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Telecomunicações = Tele (grego) =distância + communicatio (latim) Þ communis = comum.

Formas primárias de comunicação à distância:

- sonora Þ tambores, apitos etc;

- visual Þ fumaça, luminosos etc.

Antes da invenção do telefone, Alexandre Graham Bell em 1875, a distância alcançada pela voz humana estava limitada pela potência da voz do locutor e pela sensibilidade auditiva do ouvinte.

A pesar dos grandes avanços na tecnologia das telecomunicações os princípios de transmissão a longas distâncias, continuam sendo o mesmo. Converte-se o sinal de voz em sinal elétrico.

A pequena potência de voz do locutor é transformada em energia elétrica no ponto inicial de transmissão. Esta energia pode ser amplificada, digitalizada sendo transmitida até o ponto final por diversas meios: espaço livre ( wireless), linha de transmissão (cabo coaxial, fibra óptica etc), onde é novamente transformada em energia sonora.

O som é sensação causada no sistema nervoso pela vibração de delicadas membranas no ouvido, como resultado da vibração de corpos rígidos ou semi-rígidos, tais como diapasão, alto-falante ou uma campainha. O som é uma energia mecânica, necessitando de um meio material para propagar, diferentemente da energia eletromagnética que se propaga no vácuo.

O ar constitui um meio do qual o som pode ser transmitido. Entretanto, outros meios quer sólidos ou líquidos podem servir para sua propagação. Constata-se que um meio com maior densidade, isto é, um sólido propaga o som melhor do que o ar.

A voz humana produz vibração sonora dentro de uma faixa de freqüências de 100 Hz a 10 kHz. Cada som emitido é composto, simultaneamente, de diversas freqüências. As freqüências dos sons vocais são harmônicos de uma certa freqüência fundamental das cordas vocais, razão principal da diferença entre a voz masculina (125 Hz) e a voz feminina (250 Hz).

As principais características da voz humana são:

emissão: vibração das cordas vocais;

faixa de freqüência: 20 Hz a 10 kHz;

faixa de maior energia: 100 Hz a 1500 Hz

faixa de maior inteligibilidade: 1500 Hz a 8000 Hz.

Figura 1 - Curva característica da voz humana no domínio da freqüência.

As freqüências audíveis vão desde 20 Hz a 20kHz, sendo que o limite superior varia de pessoa para pessoa e decresce com a idade. Para que o som possa ser percebido pelos órgãos auditivos tem que haver uma intensidade mínima, que corresponde ao limite inferior de audibilidade, chamado umbral de audibilidade. Este limite varia com a freqüência. O ouvido humano tem uma sensibilidade maior para as freqüências de aproximadamente 3kHz.

As principais características do ouvido humano são:

recepção: vibração do tímpano;

faixa de freqüência: 16 Hz a 20 kHz;

resposta: não-linear (curva psofométrica).

Figura 2 - Curva de resposta do ouvido humana.

III - Sinais Analógicos

Os sinais analógicos apresentam variação contínua no tempo ou espaço e diversos níveis de estado.

Figura 3 - Sinal analógico (senoidal ): a) no domínio do tempo; b) no domínio da freqüência

Matematicamente: f(t) = Vp sen w ₀t + f ; f = 0 e w ₀ = 2p f₀ (rad/s), onde f é a fase do sinal e w ₀ é a freqüência fundamental em rad/s, e f₀ é a freqüência cíclica em Hz. .

Qualquer função ou sinal periódico, f(t), pode ser decomposto em termos de senos e cossenos. A Série Trigonométrica de Fourier:

f(t) = a _o + a₁ cos(w ₀t) + a₂ cos(2w ₀t) + a₃ cos(3w ₀t) +....+ a_n cos(nw ₀t) +...

+ b₁ sen(w ₀t) + b2 sen(2w ₀t)+ b3 sen(3w ₀t) +...+ b_n sen(nw ₀t)

onde a₀ é o valor DC ou médio de f(t), w ₀ é freqüência fundamental e nw ₀ são as componentes harmônicas.

