Aula 1 - Convergência Tecnológicaricardobarcelar.com.br/aulas/tele/conv_tecnologica.pdf1 - Aula 1...

TELECOMUNICAÇÕES Prof. Ricardo Rodrigues Barcelar http://www.ricardobarcelar.com.br

1

- Aula 1 - CONVERGÊNCIA TECNOLÓGICA

1. INTRODUÇÃO

Nos dias atuais o incessante desenvolvimento da microeletrônica viabiliza o aporte de cada vez mais inteligência às próprias máquinas e aos instrumentos de trabalho, elevando a produtividade do setor industrial. No Brasil, fala-se sobre a terceira revolução industrial, visto que a segunda em conjunto com a primeira promoveu a construção de grandes arquiteturas mecânicas e infraestrutura de transporte. Nesta revolução o foco é uma grande infraestrutura de comunicações capaz de transportar e armazenar grandes quantidades de informações sobre a rede mundial. Hoje já vivemos parte disso com o advento de tecnologias como a computação em nuvem e novas tecnologias de transmissão de dados, possibilitando a comunicação e o acesso a informação em tempo real a qualquer lugar do mundo. 2. CONTEXTO TECNO-MERCADOLÓGICO A sociedade moderna é caracterizada pela rápida circulação de grandes quantidades de informação em diversas formas (voz, dados, vídeo, imagem, etc) sobre grandes distâncias geográficas. O estabelecimento deste novo grau de acesso à informação está associado ao advento de duas novas infraestruturas de telecomunicações:

a) Redes celulares, capazes de dar suporte a serviços móveis possibilitando o contato com redes fixas, públicas e privadas.

b) Redes fixas, dotadas de grande capacidade de transmissão através do uso de fibras óticas, permitindo a oferta de serviços de multimídia, serviços interativos, etc.

O cerne das novas tecnologias é a Rede Digital de Serviços Integrados em Faixa Larga (Broadband Integrated Services Digital Network).

3. TRANSMISSÕES ANALÓGICAS E DIGITAIS A evolução das comunicações modernas passa pela compreensão dos modos de transmissão a elas impostos. No princípio a transmissão analógica predominava. Isso fica claro, nas transmissões de televisão, na qual em um passado não muito distante, havia somente a transmissão analógica e que vem sendo paulatinamente substituída pela transmissão digital, com melhor qualidade de imagem e som.

As transmissões Analógicas e Digital são descritas a seguir: 3.1. Transmissão Analógica

A comunicação analógica ocorre quando são usados para efetivar a comunicação algum tipo de sinal físico que pode variar de forma contínua em quantidade ou força. A voltagem de uma corrente elétrica, por exemplo. Normalmente dispositivos analógicos fazem com que a intensidade


2

ou voltagem de uma corrente elétrica oscile. Com isso, podemos usar a amplitude, freqüência ou a fase da variação para serem transmitidos dados. Também é possível usar todas estas coisas juntas. A comunicação analógica é utilizada em telefones fixos, celulares, modems, aparelhos de fax, TVs à cabo, rádio e outros.

Na transmissão analógica, os sinais elétricos variam continuamente entre todos os valores possíveis, permitidos pelo meio físico de transmissão. Vantagem:

É que precisa de uma pequena largura de banda para transmitir o sinal; Desvantagem:

- Quando necessita repetidor, o repetidor amplifica também o ruído.

Figura 1 - Sinal Analógico

Vale lembrar que qualquer sinal que trafegue sobre um meio wireless é, obrigatoriamente,

analógico. A Modulação é o processo na qual a informação é adicionada a ondas eletromagnéticas. É

assim que qualquer tipo de informação (digital ou analógica), até a voz humana ou transação de dados numa aplicação interativa é transmitida numa onda eletromagnética. O transmissor adiciona a informação numa onda básica de tal forma que poderá ser recuperada na outra parte através de um processo reverso chamado demodulação.

A modulação digital é o processo que possibilita alteração de característica(s) de um sinal analógico de acordo com a informação digital a ser transmitida. De forma geral, tais características são: amplitude, fase e freqüência. A seguir serão apresentadas as técnicas ASK (amplitude), FSK (freqüência) e PSK (fase) que são utilizadas para transmissão analógica de dados digitais. Na página seguinte estas técnicas são ilustradas. 3.1.1. AMPLITUDE SHIFT KEYING

Uso da alteração na amplitude do sinal para a transmissão de dados. Basicamente, a transmissão do bit 1 se dá pela transmissão da portadora e a transmissão do bit 0 se dá pela redução da amplitude da portadora. Aplica-se tal técnica em modems, pois sinais digitais precisam ser condicionados caso contrário serão distorcidos na linha de transmissão, o que acarretará em perda. Nos modems atuais, entretanto, utilizam-se técnicas de modulação mais avançadas que o ASK, obtendo assim taxas de transmissão maiores.


