Telefonia

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA DISCIPLINA: SISTEMAS DE TELECOMUNICAÇÕES I

TELEFONIA

Professor: Fred Sizenando Rossiter Pinheiro Monitora: Daiane Angélica dos Santos

SUMÁRIO 1. Histórico da Telefonia ....................................................................................... 05 1.1. Histórico da Telefonia no Brasil ......................................................... 07 1.2. Evolução da Telefonia Fixa em Natal RN (Telern-Telemar) .............. 11 2. As normas das concessões e a qualidade do serviço ...................................... ............. ......................... 13 2.1. Alcance das redes de telecomunicações ........................................... ........................... ................ 15 3. Fundamentos de Acústica ................................................................................ 21 3.1. Voz X Audição ....................................... .... ..................................................................... ............................................. ........... 21 3.2. Inteligibilidade .................................................................................... 22 3.3. Transformação de Energia Acústica Acúst ica em Energia Elétrica .................. 23 3.4. Transformação de Energia Elétrica em Energia Acústica .................. ..... ............. 24 4. Unidades de Medidas em Telecomunicações ............................... ................... 25 4.1. Relação de Potências e quadripolos .................................................. ........................... ....................... 25 4.2. Decibel ............................................................................................... 26 4.3. dBm .................................................................................................... 29 4.4. dBu ..................................................................................................... 31 4.5. dBr ..................................................................................................... 33 4.6. Outras unidades logarítmicas ............................................................ 34 4.7. O desafio da Transmissão telefônica em fios de cobre ..................... 35 5. Voip e Telefonia IP ........................................................................................... 40 6. Conceitos Elementares de Comutação ............................................... ............. 43 6.1. Nós e Arcos ....................................................................................... 43 6.2. Modelo elementar de comunicação ................................................... .................................. ................. 43 6.3. Introdução às centrais telefônicas ..................................................... ................... .................................... 45 6.4. Centrais Telefônicas Manuais ............................................................ ........................... ................................. 46 46 6.5. Automatização das Comutações ....................................................... 47 6.5.1. Centrais Eletro-mecânicas .................................................. 48 6.5.2. Centrais Eletrônicas ............................................................ 49 6.5.3. Centrais Digitais .................................................................. 49 7. Sistemas Telefônicos Públicos ....................................................................... .................................... ....................................... 51 7.1. Centrais Locais .................................................................................. 51 7.2. Centrais Tandem ......................................................... ...................... .......................................................... ....................... 56 7.3. Centrais Mistas .................................................................................. 58 7.4. Centrais de Trânsito ........................................................................... 59 7.5. Hierarquias Entre Centrais ........................................... ............. .................................................... ...................... 60 7.6. Diferentes Entroncamentos de Circuitos – Rotas .............................. 61 7.7. Sistema de Telefonia no Rio Grande do Norte .................................. ........................... ....... 62 7.8. ELR ou URA’s .................................................................................... 64 7.9. Estação Telefônica Local e Interurbana ............................................ 66 8. Características da Rede Telefônica .................................................................. ........................................... ....................... 69 8.1. Rede de Assinantes (Rede de Acesso) .................................... ......... 69 8.1.1. Tipos de Redes de Acesso .................................................. ................................... ............... 71 8.1.1.1. Redes Rígidas ................................................... ................. ...................................... ....71 8.1.1.2. Redes Flexíveis ................................................. ............... ...................................... ....72 8.1.1.3. Redes Múltiplas ..................................................... ....................... .............................. 73 8.1.1.4. Linha Privada ........................................................ 74 8.2. Elementos das Redes de Acesso ......................................... ............. 74 8.2.1. Blocos de Terminação ......................................................... ...................... ................................... 74 8.2.2. Fio Jumper ou FDG ............................................................. ................................. ............................ 75 8.2.3. Distribuidor Geral (DG) ........................................................ .................................. ...................... 75 8.2.4. Caixa de DG ........................................................................ 78 8.2.5. Caixa de distribuição ........................................................... 78 8.2.6. Caixa Subterrânea .............................................................. 78 8.2.7. Armário de Distribuição ....................................................... 79 2

SUMÁRIO 1. Histórico da Telefonia ....................................................................................... 05 1.1. Histórico da Telefonia no Brasil ......................................................... 07 1.2. Evolução da Telefonia Fixa em Natal RN (Telern-Telemar) .............. 11 2. As normas das concessões e a qualidade do serviço ...................................... ............. ......................... 13 2.1. Alcance das redes de telecomunicações ........................................... ........................... ................ 15 3. Fundamentos de Acústica ................................................................................ 21 3.1. Voz X Audição ....................................... .... ..................................................................... ............................................. ........... 21 3.2. Inteligibilidade .................................................................................... 22 3.3. Transformação de Energia Acústica Acúst ica em Energia Elétrica .................. 23 3.4. Transformação de Energia Elétrica em Energia Acústica .................. ..... ............. 24 4. Unidades de Medidas em Telecomunicações ............................... ................... 25 4.1. Relação de Potências e quadripolos .................................................. ........................... ....................... 25 4.2. Decibel ............................................................................................... 26 4.3. dBm .................................................................................................... 29 4.4. dBu ..................................................................................................... 31 4.5. dBr ..................................................................................................... 33 4.6. Outras unidades logarítmicas ............................................................ 34 4.7. O desafio da Transmissão telefônica em fios de cobre ..................... 35 5. Voip e Telefonia IP ........................................................................................... 40 6. Conceitos Elementares de Comutação ............................................... ............. 43 6.1. Nós e Arcos ....................................................................................... 43 6.2. Modelo elementar de comunicação ................................................... .................................. ................. 43 6.3. Introdução às centrais telefônicas ..................................................... ................... .................................... 45 6.4. Centrais Telefônicas Manuais ............................................................ ........................... ................................. 46 46 6.5. Automatização das Comutações ....................................................... 47 6.5.1. Centrais Eletro-mecânicas .................................................. 48 6.5.2. Centrais Eletrônicas ............................................................ 49 6.5.3. Centrais Digitais .................................................................. 49 7. Sistemas Telefônicos Públicos ....................................................................... .................................... ....................................... 51 7.1. Centrais Locais .................................................................................. 51 7.2. Centrais Tandem ......................................................... ...................... .......................................................... ....................... 56 7.3. Centrais Mistas .................................................................................. 58 7.4. Centrais de Trânsito ........................................................................... 59 7.5. Hierarquias Entre Centrais ........................................... ............. .................................................... ...................... 60 7.6. Diferentes Entroncamentos de Circuitos – Rotas .............................. 61 7.7. Sistema de Telefonia no Rio Grande do Norte .................................. ........................... ....... 62 7.8. ELR ou URA’s .................................................................................... 64 7.9. Estação Telefônica Local e Interurbana ............................................ 66 8. Características da Rede Telefônica .................................................................. ........................................... ....................... 69 8.1. Rede de Assinantes (Rede de Acesso) .................................... ......... 69 8.1.1. Tipos de Redes de Acesso .................................................. ................................... ............... 71 8.1.1.1. Redes Rígidas ................................................... ................. ...................................... ....71 8.1.1.2. Redes Flexíveis ................................................. ............... ...................................... ....72 8.1.1.3. Redes Múltiplas ..................................................... ....................... .............................. 73 8.1.1.4. Linha Privada ........................................................ 74 8.2. Elementos das Redes de Acesso ......................................... ............. 74 8.2.1. Blocos de Terminação ......................................................... ...................... ................................... 74 8.2.2. Fio Jumper ou FDG ............................................................. ................................. ............................ 75 8.2.3. Distribuidor Geral (DG) ........................................................ .................................. ...................... 75 8.2.4. Caixa de DG ........................................................................ 78 8.2.5. Caixa de distribuição ........................................................... 78 8.2.6. Caixa Subterrânea .............................................................. 78 8.2.7. Armário de Distribuição ....................................................... 79 2

8.2.8. Cabo Primário ................................................... ................ ...................................................... ................... 79 8.2.9. Cabo Secundário ............................................................. ........................... ...................................... .... 79 8.3. Cabos e Fios Telefônicos ......................................... ......... .......................................................... .......................... 80 8.4. Degenerações do Sinal de Áudio ....................................................... ................................ ....................... 80 8.4.1. Atenuação ........................................................................... 80 8.4.2. Linha Condicionada (pupinização) (pupinização) ...................................... ................ ...................... 83 8.4.3. Ruído Branco .................................................... ................. ...................................................... ................... 85 8.5. O Aparelho Telefônico ........................................................................86 8.5.1. Circuito de áudio ............................................... ............ ...................................................... ................... 87 8.5.2. Processador de chamadas .................................................. ..................................... ............. 88 8.5.3. Circuito de Campainha ou Ring (Tone Ring) ....................... 89 8.5.4. Principais parâmetros para avaliação dos cabos ................ .............. .. 90 90 9. Sinalização ....................................................................................................... 90 9.1. Sinalização de Assinante ................................................................... ................................................ ................... 91 9.1.1. Tom de Discar (TD) ............................................................. 91 9.1.2. Tom de Chamada (TC) ou Tom de controle de Chamada .. 92 92 9.1.3. Tom de Ocupado (TO ou LO) ................................... ..... ......................................... ........... 92 9.1.4. Tom de Número Inacessível (TNI) ....................................... . ...................................... 93 9.1.5. Corrente de Toque (CT) ...................................................... 93 9.1.6. Outros tipos ......................................................................... 93 9.2. Sinalização de Linha .......................................................................... .................................................. ........................ 93 9.2.1. Tipos de Sinalização de Linha ............................................. ................. ............................ 94 9.2.2. Descrição dos Sinais ........................................................... ........................... ................................ 94 9.3. Sinalização de loop ............................................................................ ........................................... ................................. 95 9.4. Sinalização E & M Pulsada ................................................................ ............................... ................................. 96 9.5. Sinalização E & M Contínua ...............................................................97 9.6. Sinalização de Registro ......................................................................97 9.6.1. Sinalização Decádica .......................................................... 97 9.6.2. Sinalização Multifreqüencial Compelida ou MFC ................ . ............... 98 9.6.3. Sinalização DTMF e MFP ................................................... 103 10. Centrais privadas de Comutação Comutação telefônica (CPCT) ..................................... 103 11. Sistemas Multiplex ................................................................. ............................... ........................................................... ......................... 104 11.1. Modos de operação de um meio de transmissão tr ansmissão ............................ 104 11.2. Conceito de Canal e Circuito ....................................... . ........................................................... ..................... 105 11.3. Circuitos a 2 Fios e a 4 Fios ............................................................ .......................... .................................... 106 11.4. Dispositivos Híbridos ................................................................... ................................... ..................................... ..... 107 11.5. Conceito de Multiplexação ............................................................... .............................. ................................. 108 11.6. Tipos de Multiplexação .................................................................... 110 11.6.1. Técnica digital ............................................ ......... ........................................................... ........................ 110 11.6.2. Técnica analógica .............................................................. .................................. ............................ 110 12. Multiplexação FDM – Frequency Division Multiplex …………………………... 110 110 12.1. Canal Multiplex ................................................................................ 110 12.1.1. Representação Convencional Convencional ............................................110 ................................ ............110 12.1.2. Tipos de Canais Multiplex .................................................. ............................. ..................... 111 12.2. Translação ou conversão de freqüências ........................................ ....................... ................. 112 12.3. Modulação e Demodulação Demodulação ............................................................. ................................ ............................. 112 12.3.1. Tipos de Modulação .......................................................... ................................................. ......... 113 12.4. Modulação em amplitude ................................................................. ......................................... ........................ 114 12.4.1. Representação matemática do sinal modulado .................115 ............. ....115 12.4.2. Percentagem de Modulação .............................................. ............................ .................. 115 12.4.3. Faixas Laterais .................................................................. 117 12.4.4. Distribuição de Potência na Modulação em Amplitude ..... 118 12.4.5. Principais Processos Pr ocessos de Modulação em Amplitude ........... 119 12.5. Demodulação em Amplitude ............................................................ ......................................... ................... 121 12.6. Princípio Básico do Multiplex por Divisão de Freqüência (FDM) ..... 122 122 3

12.7. Banda Básica ................................................................................... 124 12.7.1. Conceito .............................................................................124 12.7.2. Estágios de Translação ..................................................... 125 12.7.3. Procedimento ..................................................................... 125 12.8. Representação das Bandas Básicas ............................................... 128 12.9. Sistemas de Transmissão Multiplex via Rádio ................................. 130 12.10. Representação de transmissão Multiplex ............................... ....... 135 Bibliografia ......................................................................................138

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1. HISTÓRICO DA TELEFONIA Em todas as épocas, cada vez mais o homem tem procurado aprimorar a comunicação, fator primordial para escrever a sua própria história. Nos tempos mais remotos, a linguagem na forma de sons guturais foi único meio existente de exprimir idéias e pensamentos de uma pessoa para outra. Essa forma de comunicação foi desenvolvendo-se com o tempo, algumas em uso até hoje, sendo a mais importante forma de comunicação existente. A comunicação elétrica começou com a invenção do telégrafo, por Wheatstone e Morse em 1837, o qual se expandiu por todo o mundo. A Telegrafia é uma comunicação codificada (digital) direcional e que no Brasil teve na figura do marechal indianista e pacifista Cândido Mariano Rondon o seu grande implantador, especialmente na região norte do país. Naquela época, a única maneira de ampliar a voz era colocando as mãos ao redor da boca, em forma de cone, a fim de concentrar as ondas sonoras em direção ao ouvinte. Foi daí que surgiu a idéia de construção do Megafone, em forma de um grande cone, muito usado na comunicação de curta distância. Um outro aparelho inventado, baseado nos mesmos princípios, foi a trombeta de ouvido. Esse aparelho captava as ondas sonoras de uma área relativamente extensa e as concentrava no ouvido. Os esforços do homem para vencer a dissipação das ondas sonoras levaramno à construção de túneis sonoros entre prédios medievais. Um moderno avanço dessa idéia é o tubo falante, usado em muitas casas e prédios antigos. Com a evolução, foi necessário que a voz fosse transmitida entre cidades; o meio científico percebeu que a resposta ao problema não estava na utilização da força bruta, num esforço para ampliar o campo de ação da comunicação da voz. Muitos estudiosos, cientistas e inventores tiveram uma idéia do que seria necessário para providenciar a resposta à procura de um melhor meio de transmitir a comunicação da voz. A invenção do telefone é atribuída a Alexander Graham Bell (1847-1922), que em 1876 requereu a patente de sua invenção, denominada na época de “melhoramento da telegrafia”. 20 anos antes, o francês Charles Bourseul (1829 – 1912), já havia mostrado o princípio da telefonia elétrica: uma placa móvel, interposta num circuito cortado por suas vibrações acústicas, poderia gerar uma corrente que, agindo à distância sobre outra placa móvel, poderia reproduzir a voz que fizesse vibrar a primeira placa. Em 1861, o físico alemão Philip Reis (1834-1874) construiu uma engenhoca baseada no princípio anunciado anteriormente, mas que só transmitia tons musicais e não era capaz de reproduzir a intensidade ou timbre da voz humana. O transmissor consistia em um diafragma que vibrava com a pressão sonora, como mostra a Figura 1.1.

Figura 1.1 - Fenômeno batizado de “Page Effect

No centro desse diafragma havia um contato de platina que fechava ou abria de acordo com as vibrações. Em série com esse contato era colocada uma bateria e uma espécie de bobina enrolada num material previamente magnetizado, que com a variação da corrente elétrica produzia um fenômeno chamado de Page Effect. Nesse 5

fenômeno, as linhas de forças do campo magnético do material são alongadas quando o sentido da corrente na bobina é um, quando o sentindo é outro, o campo magnético é comprimido. Com o alongamento e a compressão, produzia-se sons fracos no material magnetizado, na verdade a invenção serviu apenas para produzir tons musicais. Porém, só Bell conseguiu transmitir a primeira mensagem telefônica e em 14 de fevereiro de 1876, na cidade de Washington, um procurador seu deu entrada no pedido da patente, cujo diagrama é mostrado na Figura 1.2.

Figura 1.2 – Diagrama da invenção de Bell apresentado no escritório de patentes

Poucas horas antes, no United States Patent Office, Elisha Gray (1835 – 1901), também requereu patente de outro invento contendo a mesma finalidade. Outros inventores e Gray entraram na Justiça contra Bell e depois de longa batalha judicial, Bell acabou por ganhar a causa e entrara para história como inventor do telefone. O invento de Bell foi o primeiro a utilizar uma corrente contínua cuja intensidade variava de acordo de acordo com as vibrações de uma membrana. Seu aparato, Figura 3, era transmissor e receptor ao mesmo tempo, sendo constituído por um ímã permanente sobre o qual se enrolava uma bobina e cuja armadura era formada por uma membrana de ferro. Ligando-se por meio de um fio as bobinas dos eletroímãs dos dois aparelhos, tinha-se um Telefone.

Figura 3 – Primeiro telefone

As vibrações da voz humana faziam deslocar-se a membrana conjugada com o ferro onde uma variação do fluxo magnético produzia uma corrente no circuito (Lei de Faraday). Essa corrente provocava o deslocamento da armadura do aparelho receptor, reproduzindo com as vibrações, transmitindo assim a voz humana. O deslocamento da membrana era de pequena amplitude e Bell só conseguia o alcance de mais ou menos uns 200 metros. Bell tentou vender sua patente para a Western Telegraph Company por 100.000 dólares e não conseguiu; a empresa recusou sua oferta, porém um ano depois, reconsideraram e ofereceram ao inventor a quantia de 25 milhões de dólares à

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vista, prontamente recusada por Bell, que conseguiu empréstimos bancários e criou uma das maiores empresas do mundo, a BELL TELEPHONE CO.

1.1. Histórico da Telefonia no Brasil O Brasil ainda era uma monarquia agrícola quando D. Pedro II visitou a Exposição de Tecnologia na Filadélfia (EUA), em 1876, teve o prazer de ser o primeiro Chefe de Estado a falar num telefone e em 1877. Ao voltar da viagem aos Estados Unidos e Europa, mandou instalar os primeiros telefone no Palácio de São Cristóvão. Era uma linha telefônica entre as Forças Armadas e o Quartel dos Bombeiros. Em 15 de Novembro de 1879, D. Pedro II criou a Companhia Telephonica do Brasil, cujas ações eram controladas pela Western Telegraph Company, a primeira concessionária da telefonia no Brasil. Linha do Tempo da telefonia no Brasil: 1877 – D. Pedro II manda trazer dos Estados Unidos o primeiro telefone para ser instalado no Palácio Imperial de São Cristóvão. 1889 – É dada a primeira concessão de uma linha telefônica no Brasil, sendo instaladas também linhas telefônicas de aviso de incêndio com a central de bombeiros. 1893 – Já existiam no Rio de Janeiro 5 centrais telefônicas manuais com 1000 assinantes cada uma, e viabilizaram a primeira linha telefônica interurbana interligando o Rio com Petrópolis. 1904 – Primeiros telefones em Natal. 1922 – O Rio já dispunha de 30.000 linhas instaladas, para uma população de 1.200.000 habitantes.Natal,com população de 45.000 habitantes, tem apenas 40 telefones 1923 – É constituída a primeira companhia telefônica, a CTB (Companhia Telefônica Brasileira) 1932 – É criada a Repartição de Serviços Públicos e a Telefonia em Natal é estatizada juntamente com Energia elétrica, Bonde e Lixo. João Sizenando Pinheiro é o primeiro diretor. São 40 assinantes em Natal. Central operada por telefonistas funciona na Ribeira. 1939 – É inaugurada a primeira estação telefônica automática, tendo sido instaladas até então um total de 100.000 linhas de assinantes. 1945 – Já havia cerca de 1.000.000 de terminais no Brasil, operados por 800 empresas particulares, onde 75% dos serviços eram prestados pela CTB nos estados do Rio, São Paulo, Minas Gerais e Espírito Santo. A presença militar americana no RN provoca expansão de terminais :Natal passa a ter 400 linhas incluindo as implantadas na Base de Parnamirim. Até 1962 – O Brasil sofreu uma estagnação no crescimento da Telefonia, com pouca oferta de linhas para a população. Eram muito freqüentes os congestionamentos dos serviços telefônicos. As comunicações internacionais estavam nas mãos das operadoras estrangeiras Western Telegraph, Radional, Italcable  e Radiobrás. As únicas operações de telecomunicações em mãos do Estado eram a telegrafia, operada pelos Correios, e algumas emissoras de radiodifusão de alcance nacional. A situação geral sob o domínio de seis empresas estrangeiras revelou-se um desastre de ineficácia 1962 – Cria-se o CONTEL (Conselho Nacional de Telecomunicações), órgão subordinado diretamente à Presidência da República, destinado a coordenar, supervisionar e regulamentar as telecomunicações no país. 1963 – É inaugurada a TELERN Companhia Telefônica do RGN, empresa estadual cujos objetivos principais são: ampliar a telefonia na capital e implantar a

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comunicação interurbana envolvendo as principais cidades do interior do estado. Governo de Aluísio Alves. 1965 - Cria-se a EMBRATEL (Empresa Brasileira de Telecomunicações) com a finalidade de implantar e implementar os sistemas de longa distância no Brasil, para interligar as capitais e grandes cidades entre si. É criado também o DENTEL (Departamento Nacional de Telecomunicações), tendo como função a execução e fiscalização das normas e diretrizes editadas pelo CONTEL. Estabeleceu-se uma sobretaxa de 30% nas tarifas normais, com o propósito de se financiar a EMBRATEL através do Fundo Nacional de Telecomunicações. 1967 – O governo cria o Ministério das comunicações para fixar a política nacional das telecomunicações, assumindo a coordenação central do crescimento de toda a Rede Nacional de Telefona, dos Correios e da Radiodifusão. 1972 – O Ministério das Comunicações cria a TELEBRÁS, emprese de capital misto, reduzindo o número de empresas prestadoras de serviços para 28, praticamente uma para cada estado e território do país. Com sua criação, a TELEBRÁS começou a contribuir de forma expressiva para o crescimento do plano de expansão nacional. AS Operadoras estaduais foram quase todas absorvidas pela Telebrás, a TELERN passou a denominar-se Telecomunicações do Rio Grande do Norte S.A. empresa de economia mista onde o principal acionista era a Telebrás, Ministério das Comunicações. 1985 – O setor das telecomunicações tem uma taxa de crescimento econômico da ordem de 7,5% sendo considerada por especialistas como a maior do mundo, atingindo um índice de 96% na nacionalização dos equipamentos industrializados pr empresas do setor. 1988 – Adotado o padrão AMPS pela TELEBRÁS para a telefonia celular 1990 – Tem início o primeiro serviço móvel celular do Brasil, no Rio de Janeiro. 1992 – O Brasil chega a instalar 14 milhões de linhas telefônicas, atingindo a proporção de 10 telefones para cada 100 habitantes e a TELEBRÁS é afiliada como membro internacional da CTIA. 1994 – A TELEBRÁS consegue cobrir com a telefonia celular todas as capitais dos Estados e cerca de 250 cidades do país, Natal foi a segunda capital nordestina a ter telefonia móvel celular. 1997 – O Brasil fecha o ano com cerca de 4,3 milhões de terminais celulares em operação 1998 – A TELEBRÁS é privatizada. Empresa

Consórcio Comprador

Valor da aquisição(US$ bilhões)

Embratel

MCI

2,29

Telesp (S.Paulo)

Telefónica, Iberdrola, Banco Bilbao Vizcaya, RBS (Brasil), Portugal Telecom

5,00

Tele Centro Sul (Paraná, Santa Catarina, Mato Grosso do Sul, Mato Grosso, Goiás, Distrito Federal, Tocantins, Rondônia e Acre)

Telecom Italia, Banco Opportunity (Brasil)

1,80

Telemar (Rio de Janeiro, Minas Gerais, Espírito Andrade Gutierrez, La Fonte, Santo, Bahia,RN e outros Inepar, Brasil Veiculos, estados do Nordeste, Macal (todas brasileiras) Amazonas, Pará, Roraima e

3,00

8

Amapá) Telesp Celular (São Paulo)

Portugal Telecom

3,10

Tele Sudeste Celular (Rio de Janeiro, Espírito Santo)

Telefónica, Iberdrola, NTT Mobile, Itochu

1,20

Telemig Celular (Minas Gerais)

Telesystems International, Banco Opportunity

0,66

Tele Celular Sul (Paraná, Organizações Globo (Brasil), Santa Catarina, Rio Grande Banco Bradesco (Brasil), do Sul) Telecom Itália

0,61

Tele Norte Celular (Amazonas, Pará, Roraima, Pará, Maranhão)

Telesystems International, Banco Opportunity

0,16

Tele Centro Oeste Celular (Acre, Distrito Federal, Goiás, Mato Grosso, Mato Grosso do Sul, Rondônia, Tocantins)

Splice do Brasil

0,38

Tele Leste Celular (Bahia, Sergipe)

Telefónica, Iberdrola

0,37

Tele Nordeste Celular (seis estados do Nordeste: Organizações Globo, Banco Alagoas, Ceará, Bradesco, Telecom Itália Pernambuco, Paraíba, Piauí, Rio Grande do Norte)

0,58

Total

19,15

O processo de privatização criou ainda 10 empresas-espelho de telefonia celular para operar na banda B, competindo com as oito originalmente existentes. Atualmente operam também duas empresas nas bandas D e E (ambas com padrão GSM). Três empresas-espelho de telefonia fixa e uma operadora-espelho de longa distância (a Intelig, espelho da Embratel) foram também autorizadas a operar. A Telebrás detinha 77% do capital das empresas do sistema, e o governo federal era dono de 19,26% dessa porção - ou seja, o leilão de julho de 1998 vendeu 14,8% do valor total das empresas do sistema Telebrás - esta porcentagem correspondia a 51,79% do total de ações com direito a voto do sistema, ou 64,4 bilhões de ações. O total da venda dos 14,8% mencionados acima foi de US$19,15 bilhões. A tabela anterior resume as aquisições. A preparação para o processo de privatização envolveu o desmembramento do sistema Telebrás em doze empresas, sendo três de telefonia fixa, oito de telefonia celular e uma de comunicação de longa distância. Assim, as operadoras de celular foram separadas das empresas de telefonia fixa, formando-se oito empresas regionais que operam telefonia celular na banda A, todas privatizadas em 1998.

