Informatica- Meios de transmissão

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Telecomunicações e Redes de ComputadoresTelecomunicações e Redes de Computadores
6 6 –– Meios de TransmissãoMeios de Transmissão
Prof. Paulo Lobato Correia
IST, DEEC – Secção de Telecomunicações
TRC – Prof. Paulo Lobato Correia 2
ObjectivosObjectivos
Î Meios de transmissão
; Guiados
; Não guiados
Î Limitações dos meios de transmissão
Î Sistemas de transmissão com repetidores
Î Sistemas de transmissão com regeneradores
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Meios de TransmissãoMeios de Transmissão
Î Meios guiados
; Usam um condutor para transmitir o sinal do emissor até ao 
receptor. Exemplos:
• Par de fios;
• Cabo coaxial;
• Fibra óptica.
Î Meios não guiados (sem fios)
; Usam ondas rádio para transmitir os sinais. Exemplos:
• Feixes hertzianos;
• Satélites;
• Comunicações móveis.
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Características dos Meios de TransmissãoCaracterísticas dos Meios de Transmissão
Î Largura de banda – A largura de banda disponível condiciona o 
ritmo de transmissão possível.
Î Atenuação e outras limitações à transmissão – Impõe limitações 
à distância que o sinal pode percorrer.
Î Interferência – A transmissão de diferentes sinais num mesmo 
meio de transmissão pode criar “sobreposições” dos sinais, 
degradando ou mesmo “escondendo” um dado sinal.
Î Número de receptores – Ao ligar mais equipamentos a um meio de 
transmissão pode criar-se interferência, atenuação, distorção, 
limitando as distancias alcançáveis ou os ritmos de transmissão 
utilizáveis.
Î Preço
Î etc.
Diferentes meios de transmissão apresentam diferentes características, 
tendo pois aplicação em situações diferentes.
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Espectro ElectromagnéticoEspectro Electromagnético
f
c=λ
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Î Condutores isolados separadamente;
Î Entrançados (twisted), para minimizar interferências 
electromagnéticas;
Î Geralmente vários pares de fios estão juntos num cabo (que nas 
ligações a longa distância podem conter dezenas ou centenas de pares 
de fios).
Î A espessura de cada fio habitualmente está entre 0.4 e 0.9 mm
Î Usado para comunicações analógicas e digitais. 
Î É usado na rede telefónica comutada (principalmente na rede local), e 
nas redes locais de computadores.
Meios Guiados: Par de Fios EntrançadosMeios Guiados: Par de Fios Entrançados
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Par de Fios Entrançados: CaracterísticasPar de Fios Entrançados: Características
Î Transmissão analógica: 
; Amplificadores espaçados de 5 ou 6 km;
; Atenuação típica é 1 dB/km na banda de frequências da voz;
Î Transmissão digital:
; Permite transmitir a alguns Mbit/s, mas a distâncias menores;
; Repetidores espaçados de 2 ou 3 km;
Características:
Î Barato e fácil de manipular;
Î Alcance limitado;
Î Largura de banda limitada;
Î Ritmo de transmissão limitado.
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Par de Fios Entrançados: TiposPar de Fios Entrançados: Tipos
Î Unshielded Twisted Pair (UTP)
; Fios telefónicos normais;
; Mais barato;
; Fácil de instalar;
; Sujeito a interferências electromagnéticas externas.
Î Shielded Twisted Pair (STP)
; Existe uma camada metálica que reduz interferências;
; Mais caro;
; Mais difícil de manipular (grosso, pesado).
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Categorias UTPCategorias UTP
Î Categoria 1: Usado para transmissão de sinais de voz;
Î Categoria 2: Usado para voz e dados até 4 Mbit/s;
Î Categoria 3: Permite transmissão de dados até 10 Mbit/s;
Î Categoria 4: Permite transmissão de dados até 20 Mbit/s;
Î Categoria 5:
; Largura de banda disponível: 100 MHz;
; Permite transmissão de dados a 10 e a 100 Mbit/s;
Î Categoria 6: 
; Largura de banda disponível: 250 MHz;
; Permite transmissão de dados até 1 Gbit/s;
Î Categoria 7:
; Largura de banda disponível: 600 MHz; 
; Permite transmissão de dados 10 Gbit/s.
100 metros
<20 metros
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Cabo CoaxialCabo Coaxial
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Cabo Coaxial: CaracterísticasCabo Coaxial: Características
Î Transmissão analógica: 
; Amplificadores espaçados de poucos quilómetros (mais 
próximos para frequências maiores);
; Largura de banda até 500 MHz;
Î Transmissão digital:
; Repetidores espaçados cerca de 1 km (mais próximos para 
frequências maiores);
Principais limitações:
; Atenuação;
; Ruído térmico;
; Ruído de intermodulação.
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Cabo Coaxial: AplicaçõesCabo Coaxial: Aplicações
Meio bastante versátil.
Exemplos de aplicação:
Î Distribuição de televisão;
Î Transmissão telefónica de longa distancia;
; Suporta dezenas de milhares de chamadas telefónicas 
simultâneas;
; Hoje em dia é substituído por fibra óptica;
Î Ligações a curta distância e elevados ritmos de 
transmissão;
Î Redes locais de computadores.
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Atenuação em Função da FrequênciaAtenuação em Função da Frequência
Par de fios Cabo coaxial
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Fibra ÓpticaFibra Óptica
Î A fibra óptica é um guia de ondas cilíndrico feito de dois 
materiais transparentes (vidro de elevada qualidade e/ou 
plástico) cada um com um índice de refracção diferente.
Î Os dois materiais são dispostos de forma concêntrica de modo a 
formar um núcleo interior e uma bainha exterior.
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Fibra Óptica: Princípio FuncionamentoFibra Óptica: Princípio Funcionamento
Î A luz transmitida através do núcleo é em parte reflectida e em parte 
refractada na fronteira com a bainha (lei de Snell).
