Telecomunicações Rede de Telefonia

1. TelecomunicaçõesRede de Telefonia Prof. Claudio Benossi Aula 04

2. Telefone • Surpreendentemente, o telefone é um dos aparelhos mais simples que você possui. • Ele é tão simples que, quase um século após a sua invenção, a conexão telefônica das nossas casas não mudou. • Se você possui um telefone antigo, da década de 1920, pode conectá-lo a um ponto telefônico e ele funcionará perfeitamente.

3. Telefone • O interior de um telefone simples é assim:

4. Telefone • Como você pode observar, ele contém três partes. • Um interruptor - para conectar e desconectar o telefone da rede (geralmente chamado de gancho). Ele se conecta quando você tira o telefone do gancho. • Um alto-falante - geralmente um pequeno alto-falante de 8 ohms. • Um microfone - no passado, os microfones dos telefones eram bem simples: grãos de carvão comprimidos entre duas finas placas de metal. As ondas de som da voz comprimiam e descomprimiam os grãos, mudando a resistência e modulando a corrente que passava pelo microfone.

5. Telefone • Você pode discar de um telefone simples como este batendo rapidamente no interruptor do gancho. Todos os interruptores telefônicos ainda reconhecem a discagem de pulso. • Se você tirar o telefone do gancho e bater rapidamente no interruptor por quatro vezes, o interruptor da companhia telefônica compreenderá que você discou o número "4".

6. Telefone • O único problema com o telefone mostrado na página anterior é que, quando você fala, escuta sua voz pelo alto-falante. A maior parte das pessoas acha isso irritante, por isso qualquer telefone de hoje possui um dispositivo chamado bobina duplex ou algo equivalente que evita isso. • Os telefones atuais incluem também uma campainha, um teclado de discagem de tom e um gerador de freqüência.

7. Telefone

8. Telefone • Ainda assim, é um aparelho muito simples. • Nos telefones modernos há um microfone, um amplificador e um circuito eletrônico para substituir os grãos de carvão e a bobina de carga. O toque mecânico é substituído por um alto-falante e por um circuito para gerar um tom de toque agradável. Mas um telefone comum continua sendo um dos dispositivos mais simples atualmente existentes.

9. A rede telefônica: fios e cabos • A rede telefônica começa na sua casa. Um par de fios de cobre vai de uma caixa na rua até uma caixa (normalmente chamada de ponte de entrada) na sua casa. De lá, o par de fios é conectado a cada ponto telefônico da sua casa. • Se sua casa tiver duas linhas telefônicas, dois pares diferentes de fios de cobre vão ate ela.

10. A rede telefônica: fios e cabos • Ao longo da rua passa um grosso cabo preenchido com 100 ou mais pares de fios de cobre. • Dependendo de onde você está, este cabo irá diretamente ao interruptor da companhia telefônica ou a uma caixa do tamanho de uma geladeira, que age como um concentrador digital.

11. A rede telefônica: digitalizando e distribuindo • O concentrador digitaliza sua voz em uma taxa de amostragem de 8 mil amostras por segundo e resolução de 8 bits. Ele então combina sua voz com dezenas de outras vozes e emite-as por um único fio (geralmente um cabo coaxial ou um cabo de fibra ótica) até a companhia telefônica. • Sua linha conecta-se a uma placa de linha na central de comutação para que você possa ouvir o tom de discagem quando tira seu telefone do gancho.

12. A rede telefônica: digitalizando e distribuindo • Se você estiver fazendo uma chamada para alguém conectado à mesma central, esta simplesmente cria uma conexão entre o seu telefone e o telefone da pessoa para a qual você ligou. • Se for uma chamada interurbana, a sua voz será digitalizada e unida a milhões de outras vozes na rede de longa distância.

13. A rede telefônica: digitalizando e distribuindo • Sua voz viaja normalmente por uma linha de fibra ótica até a central do receptor, mas também pode ser transmitida por Satélite ou por torres de microondas.

14. Criando sua própria rede telefônica • Sua conexão com a companhia telefônica consiste em dois fios de cobre. • Os fios geralmente são verdes e vermelhos. • O fio verde é comum e os fios vermelhos fornecem ao seu telefone de 6 a 12 volts de corrente contínua a aproximadamente 30 miliamperes.

15. Criando sua própria rede telefônica • Se você pensar em um microfone de grão de carvão, tudo o que ele faz é modular a corrente (deixando mais ou menos corrente passar, dependendo de como as ondas de som comprimem e relaxam os grãos) e o alto-falante "toca" este sinal modulado na outra ponta.

16. Criando sua própria rede telefônica • A maneira mais fácil de conectar uma rede de comunicação interna como essa é comprando um cabo telefônico de aproximadamente 30 metros. • Corte o cabo, desencape os fios e prenda-os à bateria e ao resistor. • A maioria dos cabos telefônicos baratos possui apenas dois fios, mas se o cabo que você comprar tiver quatro, utilize os dois fios do meio.

