Sistemas - Telefonicos

Sistemas - Telefonicos

(Parte 1 de 11)

João Pires Sistemas de Telecomunicações I

João J. O. Pires

Departamento de Engenharia Electrotécnica e Computadores

Instituto Superior Técnico 1999

João Pires Sistemas de Telecomunicações I João Pires Sistemas de Telecomunicações I

Índice _

João Pires Sistemas de Telecomunicações I

1 Introdução às redes de telecomunicações1
1.1 Evolução das telecomunicações1
1.2 Estrutura da rede telefónica pública4
1.2.1 Estrutura geral4
1.2.2 Rede local ou de acesso7
1.2.3 Redes de longa distância e internacionais8
1.2.4 Critérios de qualidade e plano de transmissão9
1.2.5 Redes digitais integradas1 2
1.2.6 Redes celulares13
1.3 Estrutura da rede de dados pública15
1.3.1 Definição e arquitectura1 5
1.3.2 Protocolos e modelo OSI17
1.4 Rede Digital com Integração de Serviços20
1.5 Normalização em telecomunicações20
1.6 Bibliografia2
2 Aspectos da infraestrutura das redes telefónicas23
2.1 Rede de acesso23
2.2 Equipamento terminal para lacete de assinante analógico24
2.2.1 Equipamento terminal de assinante24
2.2.2 Equipamento terminal da central local26
2.3 Meios de transmissão29
2.3.1 Cabos de pares simétricos29
2.3.2 Cabos de pares coaxiais36
2.3.3 Fibras ópticas38
2.4 Amplificação versus regeneração4 2
2.4.1 Transmissão conforme e distorção42
2.4.2 Amplificação43
2.4.3 Sistema de transmissão com repetidores não regenerativos46
2.4.4 Transmissão digital e regeneração48
2.5 Circuitos de 2 e 4 fios54
2.6 Supressores e canceladores de eco57
2.6.1 Origem do eco57
2.6.2 Controlo do eco59
2.7 Aspectos da transmissão digital na rede de acesso61
2.7.1 Tecnologia usada61
2.7.2 Transmissão de dados usando modems63
2.7.3 RDIS e lacete digital de assinante65
2.7.4 ADSL69
2.8 Referências70
2.9 Problemas70
3 Sinais e serviços em telecomunicações75
3.1 Tipos de serviços e suas exigências75
3.2 Características dos sinais de voz e de vídeo e sua digitalização7
3.2.1 Sinais de voz7
3.2.2 Resposta do ouvido78
3.2.3 Sinais de vídeo79
3.2.4 Digitalização80
3.3 Codificação de fonte89
3.3.1 PCM não linear (leis A e µ)89

Índice 3.3.2 Técnicas para realizar a codificação não uniforme...............................................................93

Índice _

João Pires Sistemas de Telecomunicações I

3.3.3 Algoritmo de codificação para a lei A segmentada95
3.3.4 Modulação delta e PCM diferencial97
3.3.5 Outros tipos de codificação102
3.4 Codificação de linha103
3.4.1 Tipos de códigos103
3.5 Referências105
3.6 Problemas105
4 Multiplexagem107
4.1 Princípios do FDM e do TDM107
4.1.1 Multiplexagem por Divisão na Frequência107
4.1.2 Multiplexagem por divisão no comprimento de onda109
4.1.3 Multiplexagem por divisão no tempo110
4.2 Hierarquia digital plesiócrona114
4.2.1 Acomodação das flutuações dos tributários115
4.2.2 Estrutura das tramas das segundas hierarquias plesiócronas118
4.2.3 Indicação de justificação120
4.2.4 Perda e aquisição de enquadramento122
4.3 Hierarquia Digital Síncrona126
4.3.1 A SDH como Tecnologia de Transporte129
4.3.2 Elementos da Rede de Transporte SDH129
4.3.3 Arquitecturas de Redes SDH130
4.3.4 Estrutura Estratificada da Rede132
4.3.5 Estrutura da trama134
4.3.6 Estrutura de multiplexagem137
4.3.7 O papel dos ponteiros das unidades administrativas139
4.3.8 Transporte dos contentores de ordem superior142
4.3.9 Transporte dos contentores de ordem inferior143
4.3.10 Aspectos de protecção147
4.4 Referências152
4.5 Problemas153
5 Tráfego, comutação e sinalização155
5.1 Fundamentos da teoria do tráfego155
5.1.1 Introdução155
5.1.2 Características do tráfego telefónico155
5.1.3 Medidas de tráfego157
5.1.4 Congestionamento158
5.1.5 Modelação de tráfego159
5.1.6 Fórmula de Erlang para sistemas com perdas164
5.1.7 Sistemas com filas de espera167
5.1.8 Referências167
5.1.9 Problemas169
5.2 Comutação171
5.2.1 Aspectos genéricos171
5.2.2 Evolução da comutação171
5.2.3 Comutação espacial173
5.2.4 Comutação digital183
5.2.5 Arquitecturas de comutação digital190
5.2.6 Considerações finais195
5.2.7 Referências195
5.2.8 Problemas196
5.3 Sinalização198
5.3.1 Objectivos e tipos de sinalização198
5.3.2 Funções da sinalização telefónica199
5.3.3 Sinalização de assinante200
5.3.4 Tipos de sinalização de endereçamento202

