Fundamentos de comunicação de dados

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Fundamentos de comunicação
de dados
Prof. Sidney Ventury
false
Descrição
Apresentação do processo de comunicação de dados, os conceitos
básicos e as técnicas utilizadas.
Propósito
Compreender os conceitos básicos de redes de computadores, os
fundamentos de sinais, as transmissões digital e analógica, bem como
as técnicas e os meios físicos de transmissão é essencial para os
profissionais que desejam trabalhar na área de redes de computadores.
Objetivos
Módulo 1
Comunicação de dados
Descrever os conceitos básicos da comunicação de dados.
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Módulo 2
Modulações analógica e digital
Identificar as características das modulações analógica e digital.
Módulo 3
Tipos de codi�cação
Identificar as características dos tipos de codificação.
Módulo 4
Meios físicos de transmissão
Distinguir os meios físicos de transmissão.
No mundo de hoje, bilhões de pessoas utilizam a internet para as
mais diversas atividades. Mas para que o uso da grande rede seja
possível, é necessário que os dados possam trafegar pelos meios
físicos existentes no caminho entre a origem e o destino.
Portanto, é importante entendermos como ocorre a comunicação
de dados através das redes de computadores, conhecendo os
conceitos básicos empregados nesse tipo de comunicação, o que
são os sinais e os tipos existentes, como eles são transmitidos nas
formas analógicas e digitais e, por fim, os meios físicos de
transmissão.
Introdução
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1 - Comunicação de dados
Ao �nal deste módulo, você será capaz de descrever os conceitos básicos da comunicação de
dados.
Redes de computadores
O acesso aos dados processados e seu compartilhamento sempre foi
uma necessidade da informática. Na época dos mainframes, com seu
processamento isolado e centralizado, o acesso era realizado a partir de
terminais sem capacidade de processamento local, formando as redes
de teleprocessamento.
Com o avançar da tecnologia, surgiu a ideia de interligar esses
mainframes, aparecendo o conceito de redes de computadores, que
corresponde a um conjunto de equipamentos com capacidade de
processamento, interligados por um sistema de comunicação com
capacidade de compartilhar recursos e trocar mensagens.
Mainframes
Mainframe é um computador de grande porte que oferece suporte a
processamento de um grande volume de dados e com acesso por meio de
terminais conectados diretamente a ele ou por meio de uma rede.
Teleprocessamento
Teleprocessamento é uma junção de "telecomunicações" e
"processamento", representando a capacidade de promover o
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processamento de dados a distância.
Sistema de comunicação
O sistema de comunicação é constituído de enlaces físicos (meio de
transmissão) e de um conjunto de regras (protocolos), que permitem a
interligação dos vários módulos processadores.
Você sabe a diferença entre uma rede de computadores e uma rede de
teleprocessamento?
Rede de computadores
Nesta rede, cada nó
(dispositivo conectado
à rede) tem que ter
capacidade de
processamento.
Rede de
teleprocessamento
Nesta rede, todo
processamento é
realizado na máquina
central (mainframe).
Com o advento dos microcomputadores e o aumento da quantidade de
máquinas existentes em uma organização, surgiu a necessidade de
realizar sua interligação, pois, inicialmente, trabalhavam de forma
isolada. Essa necessidade fez surgir as redes de microcomputadores,
adaptando as tecnologias utilizadas na interligação dos mainframes.
Associada a isso, a internet ocasionou uma expansão das redes para
praticamente todo o mundo, trazendo o quadro tecnológico atual.
Processos de comunicação
O processo de comunicação corresponde à transmissão da informação
de um ponto ao outro e segue o seguinte processo:

 O transmissor gera a informação, que é a
mensagem que será transmitida.
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O processo de comunicação
No vídeo a seguir, abordamos como ocorre o processo de comunicação,
apresentando os elementos envolvidos, as etapas desenvolvidas e os
codificadores empregados no processo.
 O transmissor codifica a mensagem, utilizando um
conjunto de símbolos combinado entre o
transmissor e o receptor, de forma que ela possa
ser transmitida pelo meio físico.
 Utilizando padrões de comunicação de dados, o
sinal, que é a informação codificada, é enviado ao
seu destino.
 No destino, o receptor recebe o sinal, decodifica a
informação nele contida e lida com os eventuais
problemas decorrentes de uma possível
degradação da qualidade de sinal provocada por
ruídos que possam ter ocorrido durante a
transmissão.

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Sistemas de comunicação de dados
O sistema de comunicação de dados provê suporte ao processo de
comunicação e, segundo Forouzan (2008), para ser eficaz, deve atender
aos seguintes fatores:
Entrega
O sistema deve entregar os dados no destino correto. Os dados devem
ser recebidos pelo dispositivo ou usuário pretendido e somente por esse
dispositivo ou usuário.
Precisão
O sistema deve entregar dados de forma precisa. Dados que foram
alterados durante a transmissão e deixados sem correção são inúteis.
Sincronização
O sistema deve entregar dados no momento certo. Dados entregues
com atraso são inúteis. Esse tipo de entrega é denominado transmissão
em tempo real.
Jitter
O Jitter refere-se à variação do tempo de chegada do pacote. É o atraso
desigual na entrega de pacotes de áudio ou vídeo.
Transmissão em tempo real
No caso de vídeo e áudio, a entrega em tempo (real) significa fornecer os
dados à medida que eles são produzidos e sem atrasos consideráveis.
Os componentes de um sistema de comunicação de dados, segundo
Forouzan (2008), são:
São os dados a serem transmitidos.
Mensagem 
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Exemplo:
Textos, imagens e vídeos.
É o dispositivo que envia a mensagem.
Exemplo:
Computador, estação de trabalho, aparelho telefônico, televisão,
entre outros.
É o dispositivo que recebe a mensagem.
Exemplo:
Computador, estação de trabalho, aparelho telefônico, televisão,
entre outros.
É o caminho físico pelo qual a mensagem trafega do emissor
para o receptor.
Exemplo:
Cabo de par trançado, cabo coaxial, fibra ótica e o ar.
É um conjunto de regras que controla a comunicação de dados.
Representa um acordo entre os dispositivos de comunicação.
Emissor 
Receptor 
Meio de transmissão ou canal 
Protocolo 
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Sem um protocolo, dois dispositivos podem estar conectados,
mas não conseguem se comunicar.
A imagem, a seguir, ilustra a organização do sistema de comunicação.
Componentes de um sistema de comunicações de dados.
Comentário
É interessante observar que aqui estamos tratando de uma troca de
mensagens entre um emissor e um receptor diretamente conectados
por um meio. No mundo real, essa abordagem é pouco utilizada.
Normalmente, temos dispositivos intermediários que realizarão o
transporte da mensagem da origem até o destino, ou seja, do emissor
ao receptor. Ilustramos o processo dessa forma mais simples para que
seja mais fácil o entendimento.
Tipos de sinais
Inicialmente, precisamos distinguir dado desinal.
Dado
É a informação em si,
aquilo que deve ser
transportado.
Sinal
É o elemento físico que
será transportado no
meio de comunicação e
que carrega o dado.
Tanto o dado quanto o sinal podem ser no formato analógico ou digital.
Vamos entender a diferença:
Dado digital
São aqueles armazenados em sistemas digitais, como um computador
ou um smartphone.

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Dado analógico
É tudo aquilo que encontramos na natureza, como, por exemplo, um
som, um cheiro, uma imagem etc.
Sinal digital
É aquele codificado de forma a representar apenas dois estados
associados a 0 e 1 e é discreto no tempo. Quando utilizamos um sinal
digital, dizemos que temos uma transmissão digital.
Sinal analógico
É aquele que possui uma variação contínua ao longo do tempo,
representando infinitos estados possíveis. Quando utilizamos um sinal
analógico, dizemos que temos uma transmissão analógica.
Veja nas imagens a seguir a diferença entre os tipos de sinais.
Sinal analógico e sinal digital.
Não existe uma amarração em que um sinal analógico somente pode
transmitir dados analógicos e os sinais digitais transmitir dados digitais.
Um sinal digital pode transportar um dado analógico e um dado digital
pode ser transmitido por meio de um sinal analógico.
Como pode ser observado na imagem a seguir, todas essas
combinações são possíveis.
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Relação analógico e digital.
Sinais analógicos
Um sinal analógico é uma onda contínua no tempo, com variação em
seus níveis, que pode assumir infinitos valores, sendo empregado em
sistemas de telecomunicações há mais de um século.
A próxima imagem mostra uma onda senoidal pura. Algumas
características importantes de uma onda senoidal são:
 Amplitude (A)
É a sua altura e a sua profundidade.
 Período (T)
É a extensão de tempo para completar um ciclo.
 Frequência (F)
É a quantidade de ciclos completos em um
intervalo de tempo. A frequência é o inverso do
í d (1/T)
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Sinal analógico.
