Temporada I - Episódio - Sinal Digital

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Sinal digital
APRESENTAÇÃO
Vive-se, na atualidade, a era digital, na qual toda informação pode ter uma representação digital 
de seu conteúdo e, consequentemente, ser transmitida por redes com capacidade de transmitir 
dados digitais. Em virtude de a informação poder ser traduzida para um conjunto de dados 
digitais, redes computacionais podem interpretar os dados a serem transmitidos, podendo-se 
observar parâmetros como largura de banda e outros.
A velocidade com que os dados serão transmitidos depende de forma direta da largura de banda, 
que seria a capacidade máxima do canal de comunicação de enviar dados.
Nesta Unidade de Aprendizagem, você vai conhecer os sinais digitais e a transmissão de dados 
digitais, bem como aprender o que é a taxa de transferência de dados.
Bons estudos.
Ao final desta Unidade de Aprendizagem, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
Explicar o que é sinal digital.•
Discutir a transmissão de sinais digitais.•
Descrever a taxa de transferência.•
DESAFIO
As interfaces de comunicação muitas vezes apresentam limites em sua transmissão de dados, 
seja ela uma interface analógica, seja uma interface digital. Tais limites normalmente estão 
relacionados à taxa de transmissão, uma vez que o canal de comunicação pode não fornecer 
suporte a maiores velocidades em virtude de vários fatores, como limitação física ou 
tecnológica, entre outros. A fim de fornecer velocidades maiores, muitas vezes são empregadas 
técnicas que têm por objetivo multiplicar a taxa de transferência de dados mesmo na presença de 
tais limitações.
Observando isso, algumas opções de parâmetros da interface de controle foram levantadas como 
possíveis soluções, a fim de proporcionar o bom funcionamento do equipamento em questão:
Opção A: Troca da interface de comunicação
Opção B: Técnica 4 níveis do sinal digital
Opção C: Técnica 8 níveis do sinal digital
Indique qual opção apresenta a melhor solução para o problema. Escreva uma análise sobre cada 
uma das opções de acordo com o caso.
INFOGRÁFICO
Em se tratando de um sinal digital, há maior facilidade de se determinar parâmetros como a taxa 
de transmissão de dados, uma vez que se dispõe de mecanismos de software ou até mesmo de 
hardware que podem facilmente realizar uma contagem de bits recepcionados em dado período 
de tempo. Assim, é possível verificar a quantidade de bits transmitidos e recepcionados por 
segundo, por exemplo. Porém, isso não significa que todas as informações sejam bits de dados, 
visto que algumas podem ser bits de controle.
Neste Infográfico, aprenda mais sobre taxas de transmissão e comunicação serial.
CONTEÚDO DO LIVRO
Uma imagem, som e até mesmo um livro podem ser traduzidos em uma informação digital e, 
assim, ser propagados em um meio de transmissão de dados digitais, ou seja, transmitidos de um 
dispositivo de origem para um dispositivo de destino.
Dessa forma, verifica-se que itens com os quais se trabalha praticamente todo dia podem 
ser expressos em formato digital para serem manipulados pelos aplicativos e sistemas que um 
usuário utiliza para a execução de suas tarefas diárias, seja no trabalho, seja em sua própria 
casa. Tais ferramentas têm suporte à transmissão e ao processamento de dados digitais.
No capítulo Sinal digital, da obra Comunicação de dados, você vai conhecer o que é um sinal 
digital, bem como verificar como tais dados são transmitidos. Além disso, irá aprender a 
analisar a taxa de transmissão no âmbito de sinais digitais.
Boa leitura.
Quarta edição
F727c Forouzan, Behrouz A. 
 Comunicação de dados e redes de computadores [recurso 
 eletrônico] / Behrouz A. Forouzan com a colaboração de 
 Sophia Chung Fegan ; tradução: Ariovaldo Griesi ; revisão 
 técnica: Jonas Santiago de Oliveira. – 4. ed. – Dados 
 eletrônicos. – Porto Alegre : AMGH, 2010.
 
 Editado também como livro impresso em 2008.
 ISBN 978-85-63308-47-4
 1. Comunicação entre computadores. 2. Redes de 
 computadores. I. Fegan, Sophia Chung. II. Título. 
CDU 004.7
Catalogação na publicação: Ana Paula M. Magnus – CRB-10/Prov-009/10
Solução
A freqüência menor tem de estar em 40 kHz e a mais alta em 240 kHz. A Figura 3.15 mostra o domínio 
da freqüência e a largura de banda.