3

Figura 2 - Amplitude

3.1.2. FREQUENCY SHIFT KEYING

Uso da alteração na freqüência do sinal para a transmissão de dados. Basicamente, na transmissão de um bit 1 se transmite uma portadora numa determinada freqüência e a transmissão do bit 0 se transmite uma portadora em outra freqüência.

Figura 3 - Frequência

3.1.3. PHASE SHIFT KEYING

Uso da alteração na fase do sinal para a transmissão de dados Basicamente, na transmissão de um bit 1 se transmite uma portadora numa determinada fase e a transmissão do bit 0 se transmite uma portadora em outra fase. Ao lado você vê o 2-PSK.


4

Figura 4 - Fase

3.2. Transmissão Digital

A comunicação digital refere-se à dispositivos que usam para transmitir dados um sinal físico que pode assumir um número finito de estados. A maioria destas transmissões é binária (logo, só pode transmitir 0’s e 1’s) e utiliza voltagens entre -5 e -15 V para transmitir um 0 e voltagens entre 5 e 15 V para transmitir 1. Como exemplo de comunicação digital é possível citar qualquer comunicação envolvendo dois computadores.

Na transmissão digital, envia-se uma série de sinais, que tem apenas dois valores ou uma gama discreta de valores, e correspondem à informação que se deseja transmitir.

Figura 5 - Sinal 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.

- 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.


5

- A comunicação ótica (projetada para ser a tecnologia do futuro), é 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). Desvantagens:

- Como o sinal é digital (onda quadrada), precisa de uma grande largura de banda para executar a transmissão.

A transmissão digital de dados representa um valor "instantâneo" de uma situação e não

representa um movimento contínuo comum de sinais analógicos. 3.2.1. CODIFICAÇÃO DE LINHA É a forma como o sinal elétrico irá representar a informação digital diretamente no par de fios como diferenças discretas de voltagem (com um valor fixo para cada símbolo digital utilizado). Tal informação digital é assim classificada como em banda básica e exemplos de códigos de linha são o NRZ, AMI, Manchester, RZ, HDB-3, entre outros.

Figura 6 - Codificação de Linha

Um conceito interessante é o não relacionamento entre os níveis de sinal e dados. A

codificação de linha não associa de forma única estes dois conceitos, conforme a figura abaixo.

Figura 7 - Codificação de linha em níveis


6

3.2.2. CODIFICAÇÃO EM BLOCOS

A codificação de blocos viabiliza um melhor desempenho na codificação e reduz a possibilidade de erros na transmissão. A técnica é bem simples. Dado uma seqüência de bits, estes são selecionados (divididos) a cada seqüência de m bits. Depois cada pedaço de m bits é substituída por outra seqüência de n bits onde n ≠ m. Para ilustrar, observe a seqüência de dados abaixo que utilizará a codificação em blocos 4B/5B.

Figura 8 - Codificação em Blocos

3.3. Transmissão Digital de Dados Analógicos

Nem sempre a transmissão digital recebe sinais digitais como entrada. Um bom exemplo é a codificação de áudio para uma transmissão digital, onde as técnicas utilizadas até aqui não se aplicam. A escolha para a digitalização dos sinais é fruto da natural distorção numa transmissão a longa distância de um sinal analógico que necessitará de algumas ampliações, e subseqüentes distorções intrínsecas a este processo.

Como os sinais digitais estão menos propensos a ruídos e distorções existindo assim uma necessidade desta conversão analógico-digital.

O processo de conversão denominado PCM (modulação por código de pulso), que consiste em amostrar o sinal analógico e medi-lo (quantificá-lo). O processo de forma detalhada utiliza o PAM (modulação por amplitude de pulso) de forma a coletar amostras em intervalos de tempo iguais e depois quantificá-los, atribuindo valores inteiros a cada amostra obtida. Nota-se que esta quantificação gera números inteiros (ou reais) que devem ser transformados em números binários de forma a ser utilizada na transmissão digital. Todo este processo pode ser visto no diagrama abaixo.