Sinais digitais
Um sinal digital, ao contrário do analógico, é um sinal discreto. Possui
apenas dois níveis que correspondem a dois valores, que podem ser
assumidos por um bit (0 e 1), caracterizando-se como um conjunto de
pulsos, e se assemelha a uma onda quadrada.
Utilizado tipicamente na tecnologia digital, a amplitude do sinal digital
é fixa durante o período de duração do pulso, embora a largura do
pulso, que é o intervalo de sinalização, possa variar.
No sinal digital, não utilizamos o conceito de frequência, mas de taxa de
sinalização, ou baud rate, que é a quantidade de intervalos de
sinalização em determinado intervalo de tempo. Veja, na imagem a
seguir, detalhes do sinal digital.
período (1/T).
 Comprimento de onda (λ)
É a distância percorrida por um ciclo completo.
Quanto maior a frequência, menor o comprimento
de onda.
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Sinal digital.
Características de transmissão
A transmissão de um bit apresenta uma série de características que
precisam ser analisadas e tratadas. Vamos analisar juntos?
Propagação
A propagação é a característica de um sinal se deslocar do transmissor
para o receptor pelo meio de transmissão.
A velocidade de propagação é definida pelas características do meio de
transmissão utilizado.
O tempo que o sinal demora para ir da origem ao destino e retornar à
origem é denominado de round trip time (RTT).
Supondo que não exista nenhum outro atraso, o tempo que um bit leva
para trafegar por um meio até a extremidade é RTT/2, conforme ilustra a
imagem a seguir.
Propagação.
Atenuação
O sinal sofre resistência ao se propagar pelo meio ocorrendo a
atenuação, ou seja, ocorre perda de intensidade do sinal.
Atenção!
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Se a atenuação for muito grande, um sinal que corresponde ao bit 1
pode sofrer uma perda muito grande de amplitude, o que pode
comprometer o entendimento como 1 no receptor, sendo, portanto,
considerado 0, caracterizando um erro na transmissão.
A atenuação acontece com sinais elétricos, ópticos, e em redes sem fio.
Para minimizar esse problema, são utilizados amplificadores
(repetidores), que podem ser para bits elétricos, ópticos e sem fio. A
imagem a seguir, mostra o que ocorre com o sinal ao sofrer atenuação e
ser amplificado:
Atenuação.
Uma medida chamada decibel (dB) permite estabelecer a força de um
sinal, determinando se ele ficou mais forte (valor positivo) ou mais fraco
(valor negativo) em determinado ponto, em relação ao anterior. A
fórmula para cálculo é:
Onde P1 e P2 são, respectivamente, as potências de um sinal nos
pontos 1 e 2.
Por exemplo, se um sinal, ao trafegar por um meio de transmissão,
perder metade de sua potência, sua perda em decibéis será calculada da
seguinte forma:
Note que uma perda de -3dB significa que o sinal perdeu metade de sua
potência.
Considere, agora, que um amplificador aumente um sinal em 10 vezes.
Isso geraria um ganho de 10dB conforme se pode ver no cálculo a
dB = 10 log10
P2
P1
10 log10
P2
P1
= 10 log10
0, 5P1
P1
= 10 log10 0, 5 = 10(−0, 3) = −3d
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seguir:
O uso do decibel facilita os cálculos entre vários pontos, pois eles
podem ser somados ou subtraídos diretamente, de modo a calcular o
ganho ou a perda total, a partir dos valores intermediários.
Considere a situação da imagem a seguir e vamos calcular o ganho final
entre o ponto 1 e o ponto 4.
Entre os pontos 1 e 2, o sinal é atenuado em -3dB, assim como entre os
pontos 3 e 4. Entre os pontos 2 e 3, o amplificador fornece um ganho de
7dB. O resultado final, em decibéis, para o ganho é -3 + 7 -3 = +1dB.
Exemplo de cálculo de atenuação.
Ruído
O ruído pode ser definido como sinais no meio de transmissão
causados por fatores externos, interagindo com os sinais transmitidos,
destruindo-os e podendo, em casos extremos, paralisar a transmissão
da rede.
Os ruídos mais comuns ocorrem no cabeamento de cobre, a partir da
indução de sinais por campos eletromagnéticos.
Vejamos um exemplo:
Você deseja transmitir dados representados pelo binário
1011001001101. O equipamento de rede converterá o binário em um
sinal digital que possa ser transmitido no meio físico, exemplificado na
imagem a seguir.
10 log10
P2
P1
= 10 log10
10P1
P1
= 10 log10 10 = 10(1) = 10dB
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Sinal original.
Suponha que o cabo de transmissão passe próximo a uma tomada
elétrica e, devido ao fluxo da corrente na tomada, é gerado um campo
eletromagnético, que, por sua vez, induz no cabo um sinal elétrico,
correspondendo ao ruído elétrico. A próxima imagem mostra uma
representação de como seria um ruído elétrico.
Ruído elétrico.
Como o ruído foi induzido no cabo, o sinal original, ao se propagar,
combina-se com o ruído e, ao chegar ao destino, a resultante não
corresponde mais ao sinal original, mas à combinação dele com o ruído.
A imagem a seguir exemplifica o que acontece com o sinal quando é
combinado com esse ruído elétrico.
Sinal resultante.
Atenção!
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Em vez de ler o sinal como 1011001001101, o computador o lê como
1011000101101, tornando os dados não confiáveis (corrompidos).Relação ruído/sinal (SNR)
O limite teórico da taxa de transferência de um canal depende da
relação entre a potência do sinal e a potência do ruído, denominada
relação sinal/ruído (SNR), definida pela fórmula:
Comentário
Precisamos considerar a potência média do sinal e a potência média do
ruído, pois elas podem mudar com o tempo.
Essa relação é entre aquilo que desejamos (sinal) e o que é indesejado
(ruído), pois uma SNR alta significa que o sinal é menos afetado pelo
ruído; uma SNR baixa significa que o sinal é mais prejudicado pelo ruído
(conforme mostra a imagem a seguir).
Exemplo de SNR.
Como o SNR é a razão entre duas potências, ele é normalmente descrito
em unidades de decibéis, SNRdB, definido pela fórmula:
Por exemplo, se a potência de um sinal é 10mW e a potência do ruído é
igual a 1μW, os valores de SNR e SNRdB são, respectivamente, 10000 e
40, conforme se pode ver no cálculo a seguir:
SNR =
 potência média do sinal 
 potência média do ruído 
SNRdB = 10 log10SNR
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Modos de transmissão
A transmissão de sinais pode ser realizada de dois modos básicos:
Nessa forma de transmissão, os dados binários são organizados
para transmissão em grupos de bits, por exemplo, transmitindo
um byte de cada vez. Para que isso ocorra, é necessário que
exista um fio para cada um dos bits que compõe cada byte.
Desse modo, temos que ter oito fios no canal de transmissão, o
que permite que cada byte seja transmitido em um ciclo de
clock. Dois problemas principais nesse modo são o custo,
porque são necessários mais fios condutores, e os problemas de
perda de sincronização entre os bits, o que limita o emprego
desse modo a distâncias muito curtas.
Transmissão paralela.
Nesse modo de transmissão, os bits são enfileirados e
transmitidos em sequência, necessitando, portanto, de um único
fio no canal de transmissão. Como os computadores
SNR =
10 mW
1μW
=
10 × 10−3 W
1 × 10−6 W
= 10.000
SNRdB = 10 log10 10.000 = 10 log10 10
4 = 40
Paralela 
Serial 
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internamente trabalham com comunicação paralela, deve existir
um conversor paralelo/serial na saída do emissor e um
conversor serial/paralelo na entrada do receptor. A transmissão
serial pode ocorrer de três formas: assíncrona, síncrona e
isócrona.
Transmissão serial.
Tipos de transmissão serial
O modo de transmissão serial permite três maneiras de transmissão:
assíncrona, síncrona e isócrona. Vamos ver cada uma delas.
Assíncrona
Nesse tipo de transmissão, o intervalo de tempo entre as mensagens
não é constante e não é importante para o funcionamento do canal. É
definido um padrão previamente estabelecido, permitindo que o receptor
possa recuperar as informações independentemente do ritmo com que
foram enviadas.
Os padrões utilizados são baseados em agrupamento de fluxos de bits
em bytes. O emissor trata cada grupo de bits como uma unidade
independente a ser enviada pelo enlace e, assim que estiver pronta para
transmissão, transmite, sem se preocupar com a temporização.
Para que o receptor possa saber quando um grupo inicia e termina, é
inserido no início de cada grupo um start bit (bit de início), normalmente
com valor 0, e no final são acrescidos um ou mais stop bits (bits de
parada), normalmente com valor 1, para indicar o final do grupo.
Atenção!