Por exemplo, podemos aproximar uma onda quadrada por sinais senoidais, Figura 4 :

Os sinais digitais apresentam variação abrupta (discreto no tempo) e com no mínimo de dois níveis de estado.

Figura 5 - Sinal digital binário no domínio do tempo.

Figura 6 - Sinal digital binário no domínio da freqüência.

Restrições gerais num projeto de telecomunicações: tecnológicos e limitações físicas fundamentais.

As limitações fundamentais de transmissão de informação por meios elétricos são a largura de faixa e o ruído.

A largura de faixa está ligada a velocidade de transmissão, pois quanto maior a velocidade de transmissão maior será a largura de faixa necessária. Contudo, deve-se considerar, também, a largura de faixa relativa que é uma banda absoluta dividida pela freqüência central. A modulação de um sinal de banda larga por uma portadora de alta freqüência reduz a largura de faixa relativa, simplificando projeto do equipamento.

Analogamente, dada uma largura de faixa relativa definida pelas condições do equipamento, a largura de faixa absoluta pode ser aumentada quase indefinidamente, elevando-se a freqüência da portadora.

Sendo o ruído inevitável, um fator de qualidade do sistema de telecomunicações é a relação Sinal/Ruído. Porém para sistemas de longo alcance ou baixa potência , o sinal recebido pelo receptor pode ser tão pequeno quanto, ou menor que, o ruído.

Portanto, o projeto de um sistema de comunicação é de certo modo um problema de compromisso entre o tempo de transmissão (velocidade), a potência transmitida, a largura de faixa e a relação sinal - ruído; compromisso ainda mais restrito pelos problemas tecnológicos.

Figura 7 - Sistema de telecomunicações.

Canal de comunicação é o conjunto de recursos técnicos que permite a transmissão da informação somente num sentido. É um caminho elétrico unidirecional. O canal de transmissão mais o canal de recepção formam um circuito de comunicação.

5.1- Simplex, quando a comunicação é possível em somente um sentido

Figura 8 - Transmissão simplex.

Exemplo: A transmissão do sinal de televisão e rádio.

5.2- Semi-Duplex (Half-Duplex), quando a comunicação é possível em ambos os sentidos, porém não simultaneamente.

Figura 9 - Transmissão semi-duplex.

Exemplo: Transmissão de mensagens escrita pelo telex, algumas transmissões de dados.

5.3- Duplex (Full-Duplex), quando a comunicação é possível, simultaneamente, em ambos os sentidos.

Figura 10 - Transmissão duplex.

Exemplo: Conversação telefônica, algumas transmissões de dados.

O que caracteriza a transmissão analógica é que as formas de onda possuem a informação que deve ser reproduzida no destino, ou seja não há o emprego de técnicas de codificação para a mensagem. Sendo uma comunicação susceptível a ruído, distorções e interferências.

A relação sinal/ruído (S/R) é responsável pela inteligibilidade na recepção, determinando a qualidade do sistema de telecomunicação.

A transmissão digital apresenta melhor desempenho frente ao ruído devido ao uso de repetidores regeneradores na transmissão de sinais pulsados permitindo a recuperação de pulsos de formato perfeito, totalmente isento de ruído. Pode, entretanto, ocorrer um erro na interpretação do pulso, mas isto só ocorre eventualmente e é possível no projeto do sistema de telecomunicações, colocando os repetidores regeneradores adequadamente espaçados, reduzir este efeito a limites considerados satisfatórios.

Além disto, mediante o uso adequado de repetidores regeneradores em série, evita-se a acumulação do ruído. De um modo geral, o desempenho global do sistema digital é bem superior ao analógico.

As técnicas digitais permitem grande economia no projeto dos sistemas, pois a eletrônica moderna e as técnicas digitais de integração permitem obter componentes baratos, de baixo consumo e ocupando pouco espaço.

