Comunicação de Dados

Capítulo 1

Histórico

·         1845 - Telégrafo (Western Union)

·         1870 - Invenção do Telefone por Graham Bell

·         1885 - Conectores automáticos

·         1887-1907 - Telegrafia sem fio (Marconi)

·         1904-1920 - Desenvolvimento de dispositivos eletrônicos, transmissão de ondas de rádios ((AM) Amplitude Modular)

·         1923-1938 - Taxa de imagens em preto e branco; Cabo Coaxial;

·         1938-1945 - II Guerra Mundial; Desenvolvimento de microondas; Modulação ((FM)Freqüência Modular)

·         1948-1951 - Invenção do Transistor

·         1950 - Telefonia TDM

·         1958 - Satélites

·         1962 - Comunicações Via Satélite

·         1964 - Sistema 360 (IBM); Fibra Óptica

·         1º Sistema Óptico Comercial

            A partir dos anos 80 - Fabricação de circuitos integrados (CI's)

A evolução da Arquitetura de computadores

            Os sistemas de computação eram baseados na concentração do processamento de dados em um único ponto. Esse tipo de configuração foi liderada pela IBM, onde um ponto central (“Main Frame”) tinha capacidade total de processamento dos dados.

            Este conceito evoluiu, onde agora esta capacidade era dividida por vários usuários ao mesmo tempo (“Time-Sharing”). Rapidamente este tipo de arquitetura se torna obsoleta, devido a grande velocidade no desenvolvimento de “Máquinas computacionais”.

            Este tipo de arquitetura, utilizando “Main Frames” é aplicada em situações onde é necessária uma grande manipulação de Banco de Dados, como por exemplo, em um sistema de compensação de cheques.

Sistemas de Computação

            Antes do advento do microcomputador, os sistemas de computação eram compostos por um cérebro central e, portanto, a capacidade de processamento está concentrada em um único ponto.

            Este esquema dispensava um sistema de comunicação sofisticado, já que o acesso ao “Main Frame” se dava de forma física (“Pessoalmente”) ou através de terminais remotos.

            A partir do surgimento do microcomputador, um novo paradigma surgiu, onde agora a capacidade computacional é distribuída geograficamente. Isto necessariamente leva em conta a existência de um “Sistema de comunicação” responsável pela comunicação entre os diversos pontos da rede geograficamente distribuída.

            Esta rede também pode ser chamada como um “sistema de múltiplos processadores”.

            Existem vantagens e desvantagens na utilização destes sistemas:

1.      Vantagens:

·        Otimização do custo/desempenho;

·        Responsividade – Capacidade de processamento em algum ponto do sistema relacionado à aplicação. É o parâmetro que mede o desempenho global do sistema;

·        Modularidade – Permite a otimização da capacidade de expansão (física ou de processamento) e de manutenção;

·        Confiabilidade – Está associada a presença de redundância no sistema;

·        Concorrência – Está associada a capacidade de processamento de informações simultâneas.

2.      Desvantagens:

·        Custo no desenvolvimento de programas compatíveis com todas as aplicações no sistema operacional (UNIX, Windows NT,...);

·        Decomposição de tarefas mais complexas, ou seja, o gerenciamento de aplicativos nos pontos do sistema;

·        Maior custo no desenvolvimento de programas de diagnóstico;

·        Depende da tecnologia de comunicação;

·        Tempo de serviço (processamento) pode ser maior;

·        Existência de situações de propagação de erro por falha de comunicação e perda do controle da capacidade computacional.

Podemos definir este sistema de múltiplos processadores, como sendo, um “Sistema distribuído”, representado por um conjunto de módulos interligados por um sistema de comunicação. Na realidade, esse sistema pode ser visto como sendo “Máquinas de Arquitetura Distribuída” ou simplesmente “Redes de Computadores”.

            Estas “redes de computadores” podem ser entendidas como sendo conjunto de módulos de processadores (MPs) capazes de trocar informações e compartilhar recursos, interligados por um sistema de comunicação.

            Existem alguns tipos de redes/sitemas de comunicação:

1.      Confinados – Ex.: 5 (cinco) computadores interligados em rede em uma sala;

2.      Rede Local ( LAN’s – Local Area Network ) – São redes com dimensão de até 2 Km e normalmente podem ser encontradas em hospitais, universidades, clubes, etc.