Nesse método, cada padrão de 1 byte tem, pelo menos, 10 bits, dos
quais 8 bits representam a informação e os outros 2 bits ou mais são
para sinalização. Assim, a eficiência desse modo é medida pela relação
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entre os bits totais transmitidos e os que são informação, propriamente
dita. Nesse caso, temos, no máximo, eficiência de 80%, porque temos 8
bits de informação para cada 10 bits transmitidos.
A transmissão de cada byte é seguida por intervalos de tamanho
variável, conforme mostra a imagem a seguir.
Transmissão serial assíncrona.
Síncrona
Na transmissão síncrona, o fluxo de bits é combinado em quadros que
englobam vários bytes, introduzidos no enlace a uma taxa constante,
sem intervalo entre eles.
Fica a cargo do receptor separar o fluxo de bits em bytes para fins de
decodificar a informação contida naquele fluxo. Podemos entender,
então, que nesse modo o sinal corresponde a uma string contínua de
bits 1s e 0s, e o receptor separa essa string em bytes, ou caracteres,
para que seja possível reconstruir a informação.
Como não existe intervalo entre os bytes, nem marcação de início e final,
a sincronização de velocidade de transmissor entre emissor e receptor é
fundamental, pois apenas o intervalo constante entre os bits enviados é
que permitirá sua efetiva recuperação a partir do sinal recebido no
receptor.
A grande vantagem da transmissão síncrona é a velocidade. Como não
há intervalos ou bits de sinalização, a transmissão síncrona é mais
rápida que a assíncrona.
Transmissão serial síncrona.
Isócrona
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Embora a transmissão síncrona seja mais veloz e constituída por um
grupo maior de bits em cada quadro, ainda podem existir intervalos
variáveis entre esses quadros, causando retardos e taxas variáveis, o
que é inaceitável para transmissões multimídias, em especial, as de
tempo real.
Comentário
A transmissão isócrona tem por objetivo garantir que todos os dados
sejam transmitidos a uma taxa fixa, ou seja, o fluxo inteiro de bits é
sincronizado, o que é adequado para esses tipos de aplicações.
Formas de utilização do meio para
transmissão dos sinais
Para que um sinal codificado possa ser transmitido por um cabo, podem
ser utilizados duas abordagens: banda base (bandbase) ou banda larga
(broadband). As duas formas estão relacionadas com a utilização da
largura de banda disponível do meio.
Na banda base, toda a largura de banda é utilizada para transmissão de
um único sinal e requer que a largura de banda no canal inicie no zero.
Para exemplificar, se considerarmos um cabo conectando dois
computadores, toda a largura de banda desse canal será um canal
único. Esse modo é utilizado, normalmente, para as transmissões
digitais e o sinal é colocado no meio sem uso de nenhum tipo de
modulação.
Largura de banda
É a diferença entre a maior e a menor frequência disponíveis em uma banda
contínua de frequências.
Na transmissão banda-base, a
largura de banda necessária é
proporcional à taxa de transferência;
se precisarmos enviar bits de forma
mais rápida, necessitaremos de
mais largura de banda.
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(KUROSE, 2008, p. 78)
Na banda larga ou broadband, a largura de banda é dividida em
múltiplos canais e está associada às transmissões analógicas.
Atenção
Para transmitir um sinal digital em banda larga, é necessário que ocorra
a transformação do sinal digital em um sinal analógico.
Representação de um bit no meio
físico
Atualmente, as redes de computadores são totalmente dependentes dos
sistemas digitais e o elemento essencial é o bit (Binary Digit — dígito
binário). Em redes que empregam cabeamento de cobre, o bit
corresponde a um sinal elétrico, em que a voltagem baixa corresponde,
de forma simplificada, ao 0 e a alta, ao 1.
Comentário
Para permitir que esse esquema funcione corretamente, é necessário
que seja estabelecido um terra de referência. Para prover isso, foram
projetados sistemas de aterramento nas placas de circuitos, utilizando o
gabinete dos computadores como ponto comum de conexão. O sinal
terra de referência estabelece a linha de 0 volt nos gráficos do sinal.Nos sistemas ópticos, a intensidade da luz serve para representar os
dois estados, o 0 correspondendo à falta de luz e o 1, à luz.
Em redes sem fio, os sinais referentes aos bits 0 e 1 dependerão de
como a onda eletromagnética tenha sido modulada, podendo o binário 0
corresponder a um conjunto de ondas curto e o 1, a um conjunto longo.
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Representação de um bit.
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Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
O valor da atenuação ou ganho de um sinal é medido em dB.
Considerando que um sinal possui no ponto P1 o valor 15 e no
ponto P2 30, qual será o valor obtido em decibéis?
Parabéns! A alternativa E está correta.
A fórmula de cálculo da atenuação ou ganho é dB = 10 log10
P2/P1.
Como P1 = 15 e P2 = 30, temos:
dB = 10 log10 30/15
A -3dB
B -1dB
C 0dB
D 1dB
E 3dB
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dB = 10 log10 2
dB = 10 x 0,3
dB = 3dB
Questão 2
Para que uma transmissão possa ser bem-sucedida, é necessário
que a potência do sinal seja muito maior que a potência do ruido.
Para isso, temos uma propriedade que é a relação sinal/ruído
(SNR). Considerando que um sinal possui uma potência 1000mW e
a potência do ruído é de 1mW, qual será a SNR?
Parabéns! A alternativa B está correta.
A fórmula para o cálculo do SNR é:
SNR = Potência do sinal/ Potência do ruído
SNR = 1000/1
SNR = 1000
A 10000
B 1000
C 100
D 10
E 1
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2 - Modulações analógica e digital
Ao �nal deste módulo, você será capaz de identi�car as características das modulações
analógica e digital.
Modulação de sinais
A modulação de sinais é uma técnica utilizada para transmitir sinais,
sejam analógicos ou digitais, em um canal de comunicação,
modificando as características de uma onda periódica, conhecida como
onda portadora. A onda portadora é modificada pelo sinal de
modulação, que contém as informações a serem transmitidas.
Se o sinal de modulação for um sinal analógico, utilizamos a modulação
analógica. Se o sinal de modulação for digital, utilizamos a modulação
digital.
Comentário
A modulação é utilizada porque a onda portadora tem características
que são mais adequadas para transmissão do sinal no canal de
comunicação. Uma das características mais evidentes da onda
portadora é ter frequência mais alta.
Vamos entender por que a frequência mais alta é uma vantagem?
Suponha um canal de comunicação que transmitirá a voz humana. A
nossa voz possui frequências baixas (80Hz e 150Hz para a voz
masculina e 150Hz e 250Hz para a voz feminina). Ao transmitir em
frequências mais baixas, o sinal está mais sujeito a sofrer interferências
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de outras ondas. Portanto, ao utilizar uma onda portadora com
frequência mais alta, ela é menos suscetível a interferências e mais
adequada para transmissão.
A onda portadora pode ser modificada de diversas maneiras, mas as
mais utilizadas são:
amplitude;
frequência; e
fase.
Veja na imagem a seguir.
Exemplo de modulação em amplitude e fase.
É comum encontrar técnicas que combinam mais de uma propriedade.
Modulação e demodulação
Quem faz o processo de modulação é o modulador, que pode ser um
dispositivo ou circuito. E o processo inverso, a demodulação, é feita pelo
demodulador.
Curiosidade
O conhecido modem (modulador – demodulador), utilizado em diversos
tipos de enlace para comunicação bidirecional, pode realizar ambas as
operações.
A banda de frequência ocupada pelo sinal de modulação é chamada de
banda base, enquanto a banda de frequência mais alta ocupada pela
portadora modulada é chamada de banda passante.
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Modulação analógica
Você já deve ter ouvido muito sobre a modulação analógica! Ao ligar o
rádio e sintonizar em uma estação AM ou FM, você está utilizando
modulação analógica.
As rádios AM utilizam modulação em amplitude e as FM, em
frequência.
Na modulação analógica, como o nome diz, um sinal de modulação
analógica é impresso na portadora. Existem diversas técnicas de
modulação, mas aqui vamos comentar sobre três:
Modulação em amplitude (AM).
Modulação em fase (PM).
Modulação em frequência (FM): conduz os dados.
Modulação em amplitude
Na modulação em amplitude, a mais antiga das técnicas, o sinal
modulador altera a amplitude, ou a altura, da onda portadora senoidal.
Não há modificação da fase ou frequência da onda.
A modulação em amplitude é simples, entretanto, é mais suscetível a
ruídos e a atenuação.
Modulação em amplitude.
Modulação em fase (PM)
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Na modulação em fase, o sinal modulador altera a fase, ou seja, o início
e o fim do ciclo da onda portadora, permanecendo inalteradas a
amplitude e a frequência. Na imagem a seguir, conseguimos visualizar o
funcionamento da modulação em fase. O sinal modulador (azul) está
modulando a onda portadora (vermelha), resultando no sinal PM (verde).
