manchester sempre apresentam transição no meio do bit, o que permite que o receptor se sincronize com sinal de entrada. • Os esquemas Manchester são chamado de autossincronizados, pois a ocorrência de transição regulares é similar aos segundos de um relógio. • A grande desvantagem dos esquemas Manchester é que em cerca de metade dos casos haverá duas transições para cada bit. • Importante: • O número de vezes que um sinal se altera por segundo é chamado taxa de transmissão de símbolos ou simplesmente baud rate.
  • 40. Bipolar • Usa 3 níveis, como o RZ, mas diferente do RZ o nível 0 representa o bit 0 e os valores negativos e positivos representam o bit 1. • O esquema bipolar apresenta duas desvantagens evidentes. – Primeiro, como se pode perceber temos novamente o problema de sincronização de uma longa sequência de “0s”, conforme ocorria nos esquemas NRZ. – Segundo, agora o hardware tem de ser capaz de gerar e reconhecer tanto voltagens negativas como positivas. • Exemplo codificação AMI
  • 42. 44 Bipolar-AMI • O esquema de codificação bipolar-AMI é único entre todos os esquemas de codificação, pois utiliza três níveis de tensão: • Quando um dispositivo transmite um binário 0, a tensão nula é transmitido; • Quando o dispositivo transmite um binário 1, pode ser feito a tensão positiva ou uma tensão negativa é transmitida; • A tensão depende transmitida depende de como o valor 1 foi transmitido pela primeira última vez. Por Exemplo, se o último binário 1 transmitiu a tensão positiva, o binário seguinte transmitirá tensão negativa. • Qual destes é transmitida depende do valor binário 1, que foi transmitida última.
  • 44. Codificação de Blocos • Feita para melhorar o desempenho da codificação por linha. • Melhora a redundância e verifica erros. • A codificação de blocos é normalmente conhecida como decodificação mB/nB; ela substitui cada grupo de m bits por um grupo de n bits.
  • 45. Fases da codificação de bloco • Divisão: a cadeia de bits é dividida em grupos de m bits de tamanho. Exemplo na codificação 4B/5B, a sequência original é dividida em grupos de 4 bits. • Substituição: os grupos de m bits são substituídos por grupos de n bits. • Codificação de Linha: depois de substituir escolhe-se um esquema de codificação de linha para enviar o sinal.
  • 46. 4B/5B • Grupos de quatro bits de dados são mapeados em grupos de cinco bits. • Devidamente escolhidos para evitar longas sequências de 0s e 1s • Cada código não possui mais de um 0 no início e mais de dois 0s no fim. – Nenhum código pode ter mais de três 0s seguidos • Combinações em relação aos 0s fornecem transições suficientes para a sincronização dos relógios. • Códigos transmitidos usando NRZI. – Por isso só há preocupação com os 0s
  • 47. Uso da Codificação de Blocos 4B/5B com Método de codificação de linha NRZ-I
  • 48. Codificação de blocos - substituição
  • 49. Blocos de Códigos • 4B/5B: 4 bits para 5 bits • 8B/10B: 8 bits para 10 bits • 8B/6T: 8 bits para 6 símbolos ( requer menos largura de banda)
  • 50. Exercícios 1) Por que os dados analógicos têm de ser modulados em sinal analógico? 2) Qual a diferença entre taxa de transmissão de símbolos e bits por segundo? 3) Quais são as principais vantagens dos sinais digitais em relação aos analógicos? 4) O que significa dizer que um sinal é autossincronizado? 5) O que é componente DC? 6) Quais as diferenças entre códigos diferenciais, como o código Manchester diferencial e códigos não diferenciais, como os NRZs? 7) Por que o sincronismo é um problema de comunicação de dados? 8) Explique a diferença entre NRZ-L e NRZ-I 9) Quais as três fases da codificação em blocos? 10) Qual codificação usa a transição no meio do ciclo para representar um bit? 11) Faça um gráfico para as codificações Manchester, Manchester Diferencial para representar os seguintes dados: 10100010 12) Apresente o código 4B/5B equivalente para os bits 1101 1010 0011 0001 1000 1001. 13) Qual é a taxa de transmissão de símbolos de um sinal digital que emprega Manchester diferencial e possui taxa de transferência de dados de 2.000 bps?
  • 51. Exercícios 7) Diga qual a sequência de bits para os seguintes valores: NRZ-I
  • 52. Exercícios 8) Diga qual a sequência de bits para os seguintes valores: NRZ-L
  • 53. Trabalho em Grupo • Fale sobre o sistema de TV Digital (SBTV) no brasil, seus padrões, especificações, codificação, desafios, interatividade. Algumas questões que devem ser abordados no artigo; porque foi escolhido ao padrão japonês? qual cronograma de implantação? Quais benefícios com a utilização do SBTV? Quais a dúvidas mais comuns? • Formato de Artigo Científico (Padrão SBC), mínimo de 5 páginas. • Trabalho em Grupo de 3. • 2 pontos na prova. • Data de entrega a ser definida com a classe.