A tecnologia utilizada é “antiga” e, portanto de baixo custo. Utiliza sistemas de baixa capacidade de transmissão e com meio físico utilizando “par trançado” (cobre), ou fibra óptica ( LED’s 0,85 μm e 1,3) μm);

3.      Redes Metropolitanas ( MAN’s – Metropolitan Area Network) – São redes de dimensão de até 200 Km e estão localizados nas áreas dos grandes centros urbanos.

Ainda é considerado o “Filet Mignon” das operadoras e das empresas de infra-estrutura ( ALCATEL, LUCENT, NEC, CISCO,...) pois ainda existe um grande potencial na expansão da capacidade de utilização de serviços para clientes corporativos (“empresas”). São redes de média e alta velocidade, podendo utilizar tecnologia sem fio, satélite ou transmissão óptica;

4.      Redes Geograficamente Distribuídas ( Wide Area Network ) – São redes de longa distância.

São redes de alta tecnologia, compreendendo distâncias superiores a 200 Km, podendo chegar até distâncias de 1200 Km;

            Existem alguns parâmetros de comparação para o desempenho e capacidade dos sistemas de comunicação:

·        Custo;

·        Retardo de transferência – Tempo que a informação leva para ser transmitida e processada por um outro ponto da rede. Este “tempo” pode ser dividido nos seguintes parâmetros:

o       Retardo de Acesso                                   

                                                             →           Retardo de Transferência

o       Retardo de transmissão                     

·        Desempenho – Capacidade de transmissão (bits/seg);

·        Confiabilidade – Está relacionada ao “tempo” médio de reparo, ou seja, após a detecção de um erro ou de uma interrupção na transmissão, é o tempo que o sistema de comunicação leva para “corrigir” este erro e recuperar a informação transmitida;

·        Modularidade – Facilidade para modificação, crescimento e uso conjunto de componentes básicos;

·        Compatibilidade – Está relacionada à compatibilidade dos diferentes Hardwares utilizados e os seus respectivos programas;

·        Sensibilidade tecnológica – Relacionada à velocidade de envelhecimento do sistema de comunicação.

1.      Sistema Genérico:

Informação (Tx)            Ruído, Interferência e distorção           Informação(Rx)

Finalidade de um sistema de comunicações

            Transportar a informação da fonte até o destino, preservando ao máximo as características originais.

Elementos de um sistema de comunicações

Informação (Tx)         Sinal (Tx)                      Sinal (Rx)         Informação (Rx)

Transmissor → Transforma a informação num sinal adequado para vencer a distância que o separa do receptor.

Meio de Transmissão (Tx) → Transporta o sinal do transmissor até o receptor. Exerce uma grande influência sobre o desempenho do sistema. Determina o tipo do Transmissor e do Receptor empregado.

Receptor (Rx) → Resgata a informação presente no sinal recebido, devolvendo-lhe o formato original.

Sistema Analógico

        Ruído e informação são parecidos. Difícil de "separá-los". Há a possibilidade de apenas diminuir o sinal do ruído, mas não o fazer desaparecer.

Sistema Digital

                Neste sistema há possibilidade do ruído desaparecer por completo, basta distanciar "horizontalmente" as ondas.

            O sistema digital possibilita uma economia maior de energia na bateria e conseqüentemente uma vida útil maior em relação ao analógico.

Sistemas de comunicação por sinais elétricos

                Solução para vencer os obstáculos no transporte da informação. Excelente desempenho no processamento de sinais, sendo indicado para comunicações a grandes distâncias.

Sistemas via cabo:

Meio de transmissão: Cabo condutor

- Principais características:

·         Confiabilidade excelente;

·         Pouco flexível para ampliações não planejadas;

·         Grandes investimentos para implantações da rede de cabos;

·         Adequados para comunicações a curta distância (região urbana);

·         Impossível a comunicação móvel.

Sistema via rádio

            Usam as ondas eletromagnéticas como elementos de ligação entre transmissor (Tx) e Receptor (Rx).