Funcionamento da modulação em fase.
Modulação em frequência
Nessa modulação, o objetivo é que o sinal modulador altere a
frequência, ou oscilação, da onda portadora, mantendo inalterados
amplitude e fase.
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Modulação em frequência.
Comentário
De modo geral, a modulação FM oferece melhor relação sinal/ruído
(SNR) se comparada com a modulação AM, o que fez com que a FM
fosse adotada para a transmissão do áudio da TV aberta, tanto em VHF
(canais 2 a 13) quanto em UHF (canais 14 a 69).
Modulação digital
O objetivo da modulação analógica é transmitir um sinal analógico
através de uma portadora senoidal, que também é analógico.
Mas é possível transmitir um sinal digital através de uma onda
portadora digital?
Sim! O processo de conversão entre bits e sinais que os representam é
chamado modulação digital ou conversão digital-analógica, como
ilustrado na imagem a seguir.
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Conversão digital-analógica.
Para representar o sinal, temos duas possibilidades:
Transmissão de banda base
Converter diretamente os bits em um sinal, o que chamamos de
transmissão de banda base, cujo sinal ocupa toda a faixa de
frequências do meio, ou seja, do zero até um máximo que
depende da taxa de sinalização. Nesse modelo, é comum
falarmos que estamos utilizando algum tipo de codificação.
Transmissão de banda passante
Utilizar um modelo que realiza a modificação da onda por meio
de esquemas semelhantes à modulação analógica (alterando
amplitude, fase ou frequência de uma onda portadora). Nesse
modelo, utilizamos a chamada de transmissão de banda
passante, quando o sinal ocupa uma banda de frequências em
torno da frequência do sinal da portadora.
Agora, trataremos apenas da possibilidade de transmissão de banda
passante.
A próxima imagem ilustra os tipos de modulação digital que podem ser
utilizados, alterando, respectivamente, amplitude, frequência e fase.
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Modulação digital.
Além desses três modelos de modulação, existe um quarto modeloque
altera amplitude e fase, denominado QAM (quadrature amplitude
modulation, ou seja, modulação por amplitude da quadratura).
O QAM é a forma mais eficiente dos modelos de modulação e é o
mecanismo comumente empregado hoje em dia.
A imagem a seguir apresenta esses mecanismos.
Tipos de conversão digital-analógica.
Vamos, agora, estudar os tipos de modulação.
ASK (Amplitude Shift Keying)
Neste tipo de modulação digital, a amplitude do sinal da portadora é
modificada para criar os elementos de sinal, preservando a frequência e
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a fase da portadora.
Normalmente, o bit 1 é representado na amplitude original da portadora
e o bit 0, pela sua redução, conforme se pode ver na próxima imagem.
ASK.
FSK (Frequency Shift Keying)
Na modulação FSK, altera-se apenas a frequência da portadora para
realizar a modulação, de forma que o bit 1 é representado, por exemplo,
em uma frequência maior, e o bit 0 por uma frequência menor, conforme
pode ser visto na imagem a seguir.
FSK.
PSK (Phase Shift Keying)
Neste tipo de modulação, apenas a fase da portadora é modificada para
representar os elementos de sinal. Para o bit 1 é utilizada uma fase e
para o bit 0, outra, conforme se pode ver na próxima imagem.
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PSK.
QAM (Quadrature Amplitude Modulation)
Esta técnica foi criada para aumentar a taxa de transmissão de bits por
segundo. É composta por duas portadoras, uma em fase e a outra fora
de fase, criando a chamada quadratura.
A ideia básica consiste em combinar a ASK com a PSK, visando criar
uma constelação de pontos de sinal, cada qual representando uma
combinação exclusiva de bits.
O que é uma constelação de pontos de sinal?
A constelação de pontos de sinal pode ser representada em um
diagrama que mostra a amplitude e a fase de um elemento de sinal.
Nesse tipo de diagrama, o elemento de sinal é representado por um
ponto sendo escrito próximo a ele, o bit ou combinação de bits que ele é
capaz de transportar.
O diagrama tem dois eixos. O eixo horizontal X está relacionado com a
portadora em fase, ao passo que o eixo vertical Y está relacionado com
a portadora em quadratura.
Para cada ponto no diagrama, podemos deduzir quatro tipos de
informação:
A projeção do ponto em eixo X define a amplitude máxima da
componente em fase.
A projeção do ponto sobre o eixo Y define a amplitude máxima da
componente em quadratura.
O comprimento da reta (vetor) que conecta o ponto à origem é a
amplitude máxima do elemento de sinal (combinação dos componentes
X e Y).
O ângulo que a linha faz com o eixo X representa a fase do elemento
de sinal.
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A imagem a seguir mostra essa informação.
As possíveis variações do QAM são inúmeras. Em uma variação desses
métodos, podemos ter 4 pontos, que permitem enviar 2 bits por
sinalização, como apresentado nas imagens a, b e c, a seguir. A imagem
d ilustra o 16-QAM que emprega 16 pontos, enviando 4 bits por
sinalização.
Diagramas de constelação para alguns exemplos de QAM.
A próxima imagem exemplifica o mapeamento do 16-QAM. Cada ponto
do diagrama possui uma determinada amplitude e fase, correspondendo
a uma sequência de 4 bits.
Funcionamento do 16-QAM.
Comentário
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Note que a quantidade de bits é a raiz quadrada da quantidade de
pontos de sinal da modulação, sendo que existem modulações 4-QAM,
8-QAM, 16-QAM, 32-QAM, 64-QAM, 128-QAM, 256-QAM e maiores.
É fácil perceber que o emprego de modulações QAM com maior número
de bits vai aumentar a taxa de transmissão do canal empregada. Vamos
observar os cálculos.
Suponha que você tenha disponível um canal com taxa de sinalização
de 5.000 bauds, ou seja, 5.000 intervalos de sinalização em um
segundo. Se utilizarmos uma modulação 4-QAM, serão utilizados dois
bits para cada baud, sendo a taxa de transmissão de 2 x 5.000 = 10.000
bits por segundo.
Se trocarmos a modulação 4-QAM pela 256-QAM, cada intervalo de
sinalização será codificado por 8 bits, portanto, teremos 8 x 5.000 =
40.000 bits por segundo.
Aumentamos a taxa de transmissão modificando apenas a modulação.
Atenção!
Importante comentar que, conforme utilizamos maior número de bits,
maior é o número de pontos na constelação e mais próximos eles ficam.
Portanto, para utilizarmos modulações maiores, maior deve ser a SNR,
caso contrário, teremos muitos erros.
A modulação QAM
Assista à apresentação da modulação QAM e como o emprego desse
tipo de modulação permite o aumento da taxa de transmissão, no vídeo
a seguir.

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Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
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Para que uma informação possa ser transmitida em um canal de
comunicação, é necessário que seja corretamente preparada para
envio no meio. Caso a informação a ser transmitida seja analógica
e a transmissão seja analógica, utilizamos a chamada modulação
analógica. Acerca da modulação analógica, podemos afirmar que
Parabéns! A alternativa D está correta.
A modulação analógica tem por objetivo transportar uma
informação analógica através de uma transmissão analógica. A
modulação ocorre utilizando-se os modems, equipamentos que vão
alterar as características das ondas portadoras, como a amplitude,
a fase e a frequência. A modulação em amplitude altera a altura da
onda portadora; a modulação em fase altera o início do ciclo da
onda portadora; e a modulação em frequência altera a oscilação da
onda portadora. Esta última é a que apresenta melhor qualidade
comparada à modulação em amplitude.
Questão 2
Os sinais digitais podem ser transmitidos através de ondas
senoidais. Para isso, é necessário realizar a conversão digital-
A
a modulação em amplitude modifica a altura do
sinal modulador gerado pelo modem.
B
a modulação em fase modifica a oscilação da onda
portadora, protegendo contra erros.
C
a modulação analógica é utilizada para modificar o
sinal modulador gerado pelo transmissor.
D
a modulação em frequência apresenta melhor
qualidade ao alterar a frequência da onda portadora.
E
a modulação analógica é utilizada para a
transformação do sinal analógico em um sinal
digital.
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analógica ou a modulação digital. A modulação digital que altera a
fase e a amplitude da onda portadora e permite enviar mais de um
bit por vez é denominada
Parabéns! A alternativa A está correta.
A modulação digital pode ser realizada em amplitude (ASK), fase
(PSK), frequência (FSK) e combinando amplitude e fase, que é a
QAM (Quadrature Amplitude Modulation). De acordo com o modelo
empregado, podem ser enviados mais bits em cada intervalo de
sinalização.
A QAM.
B ASK.
C PSK.
D FSK.
E BPSK.
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3 - Tipos de codi�cação
Ao �nal deste módulo, você será capaz de identi�car as características dos tipos de
codi�cação.