Î Para n1 > n2, e para todos os ângulos de incidência superiores a θc
(θc = arcsen(n2/n1)), o raio incidente é totalmente reflectido sem 
perdas refractivas na fronteira entre os meios;
n1
n2
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Sistema de Transmissão por Fibra ÓpticaSistema de Transmissão por Fibra Óptica
Fonte 
Óptica
Foto-
detectorFibra 
Óptica
Circuito 
Eléctrico
Receptor 
Eléctrico
Emissor Receptor
Díodo Emissor de Luz, LED
Díodo com Emissão Estimulada de Luz (Laser), LD
Fotodetector Positive-Intrinsic-Negative, PIN
Fotodetector de Avalanche, APD
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Fibra Óptica: CaracterísticasFibra Óptica: Características
Î Funciona como um guia de ondas de 1014 a 1015 Hz:
; Parte do espectro infravermelho e visível;
Î Grandes ritmos de transmissão: centenas de Gbit/s;
Î Baixo peso e pequena dimensão;
Î Atenuação baixa;
Î Imunidade a interferências electromagnéticas;
Î Espaçamento entre repetidores: dezenas de quilómetros;
Aplicações:
Î Transmissão digital a longa distância;
Î Redes locais de computadores;
Î Redes metropolitanas;
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Fibra Óptica: AtenuaçãoFibra Óptica: Atenuação
Î A luz ao propagar-se através da fibra 
óptica é, em parte:
; absorvida (devido a impurezas no 
vidro); 
; perdida (devido à dispersão de 
Rayleigh - irregularidades a nível 
microscópico). 
Î Outras fontes de atenuação:
; Deformações e micro-curvas;
; Juntas: ligações permanentes de 
duas fibras (valores típicos: 0.2 dB);
; Conectores: ligações sem carácter 
permanente (0.3 – 1 dB);
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Janelas de ComunicaçãoJanelas de Comunicação
-- 850 850 nmnm, 1300 , 1300 nmnm, 1550 , 1550 nmnm --
850 nm => os primeiros 
sistemas de comunicação 
óptica utilizaram comprimentos 
de onda entre 800 e 860 nm: 
usados em sistemas a baixos 
ritmos e curta distância.
1300 e 1550 nm => são 
mais atractivos devido às 
melhores características de 
atenuação e dispersão: usados 
em sistemas a ritmos elevados 
e distâncias longas.
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Fibra Óptica: Modos de TransmissãoFibra Óptica: Modos de Transmissão
Fibra de índice em degrau (multimodo)
Fibra de índice gradual (multimodo)
Fibra de índice em degrau (monomodo)
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Fibras Monomodo Fibras Multimodo
Diâmetro do Núcleo 6-10μm (ITU-T Rec. G. 652) 50μm (ITU-T Rec. G.651)
Diâmetro da Baínha 125μm 125μm
Atenuação 0.3-1 dB/km @ 1300 nm;
0.15-0.5 dB/km @ 1550 nm
0.3-1 dB/km @ 1300 nm;
0.15-0.5 dB/km @ 1550 nm
Características Só o modo axial se propaga Vários modos de propagação são possíveis
Dispersão Intramodal (cromática) Intermodal e intramodal
Fibra Óptica: Modos de TransmissãoFibra Óptica: Modos de Transmissão
Fibras Monomodo:
Î Desvantagens:
; abertura numérica menor => menor ângulo de aceitação e maiores perdas de acoplamento fonte 
óptica-fibra que as fibras de índice gradual.
Î Vantagens:
; só existe dispersão material (dispersão intermodal é nula);
; dispersão material nula a 1310±10 nm e cerca de -20 ps/(nm km) a 1550 nm
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Fibra Óptica: Distorção de SinalFibra Óptica: Distorção de Sinal
Î A dispersão origina um alargamento do pulso transmitido:
; Determina a taxa de transmissão máxima que a fibra suporta;
Î Tipos de dispersão: 
; Dispersão intramodal, cromática ou material (Dc [ps/nm/km]) – os diferentes 
comprimentos de onda de um modo têm diferentes velocidades de propagação;
; Dispersão intermodal ou multimodal (Di [ns/kmγ]) – os diferentes modos ou 
caminhos de propagação têm diferentes comprimentos de propagação
A dispersão total depende do comprimento da fibra. 
O alargamento do pulso transmitido (tempo de subida), 
em ps, é aproximado por: 
; Δλ = largura espectral da fonte óptica
; L = distância de transmissão, em km
; γ = factor de dependência no comprimento, tipicamente entre 0.5 e 1
(parâmetro fornecido pelos fabricantes)
( ) ( )22 γλ LDLDt icr ⋅+⋅Δ⋅=
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Î Tempo de subida de um sistema: é o tempo que o
sistema, em resposta a uma transição abrupta de 
valor, leva a ir de 10% a 90% do valor final.
Î A cada um dos três componentes de um sistema de comunicação 
(emissor + canal + receptor) está associado um tempo de subida.
Î O tempo de subida total do sistema, tr,tot, relaciona-se com os tempos de 
subida individuais aproximadamente por:
; tr,e = tempo de subida do emissor
; tr,c = tempo de subida do canal
; tr,r = tempo de subida do receptor
Î Os tempos de subida do emissor e do receptor são geralmente 
conhecidos pelo projectista do sistema.
t t t tr tot r e r c r r, , , ,
2 2 2 2= + +
Distorção de Sinal: Tempo de Subida Distorção de Sinal: Tempo de Subida 
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Relação entre Relação entre 
Tempo de Subida e Frequência de SímboloTempo de Subida e Frequência de Símbolo
Î Sendo τ a largura dos pulsos a transmitir, o tempo de subida total de 
um sistema de comunicação deve verificar: 
tr,tot ≤ τ
Î Se a largura do pulso for igual à largura temporal de cada símbolo, 
Tsímbolo (pulsos NRZ – “non-return-to-zero”):
NRZ: Tsímbolo = τ => tr,tot ≤ 1 / fsímbolo
Î Se a largura do pulso for metade da largura temporal de cada símbolo, 
Tsímbolo (pulsos RZ – “return-to-zero”):
; no resto da duração do símbolo a amplitude do pulso é zero !
RZ: Tsímbolo / 2 = τ => tr,tot ≤ 1 / (2 fsímbolo)
ttτ
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Fontes ÓpticasFontes Ópticas
Fontes ópticas utilizadas :
Î Díodo emissor de luz – LED (Light Emitting Diode): emissão 
espontânea de luz; 
; Mais barato, menos sensível à temperatura, maior duração;
Î Díodo laser – LD (Laser Diode): emissão estimulada de luz.
