Aula 04

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COMUNICAÇÃO DE DADOS
Aula 4:Transmissão digital e codificação de linha e de bloco
Transmissão digital e codificação de linha e de bloco
COMUNICAÇÃO DE DADOS
Transmissão digital e codificação de linha e de bloco – AULA4 - *
Conteúdo Programático desta aula
 Compreender as possíveis conversões entre dados e sinais, para transmissão digital. 
 Conhecer as características comuns às técnicas de conversão digital-digital. 
 Identificar os métodos de codificação de linha. 
 Compreender a codificação de bloco.
 Compreender o processo PCM (Pulse Code Modulation) e suas etapas para digitalização de sinais analógicos.
 Aplicar as fórmulas teóricas de Nyquist e de Shannon para cálculo da taxa de dados
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Transmissão e Conversão
Dado Digital – Sinal Digital
Dado Analógico – Sinal Digital
Dado Digital – Sinal Analógico
Dado Analógico – Sinal Analógico
Transmissão Digital
CODEC
MODEM
Telefone
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Canal Passa Baixa
 Um sinal digital possui um número finito de estados (pelo menos dois) para representar a informação. 
 Chamaremos esses estados de níveis, assim o nível lógico 1 pode ser codificado como uma voltagem positiva e o nível lógico 0 (zero) como uma voltagem zero, por exemplo.
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Níveis de sinal
 Um sinal digital pode representar dois valores: 0 e 1
 Mas este sinal pode ter mais de dois níveis. 
 Nesse caso, será possível enviar mais de um bit por sinal.
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Amplitude
Tempo
1
0
1
1
0
0
Amplitude
Tempo
0
Nível 1
1
10
Nível 2
01
11
01
00
00
00
10
Nível 1
Nível 2
Nível 3
Nível 4
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Representação de dados digitais
A representação de dados digitais por meio de sinais digitais envolve as seguintes técnicas de conversão: 
 codificação de linha (sempre necessária), 
 codificação de blocos.
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Autosincronização
 A necessidade de sincronização entre os sinais recebidos e os sinais enviados deve-se ao fato de que os intervalos de bits do receptor devem corresponder aos intervalos de bits do emissor.
 Se as cadências dos clocks forem diferentes, os dados recebidos serão diferentes daqueles enviados.
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Autosincronização
 Quando o clock do receptor está mais rápido que o do emissor os bits recebidos não coincidem com os enviados.
A possibilidade de recuperar um sinal de clock diretamente a partir do sinal recebido é chamado autosincronização.
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Codificações de linha e de bloco
Muitas vezes é necessário converter sinais analógicos em dados digitais para armazenamento ou transmissão.
Por exemplo, no sinal gerado por um microfone, muitas vezes é necessária a sua digitalização.
As codificações de linha e de bloco são utilizadas para converter dados binários em sinais digitais.
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Codificação de Linha
 Os dados digitais são uma sequência de bits (0s e 1s), a codificação de linha converte tal sequência de bits em um sinal digital.
 Num canal passa-baixa, os dados binários podem ser representados por uma sequência de pulsos que se sucedem em uma cadência fixa (sincronizada por um clock).
 Codificação de linha é a forma como o sinal elétrico irá representar a informação digital diretamente no par de fios como diferenças discretas nos níveis de tensão.  
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Codificação de linha
Os métodos básicos de codificação de linha são:
 unipolar, 
 polar, 
 bipolar.
Além desses, dois outros métodos alternativos são:
 multinível e 
 multilinha.
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Codificação Unipolar
A codificação unipolar utiliza somente um nível de tensão. Assim, mantém constante a voltagem do pulso durante o intervalo de um bit.
A desvantagem do sinal unipolar é a possibilidade de ocorrerem grandes sequências de 0s ou de 1s tornando difícil a extração do sinal do clock.
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Codificação Unipolar
Tensão com nível constante
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Codificação Polar
A codificação polar utiliza dois níveis de tensão (positivo e negativo).
Existem vários métodos dentro dessa categoria: 
 NRZ, 
 RZ, 
 bifásico (Manchester e Manchester Diferencial).
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Codificação Polar RZ
Uma ressalva para o caso da Codificação polar RZ é o fato de que as transições n o intervalo do bit podem ser usadas para sincronização. 
Assim, uma vantagem desse esquema de codificação do sinal digital é incorporar uma forma de sincronismo para o receptor.
Se o próximo bit for 0: 
não há transição
Se o próximo bit for 1 e o atual não for 0: 
o nível seguinte é 0
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Codificação Polar RZ e NRZ
Esta codificação resolve o problema de componentes DC (Direct Current) que em frequências muito baixas podem ser criadas pelo espectro de um sinal digital com nível de voltagem constante por um certo período e que podem provocar distorções do sinal e erros de saída
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Codificação Polar Bifásica Manchester e Manchester Diferencial
 Na codificação Manchester, uma inversão no meio de cada intervalo de bit é usada tanto para a sincronização quanto para a representação do bit. 
 No método de codificação Manchester Diferencial, a transição no meio do intervalo de um bit é utilizada somente como mecanismo de sincronização.
 A representação do bit é definida através de uma inversão ou não no início do bit, ou seja, inversão no início do intervalo representa que o próximo bit é 0, e falta de inversão no início do intervalo representa que o próximo bit é 1.