Transmissão digital
A transmissão digital ocorre em banda base, ou seja, utilizando toda a
largura de banda disponível do canal e os dados de entrada podem ser
tanto analógicos como digitais, exigindo um tratamento diferenciado
para cada tipo.
Discutiremos a conversão digital, ou codificaçãodigital, que considera
que o emissor possui dados digitais a serem enviados e os codifica em
sinais digitais para transmissão no canal de comunicação. Nesse
processo, o emissor sempre utiliza codificação de linha e,
eventualmente, pode também utilizar codificação de bloco.
Comentário
A finalidade da codificação de linha é converter os dados digitais, como
textos, imagens, multimídia, que estão armazenados em algum
dispositivo, em sinais digitais. No emissor, o dado é codificado em um
sinal digital e, no receptor, ocorre o processo reverso, o sinal digital é
decodificado em um dado.
Elemento de sinal versus Elemento de
dados
Na transmissão digital, nós temos dois elementos importantes e que
precisam ser muito bem compreendidos. Vamos às definições:
Elemento de sinal
Corresponde à menor unidade de um sinal digital, que é enviado em um
canal de comunicação.
Elemento de dados
Corresponde à menor entidade capaz de representar uma informação,
em nosso caso, o bit. É o que desejamos transmitir.
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Os elementos de dados são transportados pelos elementos de sinal, e a
relação entre eles, que vamos chamar de r, não é obrigatoriamente de
um para um, já que um elemento de sinal pode transportar mais do que
um elemento de dados, dependendo da codificação utilizada.
Vamos analisar a imagem a seguir, que apresenta quatro situações
distintas para r.
Elemento de sinal versus elemento de dados.
Observe os seguintes pontos na imagem anterior:
A imagem a apresenta a situação mais simples, em que um elemento
de sinal transporta um elemento de dados, ou seja, 1 bit, com r = 1.
Na imagem b, já temos uma situação em que um elemento de dados,
1 bit, é transportado por dois elementos de sinal (duas transições), ou
seja, r = 1/2.
A imagem c apresenta a situação na qual um elemento de sinal
transporta dois elementos de dados (2 bits) e temos r = 2.
Na imagem d, um grupo de 4 bits, ou seja, quatro elementos de
dados são transportados por um grupo de três elementos de sinal (r =
4/3).
Taxa de dados versus Taxa de sinal
Agora que vimos o que são elementos de dados e elementos de sinal,
podemos analisar as taxas de dados e as taxas de sinalização, dois
conceitos bastante importantes.
Taxa de dados Taxa de sinal
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Também chamada de
taxa de bits, define o
número de elementos
de dados (bits)
enviados, sendo medido
em bits por segundo
(bps).
Também chamada de
taxa de pulsos, é o
número de elementos
de sinal enviados,
sendo medido em baud.
Atenção!
O ideal para um sistema de comunicação é que tenhamos uma taxa de
dados elevada, ou seja, transmitindo muitos bits por segundo, utilizando
baixas taxas de sinal.
Se pensarmos que o elemento de sinal é um carro e o elemento de
dados corresponde às pessoas, quanto mais pessoas forem
transportadas em um único carro, mais eficiente será nosso sistema de
transporte, diminuindo o trânsito nas nossas vias.
A relação entre elas pode ser obtida pela fórmula:
Onde:
S — Número de elementos de sinal (taxa de sinal).
c — Fator de caso que varia com a situação.
N — Taxa de dados em bps.
r — Relação entre elementos de dados e de sinal.
Por exemplo, considere um canal em que um elemento de dados é
transportado em um elemento de sinal (r = 1), com uma taxa de bits de
100kbps e um fator de caso de . O valor para a taxa de sinais seria:
Codi�cação de linha

S = cxNx
1
r
 baud 
1/2
S = cxNx
1
r
=
1
2
× 100.000x
1
1
= 50.000baud = 50.000kbaud
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A codificação de linha recebe os dados digitais que existem no host, e
os converte em sinais digitais para transmissão. Já no receptor, o sinal
digital é reconvertido nos dados digitais.
Codificação de linha e decodificação.
Atenção!
A codificação de linha está sujeita ao problema de perda de
sincronização. Isso pode ocorrer se o clock (relógio) do receptor for
mais rápido ou mais lento do que o do transmissor. Os intervalos de bits
recebidos não coincidirão com os enviados e o receptor pode interpretar
os sinais de forma incorreta.
Portanto, a perda da sincronização entre o emissor e o receptor pode
acarretar a leitura errada dos dados digitais ao serem decodificados no
receptor. Como pode ser observado na imagem a seguir (a), temos a
sequência 10110001 que foi enviada pelo transmissor. Entretanto, por
causa da diferença de clock no receptor (a duração é menor), será
entendido que foram transmitidos mais bits. O emissor envia 10110001,
ao passo que o receptor recebe 110111000011.
Importante comentar que, se houver uma sequência longa de bits
consecutivos iguais, o risco de perda de sincronização aumenta.
Problema de sincronização.
Com o intuito de solucionar esse problema, pode ser utilizada a
autossincronização, que consiste em incluir informações de
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sincronismo nos dados transmitidos. Para isso, são empregadas
transições no sinal, que alertarão o receptor sobre o início, o meio ou o
fim de um pulso. Dessa forma, se o clock do receptor estiver fora de
sincronismo, essas transições poderão reinicializar o clock, diminuindo
a possibilidade de ocorrer erros de leitura.
Métodos de codi�cação de linha
Estudaremos agora os diferentes tipos de codificação de linha que
podem ser empregados:
Todos os níveis de sinal estão em um único lado do eixo de
tempo, ou seja, utiliza somente um nível de tensão. Por exemplo,
pode-se associar o nível 0 volt ao bit 0 e qualquer outro nível,
como 5 volts ao bit 1.
Exemplo de aplicação:
O NRZ é uma técnica que utiliza esse método.
São utilizados dois níveis de tensão (positivo e negativo) para
representar os bits, ou seja, o valor dos sinais estão dos dois
lados do eixo do tempo.
Exemplo de aplicação:
Codificação Manchester e Manchester diferencial.
Utiliza três níveis de tensão: positivo, negativo e zero. Nesse tipo
de codificação, o nível de voltagem para um elemento de dados
se encontra em zero, ao passo que o nível de voltagem para o
outro elemento fica alternando entre valores positivos e
negativos.
Exemplo de aplicação:
Unipolar 
Polar 
Bipolar 
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Técnicas como AMI e pseudoternário.
Dica
Convém ressaltar que o tipo de método utilizado impactará a largura de
banda necessária para transmissão, mas essa análise está fora do
nosso escopo.
Para cada método de codificação de linha, podem existir diversas
técnicas empregadas. Agora, estudaremos algumas das mais
empregadas.
NRZ (non-return-to-zero)
Neste método unipolar, o bit 1 é definido com a voltagem positiva,
enquanto a voltagem zero define o bit 0. Ele é chamado NRZ porque o
sinal não retorna a zero no meio do bit, como ilustrado na imagem a
seguir.
NRZ unipolar.
Manchester e Manchester diferencial
Veja a diferença entre estes dois tipos de codificação:
Manchester
Na Manchester, que
emprega o método
polar, o bit sempre
sofrerá uma transição
na metade de sua
duração, isto é, a
voltagem permanece
em um nível durante a
Manchester diferencial
Na Manchester
diferencial, que é um
método polar, também
ocorre uma transição no
meio do intervalo de bit,
t, mas os valores (0 ou
1) são determinados no
início dele. Se houver
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primeira metade e se
desloca para o outro
nível na segunda
metade. Se a transição
for do nível mais
elevado para o mais
baixo, o bit é0; se for do
mais baixo para o mais
alto, o bit é 1.
transição no início do
bit, o valor do próximo
bit é 0; se não ocorrer, o
valor do próximo bit é 1.
Os dois métodos são ilustrados na próxima imagem.
Manchester e Manchester diferencial.
Atenção!
É importante ressaltar que a transição que ocorre no meio do bit é
utilizada para a sincronização de relógio do transmissor e do receptor.
AMI e pseudoternário
Discutiremos agora uma codificação que emprega o método bipolar. No
método AMI (alternate mark inversion — inversão de marca alternada), a
palavra marca provém da telegrafia e significa 1.
AMI significa inversão de 1 alternado. Uma voltagem neutra zero
representa o 0. Os bits 1 são representados alternando-se em
voltagens positivas e negativas.

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Uma variante da codificação AMI é denominada pseudoternária, na qual
o bit 1 é codificado como uma voltagem zero e o bit 0 é codificado como
voltagens alternadas positiva e negativa. As duas técnicas estão
ilustradas na imagem a seguir.
AMI e pseudoternária.