A confiabilidade é superior e a freqüência com que se requer manutenção dos equipamentos digitais é muito menor que aquela dedicada aos equipamentos analógicos.

A técnica de multiplexação digital dos sinais é mais fácil, mais eficiente e mais barata que a multiplexação analógica.

A digitalização dá maior versatilidade e eficiência à manipulação da informação a ser transmitida devido a codificação dos sinais digitais (uma técnica inaplicável no domínio analógico), pois permite uma melhor eficiência do uso dos canais, um combate mais eficaz ao ruído (por método de detecção e correção de erros) e ainda possibilita métodos de criptografia para proteção da informação.

O processamento digital dos sinais apresenta, sobre o analógico, as vantagens de permitir uma maior versatilidade, maior precisão e controlabilidade do desempenho e maior reprodutividade das características na produção em série dos equipamentos.

Os sistemas digitais são protegidos contra interferências, pois são menos susceptíveis a interferências, por outro lado são mais sensíveis ao desvanecimento seletivo.

No domínio digital é possível o conceito de unificação de redes, pois a digitalização e a codificação associados permitem obter sinais digitais de diversas naturezas no mesmo meio de transmissão.

O s meios de maneira geral podem ser classificados em confinados ou meios físicos e não-confinados ou meios rádio. Os meios confinados se caracterizam pelo fato de que a propagação da energia do sinal se dá nos limites físicos do meio, ou seja, o sinal é guiado ao longo de um caminho determinado pelo meio: par trançado, cabo coaxial, fibra óptica etc.

Num meio não-confinado, a energia do sinal transmitido não é guiado ao longo de uma linha, mas, pelo contrário, ela se propaga livremente pelo espaço livre.

O sinal elétrico transportado por uma linha de transmissão fica sob o ataque constante de elementos internos e externos. Dentro da LT os sinais se degradam por causa de diversas características elétricas, inclusive a oposição ao fluxo de elétrons, resistência, e a oposição a mudança de tensão e corrente, reatância: capacitiva ou indutiva.

Externamente, impulsos elétricos de diversas fontes, como relâmpagos, motores elétricos e sistemas de rádio (EMI/RFI - Interferência Eletromagnética / Interferência de Radio-Freqüência) , podem afetar a LT ou cabo.

Para limitar esta degradação do sinal devido aos elementos internos, em geral, aumenta-se a condutibilidade dos condutores e melhora-se a qualidade do tipo de isolamento.

A proteção contra sinais externos indesejáveis é feita de duas maneiras: blindagem e cancelamento. A blindagem é uma técnica de força bruta. Em um cabo blindado, cada par de fios ou grupo de pares de fios é envolto por uma trança ou malha metálica, que funciona como uma barreira para os sinais de interferência. Obviamente a blindagem aumenta o diâmetro e o custo do cabo.

O método de cancelamento é mais elegante do que a blindagem e funciona da seguinte maneira: a passagem de corrente elétrica em um fio condutor cria um pequeno campo eletromagnético circular ao redor dele (regra da mão direita). A direção da corrente no fio determina a direção das linhas de força eletromagnética que o circulam. Se os dois fios estiverem no mesmo circuito elétrico, eles terão correntes elétricas em sentidos opostos, gerando campos eletromagnéticos opostos que se cancelam e anulam, em alguns casos, também os campos externos. Este efeito de cancelamento é melhor aproveitado quando se trançam os fios.

Figura 11 - Cancelamento do campo eletromagnético ao redor de uma linha de transmissão.

Consiste em um condutor de cobre central, uma camada de isolamento flexível, uma blindagem com uma malha metálica e uma cobertura externa.

A malha externa do cabo coaxial faz parte, metade, do circuito elétrico, além de funcionar como blindagem para o condutor interno. Portanto, ele deve estabelecer uma sólida conexão elétrica em ambas as extremidades do cabo. Uma conexão com blindagem de má qualidade é a principal fonte de problemas em uma instalação de cabo coaxial.

Figura 12 - Cabo coaxial.