I 5.3.5 Sinalização na rede de troncas ............................................................................................ 203

Índice _

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5.3.6 Análise do processmento de uma chamada telefónica204
5.3.7 Sinalização em canal comum207
5.3.8 Referências219
6 Aspectos do RDIS220
6.1 Introdução220
6.2 Interfaces normalizadas221
6.2.1 Descrição geral221
6.2.2 Interface U2
6.2.3 Interface S/T223
6.3 Sistema de sinalização digital de assinante224

I 6.4 Referências.................................................................................................................... .............. 224

Introdução às redes de telecomunicações _

João Pires Sistemas de Telecomunicações I

1 Introdução às redes de telecomunicações

1.1 Evolução das telecomunicações

A rede de telecomunicações que nos dias de hoje cobre o globo terrestre é sem dúvida a mais complexa, extensiva e cara de todas as criações tecnológicas, e porventura a mais útil de todas, na medida que constitui o sistema nervoso essencial para o desenvolvimento social e económico da civilização.

As telecomunicações são uma ciência exacta cujo desenvolvimento dependeu fortemente das descobertas científicas e dos avanços na matemática ocorridos na Europa durante o século XIX. Foram as descobertas na área do electromagnetismo, que criaram as condições para o aparecimento do primeiro sistema de telecomunicações baseado na electricidade, o telégrafo.

O telégrafo foi patenteado no Reino Unido por Cooke e Wheatstone, em 1837. No entanto, o sistema por eles desenvolvido requeria cinco condutores metálicos, não sendo por isso muito prática a sua implementação.

Foi a criação por Morse do código que tem o seu nome, que veio dar o grande impulso à expansão do telégrafo. O primeiro sistema experimental orientado por Morse teve lugar nos Estados Unidos em 1844. Este sistema era claramente um sistema de transmissão digital, na medida em que a informação era transmitida usando pulsos de corrente. Tinhase dois tipos de pulsos, um estreito (ponto) e outro mais longo (traço) e as diferentes letras eram codificadas através de combinações desses pulsos.

O sucesso do telégrafo foi tal que logo em 1866 foi instalado um cabo submarino transatlântico ligando o Reino Unido aos Estados Unidos. Em 1875, Portugal e o Brasil também ficaram ligados através de um outro cabo. Em 1875, a rede de cabos de telégrafo já cobria todo o globo incluindo o Extremo Oriente e a Austrália.

Outro ponto singular na grande caminhada das telecomunicações foi a invenção do telefone. Embora a história da invenção do telefone seja um tanto nebulosa, com vários inventores a requererem para si os louros dessa invenção, a primeira demonstração com sucesso de transmissão electrónica de voz inteligível foi realizada por Alexander Graham Bell em 1876, consagrada no histórico apelo de Bell para o seu assistente: “Mr. Watson, come here, I want to see you”. Interessantes são também as palavras proféticas por ele proferidas nessa altura:

This is a great day with me and I feel I have at last struck the solution of a great problem-and the day is coming when telephone wires will be laid on the houses, just like water or gas, and friends converse without leaving home.

Introdução às redes de telecomunicações _

João Pires Sistemas de Telecomunicações I

Inventado o telefone tratava-se de resolver o problema da ligação entre os interlocutores envolvidos numa ligação telefónica. A primeira solução consistiu na utilização de centrais telefónicas manuais. No entanto, com o aumento do número de linhas a utilização deste tipo de centrais tornou-se impraticável. Para além disso, tinha-se o problema da falta de privacidade - as operadoras podiam ouvir facilmente as conversas entre os interlocutores.

