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.

• Telefone fixo

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.

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• 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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• Mapa dos cabos ópticos ao redor do planeta

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 par de condutores, um cabo coaxial, um enlace de radiotransmissão).
• 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.

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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).

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• Outras técnicas de multiplexação são:

MDC - Multiplexação por Divisão de Código

WDM - Multiplexação por Divisão da comprimento de onda (Wave)

• Uso das frequências nos sistemas de CATV

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

A propagação do sinal elétrico/óptico ocorre pela alternância dos campos Elétrico e Magnético

• Onda Eletromagnética

O espectro eletromagnético é dividido em faixas, com destinações diversas.

• Classificação das faixas

• Exemplos da divisão do espectro por serviços de telecomunicações

O seu uso é rigidamente regulamentado. No Brasil a ANATEL regula o uso

• Quadro de atribuição de faixas de frequências no Brasil

Blocos de um Sistema de Transmissão e Recepção

• Diagrama geral de um sistema de comunicação
• Diagrama de telefone celular

Telefonia Celular

• Martin Cooper - Inventor do telefone celular [24]
• Evolução do telefones celulares
• Rede de telefonia Celular
• Qual é a função do telefone hoje?

• Sistema GPS
• Uma atriz brilhante - Hedy Lamarr

Redes broadcast de TV e rádio

• Rede de radio via satélite
• Rede de TV via satélite

Redes de Satélite, sistema de localização GPS

• Comunicação por satélite
• [25]
• distância dos satélites, [26]
• GPS
• Curiosidade os satélites ao redor da terra.

• J-Track 3D Satellite Tracking
• Como localizar os Satélites

Primeira Avaliação

• A avaliação será realizada em dupla e corresponderá a entrega do questionário respondido até o dia 10 de maio.
• Além das páginas da wiki utilizadas nas aulas sobre conceitos de telecomunicações recomendamos a leitura dos trechos do livro Comunicação de Dados e Redes de Computadores de Behrouz A. Forouzan, McGraw Hill, 4 edição, 2008. (temos o livro na biblioteca do campus) Os trechos recomendados estão indicados no questionário