- Principais características:

·         Equipamentos mais caros e complexos;

·         Confiabilidade baixa;Dependência das condições de propagação;

·         Baixo custo de implantação, sobretudo para grandes distâncias;

·         Ótima flexibilidade para ampliações;

·         Adequado para aplicações em grandes distâncias e comunicações móveis.

Configuração de um sistema via rádio

   Informação Tx       Tx Rádio                           Rx Rádio           Informação Rx

·         Modulador → Incorpora as informações transmitidas a um sinal de alta freqüência, por meio do controle de uma de suas características: Amplitude, Fase ou Freqüência;

·         Sinal modulante → Informação que será transmitida;

·         Portadora → Sinal de alta freqüência. "Carrega" a informação;

·         Sinal modulado → Informação modulado;

·         Amplificador → Eleva a potência dos sinal, de forma a alcançar nível suficiente para ser irradiado pela antena;

·         Amplificador sintonizado → Amplificador + filtros;

·         Demodulador → Circuito que restaura o sinal original a partir do sinal modulado.

Comunicação de Dados

Capítulo 2

Topologia de sistemas de comunicação

         Inicialmente, antes de definir as principais topologias de redes, é importante exemplificar as duas formas de conexão física entre pontos de uma rede: Linhas de comunicação.

1.     Ponto-a-ponto – Onde a informação parte de um primeiro ponto e necessariamente atinge um segundo ponto, serialmente conectado.

2.     Multiponto – Onde os pontos da rede estão conectados através de um único caminho.

Existem 3(três) maneiras de transmissão de sinal em 2(dois) pontos de uma rede:

·        Simplex – Onde a informação é transmitida unidirecionalmente, ou seja, em um único sentido;

·        Half-Duplex – Onde a informação pode ser transmitida nos 2(dois) sentidos aproveitando a ociosidade no primeiro sentido;

·        Full-Duplex – Onde a informação é transmitida simultaneamente nos 2(dois) sentidos.

Pode-se definir os seguintes tipos de topologia de rede ou formas de conexão entre os pontos de uma rede geograficamente distribuída:

1.     Totalmente ligada – Todos os pontos da rede estão conectados entre si;

2.     Em Anel – Onde os pontos da rede estão circularmente conectados e a informação necessariamente percorre uma maior quantidade de ponto;

3.     Parcialmente ligada – Onde apenas uma parte dos pontos estão ligados (parcialmente) e a informação a ser transmitida entre 2(dois) pontos pode passar por outros pontos da rede.

Existem alguns parâmetros importantes a serem controladas na operação das “redes geograficamente distribuídas”.

·        Existência de mecanismos de endereçamento da informação transmitida, já que há a possibilidade de existirem diferentes rotas de transmissão,    para diferentes trechos da informação;

·        Presença de programas de detecção de erros de transmissão e rotinas que determinam a eventual retransmissão de uma informação “perdida”;

·        O reagrupamento das informações transmitidas pelas diferentes rotas de comunicação;

Para realizar estas funções é necessário a presença de 2(dois) tipos de equipamentos:

1.     Equipamentos de comunicação de dados – ECD’s (ou data Communicating Equipments – DCE’s) – Decidem a melhor rota e transmitem a informação em forma de “pacotes”;

2.     Roteadores (ou Data Switching equipments – DSE’s) – Tem a função de redirecionar os pacotes de informação transmitidos.

Topologias de redes de computadores

         Existem 3(três) tipos bascos de topologia de rede:

·        Estrela – Se caracteriza pela presença de um único ponto concentrador na transmissão e o processamento das informações, advinda de todos os pontos da rede. Este processador central, idealmente deve possuir a capacidade de processar simultaneamente todos os sinais.

Isto significa um alto custo para este nó central e, além disso, a “queda” deste ponto representa uma perda total no sistema de comunicação de dados;

·         Anel – Nesta topologia, os pontos da rede estão circularmente distribuídos, onde a informação transmitida necessariamente passa por vários pontos. O tempo de acesso à transmissão é limitado e controlado pelo “processador central”.

Em cada ponto da rede existe um dispositivo chamado de repetidor que possui múltiplas funções. Estes repetidores podem ser internos (interior do computador) ou externos. O repetidor externo é o mais utilizado, pois evita que haja interrupção na comunicação, caso um dos pontos da rede apresente uma condição de “falha”.