LASER = Light Amplification by Stimulated Emission of
Radiation
; Mais rápido, mais potência;
Î As fontes de luz não são monocromáticas (não emitem um 
único comprimento de onda).
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FotodetectoresFotodetectores
PIN
Î Ausência de ganho interno;
Î Baixo ruído interno; 
Î Desempenho determinado pelo 
ruído da parte eléctrica do 
receptor. 
APD
Î Ganho interno (ganho de avalanche) 
Î Elevado ruído interno, que condiciona 
desempenho, juntamente com ruído da parte 
eléctrica do receptor ;
Î Mais sensível à temperatura;
Î Menos fiável;
Î Mais caro.
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Parâmetros 
típicos de um 
EDFA 
(atender à janela, 
ganho, factor 
de ruído e 
largura de 
banda)
Amplificadores ÓpticosAmplificadores Ópticos
Esquema de um 
amplificador de 
fibra dopada a 
érbio (EDFA) 
(a amplificação é 
feita a nível óptico 
sem conversão para 
eléctrico)
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Fibra Óptica Fibra Óptica vsvs. Meios Metálicos. Meios Metálicos
Î Largura de banda;
Î Dimensões;
Î Peso;
Î Espaçamento entre regeneradores;
Î Isolamento eléctrico;
Î Diafonia;
Î Radiação;
Î Condições ambientais;
Î Fiabilidade;
Î Custo;
Î Atribuição de frequências.
Multimodal
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Fibras Ópticas para WDMFibras Ópticas para WDM
Î As fibras ópticas dividem-se em fibras monomodais e fibras multimodais. As 
redes WDM (Wavelength Division Multiplexing) só usam fibras monomodais.
Î Os principais fenómenos limitativos são a atenuação e a dispersão. O primeira é 
responsável por reduzir a amplitude dos pulsos e a segunda por alargá-los. 
0
1
2
3
4
5
0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7
Comprimento Onda (μm)
C
o
e
f
i
c
i
e
n
t
e
 
d
e
 
a
t
e
n
u
a
ç
ã
o
(
d
B
/
k
m
)
0
1
2
3
4
5
0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6
1.7
Comprimento Onda (μm)
Fibra óptica monomodal normal Fibra óptica monomodal “AllWave”
C
o
e
f
i
c
i
e
n
t
e
 
d
e
 
a
t
e
n
u
a
ç
ã
o
(
d
B
/
k
m
)
1330-1625 nm
0.35 dB/km0.35 dB/km
1440-
1625 nm
A fibra óptica monomodal normal 
apresenta um pico de atenuação 
devido à absorção OH em 1385 nm. 
A fibra “AllWave” elimina este pico.
A banda disponível para WDM (atenuação 
≤ 0.35 dB/km) situa-se entre os 1440 e 
1625 nm, o que corresponde a 370 canais 
para um espaçamento de 0.5 nm.
Fibra Normal
A banda disponível para WDM (atenuação 
≤ 0.35 dB/km) situa-se entre os 1330 e 
1625 nm, o que corresponde a 590 canais 
para um espaçamento de 0.5 nm.
Fibra “AllWave”
Sinal WDM
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Sistema WDM pontoSistema WDM ponto--aa--pontoponto
Î Os elementos essenciais de um sistema de multiplexagem por divisão no comprimento de 
onda ou WDM (Wavelength Division Multiplexing) são os multiplexadores (MUX), 
responsáveis por agregar vários canais ópticos (comprimentos de onda) num único sinal 
multiplexer e os desmultiplexadores (DMUX) que realizam a operação inversa.
Î Sistemas DWDM ( Dense WDM) ponto-a-ponto comerciais de ponta
MUX OA
λ1 Sinal multiplex⇒ λ1, λ2 ,λ3,..., λN
OA OA DMUX
Laser 1
Laser 2
Laser N
λ2
λN
Receptor 
Óptico 1
Receptor 
Óptico 2
Receptor 
Óptico N
λ1
λ2
λN
Fibra óptica 
monomodal
80 λs × 40 Gb/s 3.2Tb/sMarconi MHL 3000 CoreEricsson
80 λs × 10 Gb/s
320 λs × 2.5 Gb/s
0.8 Tb/sOptical Long Haul 1600Nortel
64 λs × 40 Gb/s 
128 λs × 10 Gb/s 
2.56 Tb/s 
1.28 Tb/s
1625 Lambda Extreme 
Transport
Alcatel-Lucent
192 λs × 10 Gb/s 1.9 Tb/sCoreStream Ciena
Número de λsCapacidadeEquipamentoFabricante
Amplificador
Óptico
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Fibra Óptica Fibra Óptica vsvs. Meios Metálicos. Meios Metálicos
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É habitual usar fibra óptica e meios metálicos num 
sistema de comunicações.
Fibra Óptica e Meios MetálicosFibra Óptica e Meios Metálicos
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Meios Não GuiadosMeios Não Guiados
Transmissão e recepção usando antenas:
Î Direccional:
; Feixe hertziano;
; Requer alinhamento cuidadoso das antenas.
Î Omnidireccional:
; Sinal propaga-se em todas as direcções;
; Pode ser recebido por diversos tipos de antenas.
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Meios Não Guiados: Espectro RadioeléctricoMeios Não Guiados: Espectro Radioeléctrico
TRC – Prof. Paulo Lobato Correia 35
Meios Não GuiadosMeios Não Guiados
Î 2 GHz a 40 GHz
; Feixes hertzianos e ligações via satélite;
; Direccional;
; Ponto to ponto.
Î 30 MHz a 2 GHz
; Omnidireccional;
; Difusão de rádio e televisão;
; Rádio móvel celular (GSM, UMTS).
Î 3 x 1011 to 2 x 1014
; Infravermelhos;
; Local.
TRC – Prof. Paulo Lobato Correia 36
Meios Não GuiadosMeios Não Guiados
Î Nas ligações via atmosfera ou espaço livre, o sinal propaga-se sob a 
forma de ondas electromagnéticas;
Î Nas ligações em linha de vista as ondas propagam-se “sem reflexões” 
entre a antena emissora e a antena receptora:
; Este modo de propagação é geralmente utilizado nas comunicações a longa 
distância com frequências acima de 100 MHz.