17. Criando sua própria rede telefônica • Quando duas pessoas tiram o telefone do gancho ao mesmo tempo, podem se falar sem problemas. • Esse tipo de sistema funcionará mesmo a vários quilômetros de distância um do outro. • A sua pequena rede interna só não poderá fazer com que o telefone toque para que a pessoa na outra ponta atenda. O sinal da "campainha" é uma onda de 90 volts de corrente alternada em 20 hertz (Hz).

18. Criando sua própria rede telefônica

19. Telefone movido à mão • Sabe a manivela dos telefones antigos? Ela era usada para gerar a onda de corrente do sinal de chamada e fazer tocar o telefone na outra ponta.

20. Redes de linhas telefônicas • As redes de linhas telefônicas são fáceis de instalar, acessíveis, rápidas e não requerem nenhuma fiação adicional • As redes de linhas telefônicas, mais freqüentemente chamadas de HomePNA, são baseadas nas especificações desenvolvidas pela Home Phone Networking Alliance - em inglês (HPNA).

21. Redes de linhas telefônicas • O HPNA é um consórcio de companhias de tecnologia de redes, que criou uma linha telefônica padrão para a indústria de redes. • A HPNA 1.0, a versão original do padrão, operava a uma taxa um tanto baixa de 1 megabit por segundo (Mbps). A especificação atual, HPNA 3.0, é baseada na tecnologia desenvolvida pela Broadcom e Copper Solution opera em uma velocidade de 128 Mbps. 

22. Vantagens das Redes de linhas telefônicas • É de fácil instalação; • Possui baixo custo; • É padronizado; • É confiável; • Opera a 128 Mbps constantes, mesmo quando o telefone está em uso; • Não requer nenhum equipamento de rede adicional (como hubs e roteadores, por exemplo);

23. Vantagens das Redes de linhas telefônicas • Funciona em Macs e PCs antigos (além dos sistemas Windows e Linux); • Aceita mais de 50 dispositivos; • Possui rapidez suficiente para aplicações intensivas banda larga (como o vídeo); • Tem compatibilidade com outras tecnologias de redes.

24. Desvantagens das Redes de linhas telefônicas • Você necessita de uma tomada telefônica próxima de cada computador. Caso contrário, terá que passar extensões de telefone ou instalar uma nova conexão; • Existe um limite físico de 304 metros de conexão entre dispositivos e, geralmente, a área de cobertura não deve exceder a 929 m2. Raramente o HomePNA não funciona na rede existente.

25. Desvantagens das Redes de linhas telefônicas • Há relatos de vozes soando ou de ruídos na linha telefônica após o HomePNA ter sido instalado. Posteriormente veremos tais problemas e possíveis soluções.

26. Conceito Celular • O objetivo dos sistemas móveis primórdios era obter uma grande árecobertura: • Através de um único transmissor de alta potência; • Com uma antena situada em um local elevado;

27. Conceito Celular • A cobertura gerada era boa, porém, o número de usuários era limitado; • Um determinado conjunto de a de frequências era utilizado por toda a região; • Cada uma destas frequências era alocada para um usuário por vez. (Evitar interferências)

28. Conceito Celular • Por exemplo: • Em 1970, um sistema móvel em Nova Iorque • Cobertura de uma área de mais de 2580 quilômetros quadrados • Apenas 12 chamadas simultaneamente • Ficou óbvia a necessidade de reestruturação • Maior capacidade • Grande área de cobertura

29. Conceito Celular • O conceito celular trata-se de substituir o transmissor único de alta potência • Responsável por uma grande área • Por vários transmissores de baixa potência • Cada um provendo cobertura a uma pequena região (célula) da área total

30. Conceito Celular

31. Conceito Celular • A célula é coberta por sinais de RF (rádio frequência) de determinada estação base • Cada célula é um centro de rádio-comunicações, no qual um assinante móvel pode estabelecer uma chamada para um telefone móvel ou fixo • Através da Central de Comutação Móvel (MSC) • E da Rede de Telefonia Pública Comutada (PSTN) • Esta plataforma composta permite que usuários comuniquem-se entre si estando em qualquer lugar da área de cobertura

32. Conceito Celular • O tamanho e forma da célula depende de alguns fatores, como potência efetiva irradiada (ERP), ambiente de propagação, etc. • O formato das células é irregular, mas, para efeitos de projeto, assume-se as formas geométricas (usualmente um hexágono) • É conceitual • A cobertura real de uma célula é conhecida como planta (footprint) • Natural pensar em círculos, porém, gera regiões de sobreposições e regiões descobertas

33. Conceito Celular • As três melhores escolhas são, normalmente: Triangular Quadrado Hexagonal

34. Redes de Telefonia Celular • Uma rede de telefonia celular é composta por 3 elementos básicos • Estação base • Estação móvel • Central de comutação móvel • Rede de Telefonia Pública Comutada (não faz parte)