7

Figura 9 - Conversão de analógico para digital

Observe que algumas amostras possuem valores intermediários entre os níveis de

quantização. Esse é um erro inserido pelo processo de quantização, denominado de Erro de Quantização. Quanto maior for o número de níveis de quantização, menor será esse erro. Este erro pode ser reduzido, mas não eliminado. Para que o erro de quantização seja nulo, são necessários infinitos níveis de quantização (seria necessário um sinal analógico). 4. INTERNET Desenvolvida com a finalidade de interligar redes de computadores em modo assíncrono, não orientado para conexão, a Internet se desenvolveu extraordinariamente na comunidade dos usuários de computador, no interior da qual veio a universalizar serviços. Seu ponto forte é o alto grau de conectividade e interatividade que ela estabelece entre os usuários. Atualmente já existe a Internet 2 que opera em alta velocidade que começa operando a 155 Mbps. Mais importante que a velocidade, contudo, é a prática e desenvolvimento de aplicativos impossíveis de serem executados na infra-estrutura atual da Internet. Dois exemplos desses novos serviços - de forte impacto social - são a telemedicina, que incluirá diagnóstico e monitoração de pacientes a distância, e a teleducação, com transmissão de aulas e palestras em tempo real, beneficiando inicialmente as universidades e no futuro o ensino de primeiro grau.

A Internet 2 vai exigir uma nova geração de protocolos de transferência de dados. Alguns desses protocolos já estão sendo utilizados nas redes de alta velocidade. É o caso do ATM (Asynchronous Transfer Mode), baseada em pequenas células que permitem aos dados "escapar" de possíveis congestionamentos na rede.

Outros como o IPv6, que aumenta o número de bits de endereçamento e controle para o protocolo, ainda estão sendo testados ou em desenvolvimento. Além do aumento do número de bits para endereçamento, que facilitará o crescimento e generalização do uso da rede, o IPv6 possibilitará conexões mais seguras e com melhor qualidade.


8

5. TV A CABO (CATV – Community Antenna TV) A arquitetura básica dessa rede é a de broadcast, ou seja, um conjunto de sinais de vídeo é simplesmente distribuído aos telespectadores, sem interatividade alguma. A CATV por muito tempo optou pelo uso de fibras óticas na sua espinha dorsal (backbone), havendo também uma tendência de levar a fibra até mais perto do usuário.

Figura 10 - Sistema de TV a Cabo

Tudo isso, pois a expectativa era levar o maior número de canais possível, inclusive nos

padrões emergentes de alta definição (HDTV) e para prepará-la para futura introdução de serviços de vídeo por demanda, proporcionando maior interatividade com o usuário. A infraestrutura de TV a Cabo é largamente utilizada para distribuição de Internet. Para tanto é necessário o uso de um cable Modem que tem a mesma função dos Modens e Roteadores largamente utilizados no acesso convencional.

Figura 11 - Arquitetura da Rede de Acesso


9

5.1. Sistema MMDS (Multichannel Multipoint Distribution Service)

MMDS, ou Serviço de Distribuição Multiponto Multicanal (Multichannel Multipoint Distribution Service), é um serviço de conexão de banda larga, sem fio, que fornece programação televisiva, acesso à internet, serviços de transferências de dados, e outros serviços interativos utilizando comunicação UHF (Ultra High Frequency, ou Freqüência Ultra Elevada). MMDS é usado freqüentemente como um sinônimo para "Wireless Cable", ou "Cabo sem fio". MMDS é usada nos Estados Unidos e outros países, incluindo Canadá, México, Islândia, Irlanda, Brasil, Austrália, Nigéria, Paquistão, Sri Lanka, Tailândia e Índia, normalmente em áreas rurais esparsamente povoadas, onde a infra-estrutura de cabos não é economicamente viável. Esse custo inicial mais baixo pode representar uma vantagem competitiva para as operadoras de MMDS no que se refere ao mercado de TV por assinatura. No entanto, tal vantagem não se aplica em áreas de maior densidade demográfica, pois o MMDS geralmente requer uma linha de visão desimpedida para transmitir seus sinais em microondas, que acabam por não passar através de obstruções. O MMDS ainda tem a desvantagem de ter uma capacidade limitada para inclusão de canais, além da baixa qualidade e confiabilidade do seu sinal. Seu funcionamento se dá através de uma emissora, que é a empresa responsável pela programação de seus respectivos canais, que transmite o sinal do seu uplink (centro de transmissão de sinais para os satélites) diretamente para o satélite, que emite o sinal para o headend (central de recepção, processamento, geração e transmissão do sinal para os assinantes) da emissora. Os aparelhos situados no headend processam, qualificam e modulam os sinais recebidos e enviam por meio de microondas terrestres, através de uma antena, a programação ao assinante, que recebe através de uma antena de microondas. A banda de MMDS usa freqüências de microondas de 2 GHz a 3 GHz. A recepção de sinais de televisão é feita com uma antena especial de microondas e um dispositivo (set-top box) para a televisão receber os sinais. A antena normalmente tem um conversor (downconverter) integrado para transmitir os sinais em freqüências compatíveis com a de TV via cabo coaxial.