Î As perdas de uma ligação em espaço livre são devidas à dispersão da 
onda rádio em todas as direcções:
; A uma distância d a potência por unidade de superfície é inversamente 
proporcional ao quadrado da distância (a potência dispersa-se 
uniformemente na superfície de uma esfera cujo raio é a distância de 
propagação);
Vantagens: 
; Reduzir número de repetidores;
; Eliminar a existência de cabos longos.
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Transmissão Não GuiadaTransmissão Não Guiada
Î Quanto maior a frequência usada maior a largura de banda disponível e 
maior a taxa de transmissão de informação possível;
Î Atenuação cresce com o quadrado da distância (em unidades lineares);
Î Sujeita a interferências de outros sinais;
Î Maior frequência:
; maior atenuação;
; antenas mais pequenas, mais directivas e mais baratas;
Î Propagação via atmosfera –> atenuações adicionais a considerar:
; Gases da atmosfera;
; Chuva;
; Obstáculos
; Reflexões
; ...
TRC – Prof. Paulo Lobato Correia 38
Propagação de Ondas RádioPropagação de Ondas Rádio
Î Perdas de propagação em espaço livre:
; λ é o comprimento de onda da onda electromagnética (λ = c/f );
Î Em unidades logarítmicas (com a frequência em MHz):
Î Perdas (em dB) aumentam com logaritmo da distância e não na 
proporção directa como nos meios de transmissão guiados!
Duplicar a distância aumenta as perdas só em 6 dB !!!
24 ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ ⋅⋅= λ
π dl fs
( ) ( )][10][10 log20log205.32
4log20][
MHzkm
fs
fd
ddBL
⋅+⋅+
=⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ ⋅⋅⋅= λ
π
TRC – Prof. Paulo Lobato Correia 39
Ganho de uma AntenaGanho de uma Antena
As antenas utilizadas nas ligações em linha de vista apresentam um efeito 
“concentrador” da potência emitida:
; Existem direcções de emissão / recepção privilegiadas;
; Antenas apresentam um ganho relativamente à emissão / recepção em todas as 
direcções (isotropia):
; Ae – abertura efectiva (relacionada com a área física e tipo de antena);
; Para antenas parabólicas a abertura efectiva da antena é dada por
• D é o diâmetro da antena, em metros
• η é o rendimento (eficiência) da antena geralmente da ordem dos 0.5
• Antenas parabólicas de elevada área podem fornecer ganhos acima de 60 dB.
2
4
λ
π e
ant
Ag ⋅⋅=
4
2DAe
⋅⋅= πη
TRC – Prof. Paulo Lobato Correia 40
Ligação por Feixes HertzianosLigação por Feixes Hertzianos
Î Antenas parabólicas;
Î Feixes direccionais;
Î Ligação em linha de vista;
Î A curvatura da Terra limita alcance (cerca de 80 km); para 
ligações mais longas podem usar-se repetidores passivos 
(espelhos ou duas antenas costas-com-costas) ou activos 
(duas antenas que recebem, processam e retransmitem).
TRC – Prof. Paulo Lobato Correia 41
Ligação por Feixes HertzianosLigação por Feixes Hertzianos
Î Ganhos na ligação em linha de vista:
; Ganhos das antenas (de emissão e de recepção), gant,E e gant,R
; Ganhos de eventuais repetidores, grep
Î Perdas na ligação em linha de vista:
; Perdas dos cabos (geralmente guias de onda) entre emissor e 
antena emissora e entre antena receptora e receptor, ag,E e ag,R
; Perdas da propagação em espaço livre, lfs
TRC – Prof. Paulo Lobato Correia 42
Î Potência à saída do sistema de transmissão (entrada do receptor):
po = pi . gant,E . gant,R / (ag,E . lfs . ag,R)
Î Em unidades logarítmicas: 
Po = Pi + (Gant,E+Gant,R)-(Ag,E+Lfs +Ag,R)
Î Se existir um repetidor entre emissor e receptor, contabilizar: 
; Perdas de propagação entre emissor e repetidor, Lfs,E-r;
; Perdas de propagação entre repetidor e receptor, Lfs,r-R ; 
; Ganho do repetidor, Grep
Po = Pi + (Gant,E+Gant,R+Grep)-(Ag,E+Lfs,E-r+Lfs,r-R+Ag,R)
Ligação por Feixes HertzianosLigação por Feixes Hertzianos
TRC – Prof. Paulo Lobato Correia 43
Transmissão via SatéliteTransmissão via Satélite
Î O satélite funciona como um repetidor;
Î Recebe numa frequência, amplifica ou repete o sinal 
e retransmite-o noutra frequência (transponder);
Î Aplicações:
; Televisão;
; Ligações telefónicas de 
longo alcance;
; Rede privadas.
Î Satélite geostacionário:
; Altura da órbita: 35,784km.
TRC – Prof. Paulo Lobato Correia 44
Tipos de órbitas, altura acima da Terra, tempo de transmissão (ida e volta 
ou round-trip) e número de satélites necessários para cobertura global.
Transmissão via SatéliteTransmissão via Satélite
TRC – Prof. Paulo Lobato Correia 45
Transmissão via Satélite: ÓrbitasTransmissão via Satélite: Órbitas
TRC – Prof. Paulo Lobato Correia 46
Transmissão via Satélite: ÓrbitasTransmissão via Satélite: Órbitas
GEO – Geosynchronous Orbit:
; 35 800 km. Usado para televisão, meteorologia, etc. 
MEO – Middle Earth Orbit:
; 1600 a 35 800 km. Usado para GPS, etc.
LEO – Low Earth Orbit:
; 160 a 1600 km. Usado para comunicações móveis, para 
videoconferência, para espionagem.
HEO – Highly Elliptical Orbit:
; Usado para espionagem e 
para organizações cientificas 
(e.g. para fotografar corpos 
celestes – quando está longe 
da Terra fotografa, e quando está perto transmite para Terra).
TRC – Prof. Paulo Lobato Correia 47
Transmissão via Satélite: GEOTransmissão via Satélite: GEO
Î Estacionário em relação à Terra para que esteja sempre em linha de 
vista.
