Princípios da Telefonia. voz via telefonia = dois transdutores:
� Acústico-elétrico (microfone) � Elétrico-acústico (alto-falante) � uma fonte de alimentação.
• microfones simples (o microfone a carvão)
contém um diafragma sensível à pressão exercida pelas ondas sonoras. O movimento do diafragma faz variar a compressão de grânulos de carvão (quanto maior a compressão, menor a resistência elétrica).
Se o circuito é alimentado por uma bateria (DC), a corrente varia segundo
o sinal acústico. Trata-se de um resistor controlado à voz.
diafragma
cápsula
grânulos de carvão
+-
ondas sonorasrepresentação
MIC
alto-falante: é conseguido com auxílio de uma bobina colocada junto a um imã permanente. Quando a corrente (ac) gerada pelo sinal de voz é aplicada à bobina, esta gera um campo que interage com o campo do imã => movimento do cone (de papelão) colado à bobina.
cone
cápsula
imã permanente ondas sonoras
representação
FTE
bobina
Esquema rudimentar de um aparelho telefônico.
FTEMIC - +
bateria Modelo rudimentar (simplex) para um telefone.
funcionamento não deve ser unidirecional (a comunicação é duplex). Cada terminal (aparelho) deve possuir simultaneamente os dois transdutores (falar/escutar).
Um circuito à dois fios (mic) e um circuito à dois fios (fte) == circuito a quatro fios que é ligado através de um transformador chamado de híbrida, convertendo o circuito a 4 fios em 2 fios. A alimentação requerida não é colocada nos telefones e sim na central telefônica a qual o assinante está ligado.
P/ Comutação
CENTRAL LOCAL
I/P
+
-
48 V
Alimentação por BC.
Princípios do funcionamento dos aparelhos telefônicos: diagrama simplificado, exibindo diferentes blocos funcionais.
linha de acesso
Circ. de compensação
Automática
balanceamento
chaves
Dial
RxTX
Híbrida
Telefone: Um diagrama simplificado.
A campainha-
Mesmo quando o telefone está "desligado", o circuito da campainha
mantém-se conectado à central local.
Isto permite receber um sinal de chamada enviado pela central, fazendo o
telefone soar.
O sinal de chamada é um sinal AC (típico 48V) de duração 4 segundos com
ciclo 1 seg ON; 3 seg OFF (ouça quando alguém ligar para sua residência!).
A chave-
Ao retirar o fone do gancho, a chave fecha um contato (loop signaling)
permitindo a corrente fluir da central para o aparelho - ouve-se o sinal de
linha (dando linha ou ocupado).
O "Dial"-
Disco ou teclado para discagem. O sistema com disco rotatório (mecânico)
tem velocidade limitada- típico 10 pulsos/seg. Um pulso para #1, dois
pulsos para #2,..., nove pulsos para #9 e dez pulsos para #0 discado.
O sistema DTMF anteriormente descrito é superior.
Abaixo o sinal no sistema decádico.
corrente
...
pulsos
retorno discosolta discoretira do gancho
TX e RX-
As cápsulas são essencialmente transdutores elétricos/acústicos.
O Circuito de Compensação automática-
Funciona como um AGC, permitindo manter o nível de voz
praticamente independente da distância do assinante à central.
A Híbrida-
Transformador que permite acoplar (interface) o circuito a 4 fios (02 em TX e 02 em RX) e a linha de acesso à 2 fios.
4 fios
2 fios
FONE
Balanceamento-
Pequena realimentação do que é falado (TX) para o próprio fone de
ouvido do aparelho (RX).
Atualmente, a implementação dos módulos descritos é feita em CIs. Já existem telefones "single chip", incluindo:
(a) Gerador de DTMF (b) Circuito de voz-- híbrida ativa + amplificador do Microfone (c) Circuito da campainha-- tone ringer e (d) Compensação automática.
Em telefonia, não é possível que um assinante tenha um par de fios
conectando-o a cada dos outros assinantes.
Um sistema desta forma é inviável devido ao custo proibitivo e dificuldades
de manutenção.