A equação para o cálculo da impedância característica é: Z =log W , onde "e r" é a constante dielétrica do material isolante entre os condutores, "D" é o diâmetro interno do condutor externo (devido a espessura da malha) e "d" é o diâmetro externo do condutor interno ( devido a espessura do condutor interno).

A equação para o cálculo da capacitância é: C = pF/km. A capacitância de uma LT é um parâmetro muito importante, pois a mesma introduz um atraso no sinal transmitido, devido a diminuição da velocidade de transmissão.

O cabo UTP é composto por pares de fios, sendo que cada par é isolado do outro e todos estão juntos dentro de uma proteção mecânica externa. Não há uma blindagem física no cabo UTP; ele obtém sua proteção pelo efeito de cancelamento dos pares trançados, sendo que o número de tranças varia de acordo com a necessidade de proteção, principalmente, a diafonia (sinal de um fio induzido no outro devido aos campos eletromagnéticos e a proximidade dos mesmos dentro do cabo) e ao nível de EMI/RFI.

Os cabos STP combinam as técnicas de cancelamento e blindagem. O cabo FTP, lançado pela IBM, apresenta uma blindagem externa aos pares de fios trançados para reduzir a EMI/RFI, cada par tem sua blindagem própria, o que diminui a diafonia. Além disto, cada par é trançado para que os efeitos de cancelamentos sejam aproveitados ao máximo.

No caso dos cabos STP a blindagem não faz parte do circuito elétrico, mas é aterrada nas duas extremidades.

Um cabo STP, por exemplo: STP 150, é capaz de transportar dados em alta velocidade (>100 Mbps) com poucas chances de distorção. Por outro lado, a blindagem causa um aumento na perda do sinal o que aumenta a necessidade de um espaçamento maior entre os pares de fios e a blindagem. O maior volume aumenta consideravelmente o tamanho, o peso e o custo do cabo.

Figura 13 - Sistema de comunicação óptica.

O mecanismo de propagação do feixe de luz dentro da fibra óptica é regido pelas leis da física; refração e reflexão.

Enquanto os fios de cobre transportam elétrons , a fibra óptica transporta a luz. Dentre as vantagens da fibra óptica estão a imunidade total a diafonia e contra EMI/RFI. A falta de ruídos internos e externos significa que os sinais têm alcance maior e em menor tempo.

A atenuação de uma fibra óptica é determinada exclusivamente pelo comprimento da onda de luz utilizada sem consideração da largura de faixa do sinal transmitido, a atenuação que dependia da freqüência do sinal modulante, nos cabos metálicos, agora deixa de existir.

Como a fibra não transporta eletricidade é o meio mais adequado para conectar prédios com aterramentos diferentes. Além disto, as fibras ópticas não atraem raios e são extremamente finos.

O grande problema, atualmente, em se usar os cabos de fibra óptica são os altos custos provenientes dos dispositivos de interface (optoeletrônicos), as conexões, o conjunto de ferramentas para instalação etc.

As vantagens dos sistemas ópticos sobre os sistemas convencionais são:

1. grande largura de faixa, maior capacidade de transmissão;
2. baixa atenuação, menores perdas e maior espaçamento entre repetidoras ( 0.2 dB/km -repetidores a cada 30 km);
3. ausência de diafonia;
4. imunidade a ruídos e interferências (EM/RFI);
5. insensibilidade à descargas atmosféricas;
6. segurança quando a "grampeamentos";
7. cabos leves e de diâmetro reduzido;
8. disponibilidade de matéria-prima.

Nos sistemas não confinados, o espaço livre é o meio utilizado para a transmissão de sinais. O que caracteriza tais sistemas é um equipamento de rádio transmissor e um equipamento rádio receptor nos extremos.

O interesse para telecomunicações começa mais fortemente em HF, que foi a faixa de freqüência de rádio em que se iniciaram as comunicações a grande distâncias, atualmente as faixas de freqüências mais elevadas (VHF, UHF, SHF) são mais utilizadas.