Figura 12 - Sistema MMDS (Downstream)


10

Figura 13 - Sistema MMDS (Upstream)

Com todo crescimento da Internet as redes de TV a cabo passaram a ser alternativa vantajosa para acesso, em virtude das altas velocidades alcançadas. 5.2. DTH (Direct to Home)

Os sistemas DTH (direct-to-home) foram desenhados para transmitir televisão de entretenimento para receptores domésticos. Este tipo de emissão corresponde em transmitir serviços para os diversos clientes sem haver preocupação nem limitações de localização para quem os recebe. A arquitetura básica deste sistema é provavelmente a mais simples em relação a todos os outros sistemas, isto devido ao fato de existir apenas uma ligação ascendente, que reúne todos os conteúdos a serem emitidos, e haver milhões de ligações descendentes, que constituem todos os clientes do serviço DTH.

Tipicamente a banda utilizada para este serviço é a Ku havendo também serviços na banda C. Existem dois tipos de serviços, o serviço fixo de satélite (FSS) e o serviço de difusão por satélite (BSS).

No FSS é usado o medium-power satellite system, a potência emitida não é tão grande obrigando a que os receptores sejam mais caros e as antenas maiores. Não tendo sido grande impedimento já que este serviço começou a ser implementado nos anos 80, quando se começou a produzir em grande escala e com poucos custos receptores para a banda Ku, tendo havido uma grande ajuda por parte dos serviços europeus como a SKY, RTL disponíveis no ASTRA. A banda Ku começou desde cedo a ser a mais utilizada e dominou em toda a Europa.

No BSS é usado o high-power satellite systems, a potência emitida é superior ao anterior, reduzindo assim o tamanho das antenas receptoras. No entanto, dada a disposição atual de satélites a interferência orbital é superior devido a uma maior potência emitida.


11

Figura 14 - Sistema DTH

5.3 Tecnologias Concorrentes Considerando que a TV a Cabo não é uma realidade bastante disseminada nas residências, outras vertentes da distribuição do sinal de Internet se firmam. 5.3.1. ADSL

Para as telefônicas, o ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) parece ser uma boa opção e que m barateado com a demanda. Trata-se de uma tecnologia de usar o mesmo par de cobre que chega a sua casa, com spliters, que dividem a frequência em 3 canais. De 0-KHz até 4-KHz para o tradicional serviço de telefonia, e o resto das frequências para upstream e downstream. O limitante principal desta tecnologia, além dos equipamentos nas pontas, são as distâncias, para as velocidades. 5.3.2. SATÉLITES Uma solução via satélite para alta velocidade de conexão a Internet é chamada DirectPC, usando antenas tipo "pizza" de 60 cm de diâmetro. Este modelo requer um centro de operações que envia dados via satélite ao usuário. Sua desvantagem é que ainda é um serviço bastante caro comparado as tecnologias concorrentes.


12

6. REDE DE TELEFONIA FIXA A rede de telefonia fixa é o sistema básico de telecomunicações que corresponde aos aparelhos utilizados por todos hoje em dia além de um vasto conjunto de acessórios com o objetivo de prover a interligação dos usuários do sistema de telefonia (assinantes) à central telefônica e as várias centrais entre si.

Outro termo utilizado é sistema telefônico, que pode ser conceituado como o sistema que permite a comunicação de dois assinantes, através do telefone. Esse sistema divide-se em subsistemas que interagem operacionalmente para formar a rede de telefonia como conhecemos:

- Rede de Comutação; - Rede de Acesso; - Rede de Transmissão; e - Infraestrutura para Sistemas de Telecomunicações.

Além desses subsistemas, existe o subsistema de sinalização por canal comum número 7,

responsável pela inteligência de comunicação entre os elementos da rede de telecomunicações, originalmente chamado em inglês SS71 (Signaling System Number 7).