Codi�cação de blocos
Agora que já falamos da codificação de linha, que é sempre empregada,
vamos discutir a codificação de bloco, que pode ser usada com o
objetivo de melhorar o processo de codificação de linha, reduzindo a
possibilidade de que erros ocorram na transmissão.
Para isso, ele divide a cadeia de bits dos dados em blocos de m bits e, a
seguir, a substitui por outra cadeia de n bits, sendo n maior que m. Essa
substituição visa eliminar as grandes sequências de 0 ou 1 no sinal
digital transmitido.
Vamos ver um método muito usado que é o 4B/5B, em que os dados
são divididos em blocos de 4 bits e são substituídos por blocos de 5
bits. Considere que se deseja transmitir a seguinte sequência de 16 bits:
1001010010010100 (2 bytes)
Dividimos em blocos de 4 bits:
1001 0100 1001
A seguir, realizamos a substituição de cada bloco por outro de 5 bits:
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10111 01010 10011
A nova sequência de 20 bits é submetida à codificação de linha e
transmitida.
Você pode, então, perguntar se essa substituição é aleatória. A resposta
é não!
Existem sequências predefinidas de 5 bits para cada uma das possíveis
sequências de 4 bits.
Como sabemos que para 4 bits podemos ter 16 combinações e para 5
bits são 32 combinações, sobram 16 sequências codificadas não
utilizadas. Destas 16, algumas serão usadas para controle, conforme
podemos ver na tabela a seguir.
Caso o receptor receba uma codificação que não é utilizada na tabela,
ele saberá que houve erro na transmissão.
Sequência de
dados
Sequência
codificada
Sequência de
controle
0000 11110 Q (quieto)
0001 01001 I (ocioso)
0010 10100 H (parada)
0011 10101
J (delimitador d
início)
0100 01010
K (delimitador d
início)
0101 01011
T (delimitador d
fim)
0110 01110 S (set)
0111 01111 R (reset)
1000 10010
1001 10011
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Sequência de
dados
Sequência
codificada
Sequência de
controle
1010 10110
1011 10111
1100 11010
1101 11011
1110 11100
1111 11101
Tabela: Códigos de mapeamento do método 4B/5B.
Elaborada por Sidney Ventury.
Note que esse método exige a transmissão de 25% a mais de bits, mas
evita a ocorrência de longas sequências de 0 ou 1.
Métodos de codi�cação de linha
Assista ao vídeo a seguir, que apresenta a finalidade do emprego da
codificação de linha, bem como os métodos e as técnicas existentes.
Multiplexação
Quando a largura de banda entre dois dispositivos for maior que a
necessária para a transmissão de uma determinada mensagem, o
enlace pode ser compartilhado utilizando a multiplexação.

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A multiplexação é uma técnica que codifica informação de duas ou
mais fontes em um único canal.
A imagem a seguir mostra a forma básica de um sistema multiplexado.
À esquerda, podemos ver a chegada de n linhas de entrada em um
multiplexador (MUX), que os combina em um fluxo agregado único
(vários-para-um), enviado em um canal de comunicação.
No destino, os sinais são processados por um demultiplexador
(DEMUX), que separa o fluxo agregado de volta em suas componentes
de transmissão originais (um-para-vários) e os direciona para suas
linhas correspondentes.
Multiplexação
Vamos, agora, analisar os tipos de multiplexação que podem ser
empregados.
FDM (multiplexação por divisão na frequência)
O FDM é uma técnica utilizada quando a largura de banda de um enlace
(em Hertz) é maior que a largura de banda combinada do conjunto de
sinais a serem transmitidos. Por ser uma multiplexação que permite a
transmissão durante todo o tempo, é adequada para transmissão de
sinais analógicos.
Ele trabalha modulando frequências de portadoras diferentes, a partir
dos sinais gerados pelo emissor, que são então combinados em um
único sinal a ser transmitido no enlace.
A próxima imagem mostra uma visão conceitual do FDM, em que o
enlace de transmissão é dividido em três partes, cada um dos quais
representando um canal que transporta uma transmissão.
Frequências de portadoras
As frequências são separadas com largura de banda suficiente para poder
transmitir o sinal modulado, formando um canal. Além disso, entre os
canais são mantidas larguras de banda adicionais, chamadas bandas de
proteção, para impedir a interferência entre eles.
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FDM.
TDM (multiplexação por divisão no tempo)
O TDM é um método que divide o tempo de uso do enlace entre os
vários fluxos de transmissão. Nesse modelo, cada conexão utiliza uma
fração do tempo do enlace, conforme se pode ver na imagem a seguir,
na qual as porções dos sinais 1, 2, 3 e 4 ocupam o enlace
sequencialmente, sendo adequado para transmitir sinais digitais.
TDM.
WDM (multiplexação por divisão no
comprimento de onda)
O WDM foi desenvolvido para permitir utilizar a alta capacidade de
transmissão das fibras óticas.
O WDM é conceitualmente igual ao FDM, exceto pelo fato de que a
multiplexação e a demultiplexação envolvem sinais óticos transmitidos
através de canais de fibra ótica.
A próxima imagem mostra, conceitualmente, o funcionamento do WDM:
o emissor combina feixes de luz muito estreitos de diferentes fontes,
que formam um feixe mais largo; chegando ao receptor, esse feixe será
separado, obtendo os feixes originais.
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WDM.
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Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
Na comunicação de dados, existem dois conceitos importantes:
taxa de sinal, que é o número de elementos de sinal enviados; e
taxa de dados, que se refere ao número de elementos de dados
(bits) enviados. Considerando que temos uma taxa de dados de
1kbps, fator de caso e relação entre elementos de dados e de sinal
igual a 1, qual seria a taxa de sinal em baud?
Parabéns! A alternativa D está correta.
A fórmula para cálculo da taxa de sinal é:
S = c X N X 1/r
Onde:
S — Número de elementos de sinal.
c — Fator de caso que varia com a situação.
N — Taxa de dados em bps.
A 1
B 10
C 100
D 1000
E 10000
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r — Relação entre elementos de dados e de sinal.
Então, o cálculo seria:
S = 1 x 1000 x1/1
S = 1000 baud
Questão 2
Considere que, em um sistema de transmissão multiplexado, se
deseja transmitir as seguintes sequências de dados:
A 000 001
B 010 011
C 100 101
Será usada uma transmissão serial com rajadas de 3 bits.
Se for utilizada multiplexação por tempo sendo os usuários
atendidos na ordem A, B e C, qual seria a sequência de bits
enviados no enlace?
Parabéns! A alternativa B está correta.
Na multiplexação por tempo, cada fluxo de entrada recebe um slot
de transmissão. No caso da questão, cada fluxo é composto de 6
bits e o slot aceita 3 bits, a transmissão ocorre, então, na seguinte
ordem:
A 000 001 010 011 100 101
B 000 010 100 001 011 101
C 001 011 101 000 010 100
D 100 001 011 101 000 010
E 011 101 000 010 100 001
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3 primeiros bits de A 000;
3 primeiros bits de B 010;
3 primeiros bits de C 100;
3 últimos bits de A 001;
3 últimos bits de B 011;
3 últimos bits de C 101.
4 - Meios físicos de transmissão
Ao �nal deste módulo, você será capaz de distinguir os meios físicos de transmissão.
Camada física
A camada física é responsável por transportar, pelo meio físico de
transmissão, o quadro da camada de enlace de dados. Essa camada
aceita um quadro completo da camada de enlace de dados e codifica-o
como uma série de sinais adequados ao meio, através do qual serão
transportados. Os sinais transmitidos serão recebidos por um
dispositivo final ou por um dispositivo intermediário.
A transmissão dos quadros pelo canal exige que a camada física
ofereça as seguintes funcionalidades e características:
Meio físico e conectores.
Representação dos bits no meio físico.
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Codificação de dados e informações de controle.
Modulação de sinal.
Circuito transmissor e receptor nos dispositivos de rede.
Transmissão de sinais no meio físico.
Camada física
A camada física entende o quadro como uma sequência de bits que são
codificados e transmitidos como uma série de sinais. Ela não “enxerga” o
quadro como um todo.
Quadros
Quadro é o nome da PDU (unidade de dados do protocolo) da camada de
enlace de dados.
Para funcionar, a camada física segue uma série de padrões, pois é
necessário que os elementos envolvidos na transmissão utilizem os
mesmos tipos de codificação, modulação e configuração dos sinais
transmitidos.
Vários órgãos estabeleceram esses padrões e, ao contrário dos
protocolos das camadas mais altas, que são programas, os padrões são
implementados diretamente no hardware de rede.
Organizações de padronização da camada física.
Meios físicos de transmissão
Podemos definir meios de transmissão como qualquer coisa capaz de
levar a informação da origem ao seu destino. O meio de transmissão
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pode ser o espaço livre, um cabo metálico ou um cabo de fibra ótica, e a
informação é transportada pelo canal.
Atenção!