Figura 3.15 A largura de banda para o Exemplo 3.12
Amplitude
Freqüência40 kHz 240 kHz 140 kHz
Exemplo 3.13
Um exemplo de sinal composto não periódico é o sinal propagado por uma estação de rádio AM. Nos 
Estados Unidos, aloca-se 10 kHz de largura de banda para cada estação de rádio AM. A largura de banda 
total dedicada a emissoras de rádio AM vai de 530 a 1.700 kHz. Mostraremos o raciocínio por trás dessa 
largura de banda de 10 kHz no Capítulo 5.
Exemplo 3.14
Outro exemplo de um sinal composto não periódico é o sinal propagado por uma estação de rádio FM. 
Nos Estados Unidos, cada estação FM tem à sua disposição 200 kHz de largura de banda. Demonstra-
remos o raciocínio por trás desse valor no Capítulo 5.
Exemplo 3.15
Um terceiro exemplo de um sinal composto não periódico é aquele recebido por uma antiga TV ana-
lógica em preto-e-branco. A tela é varrida 30 vezes por segundo (A varredura é, na realidade, 60 vezes 
por segundo, mas, as linhas ímpares são varridas em um turno e as linhas pares no seguinte e então in-
tercaladas). Se supusermos uma resolução de 525 × 700 (525 linhas verticais e 700 linhas horizontais), 
que é uma razão 3:4, temos 367.500 pixels na tela. Se pudermos varrer a tela 30 vezes por segundo, isso 
significa 367.500 × 30 = 11.025.000 pixels por segundo. A pior situação é alternar pixels em preto-e-
branco. Nesse caso, temos de representar uma cor pela amplitude mínima e a outra pela amplitude má-
xima. Podemos enviar 2 pixels por ciclo. Portanto, precisamos de 11.025.000/2 = 5.512.500 ciclos por 
segundo ou Hz. A largura de banda necessária é de 5,5124 MHz. Esse pior caso tem uma probabilidade 
tão pequena de ocorrer que a hipótese é que precisemos apenas de 70% dessa largura de banda, ou seja, 
3,85 MHz. Já que também são necessários sinais de áudio e de sincronização, foi reservada uma largura 
de banda de 4 MHz para cada canal de TV em preto-e-branco. Um canal analógico de TV em cores 
possui uma largura de banda de 6 MHz.
3.3 SINAIS DIGITAIS
Além de representadas por um sinal analógico, as informações também podem ser representadas 
por um sinal digital. Por exemplo, o nível lógico 1 pode ser codificado como uma voltagem positiva 
e o nível lógico zero (0) como uma voltagem zero. Um sinal digital pode ter mais de dois níveis. 
SEÇÃO 3.3 SINAIS DIGITAIS 71
72 CAPÍTULO 3 DADOS E SINAIS
Nesse caso, podemos enviar mais de 1 bit por nível. A Figura 3.16 mostra dois sinais, um com 
dois níveis e outro com quatro.
Figura 3.16 Dois sinais digitais: um com dois níveis e outro com quatro níveis de sinal
Amplitude
Nível 1
Nível 1
Nível 2
Nível 3
Nível 4
Nível 2
1 0 1 1 0 0 0 1
• • •
Amplitude
Tempo
Tempo
11 10 01 01 00 00 00 10
• • •
a. Um sinal digital com dois níveis
b. Um sinal digital com quatro níveis
1 s
1 s
8 bits enviados em 1 s,
Taxa de transferência = 8 bps
16 bits enviados em 1 s,
Taxa de transferência = 16 bps
Enviamos 1 bit por nível no item (a) da figura e 2 bits por nível no item (b) da figura. Em 
geral, se um sinal tiver L níveis, cada nível precisa log2L bits.
O Apêndice C faz uma revisão sobre funções exponenciais e logarítmicas.
Exemplo 3.16
Um sinal digital tem oito níveis. Quantos bits são necessários por nível? Calculamos o número de bits 
a partir da fórmula
Número de bits por nível = log28 = 3
Cada sinal é representado por 3 bits.
Exemplo 3.17
Um sinal digital possui nove níveis. Quantos bits são necessários por nível? Calculamos o número de 
bits usando a fórmula. Cada nível de sinal é representado por 3,17 bits. Entretanto, essa resposta não 
é real. O número de bits enviado por nível precisa ser um inteiro, bem como uma potência de 2. Por 
exemplo,4 bits podem representar um nível.
Taxa de Transferência 
A maioria dos sinais digitais é não periódica e, conseqüentemente, freqüência e período não são 
características adequadas. Outro termo  taxa de transferência (em vez de freqüência) é usado 
para descrever sinais digitais. A taxa de transferência é o número de bits enviados em 1s, expres-
so em bits por segundo (bps). A Figura 3.16 indica a taxa de transferência para dois sinais.