Evolução do número de Acessos Fixos no Brasil (Milhões) Ano

Acessos Instalados

Acessos em Serviço

2006

51,2

38,8

9

2005

50,5

39,8

2004

50,0

39,6

2003

49,8

39,2

2002

49,2

38,8

2001

47,8

37,4

2000

38.3

30,9

1999

27.8

25,0

1998

22.1

20,0

1997

18,8

17,0

1996

16,5

14,8

1995

14,6

13,3

1994

13,3

12,3

Observa-se estagnação no total de acessos em serviço em 2006 comparado a 2005, isso decorre principalmente da grande expansão efetuada na telefonia fixa entre 1999 e 2001 e também da concorrência com as linhas celulares, cujos preços e tarifas têm sido reduzidos de forma bem mais acentuada. A expansão ocorrida na telefonia fixa não foi uma mera demonstração de eficiência da privatização da Telebrás e suas Operadoras. É preciso salientar que o modelo de regulação imposto no governo FHC (controlado pela ANATEL) obrigava as Operadoras ao atingimento de metas rigorosas de atendimento de demanda e qualidade de serviço mesmo em pequenas localidades. O atendimento dessas metas é que permitiria a Operadora de prestar novos serviços, isso ocorreu, por exemplo, com a Telemar na região nordeste-leste-norte , proporcionando á mesma a prestação conseqüente do serviço de telefonia móvel celular através da Oi a partir de 2002. A receita bruta das operadoras de Telefonia fixa no Brasil apresentou um crescimento de apenas 2% em 2006. A receita na telefonia local cresceu -1,4% e a de longa distância -4,6%. No total o crescimento só foi positivo devido à receita de comunicação de Dados (Banda Larga) que apresentou um crescimento de 25% em 2006.

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1.2. Evolução da Telefonia Fixa em Natal RN (TelernTelemar)

11

Existem cerca de 85 URAs (Unidades Remotas de Assinantes) vinculadas às Centrais-Mães acima apresentados espalhadas em Natal, garantindo para mais de 70% dos assinantes uma distância em par metálico máxima de 1 Km . Nos entroncamentos ópticos predominam os sistemas SDH, STM-1 ou STM-4 com taxas de 155,2 e 622 Mbps.

Evolução dos Serviços de Telecomunicações 1870

1970

1990

2006 Internet banda larga Home Shopping Reconhecimento de Voz Telecomandos Disqueamizade Telealarmes 12

Telex Telefonia Facsimilie

Ligação à cobrar Radiofone Telefone com fichas Telex

Serviços Suplementares

Telemetria

Serviços 0800

Serviços 0800

Home Banking

Home Banking

Internet

Celular

Dados Telefone a cartão

Telegrafia Telegrafia Telefonia

Facsimilie

Telegrafia

Telefonia

Paging

Telegrafia

Satélite

Satélite

Telex

Dados Telefone a cartão Comunicações Móveis Voice Banking Vídeo conferência

Serviços Suplementares

Facsimilie

Satélite

Telefonia Telegrafia TV a Cabo

Paging TV a Cabo Facsimilie Telefonia Telegrafia Disqueamizade Fax colorido Telemedicina

Evolução dos serviços de telecomunicações. Fonte: Telecommunications Switching Traffic and Networks, J.E. Flood, Prentice Hal International,2005.

A Tabela anterior ilustra sinteticamente a evolução dos serviços de telecomunicações (só são citados os principais, mas existem outros).

2. AS NORMAS DAS CONCESSÕES E A QUALIDADE DO SERVIÇO Até a privatização, o poder do setor estava centrado no Ministério das Comunicações, organismo controlador da Telebrás e da empresa estatal de correios (EBCT). Desde a criação da Telebrás não se via uma mudança tão significativa na estrutura de poder do setor no Brasil quanto a aprovação da emenda constitucional de agosto de 1995, que aboliu a perpetuidade do monopólio federal das telecomunicações. A preparação legal para o processo de privatização culminou com a Lei Geral das Telecomunicações, de 1997 (Lei 9.472). Uma das mudanças significativas na estrutura de regulação e controle foi a criação da Agência Nacional de Telecomunicações, Anatel (outubro de 1997), órgão regulador federal das telecomunicações concebido nos moldes da Federal Communications Commission (FCC) dos EUA. De fato, entre as obrigações da Anatel estão: • aprovar, suspender e cancelar concessões; • regulamentar os procedimentos de licenciamento e prestação de serviços; fiscalizar o funcionamento das concessionárias; • gerenciar os espectros de telecomunicações, incluindo equipamento em órbita; • certificação de produtos e equipamentos. •

13

Nos últimos anos do monopólio Telebrás, a “holding” passaria a ser conhecida não por sua missão formal (estender os serviços públicos de telecomunicações a todos os brasileiros), mas por sua ação na prática: restringir ou mesmo reprimir a demanda. A deterioração dos serviços, particularmente de telefonia, combinada com a impossibilidade na prática de obter melhora de serviços através de ações legais dos consumidores - havia uma única empresa provedora de serviços, que também era a reguladora da concessão - favoreceu os argumentos pró-privatização em um contexto de uma imensa demanda frustrada em que só era possível obter linhas fixas ou ativação celular a curto prazo no mercado paralelo de linhas telefônicas. De certo modo reproduzia-se a mesma situação de quando a telefonia estava em mãos de operadoras estrangeiras ou de pequenas empresas privadas - só que num cenário de escala muito maior e de grandes mudanças tecnológicas no setor a nível mundial. Alguns dos argumentos que serviram para a estatização de 1962 em diante, serviam agora para a reprivatização dos serviços. A Agência Nacional de Telecomunicações (Anatel) foi instalada com a missão de viabilizar um novo modelo para as telecomunicações brasileiras, principiando com a definição e a execução do processo de privatização do Sistema Telebrás. Com a privatização, o papel fundamental da Anatel passou a ser o de regulamentação, outorga e fiscalização de serviços de telecomunicações no país. As concessionárias passaram então a responder perante a Anatel pela qualidade dos serviços e pelas metas estabelecidas nos contratos de concessão. Estão entre as determinações nos contratos: prazos máximos para instalação e reparo de linhas a partir da solicitação do ciente;distribuição de orelhões em todas as áreas de localidades acima de 500 habitantes, índice de perda de chamadas por congestionamento máximo adimitido em torno de 3%,etc. Todas as localidades com pelo menos 100 habitantes morando numa mesma área devem ter um telefone público para atendimento. Não é surpresa saber que uma das tarefas da Anatel tem sido multar as concessionárias por não cumprimento das metas de qualidade e extensão dos serviços. Note-se que algumas das empresas transnacionais controladoras de serviços no Brasil são também multadas em seus países-sedes. De acordo com El País (22 de julho de 2000) a Telefónica acumulava na época, na Espanha, por exemplo, um total de aproximadamente US$20 milhões em multas entre fevereiro de 1995 e julho de 2000, por falhas como atraso na entrega de linhas, cobrança indevida, obstáculos ilegais à entrada de competidoras, quebras de contrato e outras. Lamentavelmente a quantidade de engenheiros no quadro da ANATEL é ainda muito restrita o que limita a ação do referido órgão. No Brasil, o Instituto de Defesa do Consumidor (Idec) de São Paulo já recebeu desde a privatização mais de 110 mil reclamações sobre serviços de telefonia. O Idec estima que há pelo menos uma nova reclamação chegando aos órgãos de defesa do consumidor do país contra concessionárias de telefonia a cada 15 minutos. Neste contexto, é possível que as metas da Anatel (ver abaixo) não cheguem a ser alcançadas nos prazos estipulados. E há um agravante: além da duvidosa qualidade do serviço, as curvas de crescimento de demanda estão se achatando em um país de extrema concentração de renda e, somente pelas leis do mercado, é muito provável que não haverá consumidores suficientes para pagar por 120 milhões de linhas (entre linhas fixas e móveis) em 2007.

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2.1. Alcance das Redes de Telecomunicações no Brasil Telefonia fixa A tabela abaixo mostra a escala da telefonia brasileira em números absolutos e relativos, incluindo projeções a partir de dados da ANATEL até o ano de 2005. É importante destacar a importância da participação do governo através da ANATEL como órgão regulador. As Operadoras têm que atender diversas metas de universalização e de qualidade de serviço para poder prestar novos tipos de atendimentos. Dessa maneira, a Telemar, por exemplo, que presta serviços no nortenordeste e leste do país, teve que antecipar o atendimento telefônico a todas as localidades com mais de 300 habitantes até dezembro de 2001 para que em 2002 pudesse iniciar a prestação do serviço SMP (celular) através da OI. Também na área de telefones públicos a Telemar foi obrigada a instalar milhares de orelhões garantindo um espaçamento máximo de 300 metros entre Telefones Públicos para qualquer cidade co mais de 700 habitantes, isso tudo sem falar obrigatoriedade de instalação de orelhões na vizinhança de todas escolas e hospitais e no tempo máximo de 24 horas para conserto das linhas defeituosas.

Ano

Alcance da telefonia fixa no Brasil Linhas Linhas por 100 (milhões) hab.

Habitantes (milhões)

1999

27

17

160

2000

33

20

162

2001

37

22

165

2002

40

24

167

2003

43

25

169

2004

47

27

172

2005

51

29

174

Fonte: estimativas baseadas em dados da Anatel.

A Anatel previa ainda que os telefones públicos passassem de 713 mil em 1999 a 981 mil no final de 2001. Todas essas projeções são baseadas nos contratos de concessão, que determinam metas a serem cumpridas pelas concessionárias de telefonia. As projeções podem ser afetadas pela extensão e intensidade de uso de telefones celulares e similares que, dependendo de custo, avanço da tecnologia e eficácia, podem funcionar como substitutos de circuitos fixos. Hoje mesmo empresasespelhos de telefonia fixa, sem a infra-estrutura de cabeamento disponível, instalam telefones “fixos” que na verdade são telefones sem fio (wireless) usando a mesma tecnologia CDMA spread spectrum  dos celulares. Detalharemos esse tema posteriormente.

Telefonia celular É mais difícil prever o alcance da telefonia celular no país nos próximos anos devido à rápida mudança de tecnologia, que envolve, entre outros elementos, a mudança rápida de padrões tecnológicos para fazer convergir as comunicações de 15

dados e de voz, tornando o telefone celular em um sistema de comunicação pessoal (PCS) e possivelmente indo além, tornando-se uma estação de comunicações digitais portátil abrangendo dados, áudio e vídeo interativos. Um cenário possível, dada a concentração de renda extrema no país, é a coexistência por muitos anos do telefone celular digital básico (basicamente usado para voz e limitado a troca de dados em baixa velocidade) e de PCSs sofisticados permitindo uso interativo de multimeios com grande largura de banda.

Ano

Terminais móveis (milhões)

Terminais móveis por 100 hab.

Habitantes (milhões)

2000

23,19

14,31

162

2001

28,75

17,42

165

2002

34,88

20,89

167

2003

46,37

27,44

169

2004 (*)

49,14

28,57

172

(*) Até março. Fonte: Anatel.

Em 2003, o total de terminais móveis (celulares e serviços móveis similares) em uso no país ultrapassou os 46 milhões (quase três para cada 10 habitantes), número próximo da meta prevista pela Anatel. A taxa de crescimento diminuiu bastante, já que a demanda extremamente reprimida de vários anos já foi satisfeita (não há mais fila de espera para conseguir um celular), e já ultrapassou o número de telefones fixos. Um processo de concentração empresarial resultou em apenas quatro grandes operadoras de telefonia celular (três baseadas na tecnologia européia GSM e uma baseada na tecnologia mais tradicional dos EUA, conhecida como CDMA): Claro/GSM, Oi/GSM, Tim/GSM e Vivo/CDMA, todas com cobertura nacional autorizada pela Anatel. Projeções com base nos dados da Anatel apontam para cerca de 58 milhões de terminais móveis de todos os tipos em 2005 (mais de 30 celulares para cada 100 pessoas), praticamente igualando as projeções de telefones fixos para o mesmo ano. Como já mencionado, é preciso contrastar essa previsão de oferta com a realidade do mercado em um país de extrema concentração econômica.

Fibra óptica A infra-estrutura de fibra óptica brasileira começou a ser implantada em 1993, com a ligação entre Rio de Janeiro e São Paulo. Só a rede da Embratel ultrapassava os 20 mil km de circuitos interurbanos de fibra no final de 1998. Hoje há redes metropolitanas de fibra óptica nas principais cidades, operadas por várias empresas privadas, e as principais capitais estão também interligadas por fibra, com redundância entre as principais cidades (Rio de Janeiro, São Paulo, Belo Horizonte e Brasília). Todas as empresas de telefonia, além da Embratel, implantaram redes próprias de fibra, e as novas regras permitem que empresas de outros setores implantem redes de fibra aproveitando suas próprias infra-estruturas (como as empresas distribuidoras de eletricidade e outras -- um exemplo é a rede de fibra da Eletronet, sobre as linhas de transmissão de energia elétrica de alta voltagem). Além disso, grandes projetos multinacionais de fibra foram instalados em escala regional, interconectando vários países da região entre si e aos EUA. Entre os cinco maiores projetos que incluem o Brasil, destacam-se os sistemas Telefónica-Tyco 16

(23 mil km de extensão) e Global Crossing (18 mil km) circundando a América Latina ambos já em operação, com capacidade bruta regional de mais de um Tb/s (terabits por segundo) cada. . A redução de tarifas e expansão da telefonia móvel celular, além da saturação no mercado, conduziu à diminuição do crescimento de telefones fixos, no RN, por exemplo, a Telemar tem tido redução na quantidade total de telefones em serviço desde o ano de 2002. O texto a seguir do professor A.Favaro ilustra a evolução da telefonia.

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18

Diagrama Típico de uma Rede de Acesso para Telefonia.

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Túnel de cabos da rede primária na Estação Centro Telemar-Oi,Natal RN.

Arquitetura Básica de uma NGN

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3. FUNDAMENTOS DE ACÚSTICA 3.1. Voz X Audição 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 figura abaixo ilustra as principais partes do ouvido humano.

Aspecto do ouvido humano

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

A Figura 3.2 mostra a curva de resposta em freqüência do ouvido humano:

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Resposta em freqüência do ouvido humano

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). A potência média da voz de diversas pessoas pode variar dentro de amplos limites, sendo, no entanto de um valor muito baixo; uma pessoa falando baixo produz 0,001 microwatt, falando normalmente 10 microwatts, e gritando 1 a 2 miliwatts. Outra característica importante da voz que deve ser levada em conta, é que a maior parte da energia está concentrada nas baixas freqüências. 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.

Curva característica da potência da voz humana no domínio da freqüência.

3.2. Inteligibilidade Diversos estudos foram realizados para determinar qual a faixa de freqüências mais apropriada, sob o ponto de vista econômico e de qualidade, para as comunicações Para fonia (transmissão de voz), foram basicamente levados em conta os seguintes fatores, resultantes das características da voz e do ouvido humano: inteligibilidade e energia da voz. A inteligibilidade é definida como o percentual de palavras perfeitamente reconhecidas numa conversação. Verificou-se que na faixa de 100 a 1,5 KHz estava concentrada 90% da energia da voz humana, enquanto que na faixa acima de 1,5 KHz estava concentrada 70% da inteligibilidade das palavras. Baseado num compromisso entre estes dois valores, foi escolhida a faixa de voz entre 300 e 3,4 KHz para comunicações telefônicas, o que garante 85% de inteligibilidade e 68% de energia da voz recebida pelo ouvinte. Para transmissão de música, no entanto, é necessário uma faixa bem maior, de 50 Hz a 10 Khz. 22

Considerando esse fato, os sistemas telefônicos em geral foram projetados e construídos no mundo todo para atender bem ao espectro definido para telefonia simples, assim os aparelhos telefônicos têm boa resposta nas cápsulas transmissora e receptora para a parcela de energia da voz humana que se situa entre as freqüências de 300 e 3,4 Khz, garantindo 85% de inteligibilidade. Na concepção da rede telefônica de cobre foi estabelecido a corrente mínima de funcionamento igual a 25mA, considerando a tensão DC padronizada para a grande maioria dos Países de 48 V,tem-se a resistência total máxima de 1.920 Ohm. A Resistência do telefone é de 500 Ohm,daí a resistência máxima da linha deve ficar em torno de 1.920-500=1.420 Ohm. Para um par de fios #26 tem-se 40 Ohm / mil pés, passando para o sistema métrico chega-se a uma distância máxima de 5,4 km. A grande maioria das linhas existentes está nesse limite. Linhas instaladas acima desse limite correm o risco de não conseguirem fazer sinalização. Esse limite pode ser ampliado um pouco com utilização de fios mais grossos ou implantação de amplificação eletrônica. A chamada eletronização da rede telefônica com utilização de extensores de enlace e amplificadores de voz expostos a altas temperaturas, entretanto, se revelou como uma opção de custos elevados em termos de manutenção e só tem sido implementada em casos extremos. A implantação de linhas longas, como nos casos de atendimentos a granjas situadas na periferia das grandes cidades também é sujeita a constantes roubos em função do aproveitamento financeiro do cobre. A evolução da utilização da rede telefônica para outros serviços, especialmente a comunicação digital de dados em alta velocidade conduziu naturalmente à necessidade de utilização de bandas passantes superiores a 3,4 KHz. Na seqüência da Apostila iremos explicar melhor como essa adaptação a bandas mais largas foi efetuada na rede telefônica especialmente com a redução da extensão da rede de acesso metálica pela utilização de URAs e adoção de dispositivos XDSL.

3.3. Transformação de Energia Acústica em Energia Elétrica A energia acústica produzida pela voz é transformada em energia elétrica por intermédio de um microfone, também conhecido como transdutor. Nos aparelhos telefônicos, o microfone é, geralmente, uma cápsula de carvão, constituída basicamente de grânulos de carvão, limitados por uma membrana (figura abaixo), onde é aplicada uma diferença de potencial que faz circular uma corrente DC.

Transformação de energia acústica em elétrica

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Quando as vibrações sonoras incidem sobre a membrana, fazendo-a vibrar, este movimento comprime mais ou menos os grânulos, diminuindo ou aumentando a resistência, com uma correspondente vibração na corrente no mesmo ritmo das vibrações sonoras. Esta variação da corrente produz uma potência elétrica, que às vezes é maior que a potência acústica aplicada na vibração da membrana, fazendo com que a cápsula se comporte como um amplificador. A cápsula de carvão é o microfone mais barato, porém apresenta algumas restrições: - Produz uma distorção maior que a dos outros microfones. - Tem uma sensibilidade que varia com a freqüência, atenuando muito as baixas freqüências.

3.4. Transformação de Energia Elétrica em Energia Acústica Para transformação da energia elétrica em energia acústica, nos aparelhos telefônicos utilizam-se cápsulas magnéticas e dinâmicas. A cápsula magnética é constituída, basicamente, de um ímã permanente com duas peças polares, providas de bobinas, através das quais circula corrente DC; uma membrana metálica fecha o circuito magnético, e a força que atua sobre a mesma é proporcional ao quadrado da indução resultante:

Transformação de energia elétrica em acústica (cápsula magnética)

Nas cápsulas receptoras dinâmicas, a bobina pela qual circula a corrente DC está unida à membrana, movendo-se num campo magnético cilíndrico; a força que atua sobre a bobina e a membrana é proporcional à força do campo magnético permanentemente e à energia que passa pela bobina. Nos dois tipos de cápsulas receptoras conseguem-se características lineares para a faixa de freqüências de voz, bem como baixa distorção.

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Transformação de energia elétrica em acústica (cápsula dinâmica)

É interessante observar que a faixa de freqüência audível ao ser humano é cerca do dobro da faixa de freqüência gerada pelo mesmo, além disso a natureza nos proporcionou dois receptores (dois ouvidos) e só um transmissor (uma boca) ainda assim muitos escutam pouco e falam muito...

4. UNIDADES DE MEDIDAS EM TELECOMUNICAÇÕES Medir uma grandeza é compará-la com outra de mesma espécie, preestabelecida e chamada unidade. A unidade de medida deve ser escolhida de maneira que os resultados de diversas medidas sejam números fáceis de serem manuseados. Por exemplo: para a grandeza comprimento, as estradas são medidas em quilômetros, enquanto o alfaiate usa uma fita graduada em centímetros; seria matematicamente exato, mas pouco prático, dizer-se que uma estrada tem 40 000 000 centímetros, ou um pedaço de tecido tem 0,00002 quilômetros. Considerando a potência de um sinal elétrico. Essa grandeza era normalmente medida em Watt (W), ou em seus múltiplos e submúltiplos, sendo o miliwatt (mW) a unidade que mais se adapta às medidas de potência elétrica realizadas em sistemas de Telecomunicações pois, como no item 3.1, a potência sonora máxima de uma pessoa pode chegar a ser dez mil vezes maior que a potência sonora mínima dessa mesma pessoa, numa conversação normal. Isto significa que, na entrada de um equipamento de comunicação, a potência elétrica instantânea pode variar na razão de 10 000 para 1 e que, em casos extremos (uma pessoa gritando), pode atingir variações maiores ainda, da ordem de 10 000 000 para 1. Esta extensa variação torna pouco prática a medida da potência em questão, através de medidores com escalas decimais, pois teríamos uma escala de 1 até 10 milhões. Este problema é resolvido comprimindo-se as escalas com o uso de logaritmos pois, como sabemos da matemática, uma variação de 1 para 10 000 000 significa em logaritmos decimais uma variação de somente 0 para 7, resultando com que, praticamente, todas as medidas de nível de potência em Telecomunicações sejam logarítmicas.

4.1. Relação de Potências e quadripolos Quando uma informação é enviada de um ponto a outro, os sinais elétricos passam através de diversos elementos que compõe o sistema de transmissão, tal como telefone, linha física, central telefônica, multiplex, etc. Cada um desses elementos, ou mesmo parte deles, pode ser representado por um quadripolo que tem a possibilidade de atenuar o sinal (significa que a potência do sinal de entrada do

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mesmo é maior que a de saída), ou amplificar o mesmo (significa que a potência do sinal de entrada é menor que a de saída). Se considerarmos como relação de potência M de um quadripolo a razão entre a potência de saída e de entrada do mesmo, ao ligarmos em série N elementos do sistema de transmissão, conforme a figura abaixo, poderemos calcular a relação de potência total do sistema.

Quadripolos em série.

Como sabemos:

então:

ou ainda:

Onde se conclui que: para N quadripolos em série, a relação de potência total é igual ao produto das relações de potências individuais dos N quadripolos.

4.2. Decibel Como vimos, poderemos então ter a relação entre as potências de entrada e saída de um quadripolo apresentando atenuação ou amplificação. Se tomarmos o logaritmo decimal dessa relação, estaremos definindo o BELL (B).

Na prática, devido a esta unidade ser muito grande, adota-se uma subunidade, o decibel (dB).

Onde Gq : amplificação do quadripolo em dB; Pq : potência de saída do quadripolo; Pq - 1 : potência de entrada do quadriplo

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IMPORTANTE: Se Pq > Pq - 1 – Gq é maior que 0 (dB), e teremos amplificação Se Pq < Pq - 1 – Gq é menor que 0 (dB), e teremos atenuação Se Pq = Pq - 1 – Gq é igual a 0 (dB) e dizemos que o quadripolo é transparente As vantagens de se expressar ganho em dB são as seguintes: - O cálculo da amplificação total de quadripolos em série passa a ser uma soma em dB, ao invés de uma multiplicação de relações de potência, pois como sabemos do Item 4.1 Se tomarmos 10*log de ambos os termos teremos:

(Transformamos produto de escalas lineares em somas de escalas logarítmicas)

- Relações de potências muito grandes passam a ser pequenos valores em dB, assim por exemplo:

Exemplo 1: Numa linha é enviado um sinal com 400 mW de potência, obtendo-se no extremo distante 10 mW. Como a potência de saída é menor que a de entrada, calcule a atenuação da linha.

Solução:

A atenuação de 16 dB equivale a um “ganho” de -16 dB. Exemplo 2: Um amplificador entrega 2W na saída quando um sinal de 10mW é aplicado na sua entrada. Calcule o ganho.

Solução:

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Como já vimos, ganho e a atenuação são expressos em dB, porém com sinais opostos. A fim de evitar erros nos cálculos de amplificação de quadripolos em série, costuma-se expressar a atenuação com valor negativo e o ganho com valor positivo. Exemplo 3: Ao ligarmos em série os quadripolos dos Exemplos 1 e 2, teremos ganho ou atenuação? Solução:

Isto significa que teremos um ganho de 7 dB

Ábacos para conversão de relação de potências em dB e vice-versa

Exemplo 4: Qual o ganho do amplificador abaixo?

Solução: Da figura abaixo, temos:

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G = 47 dB

Relação Watt dBm

4.3 – dBm Uma potência qualquer P  pode ser expressa em termos da razão entre esta potência P  e um valor de referência fixo. O valor da potência de referência é o mais variado possível, de acordo com o propósito a que se destina, como por exemplo: pura transmissão de energia elétrica adota-se 1 kW, enquanto que para acústica é usado 10-16 W; em Telecomunicações a potência de referência é 1mW. Se considerarmos na expressão:

esta relação passa a ser um valor absoluto de potência, indicando o número de decibéis abaixo ou acima de 1mW. Esta unidade é chamada de dBm e a equação passa a ter a forma:

onde Pq é expresso em mW. A figura acima apresenta o ábaco da relação entre potências em Watt e dBm. Este ábaco, em conjunto com os da figura anterior, servem para os cálculos de conversão de unidades. Exemplo 5: Calcule 3500 pW em dBm. Solução:

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Exemplo 6: Calcule –18 dBm em Watt Solução:

* É importante se observar que níveis absolutos em dBm nunca podem ser somados ou subtraídos. O valor de potência em dBm só pode ser somado ou subtraído à dB Exemplo 7: Calcule as seguintes adições de potências: a) 20 dBm com 20dBm b) 20 dBm com 20 dB Solução:

Deve-se ter sempre em mente que dBm é potência e dB é relação de potências.

Exercícios: 1. Um amplificador com ganho nominal de 12 dB tem aplicado um sinal de -12 dBm, qual a potência do sinal de saída em dBm e em miliwatt ? 2. Um sinal de potência 2 miliwatts é aplicado em um atenuador e a potência de saída do mesmo é de 1 miliwatts, qual a atenuação em dB ? 3. Três amplificadores são instalados em cascata (série), os ganhos respectivos dos mesmos são: 12 dB, 3 dB e 8 dB, qual a potência de saída em miliwatts de um sinal cuja potência na entrada é de 1 miliwatts ?

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4.4. dBu (ou dBv) Se na equação de definição de dB, substituirmos a potência por seu valor em função da tensão U e da impedância Z, obteremos:

(1)

Como já vimos anteriormente, uma potência qualquer pode ser expressa em termos da razão entre esta potência e um valor de referência fixo. Ao invés de tomarmos uma potência como referência, poderemos fixar a tensão e a impedância como valores de referência. Assim, a impedância de referência é fixada 600  ( valor padronizado para a impedância característica dos circuitos de voz) e a tensão é obtida, por conveniência, aplicando-se 1mW sobre esta impedância:

Substituindo estes valores na Equação (1), obteremos uma potência (dBm) relativa à uma tensão de 0,775, aplicada sobre uma impedância de 600 :

(2) A expressão de U é por definição a unidade dBu, que indica quantos dB uma determinada tesão está acima ou abaixo de 0,775 V.

versa.

