Transcript of Introdução1-1 Sistemas de Comunicação (IF740) Módulo I Prof. Paulo Gonçalves [email protected]...
Slide 1
Introduo1-1 Sistemas de Comunicao (IF740) Mdulo I Prof. Paulo
Gonalves [email protected] www.cin.ufpe.br/~pasg CIn/UFPE
Slide 2
Introduo1-2 Introduo Nosso Objetivo: Terminologia Conceitos
bsicos Detalhamentos durante o curso Agenda: O que Comunicao Sem
Fio ou Wireless? Ondas Eletromagnticas Propagao de Ondas
Eletromagnticas O Espectro Eletromagntico Transmisso de Sinais de
Rdio Antenas Como representar informaes? Como fazer uma onda de
rdio carregar informaes? Alocao de Frequncias Diversidade de uso do
Wireless
Slide 3
Introduo1-3 Agenda 1.1 O que Comunicao Sem Fio ou Wireless? 1.2
Ondas Eletromagnticas 1.3 Propagao de Ondas Eletromagnticas 1.4 O
Espectro Eletromagntico 1.5 Transmisso de Sinais de Rdio 1.6
Diversidade de uso do Wireless
Slide 4
Introduo1-4 O que Comunicao Sem Fio ou Wireless ? Termo
utilizado para a transmisso de informaes entre dispositivos ou
interfaces sem a utilizao de fios O range de comunicao pode ser
curto (centmetros a alguns metros) ou longo (muitos quilmetros) A
comunicao pode ser unidirecional (e.g. rdio e televiso) ou
bidirecional (e.g. celular) Wireless e Mobilidade so coisas
distintas ! Wireless = comunicao usando enlaces sem fio Mobilidade
= trata da possibilidade do usurio se mover e migrar do ponto no
qual ele se associa rede
Slide 5
Introduo1-5 O que Comunicao Sem Fio ou Wireless ? Wireless se
tornou um termo genrico para descrever todo o tipo de comunicao
usando ondas ou radiaes eletromagnticas mas o que so ondas
eletromagnticas?
Slide 6
Introduo1-6 Ondas Eletromagnticas Maxwell, a partir de suas
equaes, previu a existncia das ondas eletromagnticas Combinao de um
campo eltrico e de um campo magntico que se propagam
simultaneamente atravs do espao transportando energia Podem vistas
como duas ondas viajando em uma mesma direo, perpendiculares entre
si, oscilando em seus planos Um carga eltrica oscilante cria uma
onda eletromagntica
Slide 7
Introduo1-7 Ondas Eletromagnticas A frequncia de oscilao de uma
onda inversamente proporcional ao seu comprimento de onda A
frequncia expressa em Hertz (Hz), significando oscilaes por segundo
Alguns mltiplos que usaremos: KHz, MHz, GHz Toda onda
eletromagntica se propaga no vcuo velocidade da luz ( 300.000 Km/s)
e na superfcie terrestre com velocidade muito prxima a essa v:
velocidade da onda f: frequncia da onda : comprimento da onda
Slide 8
Introduo1-8 Propagao de Ondas Eletromagnticas no Vcuo Animao do
campo eltrico Fluxo de energia do campo eletromagntico Cores
representam a fora (strength) Fonte:
http://www.met.rdg.ac.uk/clouds/maxwell/#propagation
Slide 9
Introduo1-9 Propagao de Ondas Eletromagnticas: Fenmenos As
ondas eletromagnticas esto sujeitas vrios fenmenos de propagao,
e.g. Refrao Reflexo Difrao (Rayleigh scattering) Multipath Atenuao
(Fading/Desvanecimento) Interferncias construtivas e destrutivas
Vejamos alguns deles... Mais durante o curso...