Existem ainda sistemas secundários que fornecem apoio aos equipamentos de comutação e transmissão, são chamados de infra-estrutura. Fazem parte desse conjunto, por exemplo, torres de transmissão, aterramento, refrigeração e energia. No passado toda tecnologia era analógica. Aos poucos foram sendo introduzidos sistemas de codificação analógico/digital para a voz, os chamados sistemas PCM, que consistia em digitalizar os enlaces entre as centrais telefônicas. 6.1. Divisões do Sistema Telefônico

a) Rede de Comutação: equipamentos necessários à seleção do caminho que possibilita a comunicação entre os usuários.

b) Rede de Acesso: suporte físico necessário para a comunicação. c) Rede de Transmissão: suporte físico ou não que permite a propagação da

informação. d) Infraestrutura para Sistemas de Telecomunicações: sistemas secundários que

fornecem apoio aos equipamentos de transmissão e comutação, como, por exemplo, o sistema de energia que alimenta eletricamente as partes componentes dos outros sistemas. 6.2. Evolução da Telefonia Fixa para Digital

A telefonia atual é essencialmente digital. Isto significa que a o sinal analógico de voz que é transmitido de um aparelho telefônico para a primeira central local é convertido para a forma digital, e a partir deste posto é processado (comutado, transmitido, etc) na forma digital, até atingir a saída da última central local para acesso ao assinante de destino, sendo neste ponto de 1 O sistema de sinalização número 7 foi desenvolvido especialmente para funcionar em centrais digitais de comutação (central telefônica), com o objetivo de extrair maiores vantagens desse tipo de tecnologia. Pode-se dizer quer o Sistema de Sinalização Número 7 é essencialmente uma rede de pacotes


13

saída reconvertido para a forma analógica e transmitido analogicamente na linha até atingir o aparelho telefônico de destino.

Uma conversação telefônica com informação de voz digitalizada assemelha-se à comunicação entre computadores, ou entre computadores e seus periféricos. Podemos até dizer que em uma comunicação telefônica entre duas pessoas, há um fluxo bidirecional de dados à taxa de 8kB/s em cada sentido (8 mil bytes por segundo; 1 byte = 8 bits). Este fato é fundamental para se conceber a unificação das redes de voz e das redes de dados. Esta unificação não é, entretanto, nem um pouco trivial, devido a algumas diferenças intrínsecas entre as naturezas da informação de voz digitalizada e dos dados ordinariamente trocados entre os computadores. 6.3 Características da Transmissão de Sinais Analógicos e Digitais

Todos os sinais, tais como som e imagem, são analógicos e caracterizam-se por apresentar

variações contínuas no tempo assumindo infinitos valores dentro de sua faixa dinâmica. Os sinais digitais variam no tempo de forma discreta, isto é, caracterizam-se por pulsos que assumem número finito de níveis de valores definidos. Desta forma trazem a possibilidade de separação do ruído e imunidade aos problemas de intermodulação, pois enquanto os sinais analógicos carregam informação em forma de sua variação contínua de nível, sendo impossível corrigir perturbações interferentes, os sinais digitais carregam informação no conteúdo binário dos pulsos, interessando tão que se preserve a capacidade de distinção entre os níveis discretos que estes pulsos podem assumir.

Embora a fundamentação teórica de conversão digital de sinais analógicos remonte desde a década de trinta, sua adoção comercial em sistemas de transmissão foi postergada até que o desenvolvimento dos circuitos digitais facilitassem sua implementação e reduzissem seu custo.

Qualitativamente superior, menor custo, facilidade de implementação e possibilidade de tratamento por sistemas inteligentes, enfim, só vantagens fazem com que apenas os sistemas digitais sobrevivam.

A conversão digital consiste na transformação do sinal analógico em pulsos onde o conteúdo binário carrega a informação sendo o bit a unidade mínima. Normalmente nos sistemas de transmissão o sinal digital é transmitido de forma serial onde um número determinado de bits, em código binário, representa um segmento da informação.

A teoria da amostragem, portanto diz que qualquer sinal de informação analógico pode ser traduzido por amostras representativas coletadas periodicamente em intervalos regulares desde que esta freqüência de amostragem seja pelo menos duas vezes maior que a maior freqüência do sinal de informação (Fa = 2Fm: freqüência de Nyquist). Na prática geralmente se adota freqüência superior a freqüência de Nyquist de forma a oferecer suficiente faixa de guarda para facilitar a filtragem seletiva da informação.

6.4. Evolução para a Telefonia IP

Para a telefonia sobre IP o processo inicial é o mesmo, com o usuário pegando o telefone e

estabelecendo a conexão com a central telefônica. A diferença é que agora é estabelecida uma conexão local entre o usuário e um Gateway IP (VoIP – Voice Over IP) que irá responder ao usuário pedindo seu número de identificação o qual deve ser informado através do teclado


14

numérico do telefone. Se o número de identificação estiver correto, é enviado um novo sinal de discagem, indicando ao usuário que ele pode digitar o número do telefone de destino. O gateway IP vai armazenar este número e estabelecer uma rota através da rede IP com o gateway IP de destino, no qual o telefone do usuário destino está conectado. Após a localização, o gateway IP de origem envia uma série de pacotes IP para requisitar o estabelecimento de uma conexão com o destino. Se o usuário destino aceitou a chamada, o sinal de voz é digitalizado e enviado como pacotes IP pela rede.

