Aula-4-PI1-EngTel-2013-1 Projeto Integrador 1 - Engenharia
Procurando um ponto de partida
Maratona: corredores percorriam as distâncias entre as cidades gregas para transmitir mensagens. | Sinais de Fumaça: nativos norte americanos usavam sinais de fumaça para comunicação à distância. |
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Pombo correio: várias aves foram utilizadas como mensageiras por diferentes povos. | Correio: os correios surgem em vários países europeus nos séculos XIV e XV. |
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Telegrafo óptico: entre os séculos XVIII e XIX várias redes de telégrafos ópticos foram construídas em países europeus. |
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Telegrafo elétrico: em 1838, Samuel Morse projeta o telegrafo elétrico. | Telefone: em 1876, Gran Bell projeta o telefone. |
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Radiotransmissão: em 1893 através dos trabalhos de Marconi e Tesla surgem os primeiros equipamentos que utilizam o ar como meio de transmissão. |
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Telefonia
A voz transformada em sinal elétrico
- Em 1876 Gran Bell comprovou com experimentos que a voz podia ser convertida em sinal elétrico e transmitida até um receptor que reconvertesse esse sinal em voz.
- Para a conversão e reconversão da voz foram utilizados transdutores, os quais transformaram a onda sonora em variação de corrente e vice-versa.
- Um dos transdutores que converte voz em corrente elétrica é o microfone a carvão. Neste tipo de microfone as ondas sonoras atuam sobre uma membrana que está presa a um eletrodo. Em função da pressão das ondas na membrana, o eletrodo conectado na mesma pressiona grânulos de carvão contra um segundo eletrodo fixado na carcaça do microfone. Ao comprimir os grânulos de carvão a resistência elétrica do microfone é alterada devido a variação da densidade do carvão. Uma vez que a resistência sofre variações, se conectarmos este microfone em um circuito elétrico a corrente desse irá variar.
- Para reconverter a variação de corrente em voz podemos empregar uma cápsula dinâmica. Esta cápsula é constituída por um imã permanente e uma bobina. A bobina é presa a membrana (diafragma) e pode se mover em relação ao imã (cápsula dinâmica). A interação entre o campo magnético variável criado pela bobina com o campo fixo do imã permanente provoca o deslocamento da bobina móvel e da membrana. A oscilação da membrana produz as ondas acústicas. Neste caso o diafragma é de material não magnético, geralmente plástico.
- Unindo a cápsula dinâmica e o microfone a carvão a uma bateria temos o circuito mais elementar do telefone. Por esse circuito irá passar uma corrente que terá na sua variação a informação da voz.
A rede telefônica
- Inicialmente as redes eram descentralizadas e para cada ligação entre dois telefones era necessário um par de fios.
Rede descentralizada de 8 assinantes | New York em 1889 |
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- Para diminuir a quantidade de cabos utilizados surgem as centrais telefônicas, as quais passam a chavear (comutar) os circuitos quando dois assinantes precisam estabelecer uma conexão.
Rede centralizada | central telefônica Manual |
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- Inicialmente as centrais eram manuais, com o tempo passaram a ser eletromecânicas, depois baseadas na eletrônica analógica e atualmente na eletrônica digital.
- Um fator que impulsionou o avanço tecnológico das centrais e demais equipamentos eletrônicos foi a invenção do transistor em 1954.
réplica do primeiro transistor | transistores de diferentes tamanhos | circuitos SMD |
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- Até o advento da telefonia IP (VoIP) as comutações de todas as ligações telefônicas foram realizadas pelo chaveamento de circuitos. Isto é, entre o assinante A e o assinante B era estabelecido um circuito exclusivo durante toda a conversação. Terminada a conversação, se o assinante A desejasse fazer outra ligação para um assinante C, um novo circuito exclusivo era estabelecido entre esses dois assinantes. A este tipo de comutação denominamos COMUTAÇÃO POR CIRCUITO.
As redes crescem
- Com o crescimento da rede, tanto em número de assinantes como em extensão novos problemas surgiram. Um desses problemas foi a limitação dos meios de transmissão para enviar o sinal de voz a longas distâncias, de um bairro a outro, de uma cidade a outra, de um países a outro.
- Os cabos de pares trançados, utilizados nas ligações entre os assinantes e as centrais, provocam muitas perdas da potência do sinal (ATENUAÇÃO). Utilizando as cabos de pares trançados atuais é possível atingir distâncias de 6 Km entre uma central e o assinante, quando se deseja transmitir apenas voz.
Cabo telefônico externo | Cabo de par trançado blindado para instalações prediais ou industriais |
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- A infraestrutura necessária para "passar" o cabo de uma cidade a outra também era onerosa e outras estratégias tinham que ser utilizadas.
- Buscando resolver esses problemas dois meios passaram a ser empregados com maior frequência nessas ligações de longa distância.
Cabo coaxial | espaço aberto (radiotransmissão) |
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- Já na década de 1980 a fibra óptica passa a ser utilizada também nessas ligações. Atualmente mais de 90% das ligações entre centrais, cidades e países é realizada por fibra óptica.
Fibra óptica | Cabo de fibra óptica |
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Amplificadores
- Mesmo com a melhor performace em relação a atenuação, a troca do tipo do meio de transmissão não soluciona todos os problemas das ligações de longa distância. Muitas vezes as perdas nos novos meios também não permitem a ligação direta entre cidades ou países. Amplificadores de potência são inseridos no meio do enlace para compensar a atenuação.