Slide 10
Introduo1-10 Prop. de Ondas Eletromagnticas: Mudanas no
Gradiente do ndice de Refrao Refrao: Mudana de direo da onda devido
mudana de sua velocidade Ocorre comumente quando a onda passa de um
meio para outro Animao do campo eltrico Fluxo de energia do campo
eletromagntico Cores representam a fora (strength) Fonte:
http://www.met.rdg.ac.uk/clouds/maxwell/#propagation
Slide 11
Introduo1-11 Prop. de Ondas Eletromagnticas: Reflexo e Refrao
Reflexo: Mudana de direo da onda na fronteira entre dois meios
distintos de tal forma que a frente da onda retorna ao meio no qual
se propagava antes Animao do campo eltrico Fluxo de energia do
campo eletromagntico Cores representam a fora (strength) Fonte:
http://www.met.rdg.ac.uk/clouds/maxwell/#propagation Onda incidente
+ onda refletida | Somente onda refletida
Slide 12
Introduo1-12 Prop. de Ondas Eletromagnticas: Rayleigh
Scattering Rayleigh scattering: Difuso da radiao eletromagntica
causada por partculas muito menores que o comprimento da onda
eletromagntica Animao do campo eltrico Fluxo de energia do campo
eletromagntico Cores representam a fora (strength) Fonte:
http://www.met.rdg.ac.uk/clouds/maxwell/#propagation Onda incidente
+ onda espalhada | Somente onda espalhada Exemplo quando tamanho de
partcula se aproxima do comprimento da onda
Slide 13
Introduo1-13 Multipath, Fading Multipath (Mltiplos Caminhos)
Fading Desvio da atenuao sinais devido a variaes das condies de
propagao Frequentemente definido como um processo estocstico
Slide 14
Introduo1-14 Prop. de Ondas Eletromagnticas: Interferncia
construtiva/destrutiva Duas ondas em fase Duas ondas defasadas de
180 onda 1 onda 2 ondas combinadas
Slide 15
Introduo1-15 Modelos de Propagao Tenta predizer a fora do sinal
a uma distncia do transmissor Exemplo: Modelo de propagao Path Loss
(PL) Gama: expoente de atenuao (2 a 4) PL: atenuao sofrida pelo
sinal at o receptor PL (d0): atenuao a uma distncia de referncia
(1m em ambientes internos) Lambda: comprimento de onda FAF: Atenuao
por piso WAF: atenuao por paredes
Slide 16
Introduo1-16 O Espectro Eletromagntico o intervalo de frequncia
total de todas as radiaes eletromagnticas conhecidas Radiaes: ondas
de rdio, microondas, infravermelho, luz visvel, raios ultra
violetas, raios X e Raios Gamma ()
Slide 17
Introduo1-17 O Espectro Eletromagntico Classificado pelo
comprimento de onda Ondas de rdio, microondas, infravermelho, luz
visvel, raios ultra violetas, raios X e Raios Gamma ()
Slide 18
Introduo1-18 O Espectro Eletromagntico: Algumas Aplicaes Rdio
Televiso/Controle Remoto Radar Sistemas de Comunicao Sem Fio
Celular, Wi-Fi, Bluetooth, WiMAX, entre outros Sistemas de
Comunicao baseados em Fibra ptica Forno de Microondas
Slide 19
Introduo1-19 O Esp. Eletromagntico:Algumas Aplicaes NomeAbr ev.
Freq.Aplicaes (exemplos) Extremely Low Freq. ELF3-30 Hz10.000 a
100.000 Km Comunicao entre submarinos submersos Super Low Freq.
SLF30 300 Hz1.000 a 10.000 Km Corrente alternada Ultra Low Freq.