  • 54. Dados Analógicos transmitidos por sinais Digitais
  • 55. Conversão Analógica-Digital • Para converter dados analógicos em um sinal digital, há duas técnicas: código de pulso modulação e modulação delta. Pulse Code Modulation (PCM) Delta Modulation (DM)
  • 56. Pulse Code Modulation • O Hardware, mais especificamente um codec, converte os dados analógicos em sinal digital, analisando a forma da onda analógica e fazendo “capturas instantâneas” ou (amostragens) dos dados analógicos em intervalos fixos. • A realização dessas capturas instantâneas envolve o cálculo de altura (ou tensão) acima de um dado limiar de forma de onda analógica. • A altura (ou tensão), que é um valor analógico, é convertida em um valor binário equivalente de comprimento fixo. • A análise de uma forma de onda analógica e sua conversão em pulsos que representam a altura da onda acima (ou abaixo) de um limiar é denominado PAM (Modulação por amplitude de pulse). • O termo PCM, na verdade, aplica-se à conversão dos pulsos individuais em valores binários.
  • 57. Exemplo • G.711 Pulse Code Modulation (PCM) O Software Vocoder de Voz G.711 da Floreat G.711 implementa a recomendação ITU-T G.711. O software de codec de Voz G.711 usa um esquema de Modulação de Codigo de Pulso (Pulso Code Modulation) (PCM) operando com taxa de amostragem de 8 KHz com 8 bits por amostra para comprimir e descomprimir discurso analógico, que permite que ele seja transmitido e recebido como dados binários.
  • 58. 62 Pulse Code Modulation • Está baseado principalmente em três operações para transmissão e duas para recepção. • Para transmissão, utiliza-se a amostragem, quantização e codificação. • Para recepção, é necessário decodificar e filtrar o sinal, como mostra a figura a seguir.
  • 59. 4.63 Figure 4.21 Componentes de uma Codificação PCM
  • 61. 65 Pulse Code Modulation (Nyquist) • Sendo Assim, qual é o equilíbrio ideal entre a taxa de amostragem muito alta e uma muito baixa? • Nyquist diz que, a taxa de amostragem na utilização de PCM deve ser, pelo menos, o dobro da frequência mais alta de uma onda analógica original. Garantindo uma reprodução razoável. • Exemplo, um sistema telefônico que assume a maior frequência de voz possível 3.400 Hz, a taxa de amostragem deve ser de, pelo menos, 6.800 amostras por segundo para garantir a reprodução razoável. • De fato, o sistema telefônico aloca um canal de 4.000 Hz para o sinal de voz e, assim, captura amostra 8.000 vezes por segundo.
  • 62. 66 Pulse Code Modulation (Amostragem) • A forma de onda analógica é amostrada em intervalos específicos e os "instantâneos" são convertidos para valores binários. No momento t (eixo x), é realizado uma amostragem da forma de onda analógica, resultando no valor decimal 14 (eixo y). Esse valor é convertido em um valor binário de 5 bits (como 01110) pelo codec e transmitido a um dispositivo para armazenamento.
  • 63. • A grosso modo, poderia se dizer que a quantização iria dividir a faixa de sinal (eixo Y) em níveis. A cada nível corresponderia uma sequência de bits, que se transformariam no sinal digital de saída, como mostra a figura a seguir. Pulse Code Modulation (Quantização)
  • 64. Delta Modulation • O PCM é uma técnica muito complexa. Outras técnicas foram desenvolvidas para reduzir a complexidade do PCM. • O PCM acha o valor da amplitude do sinal para cada amostra; a DM encontra a variação a partir da amostra anterior. • Com a modulação delta, o codec analisa os dados analógicos de entrada, determinando “degraus” para cima ou para baixo. • Em cada período de tempo, o codec estabelece se a forma de onda subiu ou desceu um degrau delta. • Se a forma subiu um degrau delta, transmite-se um 1; se desceu, transmite-se um 0. • Com essa técnica de codificação, gera-se apenas um bit por amostra. • Assim, a conversão de digital para analógico por modulação delta é mais rápida do que por PCM, na qual cada valor analógico é primeiro convertido em valor PAM e, em seguida, o valor PAM é convertido em binário.
  • 65. 4.69 Figure 4.28 Processo na modulação delta
  • 67. Modos de Transmissão • Transmissão Paralela • Transmissão de um grupo de bits de cada vez; Indicada para transmissões internas no sistema de computação (barramentos) e para ligações de periféricos a curta distância (impressoras, discos rígidos, etc).