Convém ressaltar que o meio de transmissão não pertence à camada
física do modelo OSI, mas é diretamente controlado por ela.
Meio de transmissão e a camada física
O meio de transmissão fornece um canal de comunicações para ser
utilizado para transmissão de informações. Esse canal possui atributos,
que definem o seu desempenho e determinam as características do
sinal que pode ser transportado, dos quais podemos destacar:
Largura de banda
Mede o desempenho das redes e pode se referir a duas unidades: hertz
e bits por segundo. Existe uma relação explícita entre largura de banda
em hertz e largura de banda em bits por segundo. Basicamente, um
aumento na primeira significa um aumento na segunda. Veja, a seguir,
detalhes sobre cada uma das unidades.
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Largura de banda em
hertz
O intervalo de
frequências contido em
um sinal é sua largura
de banda. A largura de
banda é, normalmente,
a diferença entre a
maior e a menor
frequência em um
canal. Por exemplo, se
um sinal composto
contiver frequências
entre 1.000 e 5.000, sua
largura de banda será
5.000 – 1.000, ou seja,
4.000Hz.
Largura de banda em
bits
Representa a
quantidade de dados
que pode fluir em um
canal durante um
determinado tempo e,
normalmente, é medida
em quilobits por
segundo (kbps) ou
megabits por segundo
(Mbps).
Throughput
É a medida da transferência de bits pelo meio físico durante um
determinado período. O throughput efetivo que você obtém em uma
rede normalmente é menor que a largura de banda disponível devido a
fatores como volume de dados sendo trafegados, congestionamento na
rede e bits utilizados para controle.
Latência (retardo)
Define quanto tempo leva para uma mensagem inteira chegar de forma
completa ao seu destino, desde o momento em que o primeiro bit é
enviado da origem. Podemos dizer que a latência é formada pela soma
de quatro componentes:
Latência = tempo de propagação + tempo de transmissão + tempo de
fila + retardo de processamento
Veja, agora, o que são e como calcular cada um desses componentes.

 Tempo de propagação
É d t á i bit
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Taxa de dados do canal
É o que mede o tempo necessário para um bit
trafegar da origem ao seu destino. Ele é calculado
dividindo-se a distância pela velocidade de
propagação, conforme apresenta a seguinte
fórmula:
Tempo de propagação = Distância / Velocidade de
propagação
 Tempo de transmissão
É o tempo que leva para que toda a informação seja
inserida no canal de comunicação. Desse modo, o
tempo necessário para transmissão de uma
mensagem depende do tamanho da mensagem e
da largura de banda do canal. É calculado usando a
seguinte fórmula:
Tempo de transmissão = Tamanho da mensagem /
Largura de banda
 Tempo de �la
É o tempo que um dispositivo intermediário
armazena o pacote, antes de começar o seu
processamento.
 Retardo de processamento
É o tempo que um dispositivo demora para realizar
o processamento do pacote.
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A taxa de dados de um canal determina a velocidade com que podemos
transmitir os dados, em bits por segundo, e depende basicamente de
três fatores:
Largura de banda disponível.
Nível dos sinais usados.
Qualidade do canal (nível de ruído).
Foram desenvolvidas duas fórmulas para calcular essa taxa, uma por
Nyquist, que considera canais sem ruídos, e outra por Shannon para
canais com ruído. Veja, a seguir, como realizar cada um desses cálculos.
Cálculo para canal sem ruído
Nyquist apresentou uma fórmula para o cálculo da capacidade máxima
de transmissão de um canal de comunicação, considerando um canal
perfeito, ou seja, sem ruído.
Onde:
C — Taxa de transferência em bits por segundo.
B — Largura de banda do canal.
N — Número de níveis do sinal.
Vejamos um exemplo:
Consideremos um canal sem ruído com largura de banda de 3.000Hz,
transmitindo um sinal com dois níveis. Qual seria a taxa de
transmissão?
Aplicando a fórmula temos:
Vamos supor um sinal com quatro níveis. A taxa de transferência irá
dobrar para 12.000bps.
Agora, vamos considerar que precisamos transferir 240kbps por um
canal que tem 20khz de largura de banda. Quantos níveis são
necessários?
C = 2xBx log2N
C = 2 × 3.000 × log2 2 = 6.000bps
C = 2 × 3.000 × log2 4 = 12.000bps
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Vamos resolver passo a passo?
A capacidade do canal é de 240.000bps e a largura debanda 20.000,
então, temos:
Cálculo para canal sem ruído
O cálculo de Nyquist considera um canal sem ruído, o que na prática não
existe. Para canais com ruído, utilizamos a fórmula de Shannon:
Onde:
C — Capacidade do canal em bits por segundo.
B — Largura de banda.
SNR — Relação sinal/ruído.
Vejamos um exemplo:
Considere que temos um canal com largura de banda de 4.000hz e uma
relação sinal/ruído de 1.023. A nossa capacidade seria:
A relação sinal/ruído é, normalmente, dada em decibéis, portanto, temos
que transformar para SNR. Suponhamos que SNRdB = 40dB e a largura
de banda do canal seja 2MHz.
Primeiro, vamos transformar a SNRdB para SNR.
240000 = 2 × 20000 log2L
log2L = 240000/40000
log2L = 6
L = 26
L = 64 niveis 
C = B × log2(1 + SNR)
C = 4000x log2(1 + 1023)
C = 4.000x log2(1024)
C = 4.000 × 10
C = 40000bps
SNRdB = 10 log10SNR
40 = 10 log10SNR
SNR = 1040/10
SNR = 10000
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Agora que temos a SNR, calcularemos a capacidade do canal.
Taxas de dados do canal
No vídeo a seguir, apresentamos as formulações para o cálculo da taxa
de dados do canal sem ruído (Nyquist) e com ruído (Shannon), além de
alguns exercícios que mostram a diferença entre as duas fórmulas e as
ocasiões em que devem ser empregadas.
Categorias de meios de transmissão
Os meios de transmissão podem ser divididos em categorias conforme
exibido na imagem a seguir.
Categorias de meio de transmissão.
Meios de transmissão guiados
C = 2000000x log2(1 + 10000)
C = 2000000 × 13, 28
C = 26.560.000
C = 26, 56Mbps

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Meios guiados (confinados) são aqueles cujo sinal é transmitido dentro
do limite físico do meio. Veja, a seguir, mais detalhadamente alguns
desses meios de transmissão.
Par trançado não blindado
O cabo UTP (unshielded twisted-pair) é o mais utilizado nas redes locais.
Ele é constituído de um conjunto de quatro pares trançados entre si,
com o objetivo de reduzir a interferência. Eles utilizam conectores RJ 45
nas suas extremidades e interligam dispositivos de redes, como
roteadores e switches, com dispositivos finais, como computadores,
televisões, entre outros.
Cabo UTP.
Para conectarmos o cabo UTP, devemos seguir os padrões
estabelecidos pela norma TIA/EIA 568, que define duas ordens
diferentes para os fios, conforme vemos na próxima imagem.
Padrão T568A e T568B.
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Podemos combinar esses dois padrões para obtermos dois tipos de
cabos:
Cabo direto
É quando utilizamos o mesmo padrão nas duas pontas (T568A ou
T568B). É utilizado para ligar um computador ao switch, por exemplo.
Cabo cruzado (ou crossover)
É quando utilizamos o padrão T568A em uma ponta e o T568B na outra.
Esse cabo é utilizado para conectar dois computadores diretamente, por
exemplo.
A próxima imagem ilustra o que ocorre quando utilizamos um cabo
cruzado. Como estamos interligando dois computadores, precisamos
conectar o pino transmissor de um computador com o pino receptor do
outro computador.
Ligação cabo cruzado.
Atenção!
As interfaces de rede mais modernas podem configurar
automaticamente as ligações, independentemente do tipo de cabo
empregado.
Par trançado blindado
O UTP é sujeito à interferência devido ao ruído eletromagnético. Quando
é necessária proteção, podemos utilizado o cabo STP (shielded twisted-
pair), que possui uma blindagem que melhora a sua tolerância ao ruído
eletromagnético. Veja na imagem a seguir:
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Ligação cabo cruzado.
Cabo coaxial
O cabo coaxial (imagem seguinte) é composto de um núcleo condutor
de cobre, revestido por um material isolante e uma malha metálica, para
conferir blindagem contra ruídos eletromagnéticos.
Estrutura de um cabo coaxial.
Esse tipo de cabo é largamente empregado nos sistemas de TV a cabo
e foi utilizado em redes locais nos anos de 1990, formando a topologia
em barramento, com conectores BNC.
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Conectores BNC.
Fibra ótica
A fibra ótica é o meio que permite alcançar maiores taxas de
transmissão, menor atenuação e menor suscetibilidade a ruídos
eletromagnéticos. Ela é constituída de material dielétrico, em geral,
sílica ou plástico, em forma cilíndrica, transparente e flexível, de
dimensões microscópicas comparáveis às de um fio de cabelo.