Î Deve ter período de rotação igual ao período de rotação da Terra o 
que acontece à altura de 35784 km.
Î Para evitar interferências entre satélites exigem-se 4º graus (medidos 
a partir da Terra) de espaçamento entre satélites na banda 4/6 GHz e 
3º na banda 12/14 GHz.
Î Atraso de propagação, de uma estação terrena para outra estação 
terrena: 
; 240-300 ms;
; Observável em conversações telefónicas;
; Introduz problemas em comunicações de dados no domínio do controlo 
de erros e controlo de fluxo;
TRC – Prof. Paulo Lobato Correia 48
LowLow--Earth Orbit (LEO): IridiumEarth Orbit (LEO): Iridium
Satélites Iridium criam 1628 células em movimento para cobrir a Terra.
(a) (b)
TRC – Prof. Paulo Lobato Correia 49
Î Constituído por 66 satélites LEO;
Î Serviços: telefonia sem fios (voz, paging);
Î Proposto em 1987;
Î Início do serviço em 1999;
Î Nome provém do número inicialmente previsto de satélites: 
elemento químico com 77 electrões é o Irídio;
Î Existe transmissão entre satélites;
Î O terminal Motorola 9505 para o Iridium pesa cerca de 370g, 
permite falar durante 2.4 horas, tendo um tempode standby
de 24 horas;
Î Usa a banda L (1600-1700 MHz) para comunicações com 
Terra e 18-30 GHz para comunicações entre satélites.
LowLow--Earth Orbit (LEO): IridiumEarth Orbit (LEO): Iridium
TRC – Prof. Paulo Lobato Correia 50
LowLow--Earth Orbit (LEO): Earth Orbit (LEO): GlobalstarGlobalstar
Constelação Globalstar composta por 48 satélites LEO;
Operacional desde 1999; 
Serviço disponível em cerca de 100 países;
Comunicação entre satélites é possível.
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LowLow--Earth Orbit (LEO): Earth Orbit (LEO): GlobalstarGlobalstar
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Transmissão via SatéliteTransmissão via Satélite
O satélite pode ser usado para comunicações de difusão:
Î Difusão de televisão;
Î Redes privadas:
; VSAT (Very Small Aperture Terminal) – terminais de baixo custo.
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Principais bandas de frequência usadas.
Transmissão via SatéliteTransmissão via Satélite
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Fibra Fibra vsvs. Satélite. Satélite
TRC – Prof. Paulo Lobato Correia 55
OutrOutroos Sistemas de Comunicações s Sistemas de Comunicações 
Não GuiadosNão Guiados
Ligações rádio (de 30 MHz a 1 GHz):
Î Ligações omnidireccionais e em linha de vista;
Î Frequências mais baixas: 
; Menor atenuação;
; Menor banda disponível; 
Î Limitações à propagação: reflexões e obstáculos (chuva não é 
importante);
Î Utilização:
; difusão de rádio (FM) e TV (VHF e UHF);
; redes rádio de transmissão de dados por pacotes.
TRC – Prof. Paulo Lobato Correia 56
OutrOutroos Sistemas de Comunicações s Sistemas de Comunicações 
Não GuiadosNão Guiados
Ligações usando o espectro visível:
Î Exemplo: usando lasers.
Correntes de convecção podem afectar sistemas de comunicação usando lasers. 
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OutrOutroos Sistemas de Comunicações s Sistemas de Comunicações 
Não GuiadosNão Guiados
Sistemas de comunicações móveis:
Î Sistemas celulares: 
; Reutilização de frequências;
; Área de serviço dividida em células;
; Necessidade de handover; 
Î Mobilidade: 
; Efeito de Doppler;
; Variabilidade do canal de transmissão;
Î Suporte a diversos tipos de serviços:
; Voz;
; Dados.
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Escolha do Meio de TransmissãoEscolha do Meio de Transmissão
Fios de Cobre:
; Tecnologia madura e não dispendiosa;
; Largura de banda e ritmos de transmissão limitados;
Fibra de Vidro:
; Tecnologia mais dispendiosa;
; Maior capacidade de transmissão;
; Maiores distâncias;
Rádio:
; Não é necessária ligação física;
; Pode usar-se para ligação com terminais móveis; 
; Atenuação varia com distância ao quadrado.
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Tipo de Distância de Taxa de
Meio Rede Custo Transmissão Segurança Erros Velocidade
Par entrançado LAN Baixo Curta Bom Baixa Baixo-alto
Cabo Coaxial LAN Moderado Curta Bom Baixa Baixo-alto
Fibra Óptica qualquer Alto Mod.-Longa Mto bom Mto. baixa Alto-Mto. alto
Tipo de Distância de Taxa de
Meio Rede Custo Transmissão Segurança Erros Velocidade
Rádio LAN Baixo Curta Fraca Mod. Baixa
Infravermelhos LAN, BN Baixo Curta Fraca Mod. Baixa
Feixes Hertz. WAN Mod. Longa Fraca Baixa-Mod. Mod.
Satélite WAN Mod. Longa Fraca Baixa-Mod. Mod.
Meios Guiados
Meios Não Guiados
Escolha do Meio de TransmissãoEscolha do Meio de Transmissão
TRC – Prof. Paulo Lobato Correia 60
Sistemas: RepresentaçãoSistemas: Representação
Sistema de Telecomunicações:
; Qualquer circuito eléctrico excitado por uma tensão ou corrente num 
determinado ponto do circuito (entrada) e que produz outra tensão ou 
corrente noutro ponto do circuito (saída);
; O sinal de saída pode ser bastante diferente do de entrada.
Relação entre a entrada (excitação) e a saída (resposta): y(t) = f[x(t)]
Sistema
Entrada do sistema, 
excitação
Saída do sistema, 
resposta
x(t) y(t)
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Sistema linear: 
; Se a resposta a x1(t) for y1(t) e a x2(t) for y2(t), então a resposta a 
a1 x1(t) + a2 x2(t) (a1 e a2 são constantes) será a1 y1(t) + a2 y2(t) 
Sistema invariante no tempo:
; A um atraso na entrada corresponde um atraso na saída:
y(t)=f[x(t)] y(t-t0)=f[x(t-t0)]
As características do sistema não variam com o tempo;
Sistema causal: 
; a resposta não começa antes da entrada ser aplicada;
; o valor da saída num instante de tempo t=t0 depende só de valores da entrada em 
instantes de tempo t≤t0
y(t)=f[x(τ); τ ≤t]; para qualquer instante de tempo t
; Sistemas não causais não existem na realidade.
