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Curso de Engenharia de Telecomunicações/ Tecnologia em Redes de Telecomunicações
Técnicas de Multiplexação
Aula 7 
Para uma dada largura de banda W é possível aumentar a capacidade do canal (C) aumentando-se o número de níveis de sinalização (M).
C = 2Wlog2(M) 
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Capacidade do Canal - Nyquist 
Capacidade do canal é a taxa de transmissão máxima (em bps) que ele suporta;
Segundo Nyquist, a limitação da capacidade do canal é APENAS dependente de sua largura de banda (o canal é tido como livre de erros);
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Pode-se aumentar a capacidade de transmissão do canal aumentando-se o número de níveis de sinalização (M) (codificação multinível)
2 níveis representam dois símbolos (0 e 1)
4 níveis representam quatro símbolos diferentes (00,01,10,11)
bits/M =log2M
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Níveis de sinalização
baud rate versus bit rate (bps): 
baud rate: número de transições de níveis (M) por segundo (taxa de sinalização)
bit rate: número de bits transmitidos por segundo•
Linha de b baud não necessariamente transmite b bps
depende da codificação utilizada (cada nível M pode representar vários bits) 
Obs: Com M=32 e 1200 baud é possível transmitir C=log2 (32)*1200 bps = 6000bps
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Taxa de sinalização e transmissão
Shanon introduz a influência do ruído (térmico)
relação entre a potência do sinal e a potência do ruído
expresso em dB (decibéis) 
Capacidade máxima do canal, em bps, é dada por:
C = W log2(1+S/N)
W largura de banda
C= Capacidade do canal
S/N : razão sinal/ruído (dB) 
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Capacidade do canal Shannon
Exemplo
Se S/N= 30dB
x = 10log10(S/N)
 30 = 10log10(S/N)
 3 = log10(S/N) só para lembrar loga b=c então ac=b
 S/N = 103 =1000 
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Conversão S/N
Consiste em agrupar vários canais de informação independentes, de modo a transmiti-los em um único meio físico (cabo, enlace de rádio, satélite, fibra óptica, entre outros), sem que ocorra a mistura ou interferência entre os canais; 
A demultiplexação é a separação dos canais, recuperando a informação de cada um. 
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Multiplexação
Existem basicamente quatro tipos de multiplexação:
⇒Multiplexação por divisão do espectro de frequência (FDM)
⇒ Multiplexação por divisão do tempo (TDM)
⇒ Multiplexação por divisão do comprimento de onda (WDM)
⇒ Multiplexação por divisão de Código (CDM) 
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Tipos
O código de Huffman é utilizado para compactar dados (compressão sem perdas).
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Na multiplexação por divisão de frequências cada canal possui uma faixa de frequência pre determinada.
O sinal é deslocado em frequência para sua posição antes de ser realizada a multiplexação dos canais.
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FDM
Este deslocamento é feito através da modulação do sinal. Cada canal de origem, banda base, modula uma portadora de uma frequência diferente em amplitude, frequência ou fase
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Neste tipo de modulação a banda passante é dividida em vários canais de comunicação, em faixas de frequência distintas.
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FDM
Cada um desses canais pode ser usado individualmente como se fosse uma linha separada. Na telefonia as faixas de freqüência reservadas para a transmissão de voz são de 4 KHz. Neste tipo de técnica os terminais não precisam estar geograficamente próximos. Todos sinais são enviados ao mesmo tempo, porém cada um ocupando uma diferente porção da largura de banda. Uma desvantagem da FDM é a dificuldade de expansão.
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Etapas para a transmissão de um sinal multiplexado na frequência:
passar um filtro no sinal de forma a preservar somente a faixa relativa à banda passante necessária a cada um deles;
deslocar a faixa de frequência deste sinal para a faixa de frequência da sua transmissão;
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Etapas da FDM
na recepção deve-se novamente deslocar o sinal da frequência de transmissão de transmissão para a sua frequência original;
novamente passa-se um filtro para conter somente o sinal original. 
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Telefonia analógica
Telefonia digital
FM Stereo
WLAN
ADSL
TV a cabo 
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Aplicações
Desvantagens: Desvantagens:  Interferência cruzada entre os canais adjacentes  Necessidade de filtros de frequência altamente seletivos  Distorção de fase nas bordas dos filtros causam erros 
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802.11b 20M ; 802.11g/n 15M; 802.11n 35M
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Multiplexação por Divisão de Frequência Ortogonal
Variante da FDM que minimiza a interferência entre canais adjacentes
Possibilita um melhor aproveitamento do espectro (maior número de canais para mesma BW)
Método de codificação de dados digitais em múltiplas frequências portadoras
Usada na comunicação de sinais digitais
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Multiplexação OFDM
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Multiplexação OFDM
Características: Os sinais de sub-portadoras são ortogonais entre si. Interferência cruzada entre os canais adjacentes é eliminada. Faixas de guarda inter-portadoras não são necessárias. maior aproveitamento espectral . Menor complexidade no projeto do transmissor e receptor.
Critério de ortoganalidade: Num sistema OFDM a ortogonalidade entre as sub portadoras é conseguida por meio de transformada de Fourier discreta (DFT). Medindo-se a intensidade de cada sub-portadora no seu máximo, obtém-se uma intensidade nula das outras sub-portadoras
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Multiplexação OFDM
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Diagrama de blocos TX
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Diagrama de blocos Rx
Critérios para um correto funcionamento: conversor digital-analógico (DAC) de alta resolução no transmissor (≥12 bits). Conversor analógico-digital (ADC) de alta resolução no receptor (≥12 bits). cadeia de sinal linear (baixa distorção)
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Principais desvantagens:
Sensível ao efeito Doppler:
 não utilizada para comunicações móveis em alta velocidade;
Sensível a problemas de sincronização de frequência;
Alta relação de potência pico/média (PAPR);
Necessidade de circuito transmissor linear: baixa eficiência energética.