A figura abaixo apresenta os ábacos para conversão de tensão em dBu e vice-

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Ábacos para conversão de tensão em dBu e vice-versa

Verifica-se agora a utilidade desta unidade dBu. Em Telecomunicações, o nível de potência em dBm, num determinado ponto de um circuito, é geralmente medido de maneira indireta da seguinte forma: termina-se o ponto em questão por uma resistência, cujo valor é igual à impedância nominal do ponto, medindo-se a tensão desenvolvida através da mesma por intermédio de um voltímetro, cuja escala é calibrada conforme a Figura ao lado.

Escala de voltímetro calibrada para medir dBu

Quando a impedância característica no ponto de teste for 600 dBm será a leitura em dBu [vide Equação (20].

,

a potência em

Se a impedância não for 600 , a potência em dBm será a leitura em dBu mais um fator de correção, dado por:

onde Zq é a impedância característica no ponto de teste. Para a impedâncias mais usuais, os valores de K estão apresentados na tabela abaixo:

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Exemplo 8: Um nível de –35 dBu é medido num ponto de 150 nível em dBm?



de impedância. Qual é o

Solução: -35 dBm + 6 dB = -29 dBm Exemplo 9: Num ponto de um circuito, cuja impedância é 75 , tem-se uma potência de +5 dBm. Qual é o nível medido em dBu neste ponto? Solução: +5dBm – 9 dB = -4 dBu

4.5. dBr Esta unidade é usada para referir o nível de sinal, em qualquer ponto de um sistema de transmissão, com relação a um ponto arbitrário do sistema, chamado ponto de nível relativo zero. O dBr difere da unidade dB pois, enquanto esta última é usada somente para indicar a amplificação ou atenuação de um quadripolo, dBr é utilizado para expressar a amplificação ou atenuação total que existe entre pontos arbitrários e um ponto de referência fixo, num sistema de transmissão. Deve-se notar que a unidade dBr não fornece nenhuma informação sobre o nível de potência absoluta no ponto, pois esta é função da potência absoluta no ponto de referência. A figura abaixo apresenta o diagrama de nível relativo de uma linha de transmissão imaginária, na qual B é o ponto de referência de nível relativo zero.

Diagrama de nível relativo de uma linha de transmissão

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É importante se notar que o ponto de nível relativo zero não indica obrigatoriamente um ponto físico no sistema de transmissão, podendo ser um ponto hipotético, como o da figura abaixo, onde o ponto de nível relativo zero não está fisicamente indicado, pois está no meio do amplificador de 4 dB. O dBr é menos utilizado que o dBm.

Diagrama de nível relativo de uma linha de transmissão

4.6. Outras unidades logarítmicas - O VU : unidade de medida de tensão, usada em estúdios de radio : 0 (zero) VU = +4 dBm = 1,228 V em 600 ohms. - O dBµ : unidade de medida de tensão onde 0 (zero) dbµ = 1 microvolt, usada para medir tensões muito pequenas como por ex. sensibilidade de receptores. Zero dbµ em 50 ohms equivale a uma potência de -107 dBm. - O dBmp e dBp: correspondem ao dBm (potência absoluta) e dB (ganho ou atenuação) respectivamente ponderados psofometricamente (psofos= ruído), ou seja, que levam em conta o somatório das respostas em freqüência do ouvido e da cápsula receptora telefônica, é usado para medir ruído e relações sinal/ruído em telefonia. Em síntese trata-se de uma unidade de medida com ponderação assemelhada à resposta de freqüência (sensibilidade) do ouvido humano. O dBmp, por exemplo, corresponde ao dBm medido após passar por um filtro com filtro psofométrico normalmente utilizada para medição de ruído. Convém destacar que no caso de medição da potência de ruído deve-se buscar uma avaliação da potência de “sinais indesejados” que ocupam uma determinada faixa de freqüência, distinto portanto da medição usual de um sinal de teste do qual já se tem uma idéia da sua freqüência específica. - O dBi : usado para expressar o ganho de uma antena em relação a antena ISOTRÓPICA. A antena isotrópica tem um diagrama de irradiação esférico, ou seja, irradia igualmente em todas as direções. O dBi é muito usado em cálculos de enlaces de telecomunicações. A antena isotrópica é uma referencia teórica, sendo de difícil construção prática.

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- O dBd : usado para expressar o ganho de uma antena em relação ao DIPOLO de meia onda. O dipolo de meia onda é a antena ressonante mais simples e fácil de ser construída e por isso é muito usada como referencia. Em espaço livre, o ganho do dipolo de meia onda é de 0 dBd = 2,15dBi

4.7. O desafio da Transmissão telefônica em fios de cobre Transmissão a grandes distâncias - Bobinas Após todo o trabalho de aperfeiçoamento do telefone, no final do século XIX a preocupação passou a ser quais seriam as demais possibilidades de melhoria na transmissão telefônica a grandes distâncias. Elementos a serem modificados: Transmissor Aparelho que produz o sinal telefônico.

Receptor Aparelho que nos permite ouvir o sinal telefônico.

Linha de transmissão Rede elétrica por onde passa o sinal telefônico.

Medidas a serem tomadas: Aumentar a potência do transmissor Tornar o sinal mais forte na origem.

Aumentar a sensibilidade do receptor Tornar audível um sinal mais fraco.

Melhorar a transmissão Fazer com que o sinal percorra corretamente toda a linha telefônica.

Objetivos das mudanças na linha telefônica: Amplificar o sinal em pontos intermediários Reforçar o sinal após ter perdido força.

Reduzir a atenuação Evitar que o sinal perca força com a distância.

Reduzir a distorção Manter a boa qualidade da voz.

Reduzir ruídos da linha Ruídos produzidos por causas externas.

Não havia grandes dificuldades em aumentar a potência do transmissor, bastava, por exemplo, usar baterias com maior voltagem. Aumentando a potência do transmissor, a corrente elétrica no fio também aumenta, perdendo assim muita energia, já que a potência perdida nos fios é igual ao quadrado da corrente elétrica. Ou seja, se a corrente elétrica é dobrada, a perda de energia é quadruplicada, por

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isso, quando as correntes elétricas são fortes, o sinal telefônico de um fio passa a interferir mais fortemente nos vizinhos -fenômeno da “diafonia” ou “cross-talk”. Isso quer dizer que para aumentar a corrente elétrica, seria necessário afastar os fios uns dos outros nos postes, o que criaria muitos problemas. Como já havia uma rede telefônica constituída, aumentar a força das correntes elétricas nos fios significava mudar todos os postes de lugar. Assim, por motivos práticos, os técnicos, em 1890, desistiram dessa idéia descartando também o aumento de potência dos transmissores. Aumentar a sensibilidade do receptor tampouco seria uma solução, já que não resolveria problemas como sinais telefônicos fracos, distorcidos e cheios de ruídos; pelo contrário, só tornaria sua transmissão mais potente agravando ainda mais a situação. Concluiu-se então que a solução deveria estar na mudança da própria linha de transmissão. A partir de 1892, com a idéia de amplificar o sinal em pontos intermediários, foram instalados os “repetidores” (repeaters) – sistema utilizado com sucesso nos telégrafos. Repetidor era uma estrutura formada por um receptor e um transmissor que, encostados um ao outro, recebiam os sinais telefônicos que eram transmitidos com mais força. No entanto, este sistema ainda não resolvia os problemas de ruídos e distorção; pelo contrário: cada vez que o sinal telefônico passava pelo repetidor, mesmo ganhando força, perdia qualidade. Em meados de 1890, William Thomson, mais conhecido como Lord Kelvin, desenvolveu uma teoria sobre a atenuação dos sinais telegráficos com a distância, levando em conta duas propriedades dos fios: resistência e capacitância. Analisando estas duas propriedades elétricas das linhas, ele concluiu que havia um limite na distância que os sinais telefônicos poderiam alcançar e que isso dependia, principalmente, da resistência dos fios. Uma solução possível e eficiente seria a substituição da fiação por fios de cobre, o que constituía, porém, uma alternativa um pouco cara. Primeiro porque, quanto mais distantes as linhas, mais grossos deveriam ser os fios, e depois porque seria preciso trocar os postes existentes por outros que suportassem o peso desta nova fiação. Com isso, sob o ponto de vista prático, parecia ser inviável construir linhas que ultrapassassem 800 milhas, ou 1.300 km.

Bobinas de carga (loading coils) A solução encontrada no início do século XX para a melhoria das linhas de grande distância, foi o uso das “bobinas de carga” (em inglês, loading coils). Com este tipo de dispositivo, foi possível atingir distâncias de centenas de milhas ou quilômetros, sem perder a qualidade da transmissão. Quando uma corrente elétrica percorre um fio, ela o aquece e perde energia. Para reduzir a quantidade de energia perdida, é possível diminuir a resistência elétrica do fio usando fios mais grossos, como já vimos, ou aplicando um outro método, cujo princípio físico pode ser entendido por meio a seguinte analogia:

Saiba mais... De acordo com a teoria de Heaviside, a atenuação A de um sinal depende principalmente da resistência R , da capacitância C e da indutância L da linha (por unidade de comprimento), de acordo com a fórmula (simplificada):

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Podendo, portanto, diminuir a atenuação A reduzindo a resistência R e a capacitância C, ou aumentando a indutância L da linha.

Esta fórmula foi pensada, considerando linhas homogêneas, ou seja, com as mesmas características em todos os pontos. Ao introduzir bobinas, espaçadas entre si na linha, a equação de Heaviside poderia não funcionar mais – e até então, não havia uma fórmula para o caso de bobinas intercaladas no fio. Durante os três últimos anos do século XIX, Stone, Campbell e Hayes trabalharam para melhorar a qualidade dos cabos telefônicos. Stone percebeu um problema que ainda não havia sido notado: ao conectar cabos e fios de diferentes tipos, ou seja, com diferentes propriedades elétricas, os sinais telefônicos podiam encontrar dificuldades em passar totalmente pelo ponto de união entre eles, pois uma parte do sinal telefônico é refletido, reduzindo muito a eficiência da linha. Saiba mais... Duas comparações podem ajudar a e sclarecer o problema. Quando a luz passa do ar para a água ou por um vidro, uma parte dela é refletida na superfície de separação. A luz só não é refletida ao passar de uma substância transparente para outra, q uando ambas têm o mesmo índice de refração. Algo semelhante ocorre com as ondas produzidas em cordas e molas. Se amarrarmos uma corda fina em uma corda grossa e produzirmos nela uma onda, uma parte dela será refletida ao chegar na emenda entre as cordas. Para que o impulso não seja refletido, é preciso q ue a densidade das duas cordas - massa por comprimento - seja igual.

No caso dos sinais telefônicos, a condição básica para que o sinal passe de um cabo ao outro sem reflexão é, igualmente, que ambos os lados tenham a mesma impedância – característica elétrica que depende da resistência, capacitância e indutância dos dois sistemas. Quando há uma corrente contínua em um fio, temos a seguinte relação: I=V/R Quando a corrente é alternada, vale uma relação bastante semelhante, mas no lugar da resistência R é utilizada a impedância Z. Então temos: I=V/Z A impedância é dada por uma fórmula complicada e depende da freqüência f da corrente alternada. Quando a capacitância é baixa, a fórmula é esta: Essas fórmulas são válidas quando a indutância está distribuída uniformemente pela linha. No caso de bobinas espaçadas regularmente pela linha, a fórmula é totalmente diferente. Em meados de 1899, Campbell conseguiu calcular o comportamento da linha com bobinas distribuídas, estabelecendo que: se as bobinas estiverem distribuídas a distâncias bastante inferiores ao menor comprimento de onda dos sinais telefônicos, o resultado será satisfatório. Ou seja, quatro ou cinco bobinas por comprimento de onda era uma solução razoável, com dez, o resultado era praticamente o mesmo da distribuição contínua de indutância. Uma parte do estudo de Campbell foi teórica e, apenas em 1899, tiveram início seus testes e experimentações introduzindo 5 bobinas por milha em uma linha de 20 milhas ou seja, 100 bobinas em uma linha de 32 km. Comparando a linha experimental com as bobinas a uma linha de mesma resistência sem elas, os pesquisadores puderam observar que a transmissão havia melhorado muito e que os resultados eram bem próximos das previsões teóricas. Isso lhes deu grande confiança no sistema e na

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teoria de Heaviside que passava a ser adaptada aos problemas práticos da telefonia, de maneira independente pelos pesquisadores: Michael I. Pupin e George A. Campbell, pesquisador da American Telephone & Telegraph (AT&T) – empresa sucessora da Bell. A idéia de colocar bobinas em intervalos regulares, aumentando a indutância da linha, foi patenteada pelo físico inglês Sylvanus Thompson em 1891, o que fez um especialista em patentes da própria AT&T acreditar, em 1899, que não seria possível patentear o sistema de Campbell. Thompson que pensou na colocação de bobinas conectando pares de fios telefônicos, ao invés de intercalá-las em série, não determinou as propriedades e o espaçamento necessário às bobinas. Campbell estudou detalhadamente a teoria das linhas de transmissão, obtendo seu título de doutor na Universidade de Harvard em 1901 com um trabalho sobre o tema. Porém, antes que chegasse a resultados práticos definitivos, Pupin obteve uma patente para o método.

Esquema de uma linha telefônica com bobinas de carga (loading coils)

Idvorsky Pupin, professor da Universidade da Columbia estudou, independentemente independentemente de Campbell, as bobinas de carga e, em maio de 1900, submeteu um pedido de patente desse sistema que lhe foi concedida no mês seguinte.

Michael I. Pupin

Em junho de 1900, a AT&T, tomando conhecimento da patente de Pupin, tentou anulá-la, alegando que Campbell já havia desenvolvido um sistema semelhante. Percebendo que isso não seria possível, a AT&T fez um acordo e comprou a patente de Pupin por 185 mil dólares iniciais, mais 15.000 dólares anuais, durante os 17 anos de sua validade. A empresa chegou a pagar quase meio milhão de dólares pela patente, o que foi rapidamente recuperado: a AT&T lucrou um milhão de dólares com a instalação do sistema apenas em Nova Iorque. A pupinização de linhas provoca uma atenuação maior nas componentes espectrais mais altas, mas isso praticamente não é percebido pelo ouvido humano. humano.

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A expressão abaixo indica com detalhes a atenuação que ocorre em um sinal com freqüência que á transmitido numa linha telefônica com resistência equivalente r,Indutância L, capacitância C e condutância G 1 [(rG − ω 2 LC ) +[ (rG − ω 2 LC ) 2 2

α  = 

2

+ ω 

( LG + rC ) 2

] }1 / 2

Pupin deduziu que fazendo com a inserção de indutores adicionais na linha de tal forma que : L/C=r/G implica em um linha com menor atenuação para uma faixa do canal telefônico especialmente entre 0,3 e 3,0 KHz. Com a adoção dos “potes de pupinização” (Bobinas de indutância inseridas adequadamente em série na linha telefônica de tal forma que a se aproximar da relação anterior) então o alcance das linhas poderia aumentar de 7 para até 15 km, valor variável de acordo com abitola do fio utilizado. A pupinização foi amplamente utilizada principalmente nos entroncamentos interligando duas centrais telefônicas localizadas numa mesma cidade. Entre 1975 e 1977 a TELERN utilizou em Natal essa técnica para ligar a central localizada na Rua Jundiaí (centro) com a de Lagoa Nova (vizinho ao SEBRAE e Machadão) com distância de 10 km. Mesma solução adotada para interligar a Central centro com Alecrim (9 km). A pupinização proporciona menor perda até 3 KHz,mas provoca acentuada atenuação nas freqüências acima desse valor. Enquanto a Rede era utilizada exclusivamente para telefonia telefonia essa era uma solução extremamente extremamente prática e a perda nas altas freqüências não era perceptível. A partir do uso da rede metálica também para transmissão de dados e cada vez em maiores velocidades (que requerem maior banda), a pupinização passou a ser um entrave, as operadoras tinham que retirar as bobinas de cada par de fios que ia ser usado para dados. A figura seguinte ilustra as curvas de atenuação em dB por milha em função da freqüência para linhas pupinizadas e não pupinizadas.

Outro fator que sofre com a pupinização pupinização é o retardo (delay), a figura seguinte seguinte ilustra esse aspecto, que consagra a pupinização como inviável para transmissão de dados em altas velocidades.

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A partir do final dos anos 90 a fibra óptica caiu de preço e se consolidou como o meio de transmissão mais eficiente para interligação entre centrais. Dessa forma todas as centrais em Natal e nas principais capitais do Brasil são hoje 100% interligadas (dentro de cada capital) por fibra óptica com transmissão digital de sinais. A fibra tem atenuação baixíssima e pode interligar centrais a distâncias de até cerca 100 km sem regeneração.

5. VOIP E TELEFONIA IP tipos: •

•

VoIP é a comunicação de Voz sobre redes IP. Essas redes podem ser de 2 Públicas: Públicas: a Internet representa a rede IP pública usada para comunicações VoIP. O usuário deve ter preferencialmente um acesso de banda larga (ADSL, cabo, rádio, Wimax, etc.) instalado para poder fazer uso do serviço VoIP. Privadas: Privadas: as redes corporativas das empresas representam as redes privadas usadas para comunicações VoIP. Podem ser desde pequenas redes locais (LAN) até grandes redes corporativas (WAN) de empresas com presença global.

O uso mais simples de VoIP é a comunicação Computador a Computador usando a Internet, sendo o skype o programa mais utilizado para este fim.

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Telefonia IP Telefonia IP é a aplicação de VoIP para estabelecer chamadas telefônicas com a rede de telefonia pública (fixa e celular). Os serviços de Telefonia IP existentes são de 2 tipos: Para fazer chamadas para rede pública: neste caso o usuário disca o • número convencional do telefone de destino para completar a chamada.

•

Para fazer e receber chamadas da rede pública: neste caso o usuário recebe um número convencional de telefone, para receber as chamadas da rede pública, e disca o número convencional do telefone de destino para fazer a chamada para a rede pública.

Em ambos os casos, o usuário pode fazer e receber chamadas de outro usuário do mesmo prestador de serviços VoIP, geralmente sem custo, porém não consegue chamar usuários de outros provedores VoIP.

Telefonia Convencional x VoIP Característica

Telefonia Convencional

Telefonia VoIP

Conexão na casa do Cabo de cobre (par Banda larga de Internet usuário trançado) Falta de Energia Elétrica Continua funcional Pára de funcionar

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Mobilidade Número Telefônico Chamadas locais

Limitada usuário

a

casa

do Acesso em qualquer lugar do mundo, desde que conectado a Internet Associado ao domicílio Associado à área local do do usuário número contratado Área local do domicílio Área local do número do usuário contratado

Da mesma forma que na Internet, os serviços VoIP são Nômades, ou seja, não importa qual a localização física do prestador do serviço VoIP ou do usuário para que o serviço seja utilizado. O número telefônico, no entanto, não é nômade e está associado à área local do número contratado.

Telefones para VoIP Os serviços VoIP utilizam telefones apropriados para as redes IP, e que são muito diferentes, em complexidade, dos telefones analógicos convencionais, por serem digitais e possuírem recursos semelhantes àqueles encontrados nos computadores. Normalmente utilizam-se os seguintes tipos de telefones IP: •

•

•

Computador: o próprio computador pode ser usado como telefone IP, desde que tenha uma placa de som, um microfone, alto falantes ou fones de ouvidos, e um programa do tipo softphone, que possui todos os recursos para funcionar como um telefone IP. Adaptador para Telefone Analógico (ATA): é um dispositivo que funciona como um conversor de telefone IP para um telefone analógico convencional. O ATA é conectado a um acesso de banda larga (rede IP) e a um telefone analógico convencional, que pode ser usado normalmente para fazer e receber ligações do serviço VoIP contratado. Telefone IP: é um telefone que possui todos os recursos necessários para um serviço VoIP. Para ser usado é necessário apenas conectá-lo a um acesso de banda larga (rede IP) para fazer e receber ligações do serviço VoIP.

Regulamentação A Anatel, assim como a maioria dos órgãos regulatórios no mundo, procura regular os serviços de telecomunicações e não as tecnologias usadas para implementá-los. As tecnologias VoIP servem como meio e não como fim para os serviços de telefonia. Não existe ainda uma regulamentação específica para VoIP no Brasil. Entretanto, devido ao novo paradigma os serviços VoIP têm sido oferecidos no mercado de telecomunicações distribuídos em 4 classes: •

Classe 1: oferta de um Programa de Computador que possibilite a comunicação de VoIP entre 2 (dois) ou mais computadores (PC a PC), sem necessidade de licença para prestação do serviço.

•

Classe 2: uso de comunicação VoIP em rede interna corporativa ou mesmo dentro da rede de um prestador de serviços de telecomunicações, desde que de forma transparente ao usuário. Neste caso, o prestador do serviço de VoIP deve ter pelo menos a licença SCM.

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•

Classe 3: uso de comunicação VoIP irrestrita, com numeração fornecida pelo Órgão Regulador e interconexão com a Rede Pública de Telefonia (Fixa e Móvel). Neste caso o prestador do serviço de VoIP deve ter pelo menos a licença STFC.

•

Classe 4: uso de VoIP somente para fazer chamadas, nacionais ou internacionais. Neste caso a necessidade de licença depende da forma como o serviço é caracterizado, e de onde (Brasil ou exterior) e por qual operadora é feita a interconexão com a rede de telefonia pública.

6. CONCEITOS ELEMENTARES DE COMUTAÇÃO 6.1. Nós e Arcos Uma comutação é um processo que pode ser realizado por um evento mecânico, eletro-mecânico ou eletrônico, seja ele manual ou automático. Diz respeito a troca de caminho que um determinado sinal sofrerá, um circuito poderá definir a rota (caminho) que um determinado sinal tomará, comutando para tal direção. Veremos agora duas definições básicas para telecomunicação: Nós e Arcos. Nós são pontos de uma comunicação onde acontece uma comutação de sinais. Arcos são todos os pontos intermediários de interligação entre os Nós que normalmente são construídos com meios de transmissão físicos ou pelo espaço livre, tais como: pares de fios, cabos coaxiais, fibras ópticas, ou mesmo transmissão de ondas de rádio pelo espaço livre. O conjunto desses elementos formará uma rede de telecomunicações.

Nós e Arcos

6.2. Modelo elementar de comunicação Uma comunicação, qualquer que seja, poderá ser representada por um modelo básico, não importando se for uma conversação telefônica, via Internet, sinais de fumaça ou a antiga brincadeira de criança com duas latinhas presas por um barbante. Vê-se, portanto, claramente que poderá ser uma comunicação eletrônica, verbal, por símbolos ou qualquer outro tipo de sinal. Os elementos básicos de qualquer comunicação são: •

Mensagem: conjunto de informações coerentes, previamente conhecidas e organizadas de tal forma que possam originar uma mensagem que poderá ser entendida por um destinatário;

•

Fonte: elemento responsável pela geração da mensagem;

•

Destinatário: elemento na comunicação para quem a informação é destinada. Será o usuário da informação recebida;

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•

Codificador: elemento nem sempre presente em uma comunicação. Tem como função, a partir do sinal recebido da fonte, produzir um embaralhamento da mensagem usando um código específico, para que durante o trânsito da informação haja maior dificuldade de interpretação da mensagem original por um elemento não autorizado. Portanto, proporciona sigilo na mensagem, haverá tanto maior sigilo quanto melhor for o grau de complexidade da codificação. Entregará a mensagem ao emissor;

•

Emissor: também chamado de transmissor é dispositivo responsável pela adequação e inserção do sinal original produzido pela fonte ao meio de transmissão do sinal com potência e formato apropriado. É o elemento em que se inicia um processo de distorção do sinal, dependendo diretamente da qualidade do emissor;

•

Meio: como o próprio nome indica é o elemento que se encontra no meio do processo de comunicação. Pode-se afirmar com certeza que é um dos elos mais importantes em uma comunicação porque ele tem a função de propagar a mensagem da fonte ao destinatário, via o conjunto emissor/receptor. O meio de transmissão é responsável pelo transporte e propagação da mensagem até o seu destino, e é onde ocorrem as maiores distorções na mensagem, dependendo diretamente da qualidade do meio e das distâncias envolvidas;

•

Receptor: dispositivo que efetua a função inversa do emissor, isto é, retira a mensagem do meio de transmissão, tentando recuperar o sinal original da maneira mais precisa quanto possível. Se o sinal enviado tiver sido codificado entregará o sinal ao decodificador, caso contrário diretamente ao destinatário;

•

Decodificador: responsável diretamente pelo processo inverso ao codificador, assim, ele fará a remontagem do sinal, de forma a obter o sinal original produzido pela fonte, posteriormente repassará o sinal para o destinatário;

•

Distorção: processo praticamente inevitável em qualquer comunicação, onde ocorrerá uma alteração no formato original da mensagem produzida na fonte, acarretando erros na comunicação. É diretamente proporcional à qualidade dos elementos da comunicação, ao meio de transmissão e aos fatores externos à comunicação;

•

Fatores externos: são interferências ocorridas no processo de comunicação, que não fazem parte do conjunto de dispositivos que disponibilizam o tráfego da mensagem, isto é, são de origem externa ao sistema, normalmente são introduzidas no processo de propagação pelo meio de transmissão, mas também podem ocorrer em qualquer ponto entre o emissor/receptor em proporções menores. Citemos um exemplo de fator externo a uma comunicação: imagine que você está conversando com um amigo e enquanto ele está lhe falando, uma ambulância passa bem próximo de vocês, tornando impossível o entendimento da mensagem dita por seu amigo enquanto ela estiver passando, pois bem, ai está um exemplo de fator externo, já que ela originalmente ela, a ambulância, não faz parte da comunicação;

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•

Canal: todo o conjunto de elementos que se encontra entre a fonte e o destinatário. Para o caso de um sistema de telecomunicações será todo o software, hardware, fiações e quaisquer equipamentos que se encontrem entre a fonte e o destinatário. Na prática chama-se, por exemplo, de canal telefônico ao meio físico que interliga dois pontos com disponibilidade de transmissão e recepção para a faixa de 0,3 a 3,4 KHz. Já canal de RF é a banda disponível na faixa de rádio freqüência podendo transmitir um ( caso de um rádio monocanal) ou mais canais (rádio multicanal) telefônicos. O canal telefônico muitas vezes é chamado “canal de voz”.

•

Fatores Internos: são os fatores interferentes, que proporcionam distorções no sinal original, inerentes a um sistema de comunicação. Por exemplo, pense em um par de fios, ali estarão presentes características que não poderão ser eliminadas, como por exemplo, a resistência por unidade de comprimento (resistência por metro de fio) do condutor, além da capacitância por unidade de comprimento (capacitância por metro), só para citar dois.

Quanto maior forem as distâncias envolvidas maiores serão esses parâmetros, sendo impossível eliminá-los, portanto sendo inerentes ao sistema. Poderá ocorrer que, conforme a complexidade do sistema de comunicação, hajam mais conjuntos de codificadores, emissores, meios, receptores e decodificadores. A Figura abaixo ilustra o modelo básico de comunicação.