Sistemas Lineares e Invariantes no TempoSistemas Lineares e Invariantes no Tempo
(SLIT)(SLIT)
TRC – Prof. Paulo Lobato Correia 62
Para um SLIT, a saída relaciona-se com a entrada através do integral de 
convolução:
Para uma entrada impulsiva, x(t)=δ(t) a resposta do SLIT é y(t)=h(t)
h(t) – Resposta impulsiva do sistema: caracteriza o comportamento do sistema 
no tempo.
Aplicando a transformada de Fourier a y(t) = h(t)*x(t), os espectros dos sinais 
x(t) e y(t) relacionam-se do seguinte modo:
Y(f) = H(f) . X(f)
H(f) = TF[h(t)] – Função de transferência do sistema: caracteriza o 
comportamento do sistema na frequência.
( ) ( )y t h t x t h x t d( ) ( ) ( )= ∗ = ∫ ⋅ −−∞+∞ τ τ τ
Sistemas Lineares e Invariantes no Tempo Sistemas Lineares e Invariantes no Tempo 
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Transmissão de SinaisTransmissão de Sinais
O sistema de transmissão é o canal entre a fonte e o destino da informação.
Caracterização:
Î Armazenamento de energia:
; Altera a forma do sinal à saída – distorção de sinaldistorção de sinal;
Î Dissipação de potência internamente:
; Reduz a amplitude do sinal à saída – perdasperdas de sinal da entrada para a saída;
Î Introdução (geralmente, adição) de sinais indesejáveis “sobrepostos” ao 
sinal que se pretende transmitir:
; Impedem a recuperação perfeita do sinal – ruídoruído.
TRC – Prof. Paulo Lobato Correia 64
Transmissão Sem DistorçãoTransmissão Sem Distorção
Sistemas não distorcivos:
; Dado um sinal na entrada, x(t), diz-se que a saída y(t), não está distorcida 
se ela diferir da entrada somente através da multiplicação de uma constante 
e de um tempo de atraso finito, td (não se altera a forma do sinal):
y(t) = K . x(t-td) (K e td são constantes)
; Sendo a função de transferência (representação na frequência) de um SLIT:
H(f) = K . e (-j.2.π.f.td)
; Um sistema não introduz distorção se apresentar uma função de 
transferência com amplitude constante e fase com uma variação linear em 
função da frequência:
|H(f)| = |K|, arg[H(f)] = -2 . π . f . td + m . π (m é um número inteiro)
No caso de tempo de atraso nulo, a fase deve ser constante e valer mπ.
H(f) deve observar as condições anteriores só na banda de frequências em que 
o sinal de entrada tem conteúdo espectral significativo.
TRC – Prof. Paulo Lobato Correia 65
Tipos de DistorçãoTipos de Distorção
Distorção não-linear:
; Ocorre quando o sistema inclui elementos não-lineares;
; Não existe função de transferência para sistemas não-lineares;
Distorção linear: 
; Único tipo de distorção existente em SLITs;
; Pode ser descrita em termos da função de transferência do SLIT;
Distorção de amplitude: as componentes espectrais à saída não estão 
na correcta proporção (as várias componentes espectrais sofrem 
diferentes atenuações). |H(f)| ≠ |K| 
Distorção de fase ou de atraso: as várias componentes espectrais 
sofrem diferentes atrasos. arg [H(f)] ≠ - 2.π.f.td + m.π
TRC – Prof. Paulo Lobato Correia 66
Distorção de AmplitudeDistorção de Amplitude
Sinal original: aproximação da onda quadrada que inclui os termos até à 
quintaharmónica:
Atenuação das baixas frequências diferente da atenuação das altas 
frequências:
TRC – Prof. Paulo Lobato Correia 67
Distorção de FaseDistorção de Fase
Sinal original: aproximação da onda quadrada que inclui os termos até à 
quinta harmónica
Desvio de fase constante (para todas as componentes espectrais) de θ=-π/2
TRC – Prof. Paulo Lobato Correia 68
Combater a DistorçãoCombater a Distorção
Distorção de atraso: 
; O ouvido humano é insensível à distorção de atraso. A distorção de atraso é 
raramente motivo de preocupação na transmissão analógica de voz e música.
; Factor crítico no desempenho da transmissão de pulsos;
Î Distorção linear pode ser eliminada através de igualação (equalization):
; Igualador: função de transferência Heq(f), inserido a seguir ao canal distorcivo, 
função de transferência Hc(f), resultando a função de transferência global:
H(f)=Hc(f) . Heq(f)
; A saída do igualador não tem distorção se:
H(f) = K exp(-j2πftd)
(K e td são constantes)
; Na prática, conseguem-se melhorias significativas no desempenho utilizando 
aproximações de Heq(f).
( ) ( )H f
Ke
H feq
j ft
c
d=
− 2π
 
TRC – Prof. Paulo Lobato Correia 69
Sistemas de Transmissão por CaboSistemas de Transmissão por Cabo
Î Para vencer as perdas dos cabos de transmissão usam-se amplificadores, 
geralmente equi-espaçados, designados por repetidores.
Î Potência à saída do sistema de transmissão: 
; Em unidades lineares: po = pi .g1.g2/(l1.l2)
; Em unidades logarítmicas: Po = Pi + (G1+G2)-(L1+L2)
; A cada conjunto troço de cabo + amplificador que o sucede chama-se secção.
l1
L1
pi
Troço de cabo 1
Pi
Repetidor
g1
G1
l2
L2
Troço de cabo 2
g2
G2
po
Po
Amplificador de 
saída
TRC – Prof. Paulo Lobato Correia 70
Ruído Térmico Ruído Térmico 
Î Se o ruído de entrada for ruído branco (densidade de ruído uniforme em 
todas as frequências): Sn,i(f) = Sn,i
Î Ruído disponível numa largura de banda Bn:
; A potência de ruído disponível é: nr= K.T.Bn
Î Ruído num SLIT (hipóteses):
; SLIT (filtro) com uma função de transferência H(f) e que não introduz ruído;
; Ruído gaussiano (com média nula), ni(t), e densidade espectral de potência 
Sn,i(f) unilateral à entrada do SLIT;
Î O ruído à saída do SLIT, no(t), é também ruído gaussiano de média nula, 
cuja densidade espectral de potência é Sn,o(f) = Sn,i(f).|H(f)|2 e a potência é: 
( ) ( )< >= ∫+∞n S f H f dfo n i2 2
0
,SLIT
h(t) H(f)
ni(t) no(t)
TRC – Prof. Paulo Lobato Correia 71
Relação SinalRelação Sinal--RuídoRuído
Î Na recepção de um sistema de comunicação encontram-se presentes, 
em simultâneo, o sinal que transporta a informação e o ruído.
