UNB_TRD_Aula3

Prévia do material em texto

Transmissão de Dados
Aula 3
Prof. Paulo Hugo
Objetivos
1. Processo de conversão de sinais 
analógicos para digitais.
2. Compreensão da representação de um 
sinal digital.
2
Agenda
1. Conversão Analógico Digital
 Amostragem
 Quantização
 Codificação
2. Sinais Digitais
 Representação
 Parâmetros
 Condicionantes
 Limites de transmissão
3
4
Conversão Analógico Digital
Amostragem
 Medição de valores instantâneos do sinal a 
intervalos iguais.
 Sinal de tempo contínuo ⇨ Sinal de tempo discreto
5
Conversão Analógico Digital
http://www.netbook.cs.purdue.edu/animations/convert%20analog%20to%20digital.html
6
Conversão Analógico Digital
7
Conversão Analógico Digital
Teorema da amostragem (Nyquist): Taxa 
de amostragem
 Qualidade da reprodução digital de um sinal 
analógico.
 Ponto-chave: número de amostras extraídas do 
sinal original.
8
Conversão Analógico Digital
Taxa de amostragem: Teorema de Nyquist
 “Quantas amostras do sinal analógico são 
necessárias para que o receptor possa 
reconstruí-lo?”
 De acordo com o Teorema de Nyquist, a taxa de 
amostragem deve ser, no mínimo, duas vezes a 
mais alta frequência do sinal original.
9
Conversão Analógico Digital
Taxa de amostragem: Teorema de Nyquist
10
Conversão Analógico Digital
Taxa de amostragem: Teorema de Nyquist
 Mas porquê?!
11
Conversão Analógico Digital
Taxa de amostragem: Teorema de Nyquist
 Demonstração Sinal original
Frequência 
Sinal amostrado
Frequência 
Mf-Mf 0
Mf-Mf 0 Fa
Fa-Mf
12
Conversão Analógico Digital
Taxa de amostragem: Teorema de Nyquist
 Demonstração
 Para que não haja sobreposição:
Fa-Mf>Mf
Fa>Mf+Mf
Fa>2*Mf
Sinal amostrado
Frequência Mf-Mf 0 Fa
Fa-Mf
13
Conversão Analógico Digital
Exemplos
 Um sinal apresenta as cinco componentes de
frequência a seguir: 100, 300, 500, 700 e 900 Hz.
Qual deve ser a menor frequência de
amostragem para que não haja sobreposição?
14
Conversão Analógico Digital
Exemplo
 Sabe-se que um sinal de voz foi amostrado a
8KHz. Esse sinal poderá ser completamente
recuperado no receptor?
OBS: O sinal de voz apresenta 
frequências entre 300Hz e 
3,4KHz
15
Conversão Analógico Digital
Exemplo
 A menor componente de frequência de um sinal é
de 3Hz. Sabe-se que a menor frequência de
amostragem para que seja possível recuperar
completamente o sinal é de 14Hz. Qual a largura
de banda desse sinal?
16
Conversão Analógico Digital
Mostre graficamente um sinal composto que foi amostrado com duas
taxas de amostragem diferentes: uma respeitando o critério de Nyquist e a
outra não.
O que acontece com as amostras do sinal quando amostrado se o
respeito ao critério de Nyquist?
Desafio
17
Agenda
1. Conversão Analógico Digital
 Amostragem
 Quantização
 Codificação
2. Sinais Digitais
 Representação
 Parâmetros
 Condicionantes
 Limites de transmissão
18
Quantização
 Atribuição de valores inteiros aos valores tomados na 
amostragem 
 A quantização introduz erros (distância entre os níveis de 
quantização)
19
Conversão Analógico Digital
Quantização
20
Conversão Analógico Digital
Quantização: número de bits por amostra
 Nível de precisão requerido.
 Outro ponto importante na qualidade da 
reprodução do sinal.
00
01
10
11
000
010
101
111
001
011
110
100
21
Conversão Analógico Digital
22
Conversão Analógico Digital
Analógico
Digital
23
Conversão Analógico Digital
111
110
101
100
011
010
001
000
24
Conversão Analógico Digital
1011
1010
1001
1000
0000
1111
1110
1101
1100
0001
0010
0100
0011
0101
0110
0111
25
Conversão Analógico Digital
111
110
101
100
011
010
001
000
Codificação binária
 Cada valor é representado por uma palavra-
código binária
26
Conversão Analógico Digital
Agenda
1. Conversão Analógico Digital
 Amostragem
 Quantização
 Codificação
2. Sinais Digitais
 Representação
 Parâmetros
 Condicionantes
 Limites de transmissão
27
Porque se utiliza tecnologia digital?
 Os sinais ao serem transmitidos sofrem agressões 
como distorção, atenuação, interferências, etc.
Tecnologia Analógica
 Analógico => Análogo (à propriedade física que lhe 
deu origem);
 Circuitos mais complexos;
 O processo de regeneração tem baixa eficiência.