Modelo elementar de comunicação

6.3. Introdução às centrais telefônicas Posteriormente a invenção do telefone, ele chegou a ser considerado um dispositivo totalmente inútil, mas gradualmente passou a ser utilizado por estabelecimentos comerciais e a partir de 1890 o número de usuários era crescente. As ligações ponto a ponto foram sendo superadas e surgiu a necessidade de um sistema de comutação para reduzir a complexidade e quantidade de conexões. Ao invés de ligações permanentes entre os aparelhos de assinantes, descobriu-se a conveniência de ligações que pudessem ser comutadas e comandadas por um dispositivo principal que se passou a chamar de Central Telefônica.

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A interligação de telefones se tornou complexa com enorme quantidade de fios, cada telefone instalado alterava todos os outros.

Ligação entre assinantes direta e via central

No desenho indicado na figura anterior, os pontos A, B, C, D e E são todos interligados entre si diretamente por cabos ponto a ponto, veja que cada conexão origina 4 pontos de interligação, acarretando o inconveniente de várias fiações serem necessárias para interligação entre os usuários. Além desse fato há o problema de que dois ou mais usuários possam tentar acessar (falar) ao mesmo tempo com outro usuário comum, impossibilitando a comunicação. A existência de um dispositivo central torna o sistema muito mais simplificado. Veja que no primeiro exemplo serão necessárias 10 linhas (20 fios) e 4 delas estarão ligadas em um mesmo usuário. No segundo exemplo, as linhas e a complexidade será extremamente reduzida. O número de linhas para conexão de assinantes quando temos ligação pontoa-ponto é dado pela expressão abaixo, onde N é o número de assinantes (nós) de uma rede:  L

=

 N ( N  − 1)

2

 Linhas

6.4. Centrais Telefônicas Manuais As primeiras centrais de comutação que entraram em serviço eram do tipo manual, nas quais o estabelecimento e a interrupção das ligações entre as linhas de assinantes eram feitos pela intervenção de pessoas denominadas “operadoras”, por meio da utilização de equipamentos chamados “cordões”. Inicialmente os operadores eram apenas homens, mas devido ao fato de se verificar que as mulheres tinham mais paciência no trato com o público e ao fato dos usuários se sentirem mais confortáveis em aguardar o atendimento sem reclamar exageradamente, se no outro lado da linha fossem atendidos por mulheres.

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Telefonista em uma central de comutação manual

Essas centrais eram totalmente manuais e comandadas por telefonistas, que normalmente eram mulheres. Nessa mesma época a ligação permanente entre um aparelho telefônico e o equipamento de comutação (central) passou-se a chamar-se “Linha de Assinante” .

Representação dos cordões e linhas de assinante

6.5. Automatização das Comutações O desenvolvimento crescente dos serviços de telefonia e os problemas surgidos com a comutação manual mostraram que a comutação automática era uma necessidade. Dentre os problemas ocorridos com a comutação manual pode-se citar: baixo nível de sigilo na comunicação, devido ao fato das telefonistas terem total acesso à conversa entre os usuários, porque de tempos em tempos teriam que escutar a conversação para saberem se a ligação entre os usuários ainda estava em curso para desfazerem a ligação do cordão que os interligava. Outros problemas diziam respeito às ligações erradas ocasionadas por distração das atendentes, gerando constantes aborrecimentos. Ainda havia o fato de que, uma conversação sempre obrigatoriamente deveria ser estabelecida por uma pessoa, tornando as conexões lentas devido ao crescente número de usuários, e que também dificultavam a memorização das centenas de nomes pelas telefonistas. Outro problema era a dificuldade de efetuar tarifação do uso do sistema, ficando apenas o assinante responsável pelo pagamento de um valor mensal.

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6.5.1. Centrais Eletro-mecânicas Uma funerária entra para a história – Em 1889 a rede telefônica de Kansas City era servida por uma única central manual. O Sr, Almon B. Strowger, estava exasperado, pois sendo um agente funerário, via seus negócios declinarem porque a esposa do seu concorrente, que era telefonista da central, ao atender às famílias enlutadas e solicitada a ligar para uma agência funerária, naturalmente conectava as ligações para a agência do seu marido. O Sr. Strowger, então, que não era nenhum técnico, mas desafiado pela sobrevivência do seu negócio, desenvolveu e patenteou um comutador telefônico automático no ano de 1891, que por movimentação de escovas na direção vertical e associado a rotação fazia a comutação para 100 posições em um banco de contatos em uma superfície cilíndrica. Diz-se que ele se inspirou no movimento dos braços das telefonistas na mesa telefônica, ao plugarem os cordões nas linhas de assinante. Seu sistema, com o mesmo nome (Strowger), foi utilizado durante muitos anos. As primeiras interligações automáticas entre os usuários passaram a ser efetuadas em curtas distâncias (ligações locais), ficando ainda as ligações de longas distâncias (interurbanas) estabelecidas por telefonistas. Para tornar o processo automatizado, cada usuário passou a receber um número próprio e único, e que por meio de um disco com 9 dígitos cada usuário poderia fazer a conexão automática com o usuário desejado, bastando para isso discar a seqüência de números do assinante do sistema. As primeiras centrais de comutação automática foram projetadas com sistemas de comutação que empregavam dispositivos eletro-mecânicos, utilizavam sistemas similares a relés com mecanismos que comutavam linhas e colunas para selecionar o número a ser conectado.

Representação das comutações vertical e horizontal

Um pouco antes de 1890, em 1883, “Lars Magnus Ericsson” e o engenheiro “H.T. Cedergren” elaboraram um pequeno quadro comutador automático que proporcionaria aos assinantes de Estocolmo, na Suécia, cotas mais econômicas para os aparelhos telefônicos conectados a uma linha comum barateando o sistema.

Visualização de um seletor Strowger

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Em 1915, baseada em idéias e experimentos do engenheiro superintendente da rede telefônica de Estocolmo, Axel Hultman, a Lars Magnus Ericsson executou uma instalação utilizando um seletor de 500 linhas, com capacidade total para atendimento de até 1000 terminais. O seletor de 500 linhas estava totalmente desenvolvido em 1919 e, em 1923, as primeiras centrais automáticas foram colocadas em funcionamento com a utilização do seletor eletromecânico de 500 linhas, base de um sistema denominado de AGF. Dentre os principais problemas que as centrais eletro-mecânicas passaram a apresentar, um dos que passou a chamar muito a atenção foram as dimensões exageradas que esse tipo de central tinha. Portanto, passou-se a ambicionar um modelo de central que apresentasse dimensões reduzidas, principalmente devido a crescente quantidade de assinantes do sistema. Esse tipo de preocupação somente poderia ser solucionado com o advento das centrais eletrônicas.

6.5.2. Centrais Eletrônicas Posteriormente a invenção das centrais eletro-mecânicas, alguns problemas foram solucionados e novos problemas surgiram. Dentre eles o principal é que os sistemas de comutação eletro-mecânicos começaram a apresentar constantes malcontatos devido a depreciação rápida dos contatos que comutavam constantemente, com isso começaram a surgir ruídos excessivos nas conversações e queda das ligações. Em 1947 com a invenção do transistor novos rumos puderam ser traçados e, a tão esperada comutação em estado sólido estava próxima de acontecer. Assim foram desenvolvidas as centrais eletrônicas, em que os dispositivos eletro-mecânicos passaram gradualmente a serem substituídos por versões semicondutoras elaboradas com transistores, tornando as conversações mais limpas de ruídos e com menos problemas de quedas de linha. Mais tarde viriam as centrais eletrônicas digitais que possibilitariam novos recursos, facilidades e qualidade na comunicação.

6.5.3. Centrais Digitais Como vimos, a central telefônica é o elemento de rede responsável pela interligação e comutação de sinais entre os usuários. As centrais mais antigas são interligadas entre si por cabos de pares, as centrais modernas são interligadas por fibras ópticas. Constatamos a evolução do sistema manual para parcialmente manual, combinado com eletromecânico, posteriormente para eletromecânico, eletrônico e finalmente digital. A primeira central pública de programa armazenado (digital), a central IESS (n.º 1 Electronic Switching System), desenvolvida pela AT&T, foi instalada em New Jersey, EUA, em maio de 1965. Esse evento deu início ao interesse mundial pela idéia de controle por programa armazenado. O controle por programa armazenado (Stored Program Control - SPC), utilizado nas centrais atuais, apresenta uma série de vantagens sobre os sistemas anteriores: •

Flexibilidade - como a central é controlada por um programa residente que permite alterações é possível, por exemplo, reconfigurar a central sem que ela tenha necessariamente tenha que ser desligada. Isso, inclusive, pode ser feito remotamente pelo fabricante;

•

Facilidade para os assinantes - centrais de programa armazenado (CPA) permitem um conjunto amplo de facilidades para os assinantes, incluindo:

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     •

Discagem abreviada; Transferência de chamadas; Restrição às chamadas recebidas; Conta telefônica detalhada; Identificação de chamadas maliciosas;

Facilidade administrativas - são facilidades operacionais, do tipo:   

Controle das facilidades dos assinantes; Mudança no roteamento, para evitar congestionamento de curto prazo; Produção de estatísticas detalhadas do funcionamento da central;

•

Velocidade de estabelecimento da ligação - as conexões podem ser estabelecidas por meio de circuitos digitais muito mais rapidamente, em tempos da ordem de 250 s. Além disso, a repetição automática das chamadas na própria central pode ser programada, para evitar congestionamentos de rede;

•

Economia de espaço - isso ocorre em vista das dimensões reduzidas das centrais de programa armazenado;

•

Facilidade de manutenção - os equipamentos da CPA têm uma menor taxa de falhas, em relação aos usados em centrais convencionais, em função de não haverem partes móveis;

•

Qualidade de conexão - visto que a perda total numa rede é independente do número de conexões efetuadas para a ligação, e porque o sinal é digital havendo muito menos problemas de conexão;

•

Potencial para outros serviços - inclui a transmissão de dados e serviços tipo videofone;

•

Custo - as centrais de programa armazenado são mais econômicas para manter em funcionamento e têm um custo menor final de fabricação;

•

Tempo de instalação - com o constante aumento de assinantes torna-se necessário cada vez mais velocidade na implementação de novas centris. E esse tempo é menor que o necessário para a instalação de centrais analógicas em virtude da modularização dos equipamentos digitais.

Principais parâmetros de avaliação do desempenho telefônico decorrentes especialmente das centrais telefônicas: 1. Tempo médio para obtenção do Tom de Discar (até 3 segundos em 98 % dos casos é um bom resultado). 2. Índice de Congestionamento por Rota de Acesso e em conexões internas.(até 2% de perdas em conexões interurbanas no horário de pico é aceitável) 3. Taxa de Completamento de Chamadas (%) (ou Taxa de OK), corresponde á relação entre as chamadas completadas com sucesso e o total de tentativas, no caso de ligações interurbanas no horário de pico a relação de 64% é um valor aceitável. As chamadas não completadas decorrem principalmente de linhas ocupadas, usuário que não atende (não responde), congestionamento e encaminhamento incorreto.

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Convém destacar que a ocorrência de congestionamento muitas vezes é provocada por defeitos em circuitos das centrais telefônicas ou ainda dos sistemas de transmissão que interligam as diversas centrais. As Operadoras de Telefonia dispõem de um sistema de monitoramento on line que afere a taxa de congestionamento por rota ( exemplos: Natal  São José do Mipibú, Mossoró  Natal, Natal Mossoró) . Cada vez que essas taxas superam um patamar em torno de 3% é feito um cruzamento com a possível existência de outros alarmes e daí se conclui se a causa é o crescimento real de tráfego ou o bloqueio de algumas vias de escoamento devido defeitos. Providências decorrentes,são então tomadas.

7. SISTEMAS TELEFÔNICOS PÚBLICOS Uma central e o conjunto de linhas de assinantes que a ela estão ligadas constituem o sistema local que serve a uma área local, ou “ área de comutação” . Quando os assinantes de uma região não podem ser atendidos por uma única central de comutação é necessário fazer uma divisão na região em diversas áreas de comutação. Nesse caso, torna-se necessária a interconexão dos diversos sistemas locais isolados geograficamente entre si e, estendendo-se ainda mais esse raciocínio, para possibilitar a ligação entre dois assinantes quaisquer de uma país inteiro, tornase necessário a previsão de um complexo sistema de meios de transmissão e comutação chamado de sistema nacional de telefonia ou sistema público telefônico. Percebe-se que a probabilidade de troca de comunicações entre dois assinantes é tanto menor quanto maior é a distância que os separa. Assim, verifica-se que as comunicações mais numerosas são aquelas efetuadas entre assinantes de uma mesma área de comutação próxima entre si, ou mesma cidade, por essa razão são denominadas “comunicações locais” . Para as outras comunicações, que não são locais, verifica-se que uma conexão permanente entre dois centros de áreas de comutação diferentes, nem sempre seria economicamente viável. Para esses casos não justificáveis economicamente são utilizadas as “centrais de trânsito” ou “centros de trânsito” .

7.1. Centrais Locais Uma central local, como o próprio nome revela, está situada em uma região de pequeno alcance, denominada de local. Nessa central, são interligados os assinantes, cada qual com uma numeração própria. São utilizados dispositivos para comutação totalmente automática. O comprimento médio da linha de assinante é de 5Km, isto é, é a distância aproximada dos condutores entre o assinante e a central. Na realidade, o limite de distância entre terminal do assinante e a central depende da faixa de freqüência utilizada para transmissão do sinal e da resistência ôhmica do trecho, ou seja, depende da bitola dos fios. Considerando o uso de fios de menor diâmetro, o limite fica em torno de 8 km, caso utilizemos apenas o serviço de telefonia na faixa de até 3,4 KHz.

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Representação de uma Central Local

Uma central local tem como principais características: * possui alcance limitado à distâncias locais; * tem capacidade de funcionamento com até 10.000 assinantes; * possui a função de interligar os assinantes entre si na mesma central; * possui a função de possibilitar a interligação dos assinantes ao resto do sistema telefônico; * a quantidade de centrais locais em uma região será proporcional a densidade demográfica da área; * possui a função de gerar e repassar sinais de áudio e de sinalização aos assinantes e demais centrais; * cada central local terá um número que será denominado de prefixo; * possui a função de gerar o número de assinante. A central local evoluiu em tecnologia ao longo dos anos passando das centrais manuais- operadas por telefonistas- para as centrais automáticas eletromecânicas (passo a passo, barras cruzadas foram as principais) e finalmente para a tecnologia digital (CPA-E e CPA-T) desde os anos 80.

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O diagrama seguinte ilustra sinteticamente a sinalização que precede a execução de uma ligação telefônica com total controle executado pela central.

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A rede de acesso corresponde ao trecho entre o terminal do assinante e o primeiro nó, no caso da telefonia, o nó é a central telefônica e esse trecho ainda é caracterizado pela forma analógica que predomina na maioria dos casos. Normalmente são utilizados cabos com pares metálicos trançados. A rede de transporte é o trecho entre nós distintos, ou seja, corresponde á interligação entre diferentes centrais. A figura a seguir ilustra a evolução do processo de digitalização que ocorre em todo o mundo. A primeira figura corresponde a um sistema totalmente analógico que predominou no Brasil até o final dos anos 80. na figura seguinte ainda se apresenta a rede de acesso analógica e também centrais analógicas,mas já temos a rede de transporte digitalizada. Na terceira linha as centrais também estão digitalizadas, permanecendo apenas a rede de acesso analógica - essa é a situação predominante no Brasil atualmente. Finalmente a quarta figura com todos os trechos digitalizados,inclusive o aparelho telefônico, essa fase está em gradual implementação em nosso país,correspondendo por exemplo ao uso de terminais RDSI ou DVI como denominou a Operadora Telemar-Oi.

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7.2. Centrais Tandem Eventualmente, após a conveniência da utilização de centrais de comutação para gerenciar as comunicações telefônicas, elas começaram a “pipocar” em diferentes localidades de uma mesma região, ou ainda, em países diferentes. Uma vez que centrais locais estejam estabelecidas em localidades diferentes surgirá a necessidade de estabelecer a conexão entre elas, para que pessoas de pontos remotamente afastados possam conversar entre si. As primeiras centrais locais foram interligadas diretamente entre si de forma aleatória, conforme a necessidade de conversação foi surgindo. Com o constante aumento do número de assinantes, tornou-se insuficiente somente o uso das centrais locais diretamente interligadas entre si, porque isso est ava acarretando o aumento indiscriminado de cabos de interligação, agora entre as centrais, ocorrendo o mesmo problema inicial que havia havido com os telefones, gerando altos custos financeiros para efetuar essas interligações e problemas técnicos.

Representação de ligações diretas entre Centrais Locais

Para contornar os problemas de interligação vistos, foram criadas as centrais Tandem, ou seja, são centrais que têm a função de interligar diversas centrais locais entre si. As interligações metálicas entre as centrais são conhecidas pelo nome de “Cabos Tronco”. Nos grandes centros são utilizadas várias centrais Tandem ligadas

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entre si por cabos troncos. Desde meados dos anos 90 a interligação entre centrais predominantemente é efetuada através de fibras ópticas, havendo necessidade de transformar os sinais elétricos em sinais ópticos. Essa transformação normalmente é efetuada com sinais já digitalizados.

Representação de ligações entre Centrais Locais via Tandem

Quando houver a necessidade impreterível de interligar duas ou mais centrais locais diretamente entre si, por razões de otimização econômica, como é o caso em bairros de uma cidade que tenham centrais locais onde o volume de tráfego de ligações entre elas seja muito intenso, poderá ser efetuada uma conexão especial que será denominada de “Linha de Junção” . Dessa maneira, poderá também haver uma ligação direta entre centrais locais para casos específicos onde seja justificável economicamente essa ligação, devido ao excesso de tráfego de dados entre elas. Essa situação é a predominante na maioria das médias e grandes cidades.

Representação de Linhas de Junção 57

As centrais Tandem se subdividem em centrais Tandem Locais, que interligam Centrais Locais entre si e s centrais Tandem Interurbanas (denominadas Centrais Trânsito) , que interligam centrais do tipo Interurbana, que estudaremos a seguir. As interconexões entre centrais, sejam elas por linhas de junção ou por centrais Tandem são denominadas “Rotas” . As linhas de junção que possuem interligação direta entre centrais específicas são chamadas de Rotas Diretas” , são necessárias por terem alto tráfego de interesse entre elas, como é o caso que acontece entre a Central Local 1 e a Central Local 2. Veja a Figura 6.5 Por sua vez, por exemplo: as rotas 1-T e T-2 (Central Local 1   Tandem e    Central Local 2) são consideradas “Rotas Alternativas”, via Central Tandem, entre a central número 1 e 2.

Rotas diretas e tráfego de transbordo

O tráfego de conversação é encaminhado para a rota alternativa, quando houver um aumento no tráfego, com ocupação de todos os denominados “juntores de  rota direta” , que são os pontos extremos de interconexão entre as centrais (ponto de partida e chegada dos troncos). Esse tráfego resultante é denominado de “Tráfego de  Transbordo” . Pode haver mais de uma rota alternativa entre as centrais e, nesse caso, deve-se definir uma ordem de prioridade entre elas, programada no sistema que gerencia as centrais. Quando não há uma rota alternativa entre duas centrais, como é o caso da rota 3-4, por exemplo, dizemos que a rota é “Full Tandem” . Qualquer configuração de centrais é obtida por meio de estudos de tráfego e outros recursos que caracterizam mais economia. Cada caso envolve grande volume de cálculos estatísticos e simulações para obtenção da melhor configuração do sistema e melhor aproveitamento custo-benefício.

7.3. Centrais Mistas Tipo especial de central que possui as características das Centrais Tandem em que podem também ser interconectados assinantes, é claro se ela estiver preparada para essa possibilidade. A esse tipo de central, que interliga tanto linhas de assinantes quanto linhas de junção, denominamos de “Central Mista” . No RN praticamente todas as centrais com função Tandem são Mistas. Existem centrais Mistas, por exemplo, em Natal (Centro, Lagoa Nova e Alecrim), Ceará - Mirim (executa função Tandem em relação a localidades como: Muriú, Touros, Praia de Caraúbas, etc.). Nesse caso, na realidade, a função Tandem é denominada “Trânsito”, conforme explicação a seguir.

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Representação de ligações diretas entre Centrais Locais

7.4. Centrais de Trânsito Seguindo o mesmo raciocínio, podemos dizer que as Centrais de Trânsito  são aquelas destinadas à interligação de centrais de áreas locais diferentes. Por elas circulam o tráfego interurbano, delimitado por uma área de atendimento regional, agregando uma certa quantidade de centrais locais. Essa hierarquia de interligação entre centrais pode crescer mais, interligando as centrais de trânsito, diferentes diretamente entre si, por meio de outras centrais de trânsito com classes diferenciadas (superiores), responsáveis pelo encaminhamento das chamadas no âmbito regional, estadual, nacional ou internacional respectivamente. Quando o volume de trânsito entre centrais de uma mesma região for muito grande, também poderá haver uma central de trânsito que as interligue, sendo denominada de “Central de Trânsito Local” . Basicamente as centrais de trânsito visam atender, de forma econômica, o fluxo de tráfego entre as áreas de comutação. Os Centros de Trânsito são para os centros locais o que esse últimos são para os assinantes e, se dividem em: * Centrais de Trânsito Interurbano: interligam dois ou mais sistemas locais completos da rede nacional. Essas centrais se interligam diretamente ou por meio de outra central de trânsito. Visam interconectar o volume de tráfego dos assinantes de uma região de atuação previamente estabelecida (exemplo: código 84, referente ao Rio Grande do Norte) com outra região de atuação (exemplo: código 83, referente à Paraíba). * Centrais de Trânsito Internacional: visam interconectar os assinantes em nível internacional, isto é países entre si, situam-se em localidades específicas, normalmente em grandes centros urbanos. As conexões podem ser estabelecidas por meio de cabos submarinos (o primeiro foi instalado por volta de 1940) que ainda se encontra em operação ou via satélite, onde a maioria das conexões acorre atualmente.

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Estrutura das Centrais de Trânsito

7.5. Hierarquias Entre Centrais Entre as diferentes centrais telefônicas da “Rede de Telefonia Pública  Comutada (RTPC)”  se estabeleceu uma hierarquia, onde fundamentalmente os centros locais dependem hierarquicamente de centros de trânsito correspondentes. A Figura 6.8 demonstra a hierarquização, chamada de “Encaminhamento  Nacional” , onde existem os centros locais e os centros de classes I, II, III, IV e V.

Representação gráfica de centros de classes I, II, III, IV e V

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Centro Classe V (Local): Centro de comutação onde são ligadas: a redes de assinantes e os troncos de conexão a outros centros locais, ou mesmo ao centro de trânsito de área. É o centro de comutação hierarquicamente mais baixo. Centro de Trânsito Classe IV: Centros onde ligam-se os centros locais ou linhas de assinantes. São as Centrais Tandem locais ou Mistas. Centro de Trânsito Classe III: Centros onde ligam-se os circuitos que constituem as rotas finais de centros classe IV, centros locais ou ainda linhas de assinantes, podem ser Centrais Mistas ou Tandem Locais. Centro de Trânsito Classe II: Centros onde ligam-se os circuitos que constituem as rotas finais de centros classe III. São as Centrais de Trânsito Interurbano. Necessariamente não têm a função de interligar centrais entre si, apenas são trânsito para o tráfego de comunicação. Centro de Trânsito Classe I: Centro onde ligam-se os circuitos que constituem as rotas finais de centros classe II. Representa o nível mais elevado da rede interurbana. Essa central tem acesso a pelo menos uma central que processa o tráfego internacional. Centro de Trânsito Internacional: Centro onde ligam-se os circuitos que constituem as rotas finais de centros de no mínimo um Centro da Classe I. São responsáveis pelas comunicações internacionais e concebidas com Centrais denominadas Internacionais. A quebra do monopólio interurbano (anteriormente exercido pela Embratel) a partir da privatização das telecomunicações no Brasil levou à disponibilização de opções para conexão interurbana, dessa forma,por exemplo, quando uma ligação vai ser efetuada de Natal para Goianinha a primeira central de Trânsito terá alternativas de acordo com o código da Operadora escolhido pelo usuário,pelo 21 haverá conexão via Embratel,pelo 31 a ligação será pela Telemar,etc. O curioso é que eventualmente uma Operadora pode não dispor efetivamente de rota para atendimento de determinada região, mas simplesmente aluga circuitos a sua concorrente. Tudo isso é transparente para o assinante que faz a ligação. Em Natal o sistema Telemar de Telefonia apresenta como principais centrais trânsito /Tandem as centrais Mistas do Alecrim (localizada na Av. Presidente Bandeira próximo ao Nordestão, com prefixos locais 3213, 3223,etc) e do Centro (localizada na esquina da Prudente de Morais com Jundiaí, com prefixos 3222, 3221, 3211, 3611, 3215, etc). As referidas centrais correspondem também às portas de acesso para conexão com outras Operadoras como Embratel, Claro, TIM e OI.

7.6. Diferentes Entroncamentos de Circuitos – Rotas O número de circuitos em uma determinada rota depende do tráfego ou número de comunicações a serem comutadas, conforme já vimos anteriormente. Em um sistema de encaminhamento como indicado na Figura 6.8 podem ocorrer dois tipos de feixes: * Os feixes normais ou finais, que interligam obrigatoriamente um centro de nível determinado com o centro de trânsito do qual ele depende hierarquicamente, e, eventualmente, aos centros que dependem dele diretamente. Representado pelas linhas horizontais no gráfico. * Os feixes transversais ou de primeira escolha, são ligações eventuais entre os centros de comutação, que “fogem” a hierarquia das rotas normais, isto é, são ligações entre os centros de comutação por linhas transversais, que permitem realização uma comunicação direta, em caso de transbordamento de tráfego.

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Representação de Rotas Normais e Transversais

Um feixe de circuitos pode ser calculado para escoar todo o tráfego entre dois centros de comutação (feixe direto), ou, apenas, parte dele, sendo que neste último caso, o tráfego em excesso é desviado para um feixe alternativo. Os feixes ou rotas mais curtas são diretos quando economicamente justificáveis, como, por exemplo, entre dois centros de área adjacentes.

7.7. Sistema de Telefonia no Rio Grande do Norte A Oi-Telemar é a principal empresa operadora da telefonia fixa no estado, em 2007 abrange mais de 80% dos terminais ( market share ), suas principais áreas de numeração são centradas em Natal (centrais trânsito mistas do Centro e Alecrim), Mossoró (central Trãnsito Mista conectada com toda região Oeste, região Salineira e parte da região Central), Currais Novos (região Seridó). As regiões: Agreste, Litorânea, Mato Grande e cidades próximas têm suas centrais locais conectadas à central Natal Centro. O sistema de transmissão que interliga a região Oeste (Mossoró) com Natal é composto por cabos ópticos enterrados ao longo da margem da rodovia correspondente. A região do Seridó tem seu sistema de transmissão na direção de Natal ( Currais Novos- Serra Verde- Serra do Sapato- Santa Maria) composto por rádioenlaces de microondas em visibilidade (distãncias entre estações menores que 50 km) de alta capacidade. A partir de Santa Maria até Natal o sistema adota a fibra óptica como meio de transmissão. A figura seguinte não mostra detalhes do sistema de transmissão, mas dá uma noção das principais centrais trânsito do estado e das centrais celulares, denominadas CCCs (Centrais de Comutação e Controle). A Embratel (Vésper) atua em Natal com sistema Wireless, telefonia sem fio, adotando o padrão CDMA (Code Division Multiple Access). Todas as centrais telefônicas da Telemar, Embratel, Oi, Claro e TIM no RN são digitais.