Î Para ruído aditivo ao sinal, caracterizam-se o sinal e o ruído, 
respectivamente, pela 
; potência média de sinal, <s2>
; potência média de ruído, <n2>
Î A grandeza que dá uma medida da qualidade de desempenho dos 
sistemas analógicos é a relação sinal-ruído:
NOTA: S/N não representa uma razão, mas uma grandeza, a relação 
sinal-ruído em dB !!!
s
n
s
n
= < >< >
2
2
S
N
s
n
s
ndB
= ⎛⎝⎜
⎞
⎠⎟ =
< >
< >
⎛
⎝
⎜⎜
⎞
⎠
⎟⎟10 1010 10
2
2log log
Unidades 
logarítmicas
TRC – Prof. Paulo Lobato Correia 72
Qualidade Exigida na Transmissão Analógica Qualidade Exigida na Transmissão Analógica 
Tipo de sinal Banda de
frequências
Relação sinal-ruído
em dB, (S/N)bb
Voz muito pouco
inteligível
500 Hz - 2 kHz 5-10
Voz - qualidade
telefónica
200 (300) Hz -
3.2 (3.4) kHz
25-35
Difusão AM -
qualidade áudio
100 Hz - 5 kHz 40-50
Áudio de alta
qualidade
20 Hz - 20 kHz 55-65
Vídeo televisão 60 Hz - 4.2 MHz 45-55
TRC – Prof. Paulo Lobato Correia 73
Factor de RuídoFactor de Ruído
Î Quando um sistema (componente) introduz ruído, a relação sinal-ruído à 
entrada, (s/n)i, é mais elevada que a relação sinal-ruído à saída, (s/n)o.
Î A degradação introduzida pelo sistema (componente) na relação sinal-
ruído é quantificada pelo factor de ruído:
Definição:
Î Como (s/n)i ≥ (s/n)o => fr ≥ 1 => F ≥ 0dB
( )
( )f
s n
s n
n KT Br
i
o
i n= =
/
/
 com 0 F f
S
N
S
Nr i o
= = ⎛⎝⎜
⎞
⎠⎟ −
⎛
⎝⎜
⎞
⎠⎟10 10logUnidades 
logarítmicas
Temperatura ambiente de referência
TRC – Prof. Paulo Lobato Correia 74
Î Potência do ruído à entrada (à temperatura ambiente de referência, T0): 
ni = K.T0.Bn
Î Potência do ruído gerado internamente: na
Î Potência do ruído à saída: no = g ni + na
Î Potência de sinal à saída: so = g si
Î Relação sinal-ruído à entrada: (s/n)i= si / ni
Î Relação sinal-ruído à saída: (s/n)o= gsi / (g ni + na) = si / {ni[1+ na/(g ni)]}
Î Factor de ruído: fr = (s/n)i / (s/n)o= 1+ na/(g ni)
; Componente (ex. amplificador) muito ruidoso: fr>> 1
; Componente de baixo ruído: 1 < fr< 2 ==> 0 dB < F< 3 dB
no = fr g ni
Factor de RuídoFactor de Ruído
TRC – Prof. Paulo Lobato Correia 75
Factor de Ruído de Sistemas com PerdasFactor de Ruído de Sistemas com Perdas
Î Em sistemas com perdas (meios de transmissão guiados e cabos de 
ligação) as perdas resultam de dissipação de potência na resistência 
interna:
Ruído interno é ruído térmico à temperatura ambiente, Tamb
Î Se o sistema com perdas l, se encontrar à temperatura ambiente de 
referência, Tamb=T0, demonstra-se que o seu factor de ruído é:
fr= l
Conclusão: 
Î quanto maiores as perdas do sistema maior a quantidade de ruído 
introduzido pelo sistema.
TRC – Prof. Paulo Lobato Correia 76
Associação de 2 Associação de 2 SLITsSLITs em Cadeiaem Cadeia
Î O ganho total da associação é dado por gtot = g1 g2
Î O ruído à saída consiste em três termos: 
i) o ruído de entrada amplificado pelos dois SLITs; 
ii) o ruído interno do primeiro SLIT amplificado pelo segundo SLIT; 
iii) o ruído interno do segundo SLIT. 
Î O factor de ruído total é: 
SLIT 1
g1, B1, fr,1
SLIT 2
g2, B2, fr,2N0,i = K T
SLIT equiv.
gtot, Bn, fr,totN0,i = K T
f f
f
gr tot r
r
, ,
,2= + −1
1
1
TRC – Prof. Paulo Lobato Correia 77
Associação de Associação de SLITsSLITs em Cadeia:em Cadeia:
Factor de RuídoFactor de Ruído
Î O factor de ruído total da associação de m SLITs em cadeia é:
Î O factor de ruído total:
; depende directamente do factor de ruído do primeiro SLIT e do seu ganho;
; o primeiro SLIT é de importância fundamental no desempenho do sistema e o 
seu projecto deve ser cuidado.
Î Se o primeiro SLIT for um pré-amplificador de ganho g1 bastante elevado o 
factor de ruído total reduz-se ao factor de ruído do pré-amplificador: 
; o ruído do sistema é determinado principalmente pelo pré-amplificador;
; os restantes SLITs dão ganho adicional e filtragem sem deteriorar 
significativamente a relação sinal-ruído.
f f
f
g
f
g g
f
g g gr tot r
r r r m
m
, ,
,2 ,3 ,...
...