  • 68. Modos de Transmissão • Transmissão Serial • COMUNICAÇÃO SÍNCRONA – os dois nós de transmissão se comunicam e sincronizam suas ações. Se dados vão ser transmitidos ou recebidos, os nós sabem da transmissão quase imediatamente e se preparam para a comunicação tendo como base taxas de transmissão e tamanhos ordenados e conhecidos de dados. É um tipo de comunicação mais cara pois exige para o sincronismo relógios sofisticados no hardware. É utilizada por redes com alta velocidade de transmissão.
  • 69. Modos de Transmissão • Transmissão Serial • COMUNICAÇÃO ASSÍNCRONA – neste tipo de transmissão bits especiais são inseridos no início e no fim de cada caracter transmitido, permitindo assim que o receptor “entenda” claramente o que foi transmitido. O receptor não precisa saber quando uma sequência de dados será enviada nem o comprimento da mensagem, pois isto poderá ser identificado pelos bits de início- parada. Entretanto, os nós de uma linha de transmissão assíncrona precisam estar sempre prontos para receber dados sem aviso prévio do emissor. Isto faz com que com as linhas fiquem ociosas até receber o conjunto de bits característico avisando do início de uma transmissão. A • maioria das comunicações é assíncrona.
  • 70. Modos de Transmissão • Transmissão Serial • COMUNICAÇÃO ISÓCRONA – é um tipo de transmissão onde a taxa de transferência de dados é pré-negociada entre os dispositivos de origem e recepção, sendo criada uma taxa de entrega de dados contínua. Foi criada originalmente para permitir a entrega constante e completa de comunicações de vídeo por meio de transmissão. Ao estabelecer que uma sessão de transmissão precisará de uma largura de banda específica para o caminho e de uma taxa de bits bem definida, um fluxo contínuo e ininterrupto de dados pode ser estabelecido durante a transmissão.
  • 71. • Definindo de forma bastante simplificada, USB é um protocolo de comunicação que suporta transferência de dados entre computadores e periféricos. • Esse protocolo está sendo desenvolvido por grandes líderes industriais com o intuito de torná-lo um padrão definitivo para comunicação de periféricos. Referência: http://homepages.dcc.ufmg.br/~adrianoc/usb/
  • 72. Características • Até 127 dispositivos, as especificações do USB preveem a conexão de até 127 dispositivos ao mesmo tempo. • Conexão via Hubs, Uma vez que a intenção é eliminar as placas e cabos, o USB trabalha com hubs que fazem as transferências de dados entre os periféricos. Os hubs podem ser conectados de diversas formas permitindo que os dispositivos se organizem em cascata ou estrela. • Hot Swap , O USB foi desenvolvido para que a instalação e desinstalação de dispositivos possam ser feitas com o computador em funcionamento, não sendo necessário nova configuração ou boot do sistema. • Taxas de Transferência , O USB pode operar em dois modos que variam a velocidade com que os dados são transmitidos: 1) full-speed que permite uma velocidade de 12Mbps 2) low-speed que permite uma velocidade de 1.5 Mbps Referência: http://homepages.dcc.ufmg.br/~adrianoc/usb/
  • 74. 5.79 Capítulo 5 Transmissão Analógica Dados Digitais transmitidos por sinais Analógicos Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.
  • 75. 5.80 5-1 Conversão Digital -> Analógico Digital-analógico de conversão é o processo de mudar uma das características de um sinal analógico com base nas informações em dados digitais. Pode-se então combinar duas ou mais dessas técnicas básicas para formar técnicas de modulação mais complexas (como a quadratura modulação de amplitude) Aspectos da conversão Digital-Analógico Amplitude Shift Keying (ASK) Frequency Shift Keying (FSK) Phase Shift Keying (PSK) Quadrature Amplitude Modulation (QAM)
  • 77. • Uma onda senoidal é definida por três características: amplitude, frequência e fase. • Quando variamos qualquer uma dessas características, simples de um sinal elétrico, podemos usá-lo para representar dados digitais. • Qualquer umas das três características pode ser alterada, oferecendo pelo menos três mecanismos para modular dados digitais em sinal analógico. Aspectos da conversão Digital-Analógico
  • 78. 83 Transmitting Digital Data with Discrete Analog Signals • Três Técnicas Básicas: – Amplitude shift keying – Frequency shift keying – Phase shift keying • Pode-se então combinar duas ou mais dessas técnicas básicas para formar técnicas de modulação mais complexas (como a modulação de amplitude em quadratura - QAM)
  • 79. 5.84 Figure 5.2 Types of digital-to-analog conversion
  • 80. 85 Amplitude Shift Keying • Um valor de dado de 1 e um valor de dado de 0 são representados por duas amplitudes de sinal diferentes. • Por exemplo, a amplitude superior pode representar um 1, enquanto a inferior (ou amplitude nula) pode ser representar um 0. • Observer que durante cada período de bit a amplitude di sinal é constante.