ULF300 3000 Hz100 1.000 Km Comunicao em minas Very Low Freq. VLF3
30 KHz10 100 Km Com. entre submarinos prx. Superfcie Low Freq. LF30
300 KHz1 10 Km Rdio AM Medium Freq. MF300 3000 KHz100 -1000 m Rdio
AM, comunicao martima e de aviao High Freq. HF3 30 MHz10 100 m Rdio
amador Very High Freq. VHF30 300 MHz1 10 m Rdio FM, rdio amador,
TV, aviao Ultra High Freq. UHF300 3000 MHz10 100 cm TV, rdio
amador, celular, tel. sem fio, redes wireless, microondas Super
High Freq. SHF3 30 GHz1 10 cm Redes wireless, links de satlite,
links microondas, TV via satlite Extremely High Freq. EHF30 300
GHz1 10 mm links microondas, astronomia, armamentos militares
Slide 20
Introduo1-20 Transmisso de Sinais de Rdio A trasmisso e recepo
de ondas de rdio requer o uso de um transmissor e de um receptor A
onda de rdio atua como uma portadora da informao a ser transmitida
A informao pode ser codificada diretamente na onda interrompendo
sua transmisso periodicamente (como uma chave liga-desliga) ou
impressa nela atravs de um processo chamado de modulao ( mais
detalhes em breve) Transmissor Receptor Informao a ser transmitida
(dados, voz) Informao recuperada (dados, voz) Onda de Rdio Onda
portadora
Slide 21
Introduo1-21 Transmisso de Sinais de Rdio Antenas Como
representar informaes? Como fazer a onda de rdio carregar
informaes? Alocao de Frequncias Transmissor Receptor Informao a ser
transmitida (dados, voz) Informao recuperada (dados, voz) Ondas de
Rdio 1
Slide 22
Introduo1-22 Antenas Uma antena um transdutor projetado para
transmitir ou receber ondas eletromagnticas Converte sinais
eltricos em ondas eletromagticas e vice- versa formada por
condutores que geram um campo de radiao eletromagntica em resposta
a uma voltagem e corrente alternadas aplicadas (ou vice-versa)
Existem diversos tipos de antenas com aplicaes distintas Antena
UHF/VHF Antena Dipolo Wi-Fi Antena Wi-Fi direcional Antena
parablica Antena de radar Antena de tel. celular
Slide 23
Introduo1-23 Antenas H dois tipos fundamentais de acordo com o
padro de radiao eletromagntica Omni-direcional (radiao em todas as
direes) Direcional (maior parte da radiao concentrada em uma direo
especfica)
Slide 24
Introduo1-24 Antenas: Exemplo de antena dipolo Omni-direcional
Padro de radiao de uma antena dipolo Corrente AC aplicada
Distribuio de energia radiada por uma antena dipolo de 1,5*
Slide 25
Introduo1-25 Antenas: Receptor de Satlite Exemplo: receptor de
TV via satlite Animao do campo eltrico Fluxo mdio de energia do
campo eletromagntico Cores representam a fora (strength) Fonte:
http://www.met.rdg.ac.uk/clouds/maxwell/#propagation
Slide 26
Introduo1-26 Antenas: Parablica Exemplo: transmisso de sinais O
metal curvado possui alto ndice de refrao, atuando como um refletor
quase perfeito Animao do campo eltrico Fluxo mdio de energia do
campo eletromagntico Cores representam a fora (strength) Fonte:
http://www.met.rdg.ac.uk/clouds/maxwell/#propagation
Slide 27
Introduo1-27 Transmisso de Sinais de Rdio Antenas Como
representar informaes? Como fazer a onda de rdio carregar
informaes? Alocao de Frequncias Transmissor Receptor Informao a ser
transmitida (dados, voz) Informao recuperada (dados, voz) Ondas de
Rdio 2
Slide 28
Introduo1-28 Como representar informaes Sinais podem ser
analgicos ou digitais O sinal analgico um sinal contnuo que varia
ao longo do tempo O sinal digital um sinal com valores discretos no
tempo e na amplitude A forma de onda composta por pulsos com
variaes descontnuas sinal de voz sinal digital de dois nveis
Slide 29
Introduo1-29 Como representar informaes Sinais analgicos podem
ser digitalizados 0000 1111 1110 1101 1100 1011 1010 1001 0001 0010
0011 0100 0101 0110 0111 0000011001110011110010011011 Resoluo= 1
parte em 2 n sinal representado por 16 nveis Sequncia de bits
gerada
Slide 30