        Repetidores – São elementos localizados na saída/entrada em cada ponto da rede e que realizam algumas funções durante o processo de transmissão de dados. Esses repetidores, para o caso de redes de médias distâncias ganham sofisticação e podem ter a função de recepção e de retransmissão dos sinais.

            Existem 3(três) modos de operação ou de funcionamento destes repetidores:

1.      Modo de escuta – Neste modo os repetidores realizam uma análise no fluxo de dados, verificando se há alguma informação direcionada para o seu próprio ponto. Durante este processo, os repetidores copiam cada bit recebido e retransmitem caso estes não estejam endereçados para o seu ponto na rede.

Também são realizados testes de qualidade referentes ao transporte de dados pelo anel. Isto é realizado através da colocação de bits extras sobre os bits de entrada, verificando sua qualidade após 1(uma) volta completa.

2.      Modo de transmissão – É ativado quando algum trecho de informação endereçada chega no ponto “correto” da rede. Neste momento, o ponto da rede (estação) interrompe a passagem ou o fluxo de bits, passando a transmitir uma resposta a informação.

Para que não haja perda de informações endereçadas para outros pontos da rede, a estação armazena estes dados enquanto está no modo de transmissão.

3.      Modo Bypass – É ativado no momento em que alguma estação falha, permitindo então o fluxo livre das informações para os pontos da rede.

4.      Concentradores – Um outro componente importante em uma rede em anel, são os chamados concentradores. Eles têm a função de geograficamente concentrar/localizar os pontos de entrada e de saída de informações ou de dados para várias máquinas simultaneamente.

Isto facilita a adição de novas máquinas na rede como um todo. Existem 2(dois) tipos de concentradores:

·        Passivos – Concentram apenas um meio físico de transmissão (cabeamento)

·        Ativos – Repetidores.

Um aspecto importante no aumento da confiabilidade é a presença de redundâncias no meio físico de transmissão. Em uma rede em anel, isto é representado pela presença de um anel secundário que pode ser ativado em uma situação de falha no anel primário (ruptura) ou em uma situação de tráfego intenso no primeiro anel, redirecionando parte do fluxo para o segundo anel.

Uma outra opção dentro da topologia em anel, é a possibilidade do uso das chamadas pontes, que são pontos de conexão entre 2(duas) ou mais redes em anel.

·        Em barramento/barra (bus) – É caracterizado pela conexão da rede através de uma única via, em linha. Os terminais estão ligados em série e a informação transmitida em 2(dois) pontos é recebida indistintamente por todos os terminais. A leitura destes dados é realizada apenas para o terminal ao qual a informação estava endereçada.

Nesta configuração, o sinal transmitido (elétrico ou óptico) é dividido em cada terminal, acarretando uma perda de intensidade elétrica ou de potência óptica. Em alguns casos é necessária a colocação de um intensificador de sinal ou de regenerador óptico, para recuperar a forma e a intensidade do pulso.

Outra questão é a necessidade do casamento das impedâncias da linha física principal de transmissão e a linha física mais próxima do terminal. Isto é realizado através dos transceptores que minimizam o fenômeno de reflexão do sinal recebido.

A rede tipo barramento possui um elemento em suas pontas chamado de terminador, que também minimiza problemas de reflexão de sinal.

Capítulo 3

Transmissão de informação

            A transmissão de informação é um processo absolutamente genérico independente da tecnologia utilizada. Este processo passa pelas seguintes etapas:

1.      A criação do objeto a ser transmitido. Ex.: Voz, dados, imagem, vídeo, música, etc.

2.      A descrição deste objeto através de símbolos previamente conhecidos. Ex.: utilização de um código binário.

3.      A manipulação dos símbolos gerados, preparando-os para a transmissão.

Este processo é conhecido como Multiplexação e na realidade tem como objetivo otimizar alguns parâmetros como capacidade de transmissão e segurança.

4.      A informação é transmitida para o meio físico. Esta transmissão pode ser realizada por cabos de cobre, fibras ópticas ou pelo ar ou vácuo.