6.5. A Rede Brasileira

Após a abertura do mercado das telecomunicações, bem como com a privatização das

empresas da área, ocorreu, e ainda ocorre, um crescimento considerável do setor de telecomunicações, no Brasil.

A rede de telefonia fixa brasileira é uma das maiores do mundo e corresponde a metade das linhas telefônicas instaladas no continente sul-americano. O número de linhas instaladas é de mais de 50 milhões de linhas particulares instaladas. Como a rede pública de telefonia utiliza equipamentos de diversos fabricantes é necessário estabelecer padrões para o interfaceamento destes equipamentos. Os principais órgãos de padronização são descritos abaixo:

- International Telecommunication Union – Telecommunication Standardization Sector (ITU-T): é uma agência mantida pelas Nações Unidas para definir padrões de telecomunicações;

- International Organization for Standardization (ISO): uma organização internacional que produz padrões para a indústria e comércio;

- American National Standards Institute (ANSI): publica padrões produzidos por comitês tal como o T1 para telecomunicações;

- Alliance for Telecommunications Industry Solutions (ATIS): mantida pelas operadoras de telefonia;

- Electronics Industry Association (EIA): órgão de padronização representante das indústrias que produziu padrões como a interface EIA-232;

- Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE): patrocina o comitê 802 que desenvolveu muitos dos padrões para redes locais.

- Agencia Nacional de Telecomunicações (ANATEL): Regulamenta todo o sistema de telecomunicações no Brasil, serve de mediador entre as operadoras mediante recurso dessas ou dos clientes do sistema. 7. REDE DE TELEFONIA CELULAR A Telefonia celular é um dos meios de comunicação mais utilizados hoje em dia devido à mobilidade que o usuário possui, podendo utilizar o aparelho em qualquer lugar dentro da área de cobertura. Anteriormente, os sistemas móveis tinham como objetivo alcançar uma grande área de cobertura através de um único transmissor de alta potência, porém, como cada freqüência era alocada a um único usuário por vez, o número de usuários destes sistemas era limitado.


15

Atualmente, utilizamos o conceito celular proposto pelos Laboratórios Bell em 1971, que consiste basicamente na substituição deste único transmissor de alta potência por vários de baixa potência. Cada transmissor do sistema celular é responsável pela cobertura de uma determinada região, formando várias células, daí provém o nome celular.

Ao contrário dos sistemas móveis convencionais, os sistemas celulares possuem alta densidade de usuários, reuso de freqüências, baixa potência de transmissão e antenas pouco elevadas, o que possibilita a divisão da área de cobertura através de estações base responsáveis por determinados canais disponíveis pelo sistema.

Uma rede de telefonia celular é composta de três elementos básicos: - Estação base - Estação móvel - Central de Comutação Móvel.

As estações base conectam o sistema através da Central de Comutação e são

responsáveis pela alocação de canais e realização de chamadas entre os aparelhos móveis. Cada estação é constituída da parte de rádio, formada pelo conjunto de transmissão, recepção, torres e antenas, e de controle, consistindo de uma unidade com microprocessador que controla, monitora e supervisiona as chamadas entre os móveis. Na estação base também é feito o monitoramento dos níveis de sinais do móvel, verificando a necessidade de handoff.

Os canais de comunicação entre o móvel e a base são divididos em canais de voz e canais de controle, ocorrendo, nos primeiros, conversação e troca de dados e, nos outros, que existem em número bem menor, informações da chamada e do sistema.

As estações móveis possuem um transceptor portátil de voz e dados que se comunica com os rádios das estações base em qualquer um dos canais alocados. Esses canais são os links diretos e reversos entre o móvel e a estação, possuindo um caminho de ida e volta entre eles. Mensagens de controle também são trocadas entre o móvel e a base, sendo algumas delas: pedido do móvel para acessar canal, mensagem de alocação de canal da base para o móvel e mensagens de handoff da base, para que o móvel sintonize outro canal.

A Central de Comutação Móvel é o responsável pela interligação entre um conjunto de células, podendo também prover ligação com a Rede de Telefonia Pública (PSTN). Ela é quem gerencia e controla os equipamentos das Bases, dá o suporte às tecnologias de acesso e às funções de processamento de chamadas e tarifação.

A cobertura, dentro de cada célula, depende de parâmetros pré-definidos como altura, potência de transmissão e localização da antena, sendo afetada pela presença de obstáculos como presença de prédios, vegetação, túneis e montanhas. 7.1. Reuso de Frequência

Os sistemas celulares utilizam uma forma inteligente de alocação e reuso de canais através da área de cobertura. Dentro de cada célula, a estação base aloca um grupo de canais a serem usados. Para que não haja interferência, as estações base de células adjacentes utilizam grupos de canais diferentes das vizinhas. Assim, com este limite da área de cobertura, células separadas por


16

uma distância suficiente (distância de reuso cocanal2) podem utilizar simultaneamente os mesmos canais, com um baixo nível de interferência. O conjunto de células vizinhas que utilizam todo o espectro disponível é chamado cluster.

Existe um plano de reuso de freqüências que é sobreposto a um mapa para verificar onde serão utilizados os diferentes grupos de canais. Conceitualmente, utilizam-se as células com forma hexagonal, pois é um modelo simples para mostrar a cobertura de cada estação base.

Figura 15 - Reuso de Frequência

7.2. Handoff

É o procedimento empregado em redes sem fios para tratar a transição de uma unidade móvel de uma célula para outra de forma transparente ao utilizador. Por exemplo, se um veículo se desloca de uma célula de rádio para uma célula adjacente, a rede entrega a ligação em curso para a nova célula.

Muitas estratégias de handoff priorizam os pedidos de handoff em relação a pedidos de inicialização de novas chamadas, quando da alocação de canais livres em uma célula.

O grande objetivo do handoff é manter a conexão com uma estação móvel permitindo a continuidade dos serviços e aplicações em execução. Com isso o grande desafio passa a ser realizar o handoff rápido e sem perda de dados.

Existem vários problemas relacionados ao processo de handoff. Dentre eles estão a detectação e o início do mesmo que devem ser feitos antes da perda da conexão. O estado do sinal também tem que ser monitorado constantemente para saber se tem potência necessária. Outro grande desafio está relacionado com a identificação da melhor estação base de destino da estação móvel, sendo que nessa escolha o monitoramento do sinal tem uma interferência muito grande. Outro problema levantado é como lidar com a falta de recursos da nova estação base. Neste caso o handoff não pode ser completado e para tentar resolver o problema poderia então ser utilizada uma das técnicas de alocação dinâmica de canal ou de empréstimo de canal, no caso de alocação estática.

2 A distância de reuso co-canal é a distância que separa duas células pertencentes a clusters adjacentes e que utilizam o mesmo conjunto de freqüências.


17

7.3. Roaming

Numa situação prática, pode haver mais de um operador de serviços celulares em uma mesma cidade e, certamente, dentro de um mesmo país/continente. Porém, o usuário é assinante de uma operadora apenas. Dessa forma, é necessário que haja interligações entre as diversas operadoras, no sentido de que o assinante de uma operadora possa utilizar os serviços de outra, como visitante (roamer).

Durante o curso de uma chamada, se o móvel desloca-se da área de serviço de uma MSC para a de outra, é necessário um roaming. Portanto, o roaming pode inclusive ocorrer na área de prestação de serviço de uma mesma operadora. Há vários aspectos a serem considerados na implementação do roaming. Por exemplo, uma chamada local pode transformar-se numa chamada a longa distância quando a MSC visitada está em outro estado. Da mesma forma, deve ser dada atenção à compatibilidade de sistemas entre as MSC’s envolvidas. 8. REDES FOTÔNICAS Em analogia à eletrônica que lida com o fluxo de elétrons (uma unidade da matéria), a fotônica é a tecnologia da geração e manuseio da luz cuja unidade quântica é o Fóton3. Assim, as redes fotônicas são redes onde as informações são transportadas pelos fótons que viajam a velocidade da luz (300.000 Km/s). Outra definição para as redes fotônicas é que são redes ultrarrápidas de transmissão por fótons com taxas acima de 10 gigabits por segundo. As redes fotônicas têm viabilizado a Internet como a conhecemos e revolucionado a sociedade pelo seu poder de penetração e capacidade, intrínseca, de democratizar o acesso a informação. Isso tem levado a uma crescente demanda da sociedade por mais velocidade das redes e muito se tem pesquisado nesse sentido.

As redes fotônicas têm na alta tecnologia e na simplicidade o seu maior trunfo. O sistema consiste na instalação de visores de raios laser nos diversos pontos a serem interligados. Essas redes de fibras óticas sem fio permitem a transmissão de dados, voz e imagem com alta segurança e confiabilidade.

As redes fotônicas possuem ainda imunidade a falhas. O equipamento é caracterizado por taxa mínima de erro de transmissão: de um em um trilhão. O tempo entre falhas é superior a oito anos. A formação de malhas proporciona a redundância do encaminhamento dos sinais, resultando em maior segurança do sistema. Os protocolos disponíveis são abrangentes aos mais utilizados em redes de transmissão, assim como os de protocolo aberto. 8.1. Redes Fotônicas na copa de 2014

Durante a copa de 2010 foi apresentado o Projeto 2014k, de Tecnologia de Transmissão de filmes em super alta definição (4k-3D). O principal objetivo do Projeto 2014K é transmitir ao vivo

3 Fótons são partículas elementares que viajam com a velocidade da luz, e a massa deles existe apenas quando se movem à velocidade da luz, sendo sua massa teórica de repouso é igual a zero


18

para cinemas de ultradefinição (4K) os jogos da Copa do Mundo de Futebol de 2014 no Brasil e em todos os cinco continentes com resolução 4K/3D por meio de redes fotônicas.

O fato de usar a terceira dimensão (3D) duplica o volume de dados tornando tais redes fotônicas acadêmicas uma ferramenta essencial para se explorar essa possibilidade de transmissão.

No Brasil, há três redes fotônicas acadêmicas capazes de comportar esse volume de dados: a rede Giga do CPqD de Campinas, a rede Kyatera da Fapesp e a rede Ipê da RNP. Essas redes são a base de todo o projeto 2014K, pois “será por meio delas que transportaremos as imagens para outras cidades do Brasil e para os cinco continentes. Com isso, teremos uma infraestrutura capaz de promover muitas outra atividades além da Copa de 2014, como, por exemplo, a Olimpíada de 2016.” TEXTO EXTRA - FÓTON

A luz foi sempre uma grande incógnita para o homem. No início dos tempos assim como até o século passado, a suposição era de que a luz viajava a uma velocidade infinita, era instantânea. Experiências realizadas por cientistas do século passado utilizando sistemas de espelhos posicionados a grandes distâncias permitiram mostrar que a luz se propagava com uma determinada velocidade finita. Começaram então a tomar forma pesquisas para se descobrir a natureza da luz.

Experiências como a de Young permitiram afirmar que a luz era uma onda eletromagnética, pois nesta experiência a luz passava por uma fenda fina a apresentava o fenômeno da difração e interferência, fenômeno o qual apenas ocorre para ondas. No final do século passado, no entanto, efeitos como o fotoelétrico mostravam um comportamento corpuscular da luz. Finalmente no início deste século, Einstein comprovou a dualidade onda-partícula da luz, dando o nome a partícula luminosa de fóton. Planck e Einstein, ambos os prêmios Nobel, mostraram que a energia é quantizada, sendo enviada em pacotes de onda carregados pelos fótons, e um fóton possui a menor quantidade de energia existente. A energia de um fóton é calculada através da relação E=h, onde h é a constante de Planck (é a freqüência de oscilação da onda eletromagnética).

A emissão de um fóton ocorre durante a transição de um elétron de um átomo entre dois estados energéticos diferentes, pois quando ele recebe energia ele passa de uma camada mais interna para uma mais externa do átomo, e quando ele retorna para seu estado original, ele emite a energia correspondente a esta diferença sob a forma de um fóton. Os fótons são partículas elementares que viajam com a velocidade da luz, e a massa deles existe apenas quando se movem à velocidade da luz, sendo sua massa teórica de repouso é igual a zero, pois de acordo com a Teoria da Relatividade, uma partícula que possui massa de repouso, ao atingir a velocidade da luz deveria ter uma massa infinita, o que é impossível.

A energia de um fóton é incrivelmente pequena, como podemos ver pela energia média de um fóton cuja freqüência está dentro da faixa do espectro visível, energia que é igual a 4x1019 joules. No entanto, temos que uma lâmpada comum de filamento incandescente de 100 W de potência, emite cerca de 2,5x1020 fótons por segundo, o que faz com que a quantidade de energia transmitida seja significativa.

Aula 1 - Convergência Tecnológicaricardobarcelar.com.br/aulas/tele/conv_tecnologica.pdf1 - Aula 1...

Documents

Transcript of Aula 1 - Convergência Tecnológicaricardobarcelar.com.br/aulas/tele/conv_tecnologica.pdf1 - Aula 1...