Essa forma cilíndrica é composta por um núcleo envolto por uma
camada de material também dielétrico, chamada casca. Esses
elementos possuem, cada um, índices de refração diferentes, fazendo
com que a luz percorra o núcleo refletindo na fronteira com a casca.
Observe, na imagem a seguir, como a fibra ótica é composta e como o
sinal de luz se propaga, refletindo entre a casca e o núcleo.
Fibra ótica.
Meios de transmissão não guiados
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Meios não guiados (abertos) são aqueles que utilizam ondas
eletromagnéticas e dispensam um condutor físico, sendo normalmente
referidos como comunicação sem fio.
Comentário
Os meios não guiados englobam tanto transmissões de rádio quanto
transmissão de micro-ondas.
Os sinais de rádio podem trafegar da origem ao destino de diversas
maneiras. Veja a seguir quais são.
Utilizando sinais de baixa frequência, até 2MHz, propagam-se em
todas as direções a partir da antena de transmissão e seguem a
curvatura da Terra. O alcance máximo depende do nível de
potência do sinal: quanto maior a potência, maior a distância.
Nesse método, as ondas de rádio trafegam próximo à Terra, na
parte inferior da atmosfera.
Utilizando ondas de rádio de alta frequência, entre 2MHz e
30MHz, são transmitidas para cima visando à sua reflexão na
ionosfera (a camada da atmosfera onde partículas existem na
forma de íons).
Esse tipo de transmissão permite maior alcance com menor
potência de saída.
Utilizando sinais de frequência muito alta, acima de 30MHz, usa
transmissão em linha reta entre duas antenas unidirecionais,
voltadas uma para a outra.
As antenas são altas o suficiente para lidar com obstáculos e
com a curvatura da Terra.
Propagação terrestre 
Propagação ionosférica 
Propagação em linha 
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Métodos de propagação.
As tecnologias de comunicação de dados sem fio funcionam bem em
ambientes abertos. Entretanto, em ambientes fechados, têm seu
alcance prejudicado pelas paredes e por objetos existentes. Ainda são
suscetíveis à interferência de outros tipos de transmissores de ondas
eletromagnéticas, como telefones sem fio, lâmpadas fluorescentes,
fornos de micro-ondas, entre outros equipamentos.
Atenção!
Um aspecto importante nas transmissões sem fio é a segurança. Como
o sinal é propagado no ar, os dispositivos e os usuários que não são
autorizados a acessar a rede poderão ter acesso à transmissão.
Portanto, a segurança de rede deve ser levada a sério em qualquer
projeto.
As transmissões sem fio podem ser divididas em três grupos: rádio,
micro-onda e infravermelho.
Discutiremos as duas primeiras, que são as mais empregadas nas
transmissões de dados.
Ondas de rádio
As ondas eletromagnéticas, que vão de 3kHz a 1GHz são normalmente
chamadas ondas de rádio. Em sua maior parte, o sinal é omnidirecional,
ou seja, quando uma antena transmite o sinal, ele propaga em todas as
direções, o que permite que as antenas transmissoras e receptoras não
estejamalinhadas.
Com base no comprimento de onda, na potência e na finalidade da
transmissão, podemos ter vários tipos de antenas. Esse tipo de
transmissão é largamente utilizado nas comunicações em broadcast,
como rádio e televisão. A imagem a seguir ilustra um exemplo de antena
omnidirecional.
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Antena omnidirecional.
Micro-ondas
As ondas eletromagnéticas com frequências entre 1 e 300GHz são
denominadas micro-ondas. Como as frequências são maiores, o
comprimento de onda é menor e, com isso, são consideradas
unidirecionais, ou seja, propagam em linha reta.
Comentário
Nesse tipo de rede sem fio, as antenas transmissora e receptora
necessitam estar alinhadas e com visada direta, ou seja, uma deve
enxergar a outra. Além disso, para transmissões a longa distância, é
necessário o uso de repetidores.
As transmissões de micro-ondas utilizam antenas unidirecionais que
podem ser de dois tipos: parabólica ou captador direcional. Veremos
mais detalhes de cada tipo a seguir.
Parabólica
Baseada na geometria de uma parábola, funciona como um funil,
capturando um conjunto de ondas e direcionando a um ponto comum,
chamado de foco. Esse tipo de antena permite recuperar uma parte
maior do sinal do que em outros tipos de antena. É muito comum utilizá-
la para comunicação via satélite.
Captador direcional
Similar a uma concha, as transmissões são difundidas para cima por
uma haste (guia da onda) e defletidas para fora pela parte superior
curva em uma série de fluxos paralelos. Já os sinais recebidos chegam
pela parte curva e são defletidos para baixo por dentro da haste.
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A imagem a seguir Ilustra esses tipos de antenas.
Antenas unidirecionais.
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Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
A taxa de dados de um canal determina a velocidade de
transmissão e é calculada em função da largura de banda, dos
níveis dos sinais e do ruído. Considere que será realizada uma
transmissão em um canal sem ruído com 4 níveis e largura de
banda de 6kHz. Qual será a taxa máxima de transferência?
Parabéns! A alternativa E está correta.
A fórmula de cálculo é:
C = 2 x B x log2 N
Onde:
A 1000bps
B 2000bps
C 6000bps
D 12000bps
E 24000bps
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B — Largura de banda do canal.
N — Número de níveis do sinal.
C — Taxa de transferência em bits por segundo.
Portanto, o cálculo seria:
C = 2 x 6000 x Log2 4
C = 2 x 6000 x 2
C = 24000bps
Questão 2
Os meios de transmissão permitem que os sinais enviados pelo
transmissor sejam entregues no receptor. Os meios podem ser
classificados de diversas formas e são divididos em dois grandes
grupos: meios guiados e não guiados. Acerca dos tipos de meios de
transmissão, podemos afirmar que
Parabéns! A alternativa C está correta.
A
a fibra ótica é um exemplo de meio de transmissão
guiado e as informações são enviadas no formato
de pulsos elétricos.
B
o cabo de par trançado e o cabo coaxial são
exemplos de meios de transmissão não guiados.
C
as transmissões não guiadas podem ser divididas
em transmissões de rádio, micro-ondas e
infravermelho.
D
as transmissões de micro-ondas são caracterizadas
pela propagação das ondas em todas as direções.
E
as transmissões de rádio têm as características de
propagar em linha reta e as antenas necessitam de
visada.
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Os meios de transmissão podem ser classificados em guiados e
não guiados. Os meios guiados são os que utilizam cabos, como
par trançado, cabo coaxial e fibra ótica. Os dois primeiros
transportam os sinais através de pulsos elétricos e a fibra ótica, na
forma de pulsos de luz. Os meios não guiados são classificados, de
acordo com a frequência utilizada, em ondas de rádio, micro-ondas
e infravermelho, sendo os dois primeiros os mais empregados. As
ondas de rádio têm características omnidirecionais, ou seja,
propagam-se em todas as direções, enquanto na transmissão em
micro-ondas, o sinal se propaga em linha reta, necessitando de
visada entre as antenas.
Considerações �nais
Em nosso estudo, vimos os principais conceitos associados à
comunicação de dados. Analisamos os conceitos básicos da
transmissão de dados, conhecendo o processo de comunicação, os
tipos de sinais (analógico e digital) e tipos de transmissão. Conhecemos
também os tipos de modulação, que permitem que um sinal possa ser
enviado em um meio através da modulação de uma onda portadora.
Ao estudarmos as transmissões digitais, compreendemos a importância
do emprego dos codificadores e os dois principais tipos: linha e bloco.
Começamos com os conceitos básicos de redes associados à forma
como os dados são transmitidos. Finalmente, caracterizamos os meios
físicos de transmissão, conhecendo os diversos tipos e como
calculamos sua capacidade de transmissão.
Podcast
Ouça, no podcast a seguir, a importância de compreender os conceitos
básicos da comunicação de dados.

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Como funciona a transmissão em banda base e em banda larga.
Outros tipos de codificação de linha e codificação de bloco.
Tipos de fibras óticas e suas aplicações.
Referências
COMER, D. E. Interligação de redes com TCP/IP. 6. ed. Rio de Janeiro:
Elsevier, 2015.
FOROUZAN, B. Comunicação de dados e redes de computadores. 4. ed.
São Paulo: McGraw-Hill, 2008.
KUROSE JAMES F.; ROSS, K. W. Redes de computadores e a Internet:
uma abordagem top-down. 6. ed. São Paulo: Pearson, 2014.
TANENBAUM, A. Redes de computadores. 5 ed. Rio de Janeiro: Campus,
2011.
VENTURI FILHO, S. N. Fundamentos de redes de computadores. Rio de
Janeiro: SESES, 2016.
Material para download
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