Introduo1-30 Transmisso de Sinais de Rdio Exemplos de antenas
Como representar informaes? Como fazer a onda de rdio carregar
informaes? Alocao de Frequncias Transmissor Receptor Informao a ser
transmitida (dados, voz) Informao recuperada (dados, voz) Ondas de
Rdio 3
Slide 31
Exemplo de Transmissor/Receptor Sinal de entrada amostrado e
quantificado antes de ser digitalizado. Uma aproximao da entrada
reconstruda pelo conversor digital- analgico: amostragem
Digitilizao Cdigo, modulao Transmisso Cabo/fibra Interface area
entrada Filtragem converso Analgico-digital Demodulao, Decodificao
sada Introduo 1-31
Slide 32
Introduo1-32 Transmisso de Sinais de Rdio: Exemplo com sinal
analgico Exemplo: onda sonora produzida (freq. Entre 5 Hz e 20 KHz)
Portadora de alta frequncia Sinal eltrico idntico onda produzido
pelo microfone Sinal modulado em AM Transmisso
Slide 33
Introduo1-33 Como fazer a onda carregar informaes Normalmente,
uma onda senoidal de alta frequncia usada como portadora que ter
algum parmetro alterado Os 3 parmetros principais de uma onda
senoidal so Amplitude Fase Frequncia Vimos que... A onda de rdio
atua como uma portadora da informao a ser transmitida
Slide 34
Introduo1-34 Como fazer a onda carregar informaes e o que
modulao e o porqu dela ? Vimos que... A informao pode ser
codificada diretamente na onda interrompendo sua transmisso
periodicamente (como uma chave liga-desliga) ou impressa nela
atravs de um processo chamado de modulao
Slide 35
Introduo1-35 Modulao Por que modular? Para permitir transmisses
simultneas de dois ou mais sinais banda-base, traduzindo-os para
diferentes frequncias Todas as tcnicas de modulao envolvem o
deslocamento do sinal original (sinal modulador) de sua faixa de
frequncias original para uma outra faixa.
Slide 36
Introduo1-36 Modulao Existem trs tcnicas bsicas de modulao
Modulao por Amplitude (Amplitude Modulation AM) Modulao por
Frequncia (Frequency Modulation FM) Modulao por Fase (Phase
Modulation) Se sinal modulador for digital, usamos as seguintes
tcnicas Modulao por chaveamento da Amplitude (Amplitude Shift
Keying ASK) Modulao por Chaveamento da Frequncia (Frequency Shift
Keying FSK) Modulao por chaveamento de Fase (Phase Shift Keying -
PSK)
Slide 37
Introduo1-37 Exemplos: Modulao Analgica Modulao AM Modulao FM
Modulao PM
Slide 38
Introduo1-38 Mais Exemplos
Slide 39
Introduo1-39 Exemplos: Modulao Digital
Slide 40
Introduo1-40 Transmisso de Sinais de Rdio Antenas Como
representar informaes? Como fazer a onda de rdio carregar
informaes? Alocao de Frequncias Transmissor Receptor Informao a ser
transmitida (dados, voz) Informao recuperada (dados, voz) Ondas de
Rdio
Slide 41
Introduo1-41 Alocao de Frequncias comunicaes wireless utilizam
o espectro eletromagntico O espectro eletromagntico ou de frequncia
algo fsico que existe em todo lugar, sendo um bem escasso que
precisa ser utilizado racionalmente Em comunicaes wireless, o
espectro de frequncia no pode ser usado como se bem entende e
existe a necessidade de se definir a faixa de frequncia de operao
dos dispositivos O uso do espectro de frequncia regulamentado na
maioria dos pases Organismos de padronizao: International
Telecommunication Union (ITU), European Telecommunications Standard
Institute (ETSI), etc Governos tambm podem leiloar faixas de
frequncia ou licenci- las em seus pases
Slide 42
1-42 Diversidade de uso do Wireless Difere em Mobilidade Tipo
de aplicao Tipo de ambiente Caractersticas do meio Pervasividade de
hosts Grau de infra-estrutura Visibilidade da infra- estrutura
Cobertura Custo Exemplos Telefonia Celular Satlite WMAN (Wireless
Metropolitan Area Networks) WLANs (Wireless Local Area Networks)
WPANs (Wireless Personal Area Networks) Ambientes de Computao Ubqua
MANETs (Mobile Ad hoc Networks) Redes de Sensores Introduo