Ao invés disto, são construídas centrais locais que recebem linhas dos usuários
de uma dada área geográfica (freqüentemente, bairro). Cada central
normalmente comporta até 10.000 assinantes, 0000 a 9999.
NB- centrais para celulares têm capacidade bem maior.
A identificação completa do assinante ==
prefixo numérico indicativo da central (três dígitos) +
# do assinante na central.
Para que assinantes de centrais locais distintas estabeleçam comunicação � as
centrais locais conectadas entre si.
O canal de interligamento entre centrais locais (linhas intercentrais) é
usualmente referido como um tronco.
central local0000
2314
4552271
8210
tronco
N.B São circuitos de tráfego intenso e é comum o uso da multiplexação FDM
ou principalmente TDM.
Multiplexação FDM e Telefonia A multiplexação consiste na transmissão simultânea de vários sinais (mais de
um) em um mesmo canal, de tal forma que é possível recuperar cada um deles
no destinatário.
As técnicas usuais para multiplexar sinais são "FDM-- Multiplex por Divisão em Freqüência" "TDM-- Multiplex por Divisão no Tempo" "CDM-- Multiplex por Divisão em Códigos" GDM – Multiplex por Divisão em Corpos Finitos (UFPE)
FDM A idéia da MUX FDM consiste em transmitir vários sinais misturados no
domínio do tempo, porém separados no domínio da freqüência (conteúdo
harmônico).
Cada um dos canais é alocado em uma faixa de freqüências diferente usando
normalmente a Modulação SSB e os sinais modulados são somados gerando
um novo sinal referido como Sinal em Banda Básica.
Este sinal é encarado pelo modulador como um sinal único, banda limitada.
Um esquema típico de MUX é mostrado a seguir.
~
MOD.SSB
LPF
~
MOD.SSB
LPF
~
MOD.SSB
LPF
... Σ
w
w
w
1
2
N
SUB-CANAL
w
w
w
c1
c2
cN
...
...
...
ϕ
ϕ
ϕ
1
2
N
(t)
(t)
(t)
(t)ϕB MODULA
DOR
~wc
ϕ (t)C
p/ canal
Gerenciador de
Subportadoras e Pilotos
pilotos
f
f
c1
cN...
fci
fc
= subportadora i-ésimo canal
= portadora
Configuração de um Sistema MUX FDM.
ϕb(t ) = ϕci (t)i=1
n
∑, portanto
Φb(w) = Φcii=1
n
∑ (w).
...
ΦB(w)
w w wc1 c2 cN
...w
banda de guarda
Espectro Típico de Sinais MUX em FDM.
Na detecção.
SUB-CANAL
~
MOD.
SSBBPF
~
MOD.
SSBBPF
~
MOD.
SSBBPF
w
w
w
c1
c2
cN
...
...
...
...
ϕ
ϕ
ϕ
1
2
N
(t)
(t)
(t)
(t)ϕBDEMODU
LADOR
~wc
ϕ (t)C
RECUPERAÇÃO DE
SUBPORTADORAS
pilotos
f
f
c1
cN
...
fci
fc
= subportadora i-ésimo canal
= portadora
Recepção de sinais FDM (Demultiplex FDM).
O maior problema da FDM é a diafonia (crosstalk), uma interferência indesejável entre canais.
FDM em fibras ópticas: Multiplexação por Divisão em Comprimento de Onda (WDM) e demux WDDM, usual nas faixas (0,82 e 1,3) µm e para (1,3 e 1,55) µm. Outra aplicação da FDM: Sistemas CATV (Assinatura de Televisão por cabo). Grande parte das operadoras de cabo operam na faixa de 54 MHz a 450 MHz, provendo cerca de 60 canais AM-VSB multiplexados.
Tabela. Hierarquia FDM Européia (adotada no Brasil).