Multiplexação
- Resolver apenas o problema da atenuação dos meios de transmissão nas ligações de longa distância não foi suficiente para atender a demanda do número de ligações simultâneas entre cidades e países. No sistema inicial, para cada ligação telefônica era necessário o uso de um circuito "físico" (um cabo coaxial, um enlace de radiotransmissão, um par de fibra óptica).
- Para diminuir a quantidade de meios necessários entre as centrais e nas ligações de longa distância, foram empregadas também técnicas de compartilhamento/acesso ao meio físico. Estas técnicas são conhecidas como técnicas de MULTIPLEXAÇÃO, as quais permitem o uso de um mesmo meio (mesmo circuito ou canal), por mais de uma ligação.
FDM - Multiplexação por Divisão da Frequência
- Os sinais utilizados em telecomunicações possuem diversas frequências. Por exemplo o sinal de voz utilizado na telefonia tem frequências entre 300 e 3400 Hz. Na transmissão é possivel "deslocar" a voz para outras frequências e colocar vários canais no mesmo cabo coaxial, radioenlace ou fibra óptica.
TDM - Multiplexação por Divisão do Tempo
- Alternativamente é possível utilizar o mesmo circuito por diferentes ligações, dividindo o tempo entre as várias ligações. Na telefonia, por exemplo, é possível transmitir milhares de ligações telefônicas num mesmo meio de transmissão que interliga duas centrais, reservando um pequeno tempo para cada uma (menor que 125 ms).
- Outras técnicas de multiplexação são:
- MDC - Multiplexação por Divisão de Código
- WDM - Multiplexação por Divisão da comprimento de onda (Wave)
Comutação por circuito x Comutação por pacote =
- Comutação por circuito
- Um enlace físico (canal) é definido no início da conversação e este enlace é mantido durante toda a conversação.
- O enlace físico muitas vezes corresponde a um canal de um meio multiplexado.
- Comutação por pacote
- A informação é segmentada em pacotes que serão transmitidos sem a necessidade de manter o enlace físico sempre dedicado a esta conversação. Os pacotes, em alguns casos, poderão percorrer conexões diferentes:
- Em outras situações a mesma sequência de conexões pode ser utilizada pelos pacotes, os quais podem ocupar diferentes slots quando o meio é multiplexado no tempo (TDM).
Digitalização da informação
- Quando uma pessoa fala ao telefone ela produz uma variação da corrente elétrica que alimenta o aparelho. As variações da corrente são análogas a variação da onda sonora produzida pela pessoa. Se ao percorrer a linha telefônica essas variações forem alteradas a informação contida na voz será perdida.
- Similar ao sinal de voz, sinais de imagem também correspondem a variações na corrente (ou tensão) em circuitos elétricos e quando modificados perdem as informações originais.
- O armazenamento de sinais analógicos (como a voz no telefone e a imagem nos sistemas de TV) requerem sistemas complexos e geralmente de difícil manutenção.
- Com o advento dos computadores, com seu processamento de dados na forma digital e o avanço da eletrônica com seus chips cada vez mais "poderosos" e menores, a conversão dos sinais analógicos em sinais digitais tornou-se uma alternativa para diminuir as dificuldades associadas as perdas, ao armazenamento e ao compartilhamento de informações antes processadas na forma analógica.
- Atualmente a informação transmitida nos sistemas de telecomunicações são digitalizadas, pelo menos na maior parte do caminho por onde a informação passa. A voz, a imagem, os textos e tudo mais que é transmitido é codificado em sequências de zeros e uns.
- Sem entrar nos diversos detalhes associados ao processo de conversão de um sinal analógico em um sinal digital, podemos comentar rapidamente as diferentes etapas que são necessárias
Amostragem
- A Amostragem de um sinal analógico consiste na obtenção de amostras em intervalos de tempos regulares do sinal analógico obtendo um sinal analógico amostrado
- A quantidade de amostras por segundo define a taxa de amostragem (ou freqüência de amostragem) do processo de digitalização do sinal.
Quantização
- A quantização consiste em ajustar os valores amostrados a um conjunto de níveis pré-fixados.
- Através da subdivisão da amplitude do sinal em um conjunto de níveis finitos, defini-se os níveis possíveis para a amplitude do sinal, as amostras que não coincidirem com um destes níveis são ajustadas assumindo o valor do nível inferior ou superior (aquele mas próximo do valor real da amostra). Deste processo resulta o sinal digital.
Codificação
- Após a digitalização do sinal, os valores das amostras são codificadas em sistemas binários e representadas por sinais digitais binários. Abaixo, apresentamos o exemplo de uma possível codificação binária das cinco primeiras amostras do sinal digital obtido na quantização.
Espectro eletromagnetico e propagação de sinais
O espectro eletromagnético é dividido em faixas, com destinações diversas.
O seu uso é rigidamente regulamentado. No Brasil a ANATEL regula o uso
A propagação no espaço livre ocorre pela alternância dos campos Elétrico e Magnético
Blocos de um Sistema de Transmissão e Recepção
Telefonia Celular
- Martin Cooper - Inventor do telefone celular [24]
- Evolução do telefones celulares
- Rede de telefonia Celular
- Qual é a função do telefone hoje?
Redes broadcast de TV e rádio
Redes de Satélite, sistema de localização GPS
- Comunicação por satélite
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- distância dos satélites, [26]
- GPS
- Curiosidade os satélites ao redor da terra.