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Codificação Polar Bifásica Manchester e Manchester Diferencial
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Métodos de Codificação de Bloco
 Os métodos de codificação de bloco melhoram o desempenho da codificaçãode linha, pois reduzem a possibilidade de erros na transmissão e fornecem redundância e verificação de erros.
 Normalmente, são referenciadas como codificação mB/nB, pois substituem cada grupo de m bits por um outro grupo de n bits.
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Métodos Multinível
 Para aumentar o número de bits por baud foram desenvolvidos os métodos de codificação de linha chamados multinível, em que são codificados um padrão de m elementos de dados em um padrão de n elementos de sinal.
 Se tivermos L níveis diferentes, podemos produzir Ln símbolos (combinações de padrões de sinal). 
Cada grupo de m bits é representado por um nível de tensão.
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Métodos Multinível
Esse tipo de codificação pode ser classificada como mBnL, em que:
 
 m é o comprimento do padrão binário, 
 B significa dados binários, 
 n é o comprimento do sinal e 
 L é o número de níveis de sinalização.
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Exemplo de método mBnL – 2B1Q
Um método mBnL  é o 2B1Q (dois binário, um quaternário), que usa:
 padrões de dados de tamanho 2 e
 codifica os padrões de 2 bits como um elemento de sinal pertencente a um sinal de 4 níveis.
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Exemplo de método mBnL – 2B1Q
Nesse caso, temos: 
m = 2, n = 1 e L = 4. 
Nesse método, são obtidos :
 22 = 4 padrões de dados e 
 41 = 4 padrões de sinais diferentes 
 não existe padrão de sinal redundante.
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Exemplo de método mBnL – 8B6T
Um outro tipo de codificação é o 8B6T (oito binário, seis ternário) que codifica 8 bits em um padrão de 6 elementos de sinal que tem 3 níveis. 
Nesse método, podemos ter:
 28 = 256 padrões de dados diferentes, e 
 36 = 478 padrões de sinais diferentes.
Assim, temos: 478 – 256 = 222 elementos de sinal redundantes que poderão ser usados para sincronização e detecção de erros.
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Sinal MLT3
É um esquema de codificação que reduz a frequência do sinal transmitido
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Técnicas de Codificação de Blocos
A técnica é relativamente simples e podemos resumir as fases da codificação de bloco em:
 Divisão: a cadeia de bits é dividida em grupos de m bits de tamanho. 
 Substituição: os grupos de m bits são substituídos por grupos de n bits, com n ≠ m.
 Codificação de linha: depois de substituir, escolhe-se um esquema de codificação de linha para enviar o sinal.
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Codificação de Bloco – 5B / 4B
 Na codificação 4B/5B , a sequência original é dividida em grupos de 4 bits, e uma saída de 5 bits substitui a entrada de 4 bits.
 Essa técnica garante redução para sequências longas de 1s e 0s (por exemplo, 111111111111 torna-se 111011110111101, utilizando 4B/5B). 
 Além do 4B/5B, existem diversos outros códigos como o 8B/10B ou o 8B/6T.
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PCM
Um codificador PCM possui três etapas: 
 Amostragem (Pulse Amplitude Modulation - PAM), 
 Quantização e 
 Codificação 
Para a conversão analógico-digital a técnica mais comum é modulação por código de pulso (Pulse Code Modulation – PCM). 
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PAM
 Para amostragem, processo conhecido como modulação por amplitude de pulso (PAM), o sinal analógico é amostrado a cada intervalo de T segundos. 
 Essa quantificação gera números inteiros (ou reais) que devem ser transformados em números binários para ser utilizada na transmissão digital.
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Precisão X número de amostras
 A precisão da reprodução digital de um sinal analógico depende do número de amostras (por intervalo de tempo) realizadas no sinal original.
 Quanto menor a taxa de amostragem, mais perdas terá o sinal analógico obtido.
 Pelo teorema de Nyquist, a quantidade de amostras deve ser, no mínimo, duas vezes maior que a mais alta frequência do sinal original. 
 Assim, por exemplo, as companhias telefônicas digitalizam voz, supondo que usem uma frequência de 4.000Hz; portanto, a taxa de amostragem, nesse caso, deve ser de 8.000 amostras por segundo.
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Quantização
Na quantização, o resultado da amostragem é tratado como uma série de pulsos, com valores que se encontram entre as amplitudes máxima e mínima do sinal.
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PCM – Bits por amostra
Importante, também, no processo PCM, é determinar o número de bits por amostra que depende do número de níveis de quantização. Por exemplo, se o número de níveis de quantização é igual a 8, então o número de bits por amostra é igual a 3 (pois 23 = 8).
Após a quantização, a última etapa é a codificação. 
Cada amostra pode ser modificada para uma palavra de n (número de bits por amostra) bits. 
Então, a taxa de bits = taxa de amostragem x número de bits por amostra. Cabe lembrar que a taxa de amostragem é o dobro da frequência mais elevada contida no sinal.
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Resumo da Aula
 Identificou como a camada física interage com os meios de transmissão e assegura a conectividade entre componentes da rede.
 Diferenciou os meios físicos de transmissão usados na comunicação de dados.
 Caracterizou as limitações e melhores indicações de uso para cada tipo de meio físico.
 Diferenciou a representação de dados analógica e digital.
 Discutiu a representação de sinais analógicos e digitais.
 Associou os efeitos de um meio de transmissão imperfeito à ocorrência de erros. 
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