Comunicação de Dados

Autor(es): Juergen Rochol
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O livro apresenta a fundamentação teórica básica de comunicação de dados de forma simples e didática, incluindo os últimos avanços tecnológicos havidos na área de codificação de canal, técnicas de modulação e transmissão, além de um estudo das principais plataformas de multiplexação e transmissão das telecomunicações padronizadas pelo ITU. A abordagem é simples e de fácil compreensão e o processo de aprendizagem é complementada através de exemplos de aplicação práticos após cada tópico abordado, além de uma série de exercícios ao final de cada capítulo, com repostas que podem ser fornecidas aos docentes.

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Capítulo 1 - Fundamentos de comunicação de informação

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capítulo

1

fundamentos de comunicação de informação

Em 1948, C. E. Shannon publicou a sua Mathematical Theory of Communication, que estabeleceu os modernos fundamentos matemáticos da área de comunicação de dados. Neste capítulo são introduzidos os conceitos básicos dessa teoria como: fonte de informação, codificação de fonte, alfabeto de símbolos e entropia de um alfabeto. Shannon mostrou que o processo de geração de informação pode ser avaliado a partir das eficiências da fonte de informação e do codificador dessa fonte.

Além disso, introduziu o conceito de canal de comunicação de informação e estabeleceu as condições de máxima transferência de informação por esse canal, levando em conta suas imperfeições e seus ruídos.

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2

Comunicação de Dados

1.1

introdução

Comunicação de dados pode ser considerada a função básica inerente a um sistema de comunicação de informação. Os dados neste contexto são essencialmente os dígitos binários, zero e um, e, portanto, podem ser considerados como uma forma de representação da informação.

 

Capítulo 2 - O sistema de comunicação de dados OSI

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capítulo

2

o sistema de comunicação de dados OSI

Com a rápida disseminação dos computadores na década de 1970 e sua interconexão em redes locais e de longa distância, os órgãos de padronização foram pressionados a criar um modelo padrão de arquitetura de sistema que facilitasse a interconexão desses sistemas entre si. Assim, surge em 1975 o RM-OSI

(Reference Model for Open System Interconnection), que adota uma estratégia de interação em camadas, sendo que a camada mais baixa (ou nível 1) engloba as funções de um subsistema de comunicação de dados genérico. As funções desse nível, que vão desde as diversas técnicas de codificação de canal até as diferentes tecnologias de transmissão e recepção, visam obter um fluxo de dados robusto em relação ao ruído e às interferências e serão o foco principal do restante deste livro.

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32

2.1

Comunicação de Dados

a era da informação

A década de 1970 foi marcada pelo surgimento e disseminação rápida, em larga escala, de três tecnologias que provocaram uma verdadeira revolução em todas as atividades humanas: 1) Os sistemas de computação de grande porte,1 2) os minicomputadores, também chamados de microcomputadores ou desktops e, por último, 3) as tecnologias de redes de computadores. Com a popularização e disseminação dos computadores, principalmente os de pequeno porte, a cooperação entre os sistemas de computação tornou-se uma necessidade, tendo em vista o surgimento de numerosas aplicações que necessitam interagir com diferentes computadores geograficamente distribuídos em distâncias cada vez maiores. A interconexão de um conjunto de computadores para oferecer serviços de aplicações que necessitam da cooperação de diferentes computadores forma a base do que chamamos de redes de computadores.

 

Capítulo 3 - Análise de sinais

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capítulo

3

análise de sinais

A representação da informação por símbolos elétricos e a análise desses símbolos são essenciais na otimização de um sistema de comunicação de dados. Neste capítulo são apresentados os conceitos básicos referentes à representação elétrica de informação e a análise desses símbolos utilizando-se as técnicas de Fourier. A partir da série infinita de Fourier para sinais periódicos, é abordado o conceito de espectro de um sinal no domínio frequência. Mostra-se que a extensão desta análise para pulsos permite a obtenção do espectro de frequência desses pulsos através da transformada de Fourier. Como os símbolos elétricos atualmente se apresentam sob forma discreta, o seu conteúdo espectral é obtido através da transformada discreta de Fourier ou DFT (Discrete

Fourier Transform). O algoritmo conhecido como transformada rápida de Fourier, ou FFT (Fast Fourier Transform), é uma forma mais rápida e simples de obter a DFT. Ao final do capítulo é abordada também a importância da técnica FFT nos modernos sistemas de comunicação de dados.

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Capítulo 4 - Meios de comunicação

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capítulo

4

meios de comunicação

Neste capítulo são abordados os principais meios físicos utilizados em comunicação de dados: o par de fios, o cabo coaxial e a fibra óptica.

Os pares metálicos podem ser modelados por meio de um circuito baseado em parâmetros elétricos distribuídos, os parâmetros primários do meio. Pode-se caracterizar também um meio físico por suas características de amplitude e fase, também conhecidas como parâmetros secundários do meio. Apresenta-se também um rápido estudo dos fundamentos da física óptica para um melhor entendimento do mecanismo de propagação de um feixe de luz infravermelho através de uma fibra óptica. O estudo inclui uma análise dos diversos tipos de fibras utilizadas atualmente e os diferentes fatores que degradam o desempenho destas fibras em sistemas reais. O capítulo finaliza com a apresentação das características de alguns tipos de fibra que foram padronizadas pelo ITU (International Telecommunication Union).