Neste caso a informação pode estar sobre a forma de pulsos elétricos, sinais ópticos ou radiação eletromagnética. Ex.: para telecomunicações estaremos trabalhando com radiação eletromagnética na faixa de microondas (GHz).

5.      A informação atinge o receptor sendo decodificada e novamente transformada em símbolos.

6.      Recuperação do objeto inicial, com um nível de perda de qualidade.

Sinal analógico e digital

            O processo de transmissão de informação pode envolver a manipulação de sinais analógicos e digitais. Modernamente, deseja-se utilizar principalmente dados na forma digital.

            O sinal analógico é caracterizado por uma falta de padrão de sinal gerado. Este tipo de sinal é considerado contínuo.

       O sinal digital é considerado um sinal discreto, já que é composto por uma unidade mínima, bit, eu é representado por 0 ( ausência de informação) e 1 ( presença de informação).

            Na realidade, os bits são agrupados em conjunto de 8(oito) e são chamados de Bytes.

            A transmissão digital é composta por uma série de bytes que são transmitidos serialmente, onde cada tamanho de bit é definido de “intervalo de sinalização”.

            Existem outras formas de digitalização conhecidas como Dibit e Tribit, onde a representação digital é realizada através de 2^L níveis. Ex.: Dibit → 2² = 4 níveis.

            O número de bits utilizados na representação de um dado está associado ao número de níveis L da seguinte forma:

Nº de bits = log₂ L

            Por conseqüência, o número de intervalos de sinalização pode ser definido como:

Log₂ L (BPS – bits por segundo) = 1 Baud.

Banda Passante

            O sinal na realidade é composto por esta série de bits “1” e “0” que se repetem ao longo do tempo. É importante descrever de uma forma completa estes sinais. Isto é realizado através das séries de Fourier, que são uma ferramenta matemática onde qualquer sinal periódico pode ser descrito através de uma soma de senos, co-senos e senos e co-senos.

            Matematicamente, a série de Fourier assume a seguinte forma geral:

F(t) = a₀ + a₁ cos w_­0t + a₂ cos 2 w­₀t  + a₃ cos 3 w­₀t +...+ a_n cos n w­₀t + b₁ cos  w­₀t + b₂ cos 2 w­₀t + b₃ cos 3 w­₀t +...+ b_n cos n w­₀t

W₀ (Harmônico Principal) – É a freqüência fundamental do sinal digital.

            A forma condensada da série de Fourier pode ser escrita da seguinte maneira:

                                                            ∞                        ∞

F(t) = ½ a₀ + ∑ a_n cos n w_­0t + ∑ b_n cos n w­₀t

                                                           n=1                     n=1

a₀ – Valor médio da função/sinal.

                                                          T

            Matematicamente,     a₀ = 1/T ∫ f(t) dt

                                                         0

Os termos a_n e b_n­ podem ser escritos como:

              T

a_n = 2/T ∫ f(t) cos n w₀t dt

              0

              T

b_n = 2/T ∫ f(t) sen n w₀t dt

              0

Exemplo: Calcular a série de Fourier para um sinal periódico quadrado, com uma amplitude variando entre [-10,10] com um período igual a 2(dois), ou seja, T=2.

W₀ = freqüência ou Harmônico Principal, logo W₀ = 2π/T = 2π/2 = π

b₀ = Valor médio do sinal, logo b₀ = (entre 10 e -10)=0, assim b₀ = 0.

                T                                             1                                            2

b_n = (2/T) ∫ f(t) sen n w₀t dt →  b_n = (2/2) ∫ 10 sen n w₀t dt → b_n = (2/T) ∫ -10 sen n

                0                                             0                                             1

w₀t dt

                                 1                             2

b_n = (10/nπ )[-cos nπt] + (10/nπ )[cos nπt]

                                  0                            1

Lembrando que: ∫sen nπt dt =(-1/nπ)cos nπt

= 10/nπ [ -cos nπ + cos 0 ] + 10/nπ [ cos 2nπ – cos nπ ] = 10/nπ [ 2-2cos nπ]

b_n= 20/nπ[ 1-cos nπ ], onde n pode ser par (com b_n=0) ou ímpar (com b_n = 40/nπ).

b_n → n=1, n=2, n=3, n=5, n=7, ...