Foi exactamente a falta de privacidade das centrais manuais que levou Strowger a inventar a primeira central telefónica de comutação automática, com patente concedida em 1891. Essa invenção compreendia dois elementos básicos: 1) Um dispositivo (disco) para ser usado pelo assinante que gerava sequências de pulsos de corrente correspondentes aos dígitos de 0 a 9; 2) Um comutador localizado na central telefónica, no qual um braço rotativo se movia passo-a-passo num arco semicircular com dez contactos, cada um ligado a uma linha de assinante, sendo o movimento controlado pelos pulsos de corrente enviados pelo assinante.

As centrais automáticas Strowger tiveram uma grande expansão em todo o mundo e aplicação generalizada até aos anos 70. Em 1994, na rede telefónica portuguesa ainda existiam cerca de 160 0 linhas servidas por centrais Strowger.

Outro marco importante na história das telecomunicações foi a demonstração por Marconi em 1894 da telegrafia/telefonia sem fios. Até 1910, as ondas rádio foram usadas essencialmente para transmitir sinais telegráficos. Porém, com a invenção em 1907 por De Forest da válvula termoiónica, tornou-se possível a geração e modulação de portadoras eléctricas e a radiotelefonia começou a dar os primeiros passos. Progressos tecnológicos nesta área permitiram estabelecer em 1914 um serviço transatlântico de telegrafia sem fios, e realizar em 1926 a primeira ligação telefónica (1 canal de voz) entre os Estados Unidos e a Inglaterra. Inaugurava-se, assim, a competição entre os serviços de telecomunicações sem fios e os serviços baseados numa transmissão guiada, que tem sido uma constante até aos dias de hoje.

Muitas outras inovações vieram contribuir para que as telecomunicações se tornassem, neste início de século, uma das mais poderosas indústrias. No entanto, existe uma outra que não pode deixar de ser referida - a invenção do PCM (Pulse Code Modulation). Esta foi feita por Alec Reeves em França em 1936. Como, porém, a transmissão de um sinal de voz digitalizado requeria uma largura de banda mínima de 32 kHz, muito superior aos 3 kHz requeridos pelo correspondente sinal analógico, a implementação dos primeiros sistemas experimentais teve de esperar até que nos anos sessenta a tecnologia do estado sólido a permitisse concretizar.

Depois deste breve percurso por alguns dos factos mais marcantes da evolução das telecomunicações, será pertinente colocar a questão:

- O que são as telecomunicações?

Introdução às redes de telecomunicações _

João Pires Sistemas de Telecomunicações I

Para começar, o prefixo tele é derivado do grego e significa “à distância”. Poder-se-á, assim, dizer que as telecomunicações compreendem o conjunto dos meios técnicos necessários para transportar e encaminhar tão fielmente quanto possível a informação à distância. Esta definição deverá, no entanto, ser complementada com os seguintes comentários:

• Os principais meios técnicos são de natureza electromagnética;

• A informação a transmitir pode tomar diversas formas, nomeadamente, voz, música, imagens fixas, vídeo, texto, dados, etc.;

• Os sistemas de telecomunicações devem garantir um elevado grau de fidelidade, garantindo que a informação é transmitida sem perdas nem alterações;

• A fiabilidade é outra exigência primordial, já que o utilizador espera das telecomunicações um serviço permanente e sem falhas;

• O transporte da informação à distância é um problema da transmissão, que é um ramo importante das telecomunicações;

• Outro ramo importante é a comutação, que tem como objectivo o encaminhamento da informação;

• As redes de telecomunicações de hoje são máquinas de grande complexidade e, por isso, a sua gestão é uma tarefa de grande importância e claramente individualizada dos ramos anteriores. A sinalização constitui o conjunto dos meios pelos quais a gestão da rede actua sobre esta.

Introdução às redes de telecomunicações _

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Os elementos essenciais de uma rede telefónica são o equipamento terminal, o equipamento de transmissão, o equipamento de comutação e o equipamento de sinalização e gestão. Numa rede convencional o equipamento terminal é essencialmente o telefone. O equipamento de transmissão é constituído pelo meio de transmissão (cabos de pares simétricos, cabo coaxial, fibra óptica, ondas hertzianas, etc.) e pelos repetidores. A base do equipamento de comutação é um comutador, que pode ser electromecânico (Strowger ou crossbar) ou electrónico. A comutação electrónica ainda pode ser por circuitos ou por pacotes.

1.2.1 Estrutura geral

Para que os telefones individuais possam ser úteis é necessário ligá-los entre si. A Fig. 1.1 ilustra um método simplista para efectuar essa ligação.

Fig. 1.1 Rede com topologia em malha.

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