= + − + − + + −
−1 1 1 2 1 2 1
1 1 1
TRC – Prof. Paulo Lobato Correia 78
Sistema de Transmissão por Cabo: Sistema de Transmissão por Cabo: 
Factor de Ruído Factor de Ruído 
Î Cada secção é constituída por um troço de cabo seguido por um 
repetidor cujo ganho compensa as perdas do cabo. 
; Se o troço de cabo estiver à temperatura ambiente de referência, T0, e as 
suas perdas forem lc então fr,c= lc.
; Se o repetidor compensar exactamente as perdas do troço de cabo que o 
antecede, grep= lc, e tiver factor de ruído fr,rep
; Então, cada secção tem ganho unitário, gsec= 1 e factor de ruído fr,sec=lc fr,rep.
Î O factor de ruído total de m secções em cadeia é 
fr,tot = m fr,sec-(m-1) ≈ m fr,sec = m lc fr,rep
; duplicar o número de repetidores aumenta o factor de ruído total de 3dB
válido para fr,sec >>1⇔ lc >>1
TRC– Prof. Paulo Lobato Correia 79
Î Potência de ruído à entrada do sistema, à temperatura ambiente de referência:
ni = KT0Bn
Î Relação sinal-ruído à saída do sistema, à temperatura ambiente de referência:
(s/n)o = (s/n)i / fr,tot => (s/n)o = si / [ KT0Bn fr,tot ] ≈ si / [ KT0Bn m fr,sec ] 
; (s/n)1 é a relação sinal-ruído à saída da primeira secção (primeiro repetidor)
Relação sinal-ruído vai-se degradando com a transmissão 
(com o aumento do número de secções)
s
n
s
KT B f m
s
n mo
i
n r
⎛
⎝⎜
⎞
⎠⎟ =
⎛
⎝⎜
⎞
⎠⎟ =
⎛
⎝⎜
⎞
⎠⎟0 1
1 1
,sec
Sistema de Transmissão por Cabo: Sistema de Transmissão por Cabo: 
Relação SinalRelação Sinal--Ruído Ruído 
TRC – Prof. Paulo Lobato Correia 80
Impacto do Ruído num Sinal DigitalImpacto do Ruído num Sinal Digital
TRC – Prof. Paulo Lobato Correia 81
Elementos constituintes:
; Amostrador para tirar uma amostra do sinal recebido, no instante de 
tempo mais adequado;
; Decisor para decidir com base na amostra fornecida pelo amostrador 
qual o símbolo recebido.
Sinal à entrada 
do receptor
RegeneradorRegenerador
TRC – Prof. Paulo Lobato Correia 82
Î Repetidor: “Repete” o sinal de entrada na saída, amplificando-o;
Î Regenerador: Regenera o sinal de entrada realizando 3 funções (3R):
Reshaping Retiming Regeneration
(Re-formatação) (Re-temporização) (Regeneração)
iguala e amplifica temporiza a partir do sinal recebido amostra, decide e codifica
Esquema 
de
regenerador
Regeneradores Regeneradores vsvs. Repetidores. Repetidores
TRC – Prof. Paulo Lobato Correia 83
Î À saída de um regenerador não há ruído, mas a decisão tem associada 
uma probabilidade de erro;
Î O desempenho em termos de probabilidade de erro depende do tipo de 
ruído e da forma do sinal;
Î Suponha-se:
; Ruído gaussiano com uma potência média igual a . 
A função densidade de probabilidade é:
; Exemplo: código de linha polar (+V e -V) correspondente aos sinais na recepção:
e
; Nível de decisão, 0 V;
; Os bits 0 e 1 são equiprováveis;
Î A probabilidade de erro é dada por
( )P n n= −⎛⎝⎜⎜
⎞
⎠
⎟⎟
1
2 2
2
2πσ σexp
σ 2
y V n1 = + y V n0 = − +
( ) ( ) ( ) ( ) ( )[ ]P e P e P P e P P n V P n V= ⋅ + ⋅ = < − + >| ( ) | ( )1 1 0 0 12
Probabilidade de Erro Probabilidade de Erro 
TRC – Prof. Paulo Lobato Correia 84
Î Sendo n gaussiano, então também y0 e y1 são gaussianos de média +V e 
-V, respectivamente, pelo que a probabilidade de erro é a média aritmética 
das áreas a sombreado.
Î Integrando para obter as áreas vem
onde 
( )P e erfc V erfc s
n
= ⎛⎝⎜
⎞
⎠⎟ =
⎛
⎝⎜
⎞
⎠⎟σ
( )erfc z e dt e
z
ztz
z
= ∫ = ≥−+∞
−2 22
2
π π se 
entrada do 
circuito de 
decisão
Probabilidade de Erro Probabilidade de Erro 
TRC – Prof. Paulo Lobato Correia 85
Î O número de níveis por 
símbolo é limitado pela 
relação sinal-ruído 
necessária para obter 
uma probabilidade de 
erro aceitável.
Î Quanto maior for o 
número de níveis usado 
mais próximos estarão 
para uma dada potência 
de sinal ou maior terá de 
ser essa potência para 
obter a mesma 
probabilidade de erro.
Probabilidade de Erro Probabilidade de Erro 
TRC – Prof. Paulo Lobato Correia 86
Î Cada regenerador tem uma probabilidade de erro, p. 
Exemplo: para o código polar:
Î Supondo independência entre repetidores, a probabilidade de um bit 
sofrer k erros é dada por:
Î Como cada bit pode acumular erros ao longo das diversas 
regenerações, só haverá erro na recepção se um dado bit sofrer um 
número ímpar de erros. 
; Probabilidade de erro de bit para uma cadeia com R secções:
p P e erfc s
n
= = ⎛⎝⎜
⎞
⎠⎟( )
( ) kRkRkk ppCP −−⋅⋅= 1
( ) ( )∑∑ <<⋅⋅≈−⋅⋅== −
impar impar 
1 se 1
k
kRkR
k
k
kR pRpRppCPeP
Emissor Regenerador1 Receptor
Regenerador
R-1Meio
transmissão
Meio
transmissão
Cadeia de R Secções (RCadeia de R Secções (R--1 Regeneradores): 1 Regeneradores): 
Probabilidade de ErroProbabilidade de Erro