Série de Fourier (Resposta)

ƒ(t) = 0 +(40/π) sen πt + (40/3π) sen πt + (40/5π) sen πt + (40/7π) sen πt + ...

Transformada de Fourier

            É uma ferramenta matemática, que permite através de uma operação obter os harmônicos ou Freqüências e suas intensidades em um sinal periódico qualquer.

            Além disso, é possível identificar as freqüências que possam estar associadas a um ruído em um sinal transmitido.

            Matematicamente, a Transformada de Fourier pode ser escrita:

                                                                       ∞        

F(w) = ∫ƒ(t) e^{- iwt} dt

                                                                      -∞

            A Transformada de Fourier Inversa pode ser escrita:

                                                                         ∞

ƒ(t) = (1/2π) ∫ F(w).e ^iwt dt

-∞

            Este conhecimento não somente da função que descreve o sinal transmitido, mas também as freqüências que o compõe, permite agora definir o conceito de Banda Passante (em Freqüência – Hz).

            O conceito de Banda Passante está relacionado com a “quantidade de freqüências” possíveis de serem transmitidas em um único canal.

            Esta quantidade (banda passante) pode ser relacionada ou é relacionada com a capacidade de transmissão de um sistema (bits/seg) através do Teorema de NyQuist:

C = 2W log₂ L (bps)

C= É a capacidade de transmissão máxima

W= Banda passante

L = número de níveis que representam o bit

            Na realidade, uma transmissão de dados está longe de ser ideal e sempre ocorrerá uma adição de ruído, no canal dentro do sinal transmitido.Este ruído é definido pala relação de intensidade entre o sinal transmitido e o ruído característico.

            É importante criar uma unidade para medir esta relação sinal/ruído (S/N). Ela é chamada de Decibel:

dB = 10 log₁₀ (S/N)

Fontes de Distorção

            As fontes de distorção de sinal podem estar associadas a diversos fenômenos e ecos.

            Os ruídos podem ser divididos como:

·         Térmicos – Relacionados a efeitos de temperatura, que aumenta a freqüência de vibração dos átomos.

·         Intermodulação – Quando as freqüências de canais de transmissão próximos sofrem o fenômeno de interferência destrutiva.

·         Crosstalk – Uma única freqüência é utilizada por 2(dois) canais simultâneos, a chamada “Linha Cruzada”.

·         Impulsivo – Quando algum dos componentes da cadeia de transmissão produz um ruído localizado no tempo e “inesperado”.

Para a descrição adequada da capacidade de transmissão de um sistema com a presença de ruído, devemos utilizar a chamada Lei de Shannon:

C= w log₂ (1+(S/N)) (bps)

Atenuação - É um fenômeno físico, onde o meio de ttransmissão diminui a intensidade do sinal transmitido.

Ex.: Microondas (ondas eletromagnéticas), 1-10GHz – Baixa / Média; ≥ 10GHz - Alta

       Sinal Óptico (natureza da fibra óptica (SiO_2­)) , 0,85 μm – 1,3 μm – 1,55 μm.

            Esta atenuação é acumulativa com a distância e normalmente é medida em dB/Km.

            Ecos – É resultante da reflexão do sinal transmitido nos pontos de junção na rede. Eles são normalmente minimizados pelos supressores e canceladores de eco.

Multiplexação

            A multiplexação é uma série de técnicas de manipulação do sinal digital que permite aumentar a capacidade de transmissão em um sistema de comunicação. A mulitplexação possui 2 (duas) técnicas principais:

- FDM – Frequency Division Modulation (Multiplexação por divisão de freqüências);

- TDM – Time Division Modulation (Multiplexação por divisão de tempo).

            A partir da evolução do TDM ocorreu também o aparecimento de uma 3ª técnica de multiplexação:

PCM – Pulse Code Multiplexing

- FDM – É a técnica de multiplexação mais antiga e está normalmente associada à tecnologia analógica. O FDM manipula as freqüências (harmônicos) pertencente a algum transmitido.

Exemplo: Telefonia Fixa Analógica

O ouvido humano é capaz de captar de 20 Hz até 20KHz.

            Nos primórdios da telefonia se definiu que apenas um pequeno trecho destas freqüências seriam utilizadas para a transmissão de voz.