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Visão simplificada das conexões entre as principais centrais telefônicas em funcionamento do RN, sistemas fixos e celulares.

A figura acima ilustra sinteticamente sistema de telefonia fixa do RN (TELEMAR), com destaque para as três áreas de numeração e respectivas centrais trânsitos (Natal , Mossoró e C.Novos). A tarifação e o comando das ligações interurbanas em cada área é feita pela central trânsito correspondente. Assim, uma ligação de Luis Gomes para Patu,por exemplo, percorre o caminho: Luis Gomes Martins Gov. DixSept Serra do mel  Mossoró (onde é processada) e daí retorna: Mossoró  Serra do mel Apodi Gov. DixSept Martins Patu.

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Exercício: Esboce o trajeto de ligações entre: 1- Montanhas e Sagi. 2- Nova Cruz e Luis Gomes.

7.8. ELR (Estágios de Linha Remotos) ou URAs (Unidades Remotas de Assinantes) O ELR ou URA corresponde a um equipamento que integra as funções de comutação, transmissão de energia, climatização e distribuição geral, em um robusto gabinete mecânico (container), para um número limitado de assinantes, em torno de no máximo 700 terminais. Geralmente, esse equipamento é pré-testado em fábrica antes da sua implantação, de forma a facilitar e agilizar sua instalação e ativação prática, que poderá ser feita de forma interna ou externa, essa última conhecida como “instalação no tempo”. Diversas URAS são interligadas a uma central de maior porte, denominada de “Central Mãe” , constituindo assim um sistema distribuído de comutação, cujas funções são completamente transparentes aos usuários. A interligação entre a central mãe e a URA também é conhecida pelo nome de entroncamento, que pode ser realizado fisicamente por meio de par metálico ou fibra óptica. A sinalização poderá ficar a cargo da URA ou da própria central a qual estiver ligada. Isso promove a liberação de terminais próximos à central mãe e a redução no custo da “rede primária”, que é o sistema que forma as linhas de assinante, em que o raio médio entre URA (ELR) e assinante cai para em torno de1 Km, reduzindo a complexidade do sistema.

Representação gráfica de ELRs ou URAs

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Equipamentos de transmissão e banco de baterias ao fundo.

Na verdade uma URA corresponde a uma parte da central-mãe envolvendo as funções de conversão Analógico / Digital , sinalização de assinante e interface com a rede externa, é uma espécie de mini-central local, claro que com funções limitadas permitindo obter a redução da fiação das linhas de assinante até as centrais locais. Além da função técnica, também diminuem os custos de infra-estrutura, já que o equipamento não necessita de instalações prediais, uma vez que foi projetado para instalação diretamente “em campo”. A URA é adequada a aplicações como central autônoma, principalmente em pequenas localidades, áreas rurais, grandes clientes, central de quarteirão ou condomínios, soluções rápidas ou em lugares nos quais a rede a expandir encontra-se saturada. Em Natal existem cerca de 85 URAs instaladas pela Telemar, em todas elas o raio máximo de atendimento a assinantes via par metálico é de 1 km, sendo que a conexão entre a central mãe e a URA é normalmente efetuada por fibra óptica aérea. As URAs de Natal na maioria das vezes são instaladas em calçadas, mas também existem URAs que atendem especificamente a grandes condomínios residenciais como o Serrambi I, Serrambi II e Plano 100. Localidades como Pipa, Barra de Cunhaú, Tangará; Barra de Maxaranguape e Carnaúba dos Dantas são atendidas com URAS via rádio. Estudos efetuados pela Austrália Telecom nos anos 90 indicam que a adoção de URAS aumenta o custo da rede de transporte (que normalmente nas áreas urbanas são via fibras ópticas) e diminui o custo da rede de acesso (que são metálicas e se tornam mais curtas), isso na maioria dos casos dá um resultado total de redução de investimentos e de tempo para implantação, daí a frenética utilização dessa alternativa nos últimos tempos no Brasil. As URAS contribuem para a melhoria da condição de oferta e qualidade de novos serviços especialmente aqueles de banda mais larga, isso porque o trecho metálico fica limitado e aumenta a utilização de fibras. Exemplificando de uma forma simplista: o serviço banda larga Velox quando implantado em uma rede de acesso metálica de 7,5 km poderá não funcionar bem, em vista dessa rede praticamente funcionar como um “filtro passa baixas de 3,4 KHz”,daí o sinal, que ocupa originalmente uma faixa mais larga, irá ter uma parte da informação perdida e terá provavelmente maior taxa de erros na recepção. Se o mesmo serviço Velox for implantado em uma rede de acesso de 0,8 km (800 metros) essa poderá se comportar como um “filtro passa baixas com maior largura de espectro”, algo como 300 KHz, daí toda a banda original poderá ser transmitida e recebida com menor taxa de erros.

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7.9. Estação Telefônica Local e Interurbana O diagrama abaixo ilustra a constituição de uma estação telefônica típica onde a Unidade de Supervisão de Corrente Alternada (USCA) é um quadro de comando automático que dá prioridade à conexão 380 V trifásico via rede da Concessionária Pública de Energia, no caso de falha em um ou mais fases dessa rede, então um comando é gerado para acionar um grupo motor-gerador trifásico (normalmente à diesel) que passa a gerar energia AC 380 V trifásica em vazio. A USCA monitora a estabilização de freqüência e tensão das 3 fases e ,quando essas estão dentro dos padrões pré-definidos (cerca de 3 minutos) , ocorre a transferência de carga e os retificadores passam a ser alimentados pelo GMG. No intervalo em que os retificadores estão sem alimentação, o banco de baterias descarrega parcialmente e mantém ininterrupta a alimentação da central telefônica e equipamentos de transmissão. Se a rede da COSERN normaliza, então a USCA, após um tempo de garantia de estabilização (cerca de 3 minutos) retira a carga do GMG e transfere novamente para a rede prioritária da COSERN. Sempre que existe AC alimentando os retificadores, então as baterias ficam no regime de “flutuação”, atuando como uma espécie de filtro adicional que minimiza a ondulação “ripple ”da onda retificada de -48 Volts. O Multiplex é um equipamento que visa possibilitar a transmissão de diversos canais telefônicos em um único meio de transmissão, no caso exemplificado na figura esse meio é o canal de RF, ou seja uma portadora na faixa de UHF ou SHF para transmissão e outra com freqüência diferente para recepção ambas operando normalmente em uma mesma antena direcional (parabólica , ou helicoidal, principalmente). A Multiplexação pode ser do tipo FDM ( Frequency Division Multiplex) ou TDM ( Time Division Multiplex ).

Diagrama Simplificada de uma estação telefônica com conexão interurbana via M ultiplex

O sinal contendo o pacote dos canais já multiplexado é denominado de Banda Básica. Outra alternativa de transmissão bastante utilizada é a fibra óptica, no caso o

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Transceptor (Transmissor + Receptor) e a antena são substituídos por um conversor eletro-óptico e pelo cabo contendo fibras ópticas. O sinal transmitido deixa de ser de radio-freqüência (RF) e passa a ser um sinal óptico (laser). Na medida em que a capacidade e a importância da central telefônica diminui, o sistema esboçado na Figura 6.12 sofre naturais simplificações visando reduzir custos de implantação, assim, por exemplo, em localidades com apenas uma central telefônica e menos de 2.000 terminais telefônicos o GMG e a USCA eventualmente não são instalados. Nesse caso, o banco de baterias assume uma responsabilidade maior de garantir a autonomia do sistema nos períodos de falta de AC. Convem destacar que todas as estações são telesupervisionadas, as principais anormalidades existentes nos equipamentos são imediatamente visualizadas através de um painel central de controle. Dessa forma, se faltar energia AC, ocorre o alarme de “bateria em descarga” e a concessionária de energia elétrica é cobrada imediatamente para solucionar o caso, em casos de demora na solução pela concessionária elétrica, então um GMG móvel é conduzido até o local.

Torre com antenas da Estação Terminal e Repetidora de Martins, (RN)

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Detalhe das antenas parabólicas, Helicoidais e Yagi utilizadas em rádio-enlaces ponto a ponto UHF e SHF da Estação Martins (RN)

Requisitos de Banda por tipo de Serviço:

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8. Características da Rede Telefônica 8.1. Rede de Assinantes (Rede de Acesso) Antigamente, as redes telefônicas eram formadas por fios desencapados de diâmetro bem maior do que os usados atualmente, sustentados por postes de madeira ao longo do trajeto até a casa do assinante. Quando eram bem construídas, ofereciam pouca perda na transmissão, porém, as condições atmosféricas afetavam significativamente a atenuação e também provocavam interferência nas linhas aéreas. Com o passar do tempo e com ampliação significante de usuários de telefonia, a quantidade de fios telefônicos nos postes cresceu de forma assustadora, ficando impraticável a manutenção, controle e a ampliação do número de assinantes, daí surgiram os Cabos Telefônicos de Pares. A principal característica dos cabos telefônicos de pares é concentrar num mesmo núcleo um grande número de pares condutores, que ocupam um espaço consideravelmente menor em comparação aos fios nus. No início de sua utilização eram revestidos de chumbo e seus fios isolados por papel. Atualmente o isolamento dos fios é feito com plástico. Apesar da enorme vantagem de se utilizar cabo telefônico de pares, algumas desvantagens precisam ser consideradas: 1 – As características de transmissão são inferiores às de um circuito de fio nu equivalente. 2 – Os cabos precisam ser emendados, par a par, em distâncias determinadas ao longo do trajeto, introduzindo assim pontos passíveis de apresentar defeitos. Apesar dessas desvantagens, o seu uso tornou-se um padrão nas redes telefônicas do mundo todo. Alguns desenvolvimentos foram necessários para minimizar os problemas apresentados, tais como: bobinas de pupinização, capacitores de compensação, extensores de enlace, amplificadores de freqüência de voz . Além disso, novos métodos de dimensionamento de redes telefônicas urbanas surgiram, novos tipos de emendas também, equipamentos eletrônicos que possibilitam a instalação de mais de um assinante no mesmo par de fios foram inventados. Novamente, com o crescimento acelerado do número de assinantes, ficou impossível a sua sustentação de cabos telefônicos com alta capacidade nos postes, devido ao peso excessivo. Foram então criadas as linhas de Dutos Telefônicos e respectivamente as Caixas Subterrâneas, além de novos tipos de cabos telefônicos para essa aplicação. Portanto, num sistema telefônico convencional é denominado Rede de Acesso ou Rede de Assinantes o conjunto de cabos de assinantes e demais dispositivos complementares (linhas de duto, ferragens, postes, blocos terminais, etc) que atendem a uma determinada localidade ou área. O atendimento aos assinantes é completado com os fios (“drop”) que dão acesso aos assinantes, assim como os cabos de entroncamento para edifícios residenciais /  comerciais e as redes internas dos edifícios. Hoje as redes são constituídas com condutores de cobre que podem variar de 0,4 a 0,9 mm de diâmetro. A Figura 7.1 mostra o diagrama esquemático de uma Rede de Acesso.

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A Planta Externa representa a Rede de Assinantes

A Rede de Acesso, no caso de telefonia, precisa apresentar resistência Ôhmica máxima em torno de 2 KOhm para permitir a realização do processo de sinalização e conversação. Supondo uma rede sem utilização de dispositivos eletrônicos na linha e com a bitola mais comumente usada, então a distância máxima fica em torno de 7,5 km. A Rede de Acesso tradicional utiliza um par de fios para atender a cada assinante possibilitando a sinalização e comunicação bidirecional entre duas pessoas, sendo que o elo inteligente no processo é a central telefônica. Visando facilitar a manutenção e proporcionar melhor estética (evitando poluição visual) é recomendável que os fios FE que saem da CEV para as residências tenham, no máximo, 300 metros de extensão.

Fios FE saindo diretamente de um armário para prédio em Beirute no Líbano. O correto seria utilizar cabo telefônico subterrâneo.

As Redes de Transporte correspondem às conexões envolvendo duas centrais telefônicas distintas.Atualmente a maioria das redes de transporte são compostas por

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sistemas de fibra óptica ou sistemas via rádio. Ainda existem redes de transporte utilizando pares metálicos.

8.1.1. Tipos de Redes de Acesso Foram criados levando-se em consideração as condições regionais, os recursos econômicos disponíveis para a implantação, a melhoria de confiabilidade, tipos diversos de redes, cada um com suas vantagens e desvantagens. Numa mesma área de central telefônica, podem existir diversos tipos de redes, estando interligadas sem causar maiores problemas. O objetivo único é levar os pares de fios desde o DG (Distribuidor Geral) até a casa do assinante, prevalecendo os padrões de qualidade, conciliados com os recursos econômicos. Conforme normas da ANATEL, podemos encontrar 3 tipos de redes:

8.1.1.1. Redes Rígidas Chama-se Rede Rígida a rede que não possui nenhum ponto de seccionamento entre a central e o assinante. Os pares dos cabos subterrâneos são ligados diretamente aos pares dos cabos aéreos, como mostra a Figura abaixo.

Rede Rígida

Isto quer dizer que as emendas são permanentes, ou seja, os condutores vão sendo emendados desde o DG até as caixas terminais, e só poderá ser feita alguma alteração mediante a abertura das emendas. Este tipo de rede, é utilizada em locais onde a densidade telefônica é baixa ou onda as linhas dos assinantes são curtas. A grande vantagem em utilizar este tipo de rede está na facilidade de ser tirar defeitos em sua extensão, porque são poucas as intermediações até a casa do assinante, em contrapartida, no momento da implantação as emendas devem ser abertas para a nova configuração. Além disso, a quantidade de pares reserva tem que ser alta, diminuindo a ocupação dos cabos alimentadores. Observe que não existe armário de distribuição na rede rígida.

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8.1.1.2. Redes Flexíveis Chama-se de Rede Flexível a rede que possui seccionamento entre a central e o assinante; para isso, empregam-se Armários de Distribuição que interligam os pares dos cabos da rede primária com os pares da rede secundária. A Figura abaixo mostra o diagrama de uma Rede Flexível. Um par de fios do cabo primário, que termina no armário, pode ser conectado a qualquer par do cabo secundário, que deixa o armário. Todas as conexões são feitas por intermédio de fios “Jumper” , facilitando em muito a manutenção dos pares. A rede flexível é a mais comumente adotada no Brasil, em decorrência das Operadoras terem, nessa alternativa, uma margem maior para atendimento a uma demanda futura de assinantes onde não há uma segurança quanto às características e o tempo das edificações que irão surgir na área.Na dúvida (falta de dados precisos quanto às novas edificações e ampliações) o projetista brasileiro tipicamente prefere a precaução e espalha uma rede de cabos com pares com alguma folga na região de crescimento urbano. Neste tipo de rede, o lado secundário pode ser ampliado além da conta, ou seja, instalar pares a mais do que o necessário previsto, pois este lado da rede tem custo menor em relação a rede primária. Em contrapartida, os armários de distribuição, têm seu custo elevado e um planejamento mal feito pode tornar o lado secundário ocioso por muito tempo.

Rede Flexível

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Exemplo de como não deve ser um armário de distribuição, Líbano Telecom, Beirute, Líbano, os pedaços de papeis são os registros dos telefones, 1997

8.1.1.3. Redes Múltiplas Chama-se de Rede Múltipla (adotada muito nos EUA) a rede que tem todos ou alguns pares de sues cabos, terminados em mais de um local através de ligações em paralelo, como mostra a figura abaixo.

Rede Múltipla

Em outras palavras, o número do par permanece o mesmo desde a central até o assinante. A vantagem para este tipo de rede está em se utilizar um par reserva em mais de um ponto, fazendo com que a ocupação média dos pares aumente. As desvantagens

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são: controle dos registros, perda no sinal de transmissão por estarem em paralelo e maior dificuldade na localização dos defeitos.

8.1.1.4. Linha Privada A Linha Privada ou LP não se trata de um tipo de rede, mas é um tipo de conexão especial amplamente utilizada. A LP une dois pontos fixos, sem passar pelos circuitos de comutação da central, e não possui voltagem DC em seus terminais. Naturalmente, esse tipo de linha não permite a ligação do aparelho telefônico tradicional, do qual falamos, mas pode ser utilizada para a transmissão de qualquer sinal, desde que este ocupe uma faixa compatível com a resposta em freqüência da linha, com veremos adiante. Este tipo de linha pode ser instalada pela concessionária com a finalidade exclusiva de transmissão de dados. Normalmente, o seu custo é maior que o da linha comutada convencional, mas tem as vantagens de manter a ligação de modo permanente entre os dois pontos e possui uma qualidade melhor já que não passa pelos circuitos de comutação da central. Emissoras de radiodifusão alugam Linhas Privadas para interligação entre um ponto externo (ex. campo de futebol) e o estúdio. As LP´s para radiodifusão têm tarifas subsidiadas e podem ser a 2 ou 4 fios, caracterizando respectivamente as condições de transmissão sem retorno e com retorno. A Rádio Rural de Natal utiliza LP´s permanentemente para interligar seu estúdio aos transmissores da emissora. Nos últimos anos aumentou bastante a demanda por LPs para atendimento de serviços de comunicação de dados como “caixas rápidos” dos bancos e redes LAN. Convém destacar que apenas as Operadoras do STFC (Sistema Telefonia Fixo Comutado) (Telemar, Embratel, Brasil Telecom), devidamente outorgadas pela ANATEL, detenhem o direito de lançar esse tipo de cabos no ambiente público. Exceções são abertas para as concessionárias de TV à cabo.

8.2. Elementos das Redes de Acesso Descrevemos agora de forma resumida todos os elementos que fazem parte das redes telefônicas urbana e interna, e como são aplicados. Na Figura 7.7 temos um exemplo típico de redes urbanas interna, com boa parte dos elementos que as constituem. Convém salientar que o diagrama anexo corresponde a aplicação em cidades do porte de Natal, Mossoró, João Pessoa,mas, em cidades menores como Goianinha, Tangará, Nova Cruz, a rede é simplificada e construída toda na forma aérea visando diminuição de custos.

8.2.1. Blocos de Terminação São destinados à interligação de pares de fios permitindo que sejam efetuadas trocas nas ligações. Possuem uma base de material isolante (madeira ou plástico) onde são alojados pinos metálicos que recebem as conexões dos fios. Esses pinos possuem diversos formatos de acordo com o processo de conexão poderá ser: por parafusamento, por enrolamento, por encaixe, etc.

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8.2.2. Fio Jumper ou FDG Entende-se por jumpeamento, a conexão física de pares de cabos diferentes ou de pares de cabos com a fiação de equipamentos de telecomunicações. O FDG mais utilizado é formado por um par de fios trançados, em geral de duas cores, fornecidos em bobinas contendo 500 metros, possuindo as cores preto/laranja ou preto/branco.

8.2.3. Distribuidor Geral (DG) Os pares de fios provenientes da planta externa do sistema penetram no centro telefônico normalmente por dutos subterrâneos, e alcançam uma galeria também subterrânea, denominada “Galeria de Cabos”. Nesta, os cabos de grande diâmetro, que possuem milhares de pares de fios cada, são subdivididos em cabos menores e mais flexíveis, que são direcionados para uma série de “subidas” verticais e passam ao piso superior, onde se acha o Distribuidor Geral (abreviadamente DG). A planta externa (ver Figura 7.1) está exposta a uma série de riscos potenciais de sobretensão e correntes induzidas, por exemplo: descargas por raios, queda da rede elétrica sobre cabos telefônicos, induções de corrente oriundas de sistemas de energia próximos, etc. As instalações elétricas na casa do usuário são também fontes de tensões e correntes estranhas que poderiam danificar o equipamento comutador, não fosse a proteção dos blocos do DG. Cada par no DG é protegido por fusíveis em série em cada par condutor e páraraios (centelhador). Dessa maneira, do lado da planta externa temos blocos protetores fixados nos perfís verticais, por isso essa face do DG denomina-se “Lado Vertical”. Nele está representado cada para dos cabos da planta externa que partem deste DG.

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Uma rede telefônica urbana típica

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Galeria de entrada de cabos do DG

A face oposta do DG possui perfis dispostos horizontalmente, também equipados com blocos, porém distintos dos primeiros. São “Blocos de Corte” , onde os dois fios do par podem ser interrompidos por “Pinos de Corte” . Cada par de terminais do bloco de corte recebe um par do equipamento comutador e correspondente a um “Número de  Assinante” . É no DG que a “Planta Externa “  e a “Central Comutadora”  se encontram. Há milhares de pares protegidos no lado vertical e milhares de terminais numerados no lado horizontal. Atribui-se um número ao telefone pela interligação de um par do lado horizontal com um par do lado vertical, feito por um par flexível jumper na operação de conexão. A Figura 7.9 e 7.10 Ilustram um DG típico.

Armário distribuidor geral

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DG

8.2.4. Caixa de DG Utilizada nas instalações da rede interna dos assinantes. É um armário metálico com fundo de madeira podendo ser embutido ou não na parede, que recebe os blocos terminais para a interconexão da rede externa com a rede interna. Anéis de guia são fixados para que a fiação de interconexão (fio FDG) seja passada e organizada

8.2.5. Caixa de distribuição É um armário metálico de tamanho inferior ao da caixa de DG, usado na rede interna comportando os blocos terminais, fios e cabos internos. A caixa de distribuição num edifício é o ponto de interligação do cabeamento externo com a fiação interno do assinante

8.2.6. Caixa Subterrânea Quando uma rede telefônica tiver proporções grandes, torna-se necessária a utilização de caixas subterrâneas para que comportem as emendas dos cabos de capacidade superior e para que as derivações possam ser efetuadas.

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8.2.7. Armário de Distribuição Geralmente tem a função de interligar os cabos primários (oriundos da central telefônica) com os cabos secundários (destinados à distribuição dos assinantes). O armário de distribuição comporta os blocos de terminais para que sejam feitas manobras entre a rede primária e secundária por intermédio de jumpers. Os armários são instalados em lugares estratégicos, podendo ser de pedestal ou para poste, como mostra a Figura 7.11.

Armários de Distribuição

Todos os cabos telefônicos têm os pares trançados (twisted pairs ) para minimizar a indução eletromagnética entre eles e conseqüente diafonia (linha cruzada). O trançamento dos pares aumenta a reatância capacitiva equivalente entre os eles,ou seja melhora o isolamento entre as linhas de transmissão. A rede subterrânea de cabos, quando submetida a dias seguidos de chuva e na situação de inundação dos dutos e pontos de emendas (caixas subterrâneas) , podem absorver umidade em excesso e o isolamento existente (de papel ou plástico) perde sua característica n

8.2.8. Cabo Primário É o cabo de distribuição que sai do DG da central pública e chega até o armário de distribuição. É um cabo com capacidades elevadas, em torno de 1200 a 3600 pares.

8.2.9. Cabo Secundário É o cabo que sai do armário de distribuição e vai até um outro ponto intermediário, por exemplo, uma Caixa de Emenda Ventilada (CEV), ou até à propriedade dos usuários. Normalmente este cabo é aéreo e utiliza-se da posteação. A Figura 7.12 mostra o diagrama das redes telefônicas em questão, para um melhor entendimento.

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Estrutura da Rede de Acesso

8.3. Cabos e Fios Telefônicos A definição de cabo telefônico poderia ser: um conjunto de pares de cobre isolados individualmente por uma película de papel ou plástico, trançados entre si formando grupos independentes e protegidos por camadas de papel ou plástico helicoidalmente e com uma capa de alumínio ou chumbo externa revestida de polietileno, como mostra a Figura 7.13, pelo qual são feitas as interligações entre centrais, assinantes ou central e assinantes.

O Cabo Telefônico

Uma rede telefônica pode possuir diversos tipos de cabos, conforme mostra a tabela abaixo. TIPO DE CABO

INTERLIGAÇÕES

INSTALAÇÃO

Cabo Tronco

Entre Centrais Locais ou entre Centrais Tandem

Em dutos

Cabo Primário

Da Central ao armário (rede primária com secundária)

Em dutos

Cabo Secundário

Do armário ao terminal de distribuição (rede secundária com terminal)

Em dutos, enterrados ou aéreos

A bitola representa o diâmetro do condutor e o padrão utilizado é o da escala AWG, onde são mostradas na tabela seguinte, as bitolas mais comuns, bem com os valores em milímetros. 80

Bitola AWG Diâmetro (mm) Simbologia de desenho

26 24 22 20 19

0,404 0,511 0,643 0,8 0,912

40 50 65 80 90

Os cabos primários e cabos troncos são de grande capacidade (de 200 a 3600 pares) e os cabos secundários são de baixa capacidade (de 10 a 200 pares). É bastante comum pressurizar-se os cabos de alta capacidade para evitar a entrada de água em pontos críticos da rede.

Visualização da Rede de Transporte e Rede de Acesso

8.4. Degenerações do Sinal de Áudio As linhas telefônicas possuem certas particularidades que degeneram qualquer sinal que por ela trafegue e, quanto mais acentuada for a degeneração imposta ao sinal, mais difícil será sua recuperação pelo receptor. Veremos a seguir as alguns problemas encontrados pelos sinais e algumas contramedidas.

8.4.1. Atenuação O par de fios utilizado para interconectar os elementos do sistema telefônico é chamado de par fisco. Este par de fios, aparentemente inofensivo, pode causar uma grave distorção de amplitude, dependendo do seu comprimento e da espessura do fio utilizado. O par de fios forma uma linha de transmissão, que possui 4 parâmetros primários: R = resistência de enlace pr Km – Corresponde a resistência do par de fios, a cada Km, considerando ida e volta. C = capacitância por Km – Provocada pela proximidade entre os dois fios. L = indutância de enlace por Km – Provocada pelo campo magnético entre os fios. 81

G = condutância por Km – Provocada por fuga entre os isolantes dos dois fios. Um quilômetro de linha pode ser representado pelo esquema da Figura abaixo.

Modelo Pi de uma linha de transmissão

Como a indutância e a condutância são parâmetros de pouca influência, podemos simplificar o modelo Pi do par físico e considerar somente a resistência e a capacitância, e o modelo do da linha de transmissão resume-se ao esquema mostrado na Figura abaixo.

Modelo Pi reduzido

A tabela abaixo, mostra valores desses parâmetros para os fios mais utilizados. Diâmetro do fio (mm) R (/Km) C (nF/Km) AWG 0,404 288 49 26 0,511 184 51 24 0,643 106 51 22 0,9 56 51 19

Esses dois parâmetros, distribuídos ao longo da linha, fazem o efeito de um filtro que atenua mais as freqüências altas, provocando distorção de amplitude. A Figura 7.17 mostra a resposta em freqüência de um par de fios 0,4 mm, para diversos comprimentos. Observe que quanto maior o comprimento do cabo mais severa é a atenuação – este fenômeno pode prejudicar a inteligibilidade nas ligações telefônicas.

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Resposta em freqüência do fio 0,4 mm (AWG 26)

8.4.2. Linha Condicionada (pupinização) Como já foi comentado anteriormente , a fim de compensar a distorção de amplitude presente ns pares físicos, Michael Pupin propôs equalizar a resposta em freqüência, inserindo bobinas distribuídas ao longo da linha, regularmente espaçadas, conforme mostra a Figura 7.18. Quando o par físico recebe esse tratamento, dizemos que é uma linha condicionada ou pupinizada.

Linha condicionada ou pupinizada

As bobinas compensam a distorção natural do par físico até uma certa freqüência, e a partir desse ponto, elas provocam uma distorção mais acentuada, conforme está ilustrado na Figura 7.110.

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Efeito do condicionamento da linha

Observe, pela Figura 7.16, que a resposta em freqüência melhorou bastante dentro da faixa de voz (300 a 3400 Hz), e piorou, no entanto, para freqüências acima de 3.400 Hz. Esta atenuação, mais acentuada a partir de certa freqüência, obriga praticamente o sinal a estar contido na faixa de voz (banda base), para que consiga passar por essa linha. Naturalmente, esta limitação em freqüência não se torna um problema, pois o sinal a trafegar nessa linha seria exatamente o sinal de voz, que, conforme a proposta inicial, deve ter garantida sua inteligibilidade. O problema, na realidade, surge quando necessitamos lançar uma LP de comunicação de dados que ocupa uma faixa de espectro acima de 3,4 KHz. ou seja transmissão de dados não pode ser efetuada passando por uma linha pupinizada, nesse caso é possível, em um mesmo cabo, deixar alguns pares sem pupinização. A indutância das bobinas de pupinização varia de 15 a 66 mH para linhas de assinantes e de 44 a 100 mH para linhas tronco. Normalmente se refere a uma linha condicionada da seguinte forma: 24H88 Onde: - 24 é a bitola do fio em AWG - H é o espaçamento - 88 é a indutância em mH Alguns sistemas utilizados na prática são: Sistema Intervalo (m) Indutância da bobina (mH) H-44 1.830 44 H-88 1.830 88 D-66 1.372 66 H-88 915 88

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A pupinização foi um processo largamente utilizado nas redes de transporte metálicas em conexões locais envolvendo apenas voz (telefonia pura e simples), entretanto após o surgimento das linhas de comunicação de dados (utilizando a rede telefônica) e a crescente velocidade requerida, a faixa de freqüência necessária por canal passou a ser um aspecto de maior rigor,daí a pupinização começou a atrapalhar nesses casos e sua aplicação decresceu de forma acentuada. Atualmente a grande maioria das redes de transporte e áreas urbanas utilizam fibras ópticas e conseqüentemente não há mais sentido em falar de pupinização. Restam apenas entroncamentos antigos utilizando os chamados “cabos-troncos” que adotam essa técnica nas linhas onde só a voz é transmitida.

8.4.3. Ruído Branco Chama-se de ruído branco ao sinal cujo espectro cobre toda a faixa de freqüências, ou seja, vai de menos infinito a mais infinito. Claramente essa definição é teórica e quer dizer, em outras palavras que o ruído branco possui componentes em todas as freqüências. O conceito aproveita o fato da cor branca ser equivalente á junção de todas as demais. O ruído branco aparece somado ao sinal, na recepção, devido principalmente ao movimento aleatório de elétrons nos pares telefônicos e também nos componentes eletrônicos, que também é conhecido como ruído térmico. É desejável que a contaminação de ruído branco no sinal recebido seja a menor possível. Em outras palavras, é desejável que a relação entre as potências de sinal e ruído seja a maior possível: quanto maior for a relação sinal/ruído, menos erros ocorrerão na detecção do sinal. As relações entre potências, normalmente são expressas em dB

Onde: S/R = Relação Sinal/Ruído em dB Ps = Potência do Sinal (W ou mW) Pr = Potência do Ruído (W ou mW) É especificada nas linhas americanas uma relação Sinal/Ruído mínima de 24 dB, e um nível de ruído máximo de –40 dBm. Por exemplo, suponha que uma transmissão via linha telefônica tenha as características abaixo: Nível de transmissão = 0 dBm Atenuação da linha = 18 dB Então: Nível de recepção = -18 dBm Se: Nível de ruído = -45 dBm Logo: Relação Sinal/Ruído = 27 dB O conceito de relação Sinal/Ruído (Signal to Noise Ratio  - SNR) se aplica a qualquer meio físico de transmissão, seja ele por par de cobre ou por rádio freqüência (RF), por exemplo. Ele também pode ser designado como qualidade do sinal.

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A Figura 7.20 ilustra a variação do Sinal, Ruído e da relação Sinal/Ruído no tempo, de um enlace de internet via rádio 802.11b.

Relação Sinal/Ruído em canal de RF

8.5. O Aparelho Telefônico Para um perfeito conhecimento do sistema telefônico, devemos conhecer o aparelho telefônico e suas características. O aparelho telefônico ou simplesmente telefone é o aparelho que permite a conversação entre os assinantes, além de trocar informações com a central telefônica. O telefone é um equipamento eletrônico, como a grande maioria deles, que necessita de uma alimentação de corrente contínua (DC). Antigamente os aparelhos telefônicos utilizavam uma “bateria local”    junto ao próprio aparelho, isso tornava o aparelho dispendioso e complicado para o usuário, além de originar problemas técnicos freqüentemente. Atualmente, os aparelhos telefônicos utilizam o que chamamos de “bateria  central” , proveniente da própria central telefônica, conforme já vimos. Com isso temos a redução de custos, facilidades de operação e manutenção do aparelho. A resistência de “loop” , medida entre os terminais do par de fios de assinante que chegam na central telefônica, para que o aparelho funcione corretamente, estando o monofone fora do gancho, incluindo a resistência do fio da linha telefônica, deve ser menor do que 2.000 ohms.

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Diagrama básico de um sistema telefônico de baterial local

Existe uma enorme variedade de aparelhos telefônicos disponíveis no mercado com baixo custo. O usuário pode escolher o modelo que mais lhe agrade, desde que esteja dentro das recomendações da UIT-T (Union International Telecommunication Telefony), que é um órgão não governamental que regulamenta as telecomunicações mundialmente, e o próprio usuário poderá instalar ou substituir o aparelho por outro. O telefone é um aparelho utilizado para transmitir sons a distância, constituído basicamente de dispositivos para converter ondas sonoras em ondas elétricas - o microfone; para reverter esse processo – o receptor; o gancho que serve como interruptor; a campainha que dá o sinal de que o aparelho está recebendo uma ligação; e o disco, ou teclas, que selecionam o telefone com o qual se pretende estabelecer comunicação. Genericamente, um aparelho telefônico constitui-se de três circuitos básicos: a) Circuito de Voz ou Áudio (Speech Circuit); b) Processador de chamadas (Pulse Dialer ou DTMF Generator); c) Circuito de campainha ou Ring (Tone Ringer).,

8.5.1. Circuito de áudio O circuito de áudio permite a conversão de sinais acústicos (voz) em sinais elétricos e vice-versa. Isto é, quando o interlocutor “X” fala ao interlocutor “Y”, os sinais acústicos devem ser convertidos em sinais elétricos de forma que a informação possa ser transmitida pela linha telefônica (par de fios trançados). Essa informação, quando chega ao interlocutor “Y”, deve então voltar a sua forma original, sinal acústico, para que possa ser compreendida pelo usuário. O circuito de áudio do telefone divide-se em duas partes principais: a cápsula transmissora e a cápsula receptora, como visto no Capítulo 3 na parte de conversão dos sinais mecânicos em elétricos e vice-versa. Para que as cápsulas (transmissora e receptora) funcionem adequadamente, elas utilizam um circuito que alimenta a parte referente à transmissão e faz o acoplamento do sinal na parte referente à recepção. Esse circuito é denominado de híbrida  ou  bobina  híbrida , que pode ser, dependendo da tecnologia e qualidade do aparelho, transistorizado ou com circuito integrado. A função principal da híbrida do telefone é fazer com que o assinante não ouça o que está falando no seu próprio fone de ouvido. Essa técnica é conhecida como anti-local.

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8.5.2. Processador de chamadas - Pulse Dialer ou DTMF Generator Um assinante, quando deseja originar uma chamada ou efetuar uma ligação, retira o monofone do gancho e aguarda o tom de discar (ou tom de linha). Após a confirmação do sinal, ele deverá enviar a informação à central local do número com quem deseje falar. Para isto, os aparelhos telefônicos são dotados de um teclado ou disco numérico, de forma que o assinante chamador envie à central o número do assinante chamado. O sinal produzido pode ser uma seqüência de pulsos ou sinais multifreqüenciais DTMF. * Pulse Dialer (Discagem por Pulso) - Nos telefones com disco, o usuário gira o disco no sentido horário até o chamado apara-dedo ou encosto. O disco ao retornar a posição normal, devido à ação de uma mola, provoca abertura no loop de corrente da linha, tantas vezes quanto for o número discado. A central percebe a interrupção do loop de corrente e contabiliza os pulsos enviados, que chegam na razão aberto-fechado de 2:1, divididos em 33,33ms e 66,66ms, um pulso totalizando 100ms (0,1s). O processo deve ser repetido para cada dígito discado. A Figura 7.22 mostra o sinal de uma discagem por pulsos, também conhecida como decádica.

Pulsos decádicos de discagem (dígito 3)

A esse processo dá-se o nome de “discagem decádica” , em que cada dígito é enviado com duração de 10 pps ou 20 pps (pulsos por segundo). Os mais comuns possuem duração do pulso de 0,1 segundo (um décimo de segundo). Os discos constituem-se de peças eletromecânicas, e por motivos óbvios foram substituídos por teclados com dispositivos eletrônicos, sem peças móveis, mantendo-se os mesmos padrões elétricos de temporização. Logicamente o telefone de teclas é mais fácil de usar e mais dinâmico. Algumas funções, como rediscagem do último número, pausa, entre outras funções puderam ser incorporadas. O dígito “1” será produzido com um único pulso, o “2” com uma seqüência de dois pulsos, o “3” com três pulsos, e assim sucessivamente, a exceção do dígito “0” que será produzido por uma seqüência de 10 pulsos. Porém, esse tipo de técnica de discagem, para um número de 10 dígitos levaria em média cinco segundos até que todo o número fosse concluído, piorando quanto maior for a quantidade de dígitos “0” ou de maior número como o “9”, por exemplo. Para esse processo não está contabilizada a chamada pausa interdigital, que é a demora entre a discagem entre um dígito e outro. Logo, facilmente chega-se a conclusão que a discagem decádica é processada de maneira lenta. Para corrigir esse inconveniente, o telefone com teclas, além de ser o mais utilizado, sofreu evoluções de forma a se tornar ainda mais rápido. Trata-se do telefone com envio de informações por tons multifrequenciais ou DTMF (Dual Tone Multi Frequency ). 88

* DTMF Generator (Multifreqüencial) - Nos telefones multifreqüenciais, quando uma tecla é pressionada, ativa a emissão de um par de freqüências (DTMF) na faixa de áudio, por um período de tempo de aproximadamente 100ms, à central local, que filtra e identifica o par como sendo o código de um número predeterminado. Cada dígito decimal ou tecla possui um par de freqüências específicas, como mostra a Figura 7.23.

Tons mutifreqüenciais

Os aparelhos modernos possuem uma chave de seleção “tom / pulso”  e ainda a opção de conversão para tom durante a ligação decádica, utilizando uma tecla específica para esse fim (tecla “tom” ou “*”). Os sinais DTMF, por serem confiáveis e facilitarem o projeto de circuitos eletrônicos têm contribuído para o desenvolvimento de equipamentos sofisticados para automação e controle, como, por exemplo, os atendedores automáticos para saldo bancário, saldo de cartão de crédito, identificadores de chamada (BINA), atendedores digitais PABX (DISA), telesupervisão, telecontrole, etc. A opção DTMF proporciona diminuição do tempo de transmissão da sinalização, portanto é mais vantajosa. Atualmente quase todas as centrais digitais fazem automaticamente o reconhecimento da opção de sinalização utilizada pelo assinante.

8.5.3. Circuito de Campainha ou Ring (Tone Ring) A central telefônica, após identificar o assinante chamado, deve enviar um sinal e fazer soar a campainha do telefone. Esse sinal deve ter potência suficiente para avisá-lo da chamada a uma distância razoável. Nos aparelhos rudimentares foi utilizada uma campainha eletromagnética. A corrente necessária e padronizada para esse fim foi de corrente alternada, senoidal, cujo valor poderá estar situado entre 70 a 90 Vrms (eficazes) com freqüência de 25Hz ± 20%. A corrente denominada de corrente de toque é enviada ao assinante chamado de forma pulsada, de maneira a provocar um segundo toque de campainha e quatro segundos de silêncio (1:4s). Dessa forma, todos os circuitos combinados formam o diagrama geral do telefone, que é indicado na Figura 7.24.

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Diagrama de Blocos do Telefone

8.5.4. Principais parâmetros para avaliação dos cabos com pares metálicos trançados - Resistência do Enlace: Resistência CC máxima em torno de 1,8 kOhm sem o aparelho telefônico . - Desequilíbrio Resistivo: diferença de resistência ôhmica existente entre dois fios que formam um par simétrico. - Desequilíbrio capacitivo: diferença de capacitância existente entre os fio de um condutor e o terra ou entre dois pares de cabo. - Resistência de Isolamento ou de isolação: resistência ôhmica entre os dois fios condutores ou entre um deles e terra, quanto maior melhor para o sistema, pois minimizará a corrente de fuga.Cabos subterrâneos que são atingidos por inundações tendem naturalmente a ter deterioração no material isolante e daí têm diminuição da resistência de isolamento. O reflexo desse problema para o assinante é o surgimento de “chiados” e evoluindo para a total impossibilidade de comunicação. Em certos casos ocorre o fenômeno da diafonia. - Taxa de Erro de Bit (BER): a aferição global dos erros ocorridos a partir da transmissão de uma seqüência de bits em velocidade operacional real conduz a uma avaliação global da condição de um cabo metálico, todos os problemas eventualmente existentes no cabo irão afetar o resultado. Os limites admitidos são fixados em documentos de referência utilizados pelas Operadoras.

9. SINALIZAÇÃO Sem dúvida, os equipamentos que compõem um sistema telefônico foram criados para possibilitar a comunicação entre os humanos. Porém, entre as centrais telefônicas, deverão precisará haver uma comunicação protocolar para que o sistema funcione de forma auto-controlada e auto-sustentada, conhecidas pelo nome de sinalização. A sinalização telefônica é de suma importância para o processo de efetivação e tarifação das chamadas. É a sinalização quem informa a prestadora de serviços os dados necessários para faturar as contas dos assinantes, através dela também as Operadoras têm dados estatísticos extremamente importantes para a gestão operacional.

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Basicamente existem dois tipos de sinalização: a primeira será entre os aparelhos telefônicos dos usuários e a central de comutação a que estiverem conectados e a segunda são as sinalizações ocorridas entre as centrais telefônicas. Existem os seguintes grupos de sinalização padronizados: - Sinalização de Assinante (Acústica); - Sinalização de Linha; - Sinalização de Registro; - Sinalização Associada à Central; - Sinalização por Canal Comum.

9.1. Sinalização de Assinante Também conhecida como Sinalização Acústica, consiste em uma série de sinais audíveis com freqüências e cadências preestabelecidas emitidas da central telefônica para o assinante e se divide em:

9.1.1. Tom de Discar (TD) Também chamado tom de teclar, é o sinal que informa ao assinante originador da chamada o momento de iniciar o processo de chamada, por meio da discagem ou teclagem do número do assinante destino. A central enviará esse sinal toda vez que for reconhecido que o assinante retirou o fone do gancho, pois isso indicará que ela estará pronta para receber o número do assinante destino. A tensão presente na linha de assinante quando o fone estiver no gancho (loop aberto) será de 48 volts DC, quando o usuário retirar o fone, uma chave fechará o loop de linha e a tensão cairá para aproximadamente 12 Volts DC, que será detectada pela central e assim saberá que o fone foi retirado do gancho. O assinante que deseja fazer a ligação terá um tempo determinado pela central entre 15 a 20 segundos para fazê-lo, caso não o faça, será desligado da central, para que não ocupe o sistema e receberá um sinal de ocupado, sinalizando para que refaça a ligação. O sinal é enviado ao assinante originador continuamente em uma freqüência de 425 Hz ± 25Hz até a recepção do primeiro dígito acionado pelo mesmo.

Gráfico do Sinal elétrico do Tom de Discar 91

9.1.2. Tom de Chamada (TC ) ou Tom de controle de Chamada O sinal (também denominado RBT) que informa ao assinante originador da chamada que ela foi processada pela central e que o assinante de destino foi localizado. Nesse momento, no mesmo instante o assinante chamado recebe a corrente de toque de campainha, fazendo soar um sinal no seu telefone. O sinal vem de forma cadenciada, na razão de 1:4, isto é, um segundo de toque (corrente de toque de campainha) para 4 segundos de silêncio. A freqüência desse sinal é de 425Hz ± 25Hz.

Gráfico do Sinal elétrico do Tom de Discar

9.1.3. Tom de Ocupado (TO ou LO) É enviado diretamente da central para o assinante que originou a chamada, informando-o das seguintes situações: - se a linha do assinante destino encontra-se ocupada no momento do chamado; - se há congestionamento em algum ponto da cadeia de comutação, seja nas rotas diretas ou no tráfego de transbordo; - se os dígitos não foram enviados satisfatoriamente ou em tempo hábil para a central; - se o enlace não pôde ser processado em algum ponto da cadeia de comutação, por problemas técnicos; Esse sinal será de 425Hz, cadenciado em ciclos iguais de 250ms de sinal e 250ms de silêncio (1/4 de segundo).

Gráfico do Sinal elétrico do Tom de Ocupado

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9.1.4. Tom de Número Inacessível (TNI) Também é chamado de Tom de Nível Vago ou Número Inexistente. É um sinal de 425Hz enviado ao assinante originador da chamada (chamador) em uma seqüência de sinal com duração de 250ms por 750ms, intercalado por um período de silêncio de 250ms. Indica as seguintes possíveis situações: - número do assinante enviado não existe; - a linha do assinante destino está com defeito; - número do assinante destino foi mudado; - acesso ao número é negado para a sua categoria de usuário. Esse sinal tem sido gradativamente substituído por uma gravação do tipo “esse número não existe ou foi mudado, favor ligar para o serviço de auxílio à Lista 102”.

9.1.5. Corrente de Toque (CT) É uma corrente alternada produzida com uma tensão de 75 Volts rms (eficazes) com tolerância de +20% e freqüência de 25Hz, enviada à campainha (circuito ring) do telefone do assinante de destino, informando-o sobre a existência da chamada. A corrente é enviada na mesma cadência do tom de controle de chamada, um segundo de sinal por quatro segundos de silêncio, até que o assinante atenda ou após completar um período de temporização. Lembrar o exemplo cômico da “corrente do cachorro” ocorrido numa fazenda do município de Macaíba em 1979.

9.1.6. Outros tipos Existem outros tons, como o Tom de advertência de Telefone Público, que informa ao usuário de telefone público o momento de trocar o cartão ou colocar outra ficha (moeda); Tom de Confirmação de Programação, utilizado nas programações de centrais privadas tipo PABX, Tom de Chamada em Espera, utilizado pelas centrais digitais quando o assinante usufrui a facilidade de atender duas chamadas em uma mesma linha, dentre outras sinalizações de assinante.

9.2. Sinalização de Linha É o tipo de sinalização utilizada nas supervisões das linhas de junção e estágios de conexão entre centrais interligadas entre si. Os circuitos responsáveis por essa troca de sinalização são denominados de Juntores (JT), e conforme já vimos a interligação entre centrais dá-se o nome de entroncamento.

Linha de Junção e Sinalização de Linha 93

9.2.1. Tipos de Sinalização de Linha Os meios para transmissão de sinais utilizados para comunicação entre as centrais podem ser: por cabos (pares de fios trançados), cabos coaxiais, rádio-enlace analógico ou digital (rádio transmissão), satélite ou ainda fibra óptica. Existem quatro variantes de sinalizações de linha adotadas conforme o tipo de entroncamento e sua evolução tecnológica: * Sinalização de Loop ou Corrente Contínua; * Sinalização E & M Pulsada; * Sinalização E & M Contínua; * R2 Digital. A escolha do sistema de sinalização de linha adequado a um dado entroncamento resulta do prévio estudo técnico-econômico, considerando o tipo de transmissão, quantidade de Juntores e conversores envolvidos. Veja abaixo, os sistemas de sinalização aplicáveis ao meio de transmissão.

A sinalização linha de loop raramente é adotada nos dias atuais, ficando a sinalização E&M pulsada (principalmente) e a R2 Digital como alternativas mais comuns, posteriormente abordaremos a Sinalização por Canal Comum número 7 que surgiu nos anos 90 e já é opção mais adotada em sistemas digitais.

9.2.2. Descrição dos Sinais Os sinais enviados pela central de origem são conhecidos como sinais para  frente , são os que efetivamente são produzidos pela central que inicia um processo de sinalização, e os sinais enviados pela central de destino (em resposta), como sinais para  trás . 1. Ocupação: pulso de terra com duração de 150 ms transmitido para frente, pela central de origem, solicitando à central de destino que seus circuitos passem da condição de repouso para a condição de operação. 2. Atendimento: pulso de terra com duração de 150 ms ,sinal para trás transmitido pela central de destino, indicando que o assinante chamado atendeu à ligação e que a tarifação pode ser iniciada. 3. Desligar para Frente: pulso de terra com duração de 600 ms transmitido para frente, pedido de liberação de todos os elementos envolvidos na ligação. Primeiro os elementos da própria central solicitante e depois os da central de trânsito, de forma a voltar à posição de repouso, esperando uma próxima ligação. 4. Desligar para Trás: pulso de terra com duração de 600 ms transmitido pela central de destino para a de origem da ligação, indica que o assinante chamado desligou. 94

5. Confirmação de Desconexão: sinal emitido pela central de destino (600ms) em resposta ao sinal de desligar para frente, indicando a liberação de seus elementos. 6. Desconexão Forçada: substitui o sinal de desligar para trás. É emitido (600 ms) num ponto conveniente da cadeia interurbana, após esgotado o tempo de supervisão entre o sinal de desligar para frente e o sinal de desligar para trás. 7. Bloqueio: sinal de terra fixo emitido para provocar o bloqueio dos circuitos de um juntor de saída, na central de origem, a fim de evitar sua a ocupação, por razões pertinentes ao sistema. 8. Tarifação: transmitido do juntor de entrada para o juntor de saída da central de origem a partir do ponto de tarifação por multimedição, de acordo com a cadência correspondente ao degrau tarifário. Quando a tarifação é por bilhetagem automática esse sinal não é enviado. 9. Rechamada: sinal para rechamar o assinante imediatamente após a sua desconexão, pela telefonista. Não é um sinal obrigatório. 10. Falha: o juntor de saída informa que houve falha no equipamento de origem.

9.3. Sinalização de loop O entroncamento é feito com par de fios trançados, a dois fios, e os sinais consistem na variação da intensidade e inversão da polaridade da corrente de loop. Observe na Figura 8.5, que o circuito de entrada (chamado de juntor de entrada - JE), que recebe a conexão, é que alimenta o circuito de saída (juntor de saída - JS), o que encaminha a chamada. A resistência máxima de loop é de 2,2 K  ou 1,5 K  para a tarifação por multimedição. A resistência mínima de isolação entre os fios “a” e “b” ou entre um condutor e o terra é de 30K  e a tensão de linha é de 28 ± 4V.

Sinalização Loop

As sinalizações por corrente contínua ou loop baseiam-se em juntores a dois fios onde há a combinação da variação de corrente, resistência e polaridade por um determinado período de tempo. A combinação entre elas origina as sinalizações vista no item anterior. Esse método é pouco utilizado atualmente.

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9.4. Sinalização E & M Pulsada Quando o meio de transmissão utilizado entre as centrais for feito por intermédio de rádio transmissão ou satélite poderá ser efetuada a sinalização por meio de dois métodos: E & M Pulsada ou E & M Contínua. Neste caso, entre o juntor e o sistema de transmissão de Rádio Multiplex geralmente se utilizam seis fios. O sinal de áudio passa por um circuito denominado de Híbrida que converte o circuito de dois para quatro fios, de forma a individualizar (separar) a transmissão e a recepção do sinal de voz. Um quinto e um sexto fios são utilizados um para transmissão M outh (boca) e o outro para a recepção E ear (ouvido) durante a troca de sinalização. Um sétimo fio poderá ser utilizado para supressão de eco em comunicações via satélite. A Figura 8.6 mostra a representação de um sistema via rádio entre duas centrais remotas. Note que existem 6 fios: 2 para Tx (transmissão), 2 para Rx (recepção e 2 para sinalização. A conversão de 2 para 4 fios será vista no Capítulo 10.

Representação de uma ligação entre centrais usando sinalização E & M

A emissão dos sinais é feita com a aplicação de pulsos de terra (0 volt) no fio M, referidos a um potencial de 48 Volts, com durações preestabelecidas. Os pulsos podem ser curto ou longo, ou seja, 150ms ou 600ms respectivamente, com tolerância de 20%. O intervalo mínimo entre dois sinais consecutivos deve ser de 240ms. Para que os pulsos possam ser transmitidos, eles passam por um sistema de transmissão em que são multiplexados e modulados com uma freqüência de 3825Hz em rádios analógicos ou presença de nível lógico “1” nos bits correspondentes ao canal de sinalização em sinais digitais. Como a faixa de áudio está compreendida entre 300 e 3400Hz (canal de voz), essa técnica é conhecida também como sinalização Fora de Faixa  (freqüência de 3825Hz). A tabela abaixo ilustra os sinais utilizados durante uma troca de sinalização E & M Pulsada, entre juntores, e a correspondência entre os sinais e os pulsos. O sentido das setas indica a sinalização enviada da central de origem para a central de destino e viceversa, ou seja, os sinais para frente e os sinais para trás respectivamente.

E & M Pulsada

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Observe que temos dois tipos de sinais, o curto e o longo, com durações de 150 e 600ms respectivamente, podemos atribuir, em resumo, as seguintes condições em função do sentido do sinal. Curto → Ocupação ou Rechamada Curto ← Atendimento ou Tarifação Longo ← Desligar/Desconexão Forçada/Confirmação de Desconexão Longo → Desligar para frente

9.5. Sinalização E & M Contínua A diferença de sinalização da E & M Pulsada para a E & M Contínua reside no fato de que a sinalização contínua utiliza apenas a presença ou ausência de sinal, o que corresponde a apenas dois estados possíveis em cada direção. A tabela a seguir ilustra o protocolo de sinalização E & M Contínua.

E & M Contínua

9.6. Sinalização de Registro (MFC) Registro ou Registrador é uma denominação genérica dada aos circuitos ou elementos de uma estação de comutação, capazes de interpretar e enviar informações para outros centros de comutação. As sinalizações de registro são informações relacionadas às condições particulares aos assinantes originador e recebedor de chamadas e, eventualmente, às condições dos circuitos e elementos de comutação envolvidos. Essas informações devem ser trocadas entre registradores das centrais, de forma a estabelecer uma conexão. As sinalizações de registros normalmente são efetuadas por pares de freqüência, sinais multi-freqüenciais (MF). Convém esclarecer que a sinalização MFC (Multi-frequencial compelido) é utilizada apenas na sinalização entre centrais telefônicas distintas, ou seja se aplica na rede de transporte. A MFC é uma sinalização que ocorre em complemento á sinalização E/M (de linha) e á sinalização de assinante,essa última ocorre na rede de acesso.

9.6.1. Sinalização Decádica Essa opção é utilizada apenas nas centrais analógicas mais antigas onde o juntor de saída funciona como um telefone com discagem por pulsos decádicos. Cada conjunto de pulsos corresponde a um dígito decimal (0 a 9).

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Muito embora esse processo seja bastante simples e de custo reduzido, ele apresenta algumas desvantagens, como o tempo elevado para troca de sinalizações entre as centrais, estando em desuso. Esse método é empregado somente em centrais interligadas fisicamente por pares de fios e com pouca distância, pois os pulsos sofrem deformações na transmissão, devido às características inerentes dos condutores elétricos como dito anteriormente, e possuem somente sinais em um sentido, para frente.

9.6.2. Sinalização Multifreqüencial Compelida ou MFC A sinalização MFC utiliza pares de freqüências senoidais combinadas (compelidas) entre si para a codificação dos sinais. As trocas de informações são muito rápidas, em aplicações por meios terrestres, e não deformam o sinal, sendo utilizadas freqüências dentro do canal de voz. São doze freqüências utilizadas, divididas em dois grupos de seis, denominados de freqüências altas e de freqüências baixas. A tabela abaixo mostra as freqüências utilizadas nessa sinalização.

Freqüências MFC

Cada sinal corresponde a duas freqüências dentro do grupo. As freqüências altas são transmitidas para frente, no sentido do estabelecimento da cadeia de comutação, e as freqüências baixas são transmitidas para trás, como resposta às primeiras. Trata-se de um sistema bastante seguro, pois, além do sinal ser reconhecido apenas pela composição de duas freqüências, os circuitos receptores possuem filtros seletivos com sensibilidade para detectar sinais com níveis muito fracos, compreendidos entre –5 e –35dBm e com variações de freqüência de 10Hz. Após a filtragem, o sinal é decodificado. Observe que na linha de junção pode haver simultaneamente, quatro freqüências, duas combinadas referentes aos sinais para frente e outras duas referentes aos sinais para trás, o que não impede a detecção e interpretação do sinal de interesse aos filtros ativos. Abaixo, temos a tabela com as combinações de freqüências para formação dos dígitos.

Tabela de combinações MFC dos sinais

Interpretação dos Sinais para Frente

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Os quinze códigos dos sinais para frente, formados pela combinação de freqüências da Tabela 8.4, foram divididos em dois grupos denominados de Grupo I e Grupo II. Os sinais do grupo I fornecem informações numéricas e de controle, enquanto os do grupo II fornecem informações sobre o assinante que está originando a chamada. A mudança do grupo I para o grupo II ocorre durante a troca de sinalização, quando o registrador de origem (circuito ou elemento de uma estação de comutação, capaz de interpretar e enviar informações para outros centros de comutação) receber o sinal para trás A5 (Algarismo 5).

Sinais para frente

Interpretação dos Sinais para Trás Da mesma forma, os sinais para trás também são divididos em dois grupos denominados de Grupo A e Grupo B. Os sinais de grupo A são de “solicitação de envio” da central destino à central de origem. Os sinais do Grupo B fornecem informações sobre o assinante destino e congestionamento de tráfego. O registrador de destino envia o sinal A3 (Algarismo 3), quando da mudança do grupo A, para que o registrador de origem passe a interpretar os sinais do Grupo B, ou seja, comutar da interpretação dos sinais do Grupo A para o B ou vice-versa. Inicialmente, a rede brasileira utilizou o padrão “MFC 5B” baseado no sistema europeu, entretanto, atualmente, o mais utilizado é o padrão “MFC 5C” (uma variante do 5C). Há também o padrão Berne R2 empregado nas centrais de trânsito internacional. O que muda são os significados para alguns sinais do Grupo B.

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Significado de sinais para trás padrão “5C”

Exemplo de troca de sinalização MFC entre duas centrais numa ligação local A partir de pulso de ocupação (150 ms) a central de destino se “prepara” para o processo de sinalização de registro e posterior conversação com tarifação. A rotina para conexão entre duas centrais telefônicas incia-se com o envio da sinalização de linha que é reconhecida pela central de destino. A Figura abaixo mostra esse processo. Note que a sinalização de registro MFC trafega pelos fios Tx e Rx e a sinalização E & M trafega pelos fios E e M. A conversão de 2 para 4 fios será melhor explorada no próximo capítulo.

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Troca de sinalização MFC e E&M Pulsada

O assinante chamador (3206-1245) retira o telefone do gancho, a central A percebe isso e envia o tom de discar. O assinante chamador digita o número do assinante de destino (3213-3199) e a central percebendo que o número de destino é externo, ela ocupa um juntor de saída com um pulso de 150 ms para a central de destino. Inicia-se a troca de registros entre as centrais seguindo as tabelas 8.5 e 8.6, até que o assinante chamador desliga e encerra-se a ligação.

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Exemplo de troca de sinalização MFC entre duas centrais numa ligação interurbana via central Tandem

Troca de sinalização MFC e E&M Pulsada via Tandem

Na Figura acima, temos uma ligação interurbana via central Tandem. Quando a origem disca o número de destino, a central local verifica na tabela de rotas que para chegar ao destino deve acionar um juntor de saída para a central Tandem, que por sua vez sabe como chegar ao destino.

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9.6.3. Sinalização DTMF e MFP São utilizadas na troca de informações com equipamentos terminais. No item referente ao aparelho telefônico, vimos que este processa as discagens de maneira decádica ou via DTMF. Outros equipamentos também fazem uso desses recursos. A discagem decádica é mais lenta e limitada, sendo substituída pelo processamento DTMF. Os sinais DTMF são mais precisos e a troca de sinalização torna-se mais confiável e segura. As freqüências e a codificação utilizadas na sinalização DTMF são:

Codificação DTMF

A sinalização DTMF passou a ter aplicações também em sistemas de controle à distância em equipamentos com atendimento interativo, como por exemplo: atendedores digitais automáticos, administradoras de cartão de crédito, saldo eletrônico, home banking, secretária eletrônica, solicitação de serviços à operadoras, entre outros. Os primeiros identificadores de chamada BINA (B Identifica Número A), utilizaram inicialmente uma interface (posicionada na central) para recepção de sinais MFC enviados entre as centrais analógicas imediatamente antes de enviar o toque da campainha (ring) ao assinante chamado, enviando o número ao usuário. As centrais digitais modernas, no entanto, por conveniência, já fornecem, quando programadas para esse fim, sinais DTMF ou MFP antes do ring. Os circuitos se tornaram mais simples com implementação quase que imediata e com reduzido custo para o usuário. Os sinais MPF originam-se de Multifreqüencial Propelido (ou pulsado), padronizado pela Telebrás, para centrais CPA.

10. Centrais privadas de Comutação telefônica (CPCT) São centrais telefônicas simplificadas para utilização interna principalmente em empresas e Instituições visando evitar que essas tenham de pagar por ligações telefônicas efetuadas dentro do ambiente físico das mesmas. Os principais tipos de CPCTs são: PABX, Micro-PABX e KS. As CPCTs podem ser interligadas às centrais locais da Operadora através de linhas telefônicas normais que recebem a denominação de linhas-tronco.Normalmente têm a função DDR (discagem direta a ramal) para diminuir o número de telefonistas. CPCTs de maior porte são interligadas via digitroncos de 2 Mbit/s ou em taxas mais elevadas via fibra óptica, mas esses casos serão estudados mais adiante, na segunda avaliação.

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Configuração típica de interligação de uma CPCT com a rede pública

O sistema KS (Key Systems ) corresponde a um conjunto de aparelhos com teclas onde a ocupação dos troncos é visualizada em todos os aparelhos através leds ou lâmpadas. O KS é aplicável em pequenas empresas e escritórios, onde a quantidade de ramais é reduzida, tipicamente existem sistemas KS com 2 troncos/ 8 ramais, 3 troncos/  15 ramais, 4 troncos/ 20 ramais, etc. Todos os aparelhos que compõem um sistema KS são interligados com uma cabeação contendo a totalidade dos troncos paralelados, o que torna o custo da cabeação alto, dessa forma, o KS só é viável em ambientes onde as distâncias envolvendo os pontos (ramais) não sejam elevadas.

11. Sistemas Multiplex 11.1. Modos de operação de um meio de transmissão Um meio qualquer de transmissão pode ser operado de 3 modos: simplex, semiduplex e duplex. No modo simplex interessa apenas transmitir uma informação de A para B (transmissão unidirecional). No modo semiduplex interessa não só transmitir informação de A para B, como de B para A, porém num sentido de cada vez (transmissão bidirecional alternada). No modo duplex interessa transmitir ao mesmo tempo informação de A para B e de B para A (transmissão bidirecional simultânea). A Figura 10.1 exemplifica melhor estes modos de operação.

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Modos de Transmissão

11.2. Conceito de Canal e Circuito Canal é um conjunto de recursos técnicos que permitem a transmissão da informação de um ponto A para um ponto B. Como verificamos, este conceito é o de uma ligação unidirecional Na prática, entretanto, na maioria das utilizações, como por exemplo, numa ligação telefônica, o que mais interessa é permitir que A converse com B, isto é, deve haver recursos tanto para transmitir a ida (para transmitir de A para B), quanto um canal de retorno (para transmitir de B para A). O conjunto canal de ida e canal de retorno é denominado circuito. A Figura abaixo exemplifica ambos os conceitos: o conjunto composto pela cápsula transmissora de A, o par de fios e a cápsula receptora de B, compõem o canal de ida. A cápsula transmissora de B, o par de fios e a cápsula receptora de A, compõem o canal de volta. Os dois canais em conjunto formam o circuito telefônico AB.

Ligação telefônica utilizando dispositivo antilocal

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Como verificamos, um canal só pode ser operado no modo simplex, enquanto que um circuito admite tanto a operação semiduplex, como a duplex.

11.3. Circuitos a 2 Fios e a 4 Fios As linhas telefônicas urbanas formadas por pares de fios metálicos, permitem transmissão nos dois sentidos porque não possuem componentes unidirecionais em sua composição (por exemplo, amplificadores). O mesmo para de fios pode funcionar como canal de ida e canal de retorno, e o circuito, por empregar apenas um par de fios, é chamado de circuito a 2 fios As vias interurbanas, devido à sua grande extensão, exigem a introdução de amplificadores para compensar a atenuação do sinal no percurso, e como estes componentes são unidirecionais (só permitem a passagem do sinal num sentido), o canal de ida e o canal de retorno têm obrigatoriamente de ser individualizados. Devido a isto, o circuito neste caso apresenta 4 terminais de cada lado, sendo chamado de circuito a 4 fios.

Circuito a 4 fios

É possível, entretanto, mediante o emprego de um dispositivo chamado híbrida, fazer a conversão da montagem a 4 fios para a montagem a 2 fios, dessa forma podendose ligar a via interurbana à via urbana, como mostra a Figura abaixo.

Ligação Interurbana

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11.4. Dispositivos Híbridos Os dispositivos híbridos são circuitos de seis pólos (hexapolo) ou oito pólos (octopolo), normalmente conhecidos como híbridas, e que têm largo emprego nos equipamentos multiplex. Conforme vimos no item anterior, quando temos um circuito a 2 fios que necessita ser transmitido pr uma via a 4 fios, torna-se necessário o emprego de um dispositivo que transforme 2 fios em 4 fios e vice-versa. A Figura 10.5 apresenta este processo, onde H1 e H2 são as híbridas utilizadas para a transformação 2 fios em 4 fios, cuja função é fazer com que os sinais enviados de A para C sigam somente a via ABC (sem penetrar na via CDA), enquanto que os sinais enviados de C para A sigam somente a via CDA (sem penetrar na via ABC). Em outras palavras: a atenuação entre os terminais 44´ e 22´ de cada híbrida deve ser a maior possível, teoricamente, infinita. Esta atenuação é chamada de perda trans-híbrida ou isolamento entre transmissão e recepção ; um valor baixo desta atenuação pode provocar problemas de transmissão. Para um perfeito casamento das híbridas com os circuitos a 2 fios e a 4 fios, é necessário que a impedância de cada par de terminais da híbrida seja, respectivamente, igual à impedância do circuito a que este par se conecta. Como nos terminais multiplex, geralmente, a impedância Z dos circuitos a 2 fios é igual à impedância dos circuitos a 4 fios, para uma perda de retorno alta, nos terminais das híbridas devemos ter Z11´ = Z22´ = Z33´ = Z44´ = Z.

Híbrida para conversão de 2 em 4 fios

Observação: Na Figura acima, BAL é uma rede de balanceamento ou equilíbrio cuja função é fazer o casamento da híbrida com o circuito a 2 fios, para que obtenhamos uma alta perda de retorno nos terminais 11´, a fim de não provocar problemas de transmissão. Em resumo, para e execução do circuito de uma híbrida para transformação de 2 fios em 4 fios, basicamente, teremos dois problemas: • Uma alta perda trans-híbrida (A24 = infinito) 107

= Z.

• As seguintes igualdades de impedâncias no octopolo: Z11´ = Z22´ = Z33´ = Z44´

• É importante também se determinar a atenuação que os sinais sofrem na passagem dos terminais 11´ para 22´, e dos terminais 44´ para 11´.

11.5. Conceito de Multiplexação Se um circuito utilizando um par de condutores, permite que duas pessoas possam estabelecer um diálogo sem problemas, conforme foi apresentado anteriormente, vejamos o que poderia ocorrer se colocássemos, num mesmo meio de transmissão, quatro circuitos telefônicos (Figura abaixo).

Ligação telefônica de 4 assinantes

Percebe-se pela simples observação da figura que, se os quatro assinantes tirassem o telefone do gancho ao mesmo tempo, todos ouviriam a conversa dos outros, sendo difícil entabular uma comunicação sem ser perturbado. Quanto maior o número de circuitos telefônicos utilizando o mesmo meio, maior seria o problema (Figura abaixo). Pelo exposto, verificamos que, quando são transmitidos vários circuitos telefônicos entre dois pontos A e B, utilizando um meio de transmissão comum (par de condutores, rádioenlace, etc), há necessidade de utilização de uma técnica que possibilite a comunicação sem interferência entre os circuitos, e que permita a identificação entre eles; essa técnica é conhecida como multiplexação. Como já foi anteriormente informado, a multiplexação utiliza circuitos a 4 fios, em que são empregados canais de ida e de volta.

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Ligação telefônica de 8 assinantes sem multiplexação

Na Figura 10.8 temos do lado A a multiplexação, onde unimos vários canais 1A, 2A,... nA, e transmitimos os mesmos de A para B, através de um par de fios (de B para A o processo é idêntico). No lado B temos a demultiplexação, ou seja, a identificação e separação dos canais transmitidos de A para B.

Ligação telefônica através de um multiplex

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Se forem transmitidas diversas informações, conforme indica a Figura 10.8, estas serão identificadas perfeitamente e separadas sem que haja interferência entre as mesmas. Como verificamos, a multiplexação é uma técnica de grande utilização para que se possa, racionalmente, aproveitar um meio de transmissão.

11.6. Tipos de Multiplexação Atualmente são utilizado diversos tipos de multiplexação os quais estão divididos em dois grupos, de acordo com a técnica utilizada:

11.6.1. Técnica digital A multiplexação que utiliza esta tecnologia é chamada multiplexação por divisão de tempo (TDM – Time Division Multiplex), que será apresentada na segunda avaliação.

11.6.2. Técnica analógica A multiplexação que utiliza esta tecnologia é chamada de multiplexação por divisão de freqüência (FDM – Frequency Division Multiplex), sendo o próximo capítulo dedicado a esta técnica de multiplexação.

12. Multiplexação FDM – Frequency Division Multiplex Neste capítulo apresentaremos os conceitos sobre translação ou conversão de freqüências e banda básica, descrevendo a modulação AM, que é a operação utilizada pelo multiplex analógico FDM para fazer translações, bem como mostrar os estágios de translação recomendados pelo CCITT para compor as bandas básicas.

12.1. Canal Multiplex Como a utilização primordial do multiplex é para comunicações telefônicas, o canal utilizado neste sistema é chamado de canal multiplex ou canal de voz, e o circuito é chamado de circuito multiplex telefônico ou circuito de voz.

12.1.1. Representação Convencional O canal de voz é indicado, segundo convenções internacionais, por um triângulo (Figura abaixo), em que a base representa a faixa de freqüências disponível para transmitir a informação e a altura corresponde a maior freqüência.

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Representação convencional do canal multiplex

12.1.2. Tipos de Canais Multiplex O CCITT recomenda a utilização de dois tipos de canal multiplex, visando o aproveitamento mais racional possível do meio de transmissão: a) Canal multiplex de 6 Khz de faixa Este tipo de canal tem emprego somente em sistemas de pequena capacidade, onde o baixo preço do equipamento é mais importante que o aproveitamento do meio para transmissão de um número maior de canais.

Canal multiplex de 6 Khz

b) Canal multiplex de 4 Khz de faixa Este é o tipo de canal mais empregado em sistemas multiplex, onde a faixa de freqüências utilizada para transmissão de voz é aquela indicada no capítulo 3. Quando se fala em canal multiplex, sem indicar a faixa passante, a referência é sempre para o canal de 4 Khz.

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Canal multiplex de 4 Khz

12.2. Translação ou conversão de freqüências É uma transferência de sinais que ocupam uma determinada faixa no espectro de freqüências, para uma outra posição deste espectro, de tal maneira que seja mantida a posição relativa das freqüências dentro da faixa. Por exemplo, se considerarmos uma faixa de 3Khz de largura, ocupando no espectro de freqüências a posição de 1 a 4 Khz, se esta faixa for transladada para a posição de 7 a 10 Khz, as freqüências de 2 e 3 Khz ocuparão a posição de 8 e 9 Khz, respectivamente, na faixa transladada. A Figura 11.4 mostra a translação.

Translação de freqüências

12.3. Modulação e Demodulação A modulação é um processo onde duas freqüências ou sinais são combinados, de tal maneira que são criadas novas freqüências. Este processo difere totalmente da adição de freqüências ou sinais, operação esta que não gera novas freqüências, como ilustrado na Figura abaixo.

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Diferença entre modulação e soma de freqüências

Na modulação, um dos sinais que será combinado é chamado de portadora e ou outro, sinal modulante. Ao produto da modulação damos o nome de sinal modulado. Basicamente, a modulação consiste em se fazer variar a amplitude ou a freqüência da portadora, em função do sinal modulante. Ao processo de restauração do sinal modulante, a partir do sinal modulado e da portadora, chamamos de demodulação.

12.3.1. Tipos de Modulação Existem várias maneiras de se modular um sinal, e geralmente, a portadora é uma onda senoidal cuja amplitude, a cada instante, pode ser expressa matematicamente por: e p =  E  p cos 2π  f  p t  + θ ) (1) Nesta expressão Ep é a amplitude máxima e a quantidade entre parênteses é um ângulo que varia em função do tempo: φ (t ) = 2π  f  p + θ  (2) O exame das equações (1) e (2) mostra que a forma de onda pode ser variada, a cada instante, através de duas quantidades  E  p e φ (t ) . A modulação em amplitude é obtida somente pela variação da amplitude Ep, de forma que o desvio resultante, em relação à amplitude Ep, seja diretamente proporcional ao valor instantâneo do sinal modulante, porém independente da sua freqüência. A modulação em ângulo é obtida quando, em função do valor instantâneo do sinal modulante, faz-se variar 2π  f  p + θ  . Como o ângulo, num determinado instante, pode ser alterado, seja por variação da freqüência f0, seja da fase θ, a modulação angular se divide em duas modalidades, dependendo do tipo de variação: modulação em freqüência e modulação em fase. Como este tipo de modulação não tem aplicação direta no equipamento multiplex, não será aqui abordado. Existe uma outra forma de modulação, a modulação por amplitude de pulsos, na qual a onda portadora é formada por pulsos curtos, de forma retangular. A forma desses pulsos é variada pelo sinal modulante. Esta técnica será apresentada na segunda avaliação, no capítulo referente à multiplexação por divisão de tempo.

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12.4. Modulação em amplitude Na modulação em amplitude, o valor máximo da onda portadora é variado pela intensidade do sinal modulante, que é a quantidade moduladora. Na Figura abaixo pode-se observar o efeito da modulação em amplitude. Em A e B tem-se a representação de um sinal modulante de forma senoidal; a forma senoidal é utilizada para permitir mostrar com mais clareza o efeito da modulação. Em C e D está representada uma onda portadora de alta freqüência, com amplitude e freqüência constantes. Em E e F está mostrado o resultado da modulação da portadora pelo sinal modulante. Examinando-se E, verifica-se que os limites externos da onda portadora modulada apresentam uma forma similar à do sinal modulante, rezão porque a figura formada é comumente chamada de envelope de modulação.

Representação dos diversos sinais na modulação em amplitude

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12.4.1. Representação matemática do sinal modulado A onda portadora em C pode ser representada pela expressão: e p

=  E  p

cos 2π  f  p t )

onde tomamos arbitrariamente θ  = 0 para t  = 0 . E o sinal modulante A pode ser representado por: em

=  E m

cos(2π  f m t )

Considerando a onda modulada em amplitude da Figura 11.6 E: a variação de amplitude em torno de Ep é senoidal, de forma que a amplitude em função do tempo é dada pela expressão  E  p +  E m cos(2π  f m t ) sendo o valor máximo da amplitude igual a  E  p + E m e o valor mínimo  E  p − E m correspondente, respectivamente, aos casos em que o sinal modulador tem maior e menor amplitude. Como a onda modulada também é senoidal, a amplitude instantânea da mesma pode ser representada por: e =  E  p

+  E m



 E m



 E  p

e =  E  p 1 +

se chamarmos a razão

 E m  E  p

cos(2π  f m t ) cos 2π  f  p t )



cos(2π  f m ) cos(2π  f  p t )



de m , temos:

e =  E  p [1 + m cos(2π  f m t )]cos 2π  f  p t )

que é a expressão do sinal modulado em amplitude.

12.4.2. Percentagem de Modulação Na modulação em amplitude é comum falar-se em percentagem de modulação m . Trata-se de uma maneira de expressar o grau em que o sinal modula a portadora. A relação entre os valores máximos do sinal modulante e da portadora chama-se fator, índice ou grau de modulação m. Da Figura temos: m

=

 E m  E  p

A percentagem de modulação é o valor do índice de modulação expresso em percentagem:  M  = m × 100

Analisemos agora o efeito do índice de modulação no sinal modulado. Pela Figura, os picos máximo e mínimo de amplitude da onda modulada podem ser representados por:  E max

=  E  p +

E m

 E min

=  E  p −

E m

 E m

=  E max −

E  p

 E m

=  E  p −  E min

Dessas equações tiramos:

115

Como sabemos m =

 E m  E  p

e podemos escrever: m

=

m=

 E max

−  E  p

 E  p  E  p

−  E min

 E  p

Aplicando diversos valores de m , vamos verificar como se comporta a onda modulada. - Se m  = 0, teremos pelas Equações 1 e 2,  E max =  E  p = E min ,não havendo modulação como mostra a Figura 11.7B. - Se 0 < m  < 1, por exemplo m = 0,5, teremos por (1) e (2),  E max = 1,5 E  p e  E min = 0,5 E  p , significando que o sinal está confinado à envoltória, como mostra a Figura 11.7 C (submodulação). - Se m  = 1, teremos de (1) e (2),  E max = 2 E  p e  E min = 0 , obtendo-se uma excursão da portadora com amplitude 2 E  p , como mostra a Figura 11.7A (portadora completamente modulada) - Se m  > 1, por exemplo m  = 1,5, teremos por (1) e (2)  E max = 2,5 E  p e  E min = −0,5 E  p , significando que a excursão corta o eixo do tempo, caracterizada por “brancos ou zeros” na onda modulada, como mostra a Figura 11.7D (sobremodulação). Devemos evitar a sobremodulação pois, como verificamos pela figura correspondente à envolvente da onda modulada, esta fica deformada.

Representação do sinal modulado para diversos índices de modulação

116

12.4.3. Faixas Laterais Do Item 12.5.1 sabemos que a representação matemática da onda modulada é: e =  E  p [1 + m cos(2π  f m t )]cos 2π  f  p t 

Expandindo-se a equação teremos:

e =  E  p cos 2π  f  p t ) + mE  p cos(2π  f m t ) cos 2π  f  p t )

Da trigonometria sabemos que: cos a cos b =

Donde: e =  E  p cos(2π  f  p t ) + e =  E  p cos(2π  f  p t ) +

mE  p

2 mE  p 2

1 2

cos(b − a ) +

1 2

cos(b + a )

[cos(2π  f  t  − 2π  f  t ) + cos(2π  f  t  + 2π  f  t )]  p

cos 2π ( f  p

m

−  f m

)t  +

m

mE  p

2

cos 2π ( f  p

 p

+

 f m )t 

Esta equação indica a existência de três freqüências distintas na onda modulada, a saber: a freqüência da portadora, uma freqüência inferior (fp – fm) e uma superior (fp + fm). A inferior denominada freqüência lateral inferior e a superior, freqüência lateral superior. Como foi dito no início de 12.5, o sinal modulante foi considerado como uma freqüência individual, de forma senoidal, com a finalidade de facilitar a explanação. No entanto, nos casos reais, este sinal varia continuamente numa faixa considerável, fazendo com que os valores singelos inferior e superior que encontramos, sejam substituídos por faixas de freqüências, denominadas banda lateral inferior e banda lateral superior, cuja largura é igual à diferença entre o valor máximo e o valor mínimo das freqüências do sinal modulante. Por exemplo, quando uma portadora de 1000 KHz é modulada por um sinal de áudio que varia de 100 a 5000 Hz, a freqüência máxima da faixa superior será 1005 Khz e a freqüência mínima da faixa inferior será 995 KHz, como está ilustrado na Figura abaixo.

Ilustração da modulação em amplitude de um canal de voz 117

Como podemos notar pela Figura, a banda lateral superior tem seu espectro de freqüências na mesma direção da original (posição direta), enquanto que a banda lateral inferior tem seu espectro na direção contrária (posição invertida). Este fenômeno ocorre sempre para os casos reais, onde o sinal modulante é composto por mais de uma freqüência.

12.4.4. Distribuição de Potência na Modulação em Amplitude Como sabemos da eletrônica, o valor eficaz de uma onda senoidal é dado por

 E 

2

sendo E  o seu valor de pico, e que a potência média é calculada por intermédio da expressão Pmed 

=

( E 

)

2

eficaz

 R

2

, onde Pmed 

=

 E 

2 R

se a tensão ou corrente tiver sido aplicada a

uma resistência R. Com estas considerações e lembrando da expressão obtida no item 12.5.3, podemos escrever: Pmed .total

=

Pmed .total

Pmed . port  + Pmed . BLI 

=

 E  p

2

+

m 2 E  p

2 R

+

2

+

Pmed . BLS

m 2 E p

8 R

2

8 R

Pela expressão concluímos que: - a potência média associada à portadora, após a modulação, independe do índice de modulação - as potências associadas às bandas laterais são iguais e dependem do índice de modulação. Aplicando diversos valores a m , vamos verificar como se comporta a potência média total e suas componentes. - Para m = 0, teremos: Pmed . port 

 E  p

=

=

=

Pmed . BLS

8 9

Pmed .total

 0,5 2 E  p 2   9 E p 2 = + 2  8 R  16 R 2 R    

 E  p

Pmed . port  Pmed . BLI 

=

2 R

- Para m = 0.5, teremos: Pmed .total

2

=

2

=

 E  p

2

=

8

Pmed .total 2 R 9 2 2 2 1  E  p  1   E  p

   2  8 R

=

=

2 16 R

1 18

Pmed .total

- Para m = 1, teremos: Pmed .total

=

Pmed . port 

 E  p

2

+2

2 R 2  E  p

=

2 R

 E  p

=

2

=

8 R 2 3

3 E p

2

4 R

Pmed .total

118

Pmed . BLI 

=

Pmed . BLS

=

1 6

Pmed .total

A Figura abaixo ilustra todos estes casos.

Distribuição de potência na modulação em amplitude

Para exemplificar, consideremos na saída de um modulador uma onda portadora modulada em amplitude por um sinal de áudio senoidal com 100% de modulação, obtendo-se uma potência média total de 600W. Porém, com 50% de modulação, teremos somente 450W de potência média total de saída. À primeira vista parece que o segundo caso nos poupa potência, no entanto, observamos que no primeiro caso para 600W de saída, cada faixa lateral apresenta uma potência de 100W, enquanto que no segundo caso para 450W de saída cada faixa lateral apresenta somente 25W de saída, insto é: economizando 150W, tivemos uma redução de 75% na potência de cada banda lateral, o que não é vantajosos pois estamos interessados em concentrar potência na informação e não na portadora. Concluímos então que: com a diminuição do índice de modulação, as quantidades relativas de potência média das bandas laterais diminuem rapidamente; portanto, deve-se fazer o índice de modulação tão próximo quanto possível de 1, a fim de que o rendimento da transmissão seja otimizado.

12.4.5. Principais Processos Amplitude Utilizados pelo FDM

de

Modulação

em

Os principais processos de modulação AM utilizados pelo FDM são: 1) AM-DSB (Double Side Band) – modulação em amplitude com faixa lateral dupla 2) AM-DSB/SC (Doublé Side Band Supressed Carrier) – modulação em amplitude com faixa lateral dupla e portadora suprimida. 119

3) AM-SSB (Single Side Band) – modulação em amplitude com faixa lateral única. 4) AM-SSB/SC (Sigle Side Band Supressed Carrier) – modulação em amplitude com faixa lateral única e portadora suprimida. De todos estes processos o mais empregado é o AM-SSB/SC, limitando-se os outros a utilização em alguns sistemas de baixa capacidade. Vamos, pois, verificar a causa desta escolha. Se considerarmos a expressão: e =  E  p cos(2π  f  p t ) +

mE  p

2

cos 2π ( f  p

−  f m

)t  +

mE  p

2

cos 2π ( f  p

+

 f m )t 

obtida para a onda modulada do item 12.5.3, verificamos que o termo representativo da onda portadora independe da amplitude e freqüência do sinal modulante. Desta observação concluímos: torna-se desnecessária a transmissão da portadora que, além de não levar nenhuma informação, ainda é responsável pelo maior percentual gasto da potência total numa transmissão AM, como foi explicado em 12.5.4. 12 .5.4. Da mesma expressão verificamos também que as duas bandas laterais possuem a mesma informação e potência, bastando por isso a transmissão de somente uma delas, o que traz duas grandes vantagens: economia de potência e de faixa de freqüência (ocupase somente a metade da faixa de freqüência – vide Figura). Se por exemplo, considerarmos uma modulação AM tendo M  = 100%, com a supressão da portadora e de uma banda lateral, estaremos necessitando somente 1/6 da potência total para transmitir a informação, usando metade da faixa de freqüências, além de que toda potência disponível pode ser utilizada para transmissão da banda lateral. A onda portadora somente é necessária para a demodulação, podendo ser gerada e aplicada no extremo receptor, sendo suficiente que tenha a mesma freqüência da portadora de transmissão. A supressão parcial ou total da portadora é realizada por moduladores, chamados moduladores balanceados. balanceados. A seleção da banda lateral a ser transmitida é executada por filtros passa-faixa. A Figura abaixo apresenta o diagrama em blocos de uma modulação em amplitude com portadora suprimida e transmissão de uma só banda lateral, bem como a indicação das operações realizadas no domínio da freqüência.

120

Modulação AM com banda lateral única úni ca com portadora suprimida

É importante notar que qualquer uma das bandas laterais poderá ser selcionada, de posição direta (mesma direção da original) ou invertida, como é o caso do exemplo. A banda escolhida é indicada pela posição do triângulo.

12.5. Demodulação em Amplitude Como já vimos anteriormente, ao processo de restauração do sinal modulante ou informação, a partir do sinal modulado e da portadora, chamamos de demodulação. De maneira idêntica à modulação, a forma senoidal será utilizada para permitir mostrar com maior clareza como se processa a demodulação. Como para o FDM o principal interesse é para a modulação do tipo SSB/SC, tomemos como exemplo um sinal modulado em freqüência lateral inferior, cuja expressão encontrada no item 11.5.5 representa um sinal senoidal de freqüência (fp – fm): e BLI 

=

mE  p

2

cos 2π ( f  p

−  f m

)t 

A onda portadora, idêntica em freqüência à da modulação, é representada pela expressão: e p

=  E  p

cos 2π  f  p t 

121

Se modularmos em amplitude a portadora e p p  pelo sinal e BLI  BLI , obteremos uma outra onda modulada que também tem forma senoidal e cuja amplitude em função do tempo é dada pela expressão: +

 E  p

mE  p

2

cos 2π ( f  p

−

 f m )t 

A amplitude instantânea da mesma pode ainda ser representada por: 

e =  E  p

+

mE  p



Como m =

 E m  E  p

cos 2π ( f  p

2

−



 f m )t  cos 2π  f  p t 



, teremos:

e =  E  p cos(2π  f  p t ) +

 E m

Da trigonometria sabemos que: cos a cos b =

Onde: e =  E  p cos 2π  f  p t  +

 E m

4

1 2

2

cos 2π ( f  p

cos(b − a ) +

cos(2π  f m t ) +

1 2

−  f m

 p

cos(b + a )

 E m

4

)t cos 2π  f  t 

2π  cos(2 f  p

−  f m

)t 

Como podemos verificar, a demodulação nada mais é do que a modulação na direção inversa, na qual obtemos, para o exemplo, uma freqüência lateral inferior idêntica à informação original, porém com uma amplitude menor Se tivéssemos tomado, como exemplo do sinal modulado, a freqüência lateral superior, obteríamos resultado idêntico.

12.6. Princípio Básico do Multiplex por Divisão de Freqüência (FDM) O FDM é um método de multiplexação no qual diversos canais de voz, todos com a mesma faixa de freqüências, mas em pares de condutores diferentes, são transladados para posições adjacentes e predeterminadas do espectro de freqüência mútua. Na recepção o processo é o inverso, reconstituindo-se cada canal de voz e o enviando separadamente ao seu destino. Seja como exemplo, 3 canais de voz de 4 KHz que desejamos multiplexar para utilizar um meio de transmissão que possui uma faixa de freqüência de 12 a 24 Khz. A Figura 12.11 apresenta todo o processo de multiplexação, bem como a demultiplexação no terminal distante. No lado de transmissão, cada canal modula uma portadora, obtendo-se em cada modulação duas bandas laterais com a portadora suprimida. A seguir, os filtros passa-faixa selecionam as bandas requeridas para compor a faixa de freqüências no meio de transmissão (12 a 24 KHz), agrupando-as lado a lado, e entregando o sinal assim formado para o meio de transmissão. No lado de recepção o processo é o inverso para se reconstituir cada canal de voz, sendo necessário que as portadoras usadas na demodulação sejam idênticas às utilizadas na modulação.

122

Multiplexação e demultiplexação de 3 canais de voz

Quando, num sistem multiplex, a freqüência da portadora de uma das Estações Terminais se encontra diferente da outra, diz-se que há falta de sincronismo. sincronismo. Este fenômeno torna irreconhecível a voz do interlocutor (voz de robô) que se encontra no outro extremo. Por exemplo, seja a multiplexação e demultiplexação de um canal de 0 a 4 KHz, indicado na Figura: - Em A está indicada a informação a ser modulada, bem como a portadora de 12 KHz a ser utilizada na modulação mo dulação SSB/SC - Em B temos a informação já transladada, após a modulação - Em C apresentamos a informação reconstituída, após ser demodulada com uma portadora de 11 KHz, diferente da portadora da modulação. Como podemos verificar, a informação obtida difere da original, isto é, todas as freqüências estão deslocadas de 1 Khz, fazendo com que a voz do interlocutor se torne mais aguda. - Em D apresentamos a demodulação com uma portadora de 13 KHz, obtendo-se uma informação reconstituída, também diferente da original, porém neste caso a voz do interlocutor se torna ininteligível devido à superposição de faixas de freqüências, conforme mostra a figura; este fato ocorre devido à inversão da faixa de freqüências na demodulação pois não existe freqüências negativas.

123

Falta de sincronismo entre Terminais Multiplex

12.7. Banda Básica 12.7.1. Conceito Banda básica, no sentido multiplex, é a faixa de freqüências necessária para a transmissão do sinal multiplex por um meio de transmissão qualquer. Geralmente é definida pelo número máximo de canais telefônicos que podem ser transmitidos, ou pela especificação das freqüências externas da banda básica do sinal multiplex. Por exemplo, se um sistema rádio-microondas em visibilidade tem um faixa de freqüências disponível de 60 a 1364, podemos utilizar este meio de transmissão para um sistema multiplex de 300 canais telefônicos, com uma banda básica de 64 2660 Khz. É importante observar dois aspectos relacionados com a faixa de freqüências: - quando estamos falando em canal multiplex telefônico sem indicação do tipo, estamos sempre nos referindo àquele de 4 KHz de faixa. - A faixa de freqüências disponível num meio de transmissão utilizado pelo multiplex é, geralmente, maior que a banda básica do sinal mutiplex. Esta faixa de freqüências a mais é necessária para a transmissão de informações do próprio meio de transmissão.

124

12.7.2. Estágios de Translação Com a evolução do FDM, houve um rápido crescimento do número de canais transmitidos por um único meio e os sistemas evoluíram em pouco tempo de 3 para 12 canais, de 12 para 60 canais, alcançando os 10 800 canais rapidamente. A fim de que se obtivesse um crescimento ordenado e racional da canalização, visando, principalmente, fazer com que os sistemas de pequena capacidade pudessem compor os sistemas de alta capacidade e que, na construção dos diferentes sistemas, se utilizassem as mesmas unidades fundamentais, facilitando assim a fabricação dos equipamentos, o CCITT padronizou o processo de translação para obter os sistemas de alta capacidade, dividindo-o em estágios de translação. É importante observar que, quando nos referimos a estágio de translação, estamos indicando sempre as duas operações: multiplexação e demultiplexação. Os estágios de translação foram agrupados pelo CCITT em dois conjuntos, chamados Procedimento 1 e Procedimento 2, sendo este último de pouco interesse.

12.7.3. Procedimento 1 Os estágios de translação utilizados neste procedimento são os seguintes: a) Translação de canal Neste estágio os canais de voz são transladados para a faixa de 60 a 108 Khz, compondo um grupo básico. No item 12.1 vimos que o CCITT recomenda dois tipos de canais de voz e, em conseqüência, teremos dois tipos de grupos básicos: - Grupo básico de 8 canais de voz de 6 Khz de faixa. - Grupo básico de 12 canais de voz de 4 Khz de faixa. A locação destes canais no espectro de freqüências do grupo básico está apresentado na Figura abaixo.

Locação de canais no grupo básico

Como o CCITT não recomenda quais as portadoras que devem ser utilizadas para essas translações, cada fabricante de equipamento MUX (Multiplex) utiliza um processo para locar os canais no grupo básico. A seguir apresentaremos as translações de canal mais usuais, utilizadas pelos diversos fabricantes, lembrando, no entanto, que as mesmas não são padronizadas pelo CCITT.

125

1º tipo de grupo de 12 canais Alguns fabricantes utilizam um estágio intermediário de translação, no qual três canais são, inicialmente, transladados para a faixa de 12-24 KHz, compondo um prégrupo básico. A Figura abaixo apresenta a locação dos canais no pré-grupo como as portadoras utilizadas.

Locação dos canais no pré-grupo

Após, quatro pré-grupos são transladados para a faixa de 60 a 108 KHz, compondo um grupo básico do CCITT. A Figura 12.15 apresenta a locação dos prégrupos no espectro de freqüências do grupo básico, bem como as portadoras utilizadas.

Locação dos pré-grupos no grupo básico do CCITT

2º Tipo de grupo de 12 canais Outros fabricantes utilizam outro tipo de estágio intermediário, no qual seis canais são transladados, inicialmente, para faixa de 12 a 36 KHz, compondo um pré-grupo básico. A Figura 12.16 apresenta a locação dos canais no pré-grupo, bem como as portadoras utilizadas.

126

Locação dos canais no pré-grupo

Após, dois pré-grupos são transladados para a faixa de 60 a 108 KHz, compondo um grupo básico do CCITT. A Figura 12.17 apresenta a locação dos pré-grupos no espectro de freqüências do grupo básico, bem como as portadoras utilizadas.

Locação dos pré-grupos no grupo básico do CCITT

3º Tipo de grupo de 12 canais Existem ainda fabricantes que fazem a translação direta dos doze canais para a faixa de 60 a 108 KHz, compondo o grupo básico do CCITT. 127

A Figura 12.18 apresenta a locação dos canais no grupo básico, bem com as portadoras utilizadas.

Locação dos canais no grupo básico do CCITT

12.8. Representação das Bandas Básicas no Domínio do Tempo e da Freqüência. Agora que já verificamos como é a locação dos canais no espectro de freqüências para informação dos diversos tipos de banda básica, é importante que se tenha uma idéia de como se apresenta a forma deste sinal, tanto no domínio do tempo como no domínio da freqüência. Assim, tomemos como exemplo um banda básica com 12 canais, na faixa de 60 a 108 KHz, na qual consideraremos três casos distintos: A – Um canal de voz sendo utilizado B – Três canais de voz sendo utilizados ao mesmo tempo. C – Utilização de todos s canais de voz ao mesmo tempo Como podemos verificar pela Figura 12.19, no domínio da freqüência, a medida que aumentamos a ocupação dos canais, vamos preenchendo o espectro de freqüências da banda básica. No domínio do tempo, quando aumentamos o número de canais ocupados, vetorialmente somam-se as fases e ocorrem picos maiores e em maior número. Pela Figura 12.19 podemos verificar claramente que os picos do caso C são maiores que os do caso B e estes, maiores que do A. É importante observar, no entanto, que o valor eficaz destes sinais fica bem abaixo dos picos, fato este que será de grande importância para a carga do multiplex.

128

Representação da ocupação dos canais de uma banda básica no domínio do tempo e da freqüência

129

12.9. Sistemas de Transmissão Multiplex via Rádio A Figura 12.20 apresenta a configuração básica da ligação entre duas localidades feitas por meio de um sistema rádio, onde está indicada como é realizada a conexão entre a Estação Multiplex à Estação Rádio.

Ligação Via Rádio

A Estação Rádio é composta basicamente por um transmissor e um receptor, chamado transceptor, por um modulador e um demodulador, chamado MODEM, e pelas antenas de transmissão e recepção. Na prática existe apenas uma antena para recepção e transmissão e um duplexador, que separa o que é transmissão e o que é recepção. Um transmissor de rádio pode ser encarado como um elemento que provoca continuamente, através de uma antena; uma pertubação eletromagnética, de forma localizada, que se propaga no espaço, em todas as direções, atenuando-se com a distância. Uma antena receptora pode sentir estas pertubações e, se estiver ligada a um equipamento conveniente (receptor), haverá recepções dos sinais daquele transmissor. Deste modo, na localidade A, ao enviarmos o sinal multiplex para a Estação Rádio, esta informação é processada pelo modulador-transmissor, fazendo com que tenhamos uma onda portadora modulada na antena transmissora. Esta onda é captada pela antena receptora da Estação Rádio da localidade B, sendo processada pelo receptordemodulador, regenerando-se a informação original da localidade A, que é então entregue ao multiplex B. A rádio-freqüência (onda portadora) utilizada para a transmissão de informação da localidade A para B, chamamos de canal RF (canal de rádio-freqüência). As Estações Rádio de A e B são chamadas de estações terminais. Quando existem obstáculos físicos que atrapalham a propagação das ondas no espaço, ou quando este sinal está demasiadamente enfraquecido devido às características de propagação, utilizam-se estações intermediárias ao longo das rotas de rádio, chamadas estações repetidoras, a fim de regenerar ou retransmitir as ondas. Ao conjunto de estações terminais e repetidoras chamamos de tronco de rádio. É importante observar que num tronco de rádio podemos ter mais de um canal de RF em cada direção. Geralmente, nos sistemas de alta confiabilidade, temos um canal de

130

RF para transmitir as informações, chamado principal, e um outro em paralelo para substituir o principal em caso de falhas, chamado de proteção. As ondas eletromagnéticas propagam-se de maneiras diferentes, dependendo da freqüência emitida pelo transmissor. Devido a isto, os sistemas rádio são classificados internacionalmente de acordo com as faixas de freqüências utilizadas e que estão apresentadas na tabela a seguir, onde estão indicados alguns serviços que empregam estes sistemas.

Como os sistemas de telecomunicações utilizam principalmente freqüências a partir de HF, há interesse no estudo dessas propagações. Vamos então analisar de forma bem simples, os princípios básicos de propagação dos sistemas rádio empregados no multiplex.

131

a) Sistemas de rádio HF A Figura apresenta uma antena de rádio HF emitindo ondas esféricas e concêntricas. As partes inferiores das ondas se propagam junto a superfície da Terra (onda terrestre), acompanhando a curvatura desta e perdendo energia rapidamente com a distância, por absorção no terreno. As partes superiores da onda se expandem para o espaço e, numa altura de 80 a 150 Km, encontram uma das principais camadas da atmosfera terrestre, chamada ionosfera. Nestas alturas, a atmosfera é tão rarefeita, que as moléculas dos gases estão bem mais afastadas uma das outras do que nas menores alturas. A energia solar, principalmente na forma de raios ultravioletas, incidindo sobre essas moléculas, arrancam seus elétrons, transformando-as em íons positivos. Desta maneira, nestas alturas formam-se camadas de íons e de elétrons livres, determinando o nome de ionosfera. Dependendo da concentração dos elétrons formados, a ionosfera apresenta índices de refração diferentes das camadas mais baixas, encurvando e mudando de direção as ondas de rádio que nela penetram de baixo para cima. Esta mudança na direção é tal que faz as ondas retornarem para a Terra como se refletissem na ionosfera. O fenômeno, na realidade, é de refração ionosférica (por mudança de índice de refração) mas comumente se diz reflexão ionosférica, quando se refere apenas ao efeito do retorno da onda. Esta onda que retorna é chamada onda celeste; pode se refletir novamente na superfície terrestre, repetindo o fenômeno da refração ionosférica e, através de vários saltos, atingir grandes distâncias.

Propagação em HF

Este mecanismo de propagação não é confiável para sistemas multiplex, porque, sendo a energia solar incidente na alta atmosfera de intensidade variável, os índices de refração na ionosfera são instáveis, fazendo com que a onda celeste tenha também intensidade variável.

132

Quando ocorrem grandes perturbações solares, estas provocam tempestades magnéticas que, atingindo a ionosfera, modificam os índices de refração de tal maneira, fazendo com que as ondas não sejam mais refratadas de volta para a Terra. Nesta situação interrompem-se as comunicações.

b) Sistemas de rádio VHF/UHF Passando-se a transmissão para freqüências mais elevadas, nas faixas de VHF (30 MHz a 300 MHz) e UHF (300 MHz a 900 MHz), a experiência mostra que a ionosfera é transparente a essas freqüências, não as refratando mais de volta para a Terra. Além disso, nessas freqüências, as ondas de rádio começam a se comportar como ondas de luz, isto é, propagam-se em linha reta, refletem-se em obstáculos, podem ser focalizadas por antenas convenientes. Na Figura 12.22 está exemplificando o que falamos: a parte das ondas que vai para cima atravessa a ionosfera e se perde no espaço. A parte da onda que se irradia  junto a superfície terrestre é útil até o horizonte, ou seja, até uma distância de mais ou menos 80 a 100 Km do ponto de transmissão. Daí em diante a onda se afasta da Terra, perdendo-se no espaço exterior.

Propagação VHF/UHF

Podemos imaginar que a antena transmissora ilumina diretamente a antena receptora que, por sua vez deve estar quase ao alcance visual. Por isso este mecanismo de propagação também se chama em linha de visada ou visada direta. Este tipo de transmissão é utilizada em serviço que exigem alta confiabilidade à distâncias menores que em HF, podendo alcançar até 200 Km se forem empregadas duas a quatro estações repetidoras. Os sistemas rádio VHF/UHF utilizados pelo multiplex são empregados nas comunicações interurbanas estaduais, tendo média capacidade (12, 24 ou 60 canais) b) Sistemas de rádio-microondas em visibilidade

133

Subindo mais ainda a freqüência, chegamos na região de microondas (900 MHz a 30000 MHz). Nestas freqüências as ondas de rádio se comportam praticamente como ondas de luz, podem ser focalizadas como em grandes lanternas e se propagam em linha reta, como mostra a Figura 12.23. O rádio transmissor está ligado à antena por um condutor especial, chamado de guia de onda, estando fixada, juntamente com o refletor, numa torre. A antena se comporta como a lâmpada de uma lanterna e o refletor focaliza as ondas de rádio para a sua frente. As microondas focalizadas pela parábola transmissora incidem diretamente sobre a parábola receptora que, por sua vez, focaliza as ondas no seu ponto central, onde está a antena receptora. Dessa antena as ondas são levadas por um guia de onda até o rádio receptor. Cada antena de microondas com sua respectiva parábola, geralmente, serve para transmitir e/ou receber mais de um canal de RF.

Utilização de refletores parabólicos em microondas

Vemos, portanto, que nenhum obstáculo pode interceptar o feixe de microondas entre duas antenas. Por isso as torres são normalmente colocadas em pontos elevados e estão distanciadas no máximo 50 a 60 Km, dependendo do relevo, ao longo da rota de transmissão, a fim de regenerar o sinal de RF enfraquecido devido as perdas na propagação. Assim, através de repetições sucessivas, o sinal de microondas sai da estação terminal da localidade de origem e atinge a estação terminal da localidade de destino, conforme mostra a Figura abaixo.

134

Tronco em Microondas

Representação de transmissão Multiplex analógico

Interligação de uma central telefônica analógica com sistema de transmissão interurbano via Multiplex e Rádio

12.10. Representação de transmissão Multiplex e etapas de uma ligação telefônica interurbana

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Multiplexação em uma chamada telefônica interurbana – Visão geral

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O registrador ao receber um número (0 XX 84 ZYXW RTUX) diferente daquele prefixo interno, irá procurar num arquivo (na matriz de comutação) qual a rota (caminho) a utilizar para alcançar aquele destino, daí localiza um juntor livre nessa rota e procura ocupá-lo. Isto é feito com a geração de um pulso de terra (0 volt com duração de 150 ms) que sai pelo fio M do juntor escolhido, esse sinal entra no ponto 2 do canal multiplex ao qual o juntor está conectado, daí fecha-se a chave (vide Figura 11.25) para liberação para frente de um tom de 3,825 KHz que sai pelo ponto 3, passa pelo filtro passa-faixa e chega ao ponto 4 dentro da unidade de canal do MUX. Ao ser processado no modulador de canal, o sinal periódico pulsado de 3,825 KHz é transladado para as freqüências Fp + 3,825 KHz e Fp – 3,825 KHz. Onde Fp é a freqüência da portadora do canal correspondente. No caso da Figura 11.25, temos Fp = 108 KHz e seriam obtidas no ponto 8: 108 + 3,835 KHz e 108 – 3,825 KHz, daí passando no filtro 104 – 108 KHz, teríamos no ponto 9 apenas o sinal de 104, 175 KHz, esse sinal entraria no combinador de canais Tx e seria transmitido na direção do Rádio e conseqüentemente da central de destino. A central de destino receberá o sinal de 104,175 KHz que passará (lado B não mostrado na figura) pelos pontos 12 -> 13 -> 14 -> 15 -> chegando ao fio E do juntor da central de destino, representando um sinal de terra durante 150 ms. Daí seria iniciada a seqüência de envio da sinalização MFC através do par de fios Tx, (pontos 5 -> 6 -> 7-> 8 -> 9 -> 10), ocorrendo sempre a translação de freqüências no modulador de canal do MUX FDM. Os sinais MFC transmitidos correspondem a pares de freqüências da tabela dos grupos I e II, conforme mostrado na Tabela 8.4. Para cada sinal MFC enviado no par Tx, haveria um retorno da central de destino que chegaria na estação de origem através dos pontos 12 -> 13 -> 14 -> 17, ocorrendo sempre a translação de freqüências no demodulador de canal do MUX FDM. Observe que a mesma portadora é utilizada no modulador e no demodulador. O último sinal MFC do processo é chamado de fim de seleção, que indica a condição do assinante B, supondo que a linha de destino esteja livre com tarifação, então a central B enviará um sinal fim de seleção B1 correspondente a um par espefícico de freqüências, como dito anteriormente. Esse sinal irá acionar envio