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Capítulo 5 - O canal de transmissão

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capítulo

5

o canal de transmissão

Neste capítulo é feita uma análise detalhada do chamado canal de transmissão, que compreende o bloco transmissor e receptor e mais o meio físico. São abordados aspectos como a sua capacidade máxima, as condições de não distorção e a equalização do canal.

É destacado o canal do tipo banda base e são detalhados os diferentes códigos de linha utilizados na sua realização. Ênfase especial é dada aos aspectos de distorção do canal como o ruído e a interferência entre símbolos e mostra-se como o padrão olho pode ser utilizado na avaliação de desempenho de um canal.

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140

5.1

Comunicação de Dados

introdução

O canal de comunicação é formado por um transmissor, pelo meio físico e pelo receptor. Esses três componentes devem se integrar de forma casada, um em relação ao outro, visando à obtenção de um sistema com desempenho otimizado em relação a parâmetros como taxa de informação e taxa de erros observados. O processo de otimização do canal, portanto, deve ser em relação ao todo (o canal) e não de forma dissociada para cada componente.

 

Capítulo 6 - Técnicas de modulação

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capítulo

6

técnicas de modulação

O objetivo principal deste capítulo é a análise das diferentes técnicas de modulação que podem ser aplicadas a uma portadora, ou a um conjunto de portadoras. Inicialmente são abordadas as técnicas de modulação em fase, ou PSK, em suas diferentes variantes:

BPSK, QPSK, DPSK, 8PSK e 16PSK. A seguir, são detalhadas a modulação QAM e suas variantes, genericamente representadas por NQAM.

Uma variante de QAM é destacada, a chamada modulação em treliça, ou TCM.

Ao final do capítulo são apresentadas também as modernas técnicas de acesso múltiplo baseadas em múltiplas portadoras.

Essas portadoras podem ser tanto digitais no domínio tempo, caso do CDMA, ou no domínio frequência, caso do OFDM. O OFDM é hoje a técnica de modulação e transmissão mais eficiente.

Por isso, o capítulo conclui com um exemplo de aplicação dessa técnica em um sistema de comunicação de dados padronizado.

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180

Comunicação de Dados

 

Capítulo 7 - Codificação de canal

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capítulo

7

codificação de canal

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Pela importância do bloco codificador de canal em um sistema de comunicação de dados, este capítulo aborda especificamente as funcionalidades desse bloco. São detalhados os diferentes códigos que podem ser aplicados a um fluxo de dados visando torná-lo mais robusto às imperfeições do canal, como o ruído e a interferência entre símbolos. Apresentam-se os fundamentos da teoria de erros, e como esses conceitos podem ser aplicados no controle dos erros em um sistema de comunicação de dados.

São ainda abordadas as técnicas de detecção de erros junto com a fundamentação teórica subjacente às técnicas de correção de erros conhecidas como FEC (Forward Error Correction). Entre os diferentes códigos FEC tratados neste capítulo estão Reed Solomon, códigos convolucionais, códigos de entrelaçamento, Turbo Codes e os códigos LPCD (Low Density Parity Check).

242

Comunicação de Dados

introdução

7.1

Neste capítulo, abordaremos o bloco funcional do sistema de comunicação de dados sugerido por Shannon, que se intitula de codificador de canal. Na figura 7.1, mostra-se a inserção deste bloco funcional dentro do sistema de comunicação de dados de Shannon. Chamamos a atenção para o fato de que estamos diante de um sistema realimentado, muitas vezes também chamado de sistema adaptativo. Isto significa que tanto o estágio de modulação como o de codificação de canal sentem as condições do canal físico relativos a interferências e ruído e, em função disso, utilizam técnicas de modulação e codificação mais adequadas para as condições do canal.

 

Capítulo 8 - Redes de transporte de dados

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capítulo

8

redes de transporte de dados

Neste capítulo é apresentado um estudo dos diferentes subsistemas inteligentes encontrados no nível físico dos modernos sistemas de telecomunicações. Normalmente estruturados como sistemas de multiplexação e transmissão de dados para longas distâncias, eles são conhecidos também como plataformas de transporte digital ou redes de transporte de dados. Suportados no nível de transmissão por fibras ópticas, têm TDC como técnica de multiplexação.

Os principais sistemas abordados, em ordem cronológica, são:

PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy), SDH/SONET (Synchronous Digital

Hierarchy/Synchronous Optical Network), NG-SDH/SONET (Next

Generation-SDH/SONET) e OTN (Optical Transport Network). A rede de transporte

OTN é considerada a mais inovadora e sofisticada rede óptica da atualidade. No nível de transmissão, a OTN utiliza modernas técnicas de multiplexação por comprimentos de onda, conhecidas como

 

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