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Multiplexação OFDM
Este tipo de multiplexação se beneficia do fato de que a capacidade (em quantidade de bits por segundo) do meio de transmissão, em muitos casos, excede a taxa média de geração de bits das estações conectadas ao meio físico.
A TDM pode ser classificada em síncrona e assíncrona. 
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Multiplexação TDM
Ela intercala os bits, que fluem das linhas de baixa velocidade, dentro da linha de maior velocidade. 
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O domínio do tempo é dividido em intervalos de tamanho fixo T chamados frames (quadros). 
Os segmentos de tempo dentro de um frame não precisam ser do mesmo tamanho. 
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Multiplexação TDM
Cada frame é subdividido em N subintervalos {t1 ,...,tn } denominados slots ou segmentos que formam uma partição dos frames que, por sua vez, formam uma partição do tempoinfinito.
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Canal Fixo é o conjunto de todos os segmentos, um em cada frame, identificados por uma determinada posição fixa dentro desses frames.
Formas de alocação e liberação de canal: Fixa e Dinâmica 
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TDM - Síncrona
 Cada canal deve ser alocado para as diferentes fontes de transmissão. Canais Chaveados são alocados e deslocados dinamicamente durante o funcionamento das fontes transmissoras.
Alocação Fixa ? A alocação do canal é fixa durante todo o tempo e preestabelecida antes do funcionamento da rede ? Canal fixo: canal alocado de forma fixa ? Exemplo: ?PABX que interliga 30 telefones com um tronco de 2048 kbps (enlace E-1) • Neste caso o enlace E1 suporta 30 canais de voz PCM de 64 Kbps • Cada telefone já está associado ao canal que será utilizado, de acordo com o ponto no qual é ligado. 
Alocação Dinâmica: A alocação dos canais é dinâmica durante o período de funcionamento da rede. Canal chaveado: canal alocado de forma dinâmica. Exemplo: Ligações entre centrais telefônicas
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Também chamada de multiplexação estatística. 
Não há alocação de canal.
Parcelas de tempo são alocadas dinamicamente de acordo com a demanda das estações, isto é, com a largura individual de cada canal.
 
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TDM - Assíncrona
 A banda a ser destinada a cada uma dos canais é alocada dinamicamente com base na utilização estatística. Cada canal dispõe de banda somente quando estiver enviando dado
Cada canal é compartilhado por vários assinantes. • Uso de TDM Assíncrono ou estatístico.
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Permite-se dessa forma a maximização do uso da largura de banda disponível na linha compartilhada. Nenhuma capacidade de transmissão é desperdiçada, pois o tempo não utilizado está sempre disponível caso alguma estação gere tráfego e deseja utilizar o canal de transmissão.
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A multiplexação por divisão de comprimento de onda e a variação do FDM para fibras ópticas;
Ocorre por não ser usado o termo frequência em óptica, mas sim o comprimento de onda;
O canal irá trafegar pela fibra óptica em um comprimento de onda diferente.
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Multiplexação WDM
WDM tem o potencial de exploração de uma largura de banda ampla oferecida pela fibra óptica, por onde centenas de canais podem ser transmitidas com separação entre eles de alguns GHz, além de apresentar baixa atenuação dos sinais, quando comparado aos meios de comunicação que utilizam cabos metálicos ou comunicação no espaço aberto
 
I. Dense WDM (DWDM) pode combinar muito mais canais em uma única fibra do que WDM tradicional, que só permite a multiplexação de poucos comprimentos de onda.
II. O uso de WDM é indicado para links ponto-a-ponto e de longas distâncias.
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O WDM funciona como o FDM dentro de uma porção óptica do espectro eletromagnético.
Divide-se
CWDM
DWDM
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Multiplexação WDM 
Várias portadoras ópticas são moduladas usando sinais elétricos independentes (podem ser usadas as técnicas TDM e FDM no domínio elétrico) e depois são transmitidas através de uma mesma fibra
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CWDM pode ser definido como sistemas WDM com menos de oito comprimentos de onda ativos por fibra. O CWDM é usado para comunicações de curto alcance, por isso emprega frequências de amplo alcance com comprimentos de onda muito distantes.
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CWDM
O espaçamento de canal padronizado permite a variação de comprimento de onda conforme os lasers se aquecem e esfriam durante a operação. O CWDM é uma opção compacta e econômica quando a eficiência espectral não é um requisito importante.
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DWDM é definido em termos de frequências. O espaçamento de comprimento de onda do DWDM mais denso aceita mais canais em uma única fibra, mas a implementação e a operação são mais caras. DWDM é para sistemas com mais de oito comprimentos de onda ativos por fibra.
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DWDM - Denso
O DWDM divide o espectro em pequenas partes, encaixando mais de 40 canais na faixa de frequência da banda C.
os fornecedores encontraram várias técnicas para agrupar 40, 88 ou 96 comprimentos de onda de espaçamento fixo no espectro da banda C de uma fibra
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Na multiplexação por divisão de código cada transmissor transmite utilizando um código diferente;
Cada par, transmissor/receptor, se comunicará com um código específico, o qual será utilizado para filtrar a informação contida no sinal transmitido.
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CDM
Está técnica junta as características do FDM e do TDM; 
Todos os canais podem transmitir simultaneamente, nas mesmas frequências e utilizando toda a banda disponível; 
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