  • 81. • A modulação por chaveamento de amplitude não se restringe a dois níveis. • Podemos criar um técnica que incorpore quatro níveis diferentes de amplitude, • Cada um dos quatro níveis pode representar 2 bits. • Consequentemente, a taxa de dados (bps) é o dobro da taxa de transmissão de símbolos. • Trata-se do oposto ao código Manchester, em que a taxa de dados é metade da taxa de transmissão de símbolos. • Um sistema que transmite 2 bits por alteração de sinal é mais eficiente do que um que exige duas alterações de sinal para cada bit. Amplitude Shift Keying
  • 83. • Ponto fraco: está sujeita a impulso de ruído repentinos, como cargas de estática criadas por um raio. • Quando um sinal sofre interferência de uma carga descarga de estática, ele passa por aumentos significativos de amplitude. • Por esse motivo, e como é difícil distinguir com precisão mais alguns poucos níveis de amplitude, a modulação por chaveamento de amplitude é uma das técnicas de codificação menos eficiente. • Não sendo utilizada em sistemas que exijam alta taxa de transferência de dados. Ao transmitir dados por linhas telefônicas comuns, esse tipo de modulação não é capaz de exceder os 1.200bps. Amplitude Shift Keying
  • 84. • A modulação por chaveamento de frequência utiliza duas faixas de frequência diferentes para representar valores de dados de 0 e 1. • Por exemplo, o sinal de frequência inferior pode representar um 1, enquanto o superior pode representar um 0. • Durante cada período de bit, a frequência do sinal é constante. Frequency Shift Keying
  • 85. 90 Frequency Shift Keying • Diferente da modulação por chaveamento de amplitude, a modulação por chaveamento de frequência não apresenta o problema de picos de ruído repentino que possam causar perdas de dados. • Porém, ela não é perfeita, pois está sujeita à distorção de intermodulação, fenômeno que ocorre quando as frequências de dois, ou mais sinais se misturam, gerando novas frequências. • Assim, como na modulação por chaveamento de amplitude, a modulação por chaveamento de frequência não é utilizada em sistemas que exijam alta taxa de dados.
  • 86. • A modulação por chaveamento de fase representa “0s” e “1s” por diferentes alterações na fase de uma forma de onda. • Por exemplo, um 0 pode corresponder à ausência de alteração de fase, enquanto um 1, a uma alteração de fase 180 graus. • As alterações de fase não são afetadas por alterações de amplitude ou distorções de intermodulação. • A PSK é menos suscetível a ruído e pode ser utilizada em frequências mais altas. • Ela é tão precisa que o transmissor de sinais pode aumentar a eficiência, introduzindo diversos ângulos de desvio de fase. Phase Shift Keying
  • 87. 92 Phase Shift Keying • Uma mudança de fase codifica a 0, enquanto outra mudança de fase codifica uma 1 (uma forma de modulação de fase)
  • 88. 94 Phase Shift Keying (continued)
  • 89. 95 Phase Shift Keying (continued) • Quadrature amplitude modulation – QAM A eficiência dessa técnica pode ser aumentada ainda mais, combinando 12 ângulos diferentes de desvio de fase com duas amplitudes diferentes de desvio de fase e 12 arcos, sendo irradiados do ponto central. São amplicadas duas amplitudes diferentes em cada um dos quatro ângulos. A figura 2-20(b) mostra um desvio de fase com duas amplitudes diferentes, assim, oito ângulos de fase possuem uma única amplitude e quatro possuem duas amplitudes, resultando em 16 combinações diferentes. • Como um exemplo de QAM, 12 fases diferentes são combinadas com duas amplitudes diferentes – Uma vez que apenas quatro ângulos de fase tem 2 amplitudes diferentes, há um total de 16 combinações. – Com 16 combinações de sinais, cada transmissão é igual a 4 bits de informação (2 ^ 4 = 16)
  • 90. 96 Phase Shift Keying (continued)
  • 91. • Portanto, o bps dos dados transmitidos pelo QAM da figura 2-20 é quatro vezes a taxa de transmissão de símbolos. • Por exemplo, um sistema com taxa de transmissão de símbolos de 2.400 baud obtém uma taxa de transferência de dados de 9.600 bps (4x2.400). • É interessante notar que são técnicas como essa nos permitem acessar a internet por DSL e assistir a TV Digital. Phase Shift Keying (continued)