Sinais Digitais
28
Tecnologia Digital
 A digitalização apresenta perda de informações;
 Mais fácil de regenerar
 Menos infestado de interferências
 Pode ser gravado diretamente em computador
 CODEC: Coder/DECoder
 Analógico  Digital (Transmissão)  Analógico
 Linhas ISDN: totalmente digital
 Integrated Services Digital Network
Sinais Digitais
29
Sinais Digitais
30
O mundo é analógico!
Os dados de origem geralmente são analógicos.
Como eles podem ser transmitidos em sistemas 
digitais?
Sinais Digitais
31
Digitalização dos sinais analógicos
 Companhias telefônicas: precursoras.
 Transmissão dos sinais de voz a longas 
distâncias.
 Problemas na transmissão do sinal 
analógico.
 O sinal digital é mais fácil de ser 
recuperado.
Unidades de período, frequência e taxa
Frequência 
(Hz)
Taxa (bps) Período (s)
1 1 1
10 10 0,1
100 100 0,01
103 103 10-3
106 106 10-6
109 109 10-9
1012 1012 10-2
Taxa de Transmissão
– Está relacionada com a 
frequência.
– Medida em 
bits/segundo (bps)
32
Sinais Digitais
Taxa de Transmissão
1. Se 1 bit “dura” 0,0001s, qual a taxa?
2. Se 20 bits “duram” 0,016s, qual a taxa?
Sinais Analógicos
33
 São sinais definidos apenas a intervalos regulares (quase
sempre) de tempo e, portanto, representáveis por
sequências de números.
 Representam apenas 0´s e 1´s.
 Um sinal digital representa um valor “instantâneo” de uma
situação enquanto que o analógico representa um
movimento contínuo.
Sinais Digitais
34
Parâmetros e representações
 Não tem faixa muito ampla;
 Não refletem atividade constante;
 Variam menos que sinais analógicos;
 Mais fáceis para decodificar, mesmo que tenham
sofrido interferência.
Sinais Digitais
35
Parâmetros e representações
 Valores em um conjunto finito.
Sinais Digitais
36
Sinais Digitais
 Taxa de Transferência – Número de bits enviados por segundo.
Sinais Digitais
37
Intervalo de sinalização e taxa de transferência
 Intervalo de sinalização é o tempo necessário para
enviar um único bit, e está relacionado ao “período”
em um sinal digital;
 A taxa de transferência é quantidade (número) de
bits que são enviados em um segundo, e está
relacionada a frequência em um sinal digital.
Sinais Digitais
38
Sinais Digitais
39
Intervalo de sinalização e taxa de transferência
Intervalo de sinalização (exemplo)
 Um sinal digital possui taxa igual a 2000 bits por
segundo (bps). Qual é a duração de cada bit, ou seja,
qual o valor do intervalo de sinalização?
Sinais Digitais
40
Agenda
1. Conversão Analógico Digital
 Amostragem
 Quantização
 Codificação
2. Sinais Digitais
 Representação
 Parâmetros
 Condicionantes
 Limites de transmissão
41
Velocidade de propagação
 Medida da distância que um sinal pode viajar,
através de um meio, numa unidade de tempo, a
qual depende da frequência do sinal.
Sinais Digitais
42
Throughtput
 Medida da velocidade com que os dados cruzam um
ponto ou uma rede, é o número de bits que passa por
um determinado ponto
Sinais Digitais
43
Tempo de propagação
 Medida do tempo necessário para que um sinal
viaje de um ponto específico nomeio de
transmissão para outro ponto. .
Sinais Digitais
44
Agenda
1. Conversão Analógico Digital
 Amostragem
 Quantização
 Codificação
2. Sinais Digitais
 Representação
 Parâmetros
 Condicionantes
 Limites de transmissão
45
Por que um cabo coaxial não pode enviar
dados numa taxa igual ao cabo de fibra
óptica?
 Largura de banda disponível
 Níveis dos sinais a ser utilizar
 Qualidade do canal (ruídos existentes)
Como descobrir a taxa máxima que podemos enviarnum meio?
Sinais Digitais
46
Canal sem ruído: Teorema de Nyquist
 Para um canal ideal (sem ruídos), o teorema de Nyquist
apresenta o valor máximo teórico para a capacidade de
transmissão (C), em bps
em que B é a largura de banda, e L é o número de níveis de
sinais utilizados
Sinais Digitais
47
LBC 2log2 
Exemplos
 Considere o canal de voz com largura de banda de
6kHz, transmitido cem 8 níveis de tensão. Qual a
capacidade de transmissão do canal?
Sinais Digitais
48
Agenda
1. Conversão Analógico Digital
 Amostragem
 Quantização
 Codificação
2. Sinais Digitais
 Representação
 Parâmetros
 Condicionantes
 Limites de transmissão
49
Bibliografia
1. Comunicação de Dados e Rede de
Computadores (caps. 3). Behrouz A.
Forouzan. 3 ed, Bookman, 2006.
50