Exemplo 3.18
Suponha que precisemos baixar documentos de texto a uma taxa de 100 páginas por minuto. Qual seria 
a taxa de transferência do canal?
Solução
Uma página tem, em média, 24 linhas com 80 caracteres por linha. Se supusermos que um caractere 
precise de 8 bits, a taxa de transferência seria 
100 × 24 × 80 × 8 = 1.636.000 bps = 1,636 Mbps
Exemplo 3.19
Um canal de voz digitalizada, como veremos no Capítulo 4, é obtido digitalizando-se um sinal de voz 
analógico que possui a largura de banda de 4 kHz. Precisamos amostrar o sinal com o dobro da freqüência 
mais alta (duas amostragens por hertz). Vamos supor que cada amostragem precise de 8 bits. Qual é a 
taxa de transferência necessária?
Solução
A taxa de transferência pode ser calculada como segue
2 × 4.000 × 8 = 64.000 bps = 64 kbps
Exemplo 3.20
Qual é a taxa de transferência para uma TV de alta definição (HDTV)?
Solução
A HDTV usa sinais digitais para transmitir sinais de vídeo de alta qualidade. A tela de uma HDTV tem 
normalmente a proporção 16:9 (comparada aos 4:3 de uma TV comum), o que significa que a tela é mais 
larga. Existem 1.920 por 1.080 bits por tela e a taxa de renovação na tela é de 30 vezes por segundo. 
Vinte e quatro bits representam um pixel de cor. Podemos calcular a taxa de transferência como segue
1.920 × 1.080 × 30 × 24 = 1.492.992.000 ou 1,5 Gbps
As estações de TV reduzem essa taxa para 20 a 40 Mbps utilizando técnicas de compressão.
Comprimento de Bits
Discutimos o conceito de comprimento de onda para um sinal analógico: a distância que um 
ciclo ocupa no meio de transmissão. Podemos definir algo similar a um sinal digital: o compri-
mento de bits. O comprimento de bits é a distância que um bit ocupa no meio de transmissão.
Comprimento de bits = velocidade de propagação × duração dos bits
SEÇÃO 3.3 SINAIS DIGITAIS 73
74 CAPÍTULO 3 DADOS E SINAIS
Sinal Digital como um Sinal Analógico Composto
Baseado na análise de Fourier, um sinal digital é um sinal analógico composto. A largura de 
banda é infinita, como você deve ter imaginado. Podemos chegar intuitivamente a esse conceito 
quando consideramos um sinal digital. Um sinal digital, no domínio do tempo, é formado por 
segmentos de reta verticais e horizontais conectados. Uma reta vertical no domínio do tempo 
significa uma freqüência infinita (mudança repentina no tempo); uma reta horizontal no domínio 
do tempo significa uma freqüência zero (nenhuma mudança no tempo). Ir de uma freqüência 
zero a uma freqüência infinita (e vice-versa) implica que todas as freqüências entre esses dois 
pontos fazem parte do domínio.
A análise de Fourier pode ser usada para decompor um sinal digital. Se o sinal digital for 
periódico, o que é raro em comunicação de dados, o sinal decomposto tem uma representação 
no domínio da freqüência com uma largura de banda infinita e freqüências discretas. Se o sinal 
digital não for periódico, o sinal decomposto ainda tem uma largura de banda infinita, porém as 
freqüências são contínuas. A Figura 3.17 mostra um sinal periódico e outro não periódico e suas 
larguras de banda.
Figura 3.17 Os domínios do tempo e da freqüência de sinais digitais periódicos e não periódicos
Tempo Freqüência 
a. Domínios de tempo e freqüência de um sinal digital periódico
b. Domínios de tempo e freqüência de um sinal digital não periódico
f 3f 5f 7f 9f 11f 13f
• • •• • •
Tempo 0 Freqüência 
• • •
Note que ambas as larguras de banda são infinitas, mas o sinal periódico possui freqüências 
discretas, ao passo que o sinal não periódico tem freqüências contínuas.
Transmissão de Sinais Digitais
A discussão anterior afirma que um sinal digital periódico, ou não, é um sinal analógico com-
posto por freqüências entre zero e infinito. Para o restante da discussão, consideremos o caso 
de um sinal digital não periódico, similar àqueles que encontramos em comunicações de dados. 
A questão fundamental é: como podemos enviar um sinal digital do ponto A para o ponto B? 
Podemos transmitir um sinal digital utilizando uma das duas abordagens a seguir: transmissão 
banda-base ou transmissão banda larga (usando modulação).