35. Redes de Telefonia Celular • Estação base • Responsáveis pelas realização das chamadas vindas ou destinadas aos móveis localizados em cada célula • Conectam o sistema através da Central de Comutação • Possui uma parte de rádio • Formada pelo conjunto de transmissão e recepção, além de torres e antenas • Possui uma camada de controle • Com um microprocessador responsável pelo controle, monitoração e supervisão das chamadas

36. Redes de Telefonia Celular • Estação Móvel • A estação móvel do assinante possui basicamente • Um transceptor portátil de voz e/ou dados • Comunica-se com a estação base em qualquer canal alocado • Modo full-duplex, possuindo um caminho de ida e um de retorno • Além da comunicação de voz, a estação móvel comunica-se com a estação base através de suas funções de controle • Pedido para acessar um canal e efetuar uma chamada • Registro do móvel na área de registro atual • Mensagem de alocação de canal (vindo da estação base)

37. Redes de Telefonia Celular • Central de Comutação Móvel (MSC) • É o centro de comutação celular, interliga um conjunto de células • Também provê interligação com a rede de telefonia pública • Serviços providos: • Provisão de interligação com a PSTN • Provisão de registros de assinantes locais • Provisão de registro de assinantes visitantes • Funções de tarifação • Número de células varia de acordo com as necessidades • Pode ser uma grande área metropolitana • Pode ser um pequeno grupo de cidades vizinhas • A área servida pela MSC é chamada “área de serviço” • Visitante que vai para outra área de cobertura: roamer

38. Redes de Telefonia Celular • A cobertura provida por uma célula depende de parâmetros pré-definidos • Potência de transmissão • Altura • Ganho • Localização da antena • Presença de montanhas e demais fatores externos alteram consideravelmente a cobertura de uma base • Obviamente, variam de região para região

39. Redes de Telefonia Celular • O conjunto de células vizinhas que utiliza todo o espectro disponível é chamado de Cluster • Uma configuração muito utilizada é a de cluster de sete células

40. Redes de Telefonia Celular • Os sistemas celulares baseiam-se em um sistema inteligente de alocação e de reuso de canais na área de cobertura • Cada estação base tem alocado um grupo de canais de rádio • Estes canais serão utilizados em uma região geográfica relativamente pequena (a célula) • As estações base das células adjacentes possuem grupos de canais diferentes das células vizinhas • Para que não haja interferência • Assim, o mesmo número de canais pode ser usado em outra célula, desde que haja uma distância considerável Distância de reuso cocanal

41. Redes de Telefonia Celular

42. Redes de Telefonia Celular • Handoff • Quando um nó desloca-se entre células enquanto uma conversação está em andamento • MSC automaticamente transfere a chamada para um novo canal (pertencente à nova estação base) • Este procedimento de handoffinvolve • Identificar uma nova estação base • Transferir os sinais de voz e de controle para os canais associados à nova célula • Muitas estratégias de handoff priorizam os pedidos de handoff em relação a pedidos de inicialização de chamadas • Handoffs devem ser realizados com sucesso, e devem ser imperceptíveis aos usuários

43. Redes de Telefonia Celular • Em sistemas celulares analógicos (primeira geração) • Medição dos níveis de sinal é feita pelas estações base • São supervisionadas pela MSC • Cada estação base monitora a intensidade do sinal de todos os links de voz reversos (móvel para base) • Determinar a posição relativa de todos os usuários em relação à torre base • Um receptor adicional (locatorreceiver) é utilizado para determinar o nível do sinal de usuários que estão em células vizinhas • Comandado pela MSC • Monitora candidatos a handoff • Baseado na informação do locatorreceiver de cada estação base • MSC decide se e para qual célula o handoff é necessário

44. Redes de Telefonia Celular • Em sistemas celulares digitais (segunda geração) • As decisões de handoff são realizadas pelo móvel • Cada estação móvel monitora o nível do sinal recebido pelas estações vizinhas • Reporta para a sua estação base • Handoff é iniciado quando a potência vizinha começa a exceder a potência que está sendo recebida pela estação base do móvel • Mais rápido que os da primeira geração • MSC não precisa controlar continuamente os níveis de sinal • Tudo realizado pela estação móvel

45. Redes de Telefonia Celular • Alguns móveis são muito rápidos e precisam de muitos handoffs • Carros por exemplo • Enquanto um pedestre pode fazer uma chamada toda sem um único handoff • Célula guarda-chuva (umbrellacell approach) • É usada para prover grandes áreas de cobertura a usuários em alta velocidade e pequenas áreas de cobertura a usuários com baixas velocidades • Instalação de novas estações base na mesma célula • Diferentes alturas de antenas e diferentes níveis de potência

46. Redes de Telefonia Celular • Célula Guarda-chuva