            Estabeleceu-se como padrão a utilização de uma largura de banda (Banda Passante) de 4KHz (inicialmente era de 3KHz).

            A transmissão deve ser realizada com uma freqüência 2(duas) vezes superior à Banda Passante para garantir a sua captura total.

            Este processo é chamado de “sampling”.

            No caso da Telefonia de voz tradicional a freqüência de “sampling” é de 2 x 4 KHz = 8KHz.

            Cada amostra (“sample”) necessita de 8 bits. 8bits x 8KHz = 64 Kbits/seg.

            O FDM, para disponibilizar um único cabo para vários assinantes – 12 canais por cabo – desloca a freqüência básica de transmissão (30Hz - 3100 Hz) para uma faixa de freqüência entre 64 e 108 Hz ( 1º nível de multiplexação).

            Existe um 2º nível de multiplexação onde 5(cinco) destes grupos são reunidos em um “super grupo” com freqüências variando entre 312 – 552khz.

TDM – Permitiu a evolução dos sistemas de transmissão analógicos, com o advento dos primeiros sistemas digitais (TDM + PCM). Esta técnica de multiplexação pode ser dividida nas seguintes etapas:

 - “Sampling” ou coleta – Representativo do processo TDM, onde a informação analógica transmitida, em cada canal/assinante simultaneamente (paralelamente) é coletada e transmitida serialmente no tempo. O tempo de coleta entre cada informação deve ser o dobro da Banda Passante e, portanto, para um canal de voz analógico. Este tempo é de 8KHz.

Ou melhor:

            Na 1ª etapa do PCM (na realidade o próprio TDM) a coleta da informação analógica em todos os canais/assinantes é de 8KHz. Isso, pelo Teorema de NyQuist garante a qualidade/integridade da informação.

- “Quantizing” ou quantização – Nesta etapa cada informação contida nos “pulsos TDM” vai receber uma nota em uma escala de 8 níveis. Neste processo, a informação dos pulsos TDM perde o caráter analógico (contínuo) e agora podem ser descritos por estes 8 níveis.

Em outras palavras:

            Na segunda etapa do PCM, ocorre a quantização do sinal coletado. Neste ponto, os sinais coletados (“sampleados”) ainda representam uma informação analógica. O processo de quantização utiliza uma escala de 8 níveis, onde cada informação coletada receberá uma nota.

- “Encoding” ou Codificação – É a etapa onde os pulsos TDM quantizados são transformados em bytes (8 bits). Isto resulta na formação de um “trem de bytes” onde cada byte, representa um trecho de informação de cada canal.

Ou seja:

            Na 3ª etapa do PCM, ocorre a transformação total da informação. Na forma digital, onde cada nível da escala de quantização representa um byte diferenciado.

            Na realidade a etapa de coleta correspondente ao TDM pode ser realizada de 2(duas) formas:

- Síncrona – Onde necessariamente todos os canais disponíveis passam pelo processo de coleta. Isto gera um desperdício na capacidade de transmissão, pois normalmente deverá existir algum canal vazio. Gerando um pulso de informação “em branco”.

- Assíncrona – Onde somente os canais ocupados são coletados, otimizando a capacidade de transmissão do sistema.

            Com a evolução dos sistemas de telefonia foi necessária a criação de um sistema/estrutura hierárquica de transmissão digital. Esta estrutura é baseada em diversos níveis de multiplexação e foi criada inicialmente pela ATT no Estados Unidos. Esta hierarquia é composta dos seguintes níveis de multiplexação:

DS - 1 – 1,544 Mbits/seg – 24 canais de voz

DS - 1C – 3,152 Mbits/seg – 2 DS – 1 – 48 canais de voz

DS - 2 – 6,312 Mbits/seg – 4 DS – 1 – 96 canais de voz

DS - 3 – 44,736 Mbits/seg – 7 DS – 2 – 672 canais de voz

DS - 4 – 274,176 Mbits/seg – 5 DS – 3 – 3360 canais de voz

            O 1º nível de multiplexação é calculado da seguinte forma:

DS – 1 – 24 canais x 8 bits +1(sinalização) = 193 bits

Dos 193 bits x 8 KHz = 1,544 Mbits/seg