DICA DO PROFESSOR
A taxa de transferência de dados de um sistema digital de comunicação é um parâmetro de 
extrema importância para esses sistemas, uma vez que possibilita verificar a capacidade que 
dado canal de comunicação tem de transferir dados de uma origem para um destino. Latência e 
taxa de transferência são diferentes parâmetros do transporte de dados digitais, mas que 
costumam ser confundidos um com o outro.
Na Dica do Professor, aprenda, por meio de uma analogia, a diferença entre taxa de 
transferência e latência.
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EXERCÍCIOS
1) Uma empresa do ramo de dispositivos de armazenamento necessita de uma interface 
de comunicação com maior capacidade de transmissão de dados. Assim, desenvolveu 
uma interface de comunicação com a capacidade de transmitir sinais digitais com 16 
níveis de amplitude mediante dado canal de comunicação.
Qual a quantidade de bits simultâneos que tal sistema de comunicação apresenta?
A) 2.
B) 3.
C) 4.
D) 5.
E) 6.
2) Em uma estação de monitoramento do derretimento de geleiras na Antártica, existe 
um equipamento que monitora mudanças climáticas da região. Para isso, um sistema 
de comunicação deve enviar um conjunto de 144 medições de temperatura por dia.
Considerando que são necessárias as informações de um mês inteiro (30 dias) e que 
cada medição tem o tamanho de 2 bytes, qual seria a taxa de transferência 
aproximada em bits por segundo para transferir todas essas informações em 1 
segundo?
A) 32Kbps.
B) 59Kbps.
C) 42Kbps.
D) 39Kbps.
E) 69Kbps.
3) Em um sistema de controle digital de potência de rotação de motores, são enviados 16 
bytes por segundo com informações de configuração, considerando que o sistema 
realiza essa transmissão por padrão a cada segundo e que não existe a possibilidade 
de envio de uma quantidade maior de informações.
Qual o comprimento máximo que cada bit poderia assumir?
A) Aproximadamente 0,0078s.
B) Aproximadamente 0,009s.
C) Aproximadamente 0,0063s.
D) Aproximadamente 0,0069s.
E) Aproximadamente 0,016s.
4) Existem diversas técnicas de comunicação digital. Por exemplo, uma técnica muito 
empregada na comunicação de dados é a capacidade de medir sua velocidade de 
comunicação, a qual é empregada em larga escala na comunicação de dados digitais 
para indicar sua performance na troca de dados.
Indique qual das opções a seguir representa a técnica descrita:
A) Taxa de transferência.
B) Latência.
C) Sinal composto.
D) Comprimento do bit.
E) Banda base.
5) Todo canal de comunicação tem uma largura de banda máxima. Muitas vezes, tal 
largura máxima de banda depende das características do canal de comunicação — 
por exemplo, determinado equipamento utiliza um canal de comunicação do tipo 
passa baixa com largura de banda de 25KHz utilizando a primeira harmônica.
Qual a taxa de transferência máxima do canal de comunicação desse equipamento?
A) 75KHz.
B) 50KHz.
C) 12,5KHz.
D) 100KHz.
E) 200KHz.
NA PRÁTICA
Um sinal digital pode ser transmitido de algumas formas; ele pode passar por transformações, 
como ser convertido em outro tipo de sinal (um sinal analógico, por exemplo), para, então, ser 
transmitido por determinado canal de comunicação. Contudo, também existem situações em que 
o sinal não passa por nenhuma transformação como a citada e proporciona características 
também interessantes.
Neste Naprática, veja uma situação em que um sinal digital é transmitido em dada aplicação e 
os profissionais que estão trabalhando com os equipamentos querem conhecer melhor as 
técnicas empregadas.
SAIBA +
Para ampliar o seu conhecimento a respeito desse assunto, veja abaixo as sugestões do 
professor:
Comunicação de dados e redes de computadores
Em uma comunicação de dados, o desempenho de sua transmissão é uma informação 
fundamental para a comunicação em questão, visto que por meio da compreensão do 
desempenho de determinado meio de transmissão tem-se a ideia de sua velocidade. Leia o 
Capítulo 3.6 para ver mais informações acerca do desempenho de uma rede.
Redes de computadores e Internet
Uma informação pode ser representada tanto por um sinal analógico quanto por um sinal digital, 
sendo que um sinal digital pode ser definido como um sinal de níveis fixos representados por 
tensão. No Capítulo 6, você conhecerá conceitos sobre o nível de um sinal digital.
Tecnologias de comunicação de dados — informação digital e rede de computadores
As redes de computadores trabalham com a transmissão de dados digitais, fornecendo, assim a 
capacidade de dois ou mais equipamentos computacionais trocarem informações. Neste vídeo, 
você conhecerá um pouco mais sobre a comunicação de dados digitais.
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