DESIGNAÇÃO
Intervalo de Freqüências
Banda Passante
Nº de Canais
Grupo 60-108 kHz 48 kHz 12 Super grupo 312-552 kHz 240 kHz 60 Grupo Mestre 812-2.044
kHz 1.232 kHz
300
Super Grupo Mestre
8.516-12.388 kHz
3,872 MHz
900
Banda básica 12M
316-12.388 kHz
12 MHz 2.700
Banda básica 60M
4.332-59.684 kHz
60 MHz 10.800
Para o sistema "CCITT"
1 supergrupo de 5 grupos 1 supergrupo de 5 grupos 1 grupo mestre de 10 supergrupos 1 grupo mestre de 5 supergrupos 1 jumbo grupo de 6 grupos mestre 1 supergrupo mestre de 3 grupos mestre 1 jumbo grupo mux de 3 jumbos grupos 1 Banda 12MHz de 3 supergrupos mestre 1 Banda 60MHz de 12 supergrupos mestre.
1º
NívelMUX
12312
2º
NívelMUX
12
3º
NívelMUX
12
4º
NívelMUX
123
5
5
5º
NívelMUX
123
grupo
super grupo
grupo mestre
super grupo mestre
banda básica
12M Hierarquia FDM padrão CCITT adotada no Brasil.
1 2 3 12
GRUPO
f (kHz)60 64 68 ..... 102 108
f (kHz)
1 2 3 12
GRUPO
1 2 3 12
GRUPO
1 2 3 12
GRUPO
312 360 408 ... 540 552
SUPERGRUPO1 2 5
Espectros na Hierarquia FDM (e.g. LSB).
• Sistemas FDM clássicos (SSB): em desuso
• Sistemas c/ fibras ópticas: multiplexação WDM
(wavelength Division Multiplex) = FDM adotado a sinais ópticos.
A informação de cada tributário é modulada usando um Diodo Laser (DL), que emite comprimento de onda específico para cada subcanal (os Diodos laser são as subportadoras do sistema). Como λ=c/f, multiplexar em comprimento de onda é o mesmo que multiplexar em freqüência. Cada sinal é modulado individualmente e os sinais ópticos são combinados por um acoplador óptico (guia de onda planar).
LD 1
LD 2
LD n
MOD
MOD
MOD
.
.
. . . .
. . .
A C O P L A D O R O P T I C O
fibra óptica
λ λ ... λ1 2 n
λ1
λ2
λn
controle de
λ ..
Monitoramento de λ
Sistema WDM.
fibra óptica
λ λ ... λ1 2 n
controle de λ
..
Monitoramento de λ
LD 1
LD 2
LD n
MOD
MOD
MOD. . .
. . .
A C O P L A D O R O P T I C O
λ1
λ2
λn... ...
MOD
MOD
MOD. . .
.
.
. . . .
A C O P L A D O R O P T I C O
λ1
λ2
λn
... ...
λ λ ... λ1 2 n
polarização
.
.
.
.
Diodo Laser
Figura. Sistema de WDM=> Multiplex óptico por Divisão em Comprimento de onda
PLANO DE NUMERAÇÃO- O 1º algarismo do assinante não deve ser 0 ou 1. � O código 0 (e 00) é usado para chamadas interurbanas (e internacionais).
� O número inicial 1 é reservado para serviços especiais, utilidade pública e emergência:
Informações, reclamação de defeitos, hora certa, despertador, polícia, Corpo de Bombeiros, falta de luz e força etc.
0 ou 00
troncos
outras centrais
outros assinantes
REDE LOCAL 00
troncos
outras cidades
central trânsito nacional
assinante
linha
0
00
DDD
DDI
Legenda
outros países
central Internacional
REDE NACIONAL REDE INTERNACIONAL
Rede Telefônica.
Tipicamente, centrais locais tem uma área de ação de raio 5 a 6 km.
Várias centrais locais podem ser interligadas através de uma central de
trânsito.
T
Central de trânsito. O tráfego interurbano é concentrado através das centrais de trânsito em uma
central interurbana.
T
T
I
T
enlace internacional
Atualmente, as são centrais digitais do tipo CPA-T - Central de Programação
Armazenada, com comutação digital.
Tecnologia introduzida no final da década de 70, especialmente com as
centrais AXE Ericsson, NEAX Nec e EWSD Siemens.
Chega-se a um ponto em que muitas centrais locais significam aumento
demasiado no número de troncos, impossibilitando a interligação entre todas
elas.
centrais tandem são centrais especiais que comutam chamadas de diversas
centrais locais. Desempenham uma função auxiliar e não possuem prefixo, não
atendendo, portanto, assinantes.
12.938.862 acessos em 1994, com densidade telefônica 9,4 p/ hab. 15.587.365 acessos em 1995, com densidade telefônica de 10,3 p/ hab. (por 100 habitantes).
NVBSTA
BVG
STB
PDE
PZS
CBO
MAD
UNI
AFO
IMB
IBUARE
TAM
ENC
CCA
EBT
JBO
CUR
CAN
CAJ
OLD
PUI
ABU
ISS
Algumas centrais do grande Recife
Anel principal: NBV (Nova Boa Vista), STA (santo Antônio), BVG (Boa Viagem), STB (Setúbal), PZS (Prazeres), MAD (Madalena), CCA (Casa Caiada).
92
95
91
96
93
68
69
65
62
62
61
67
71
73
86
85 84
83
8275
81
38
33
34
37
31
3235
27
24
2144
45
4642
4341
41
48
49
54
5153
55
17 16
1918
14
15 1112
13
Códigos de área dos estados brasileiros, em centrais interurbanas.
O serviço telefônico Internacional: i) Dois sistemas de cabos submarinos para a CEE; -- o Bracan e Atlantis
ii) Um sistema de cabo submarino para os EUA; -- Brus
iii) Comunicação por satélite: Intelsat e Inmarsat
iv) Enlaces de microondas (Argentina, Bolívia, Paraguai)
v) Cabos de fibras ópticas
vi) cabos ópticos internacionais:
unisur (Brasil, Argentina e Uruguai); Américas I (Brasil EUA).
As principais estações terrenas para transmissão internacional por satélite são: Tanguá (Itaboraí-RJ, inaugurada em 28/02/69) e Morungaba (Campinas-SP)
2005199019751960194519301915
10 4
10 5
10 6
10 7
10 8
#terminais
Evolução do número de terminais telefônicos no Brasil
Ano
# terminais telefonicos
y = 2.8665e-58 * 10^(3.2478e-2x) R^2 = 0.986
Nos telefones modernos, a discagem é realizada por meio de teclas, cada uma
delas correspondendo à emissão de um par de tons senoidais na faixa de 300 a
3.000 Hz.
Por exemplo, ao compor 5, são enviados simultaneamente dois tons, um de
770 Hz e outro de 1336 Hz (vide tabela).
Este esquema de sinalização entre assinante-central é chamado de DTMF
(Dual-tone Multi-Frequency).
Sistema DTMF de digitação por teclas
(Recomendação Q23 do CCITT)
1209 1336 1447 1633
697
770
852
941
LFHF
1 2 3
4 5 6
7 8 9
* 0 #
A
B
C
D
Teclado DTMF
grupo HF
grupo LF
Os telefones atualmente dispõem de uma pequena chave comutadora P-T
(pulse-tone) que permite selecionar a discagem via pulsos ou tons, dependendo
da central local aceitar a última possibilidade.
A velocidade de discagem é muito maior no caso de DTMF.
O DTMF além de proporcionar maior velocidade e imunidade a erros
(vantagem assinante), resulta em menor ocupação da central, com alívio no
tráfego (vantagem para a rede).
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05-1
-0.5
0
0.5
1
Time (sec)
Signal
Time Response
0 500 1000 1500 200010
-10
10-5
100
105
Frequency (Hz)
Signal Power
Spectrum
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05-1
-0.5
0
0.5
1
Time (sec)
Signal
Time Response
0 500 1000 1500 200010
-10
10-5
100
105
Frequency (Hz)
Signal Power
Spectrum
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05-1
-0.5
0
0.5
1
Time (sec)
Signal
Time Response
0 500 1000 1500 200010
-10
10-5
100
105
Frequency (Hz)
Signal Power
Spectrum
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05-1
-0.5
0
0.5
1
Time (sec)
Signal
Time Response
0 500 1000 1500 200010
-10
10-5
100
105
Frequency (Hz)
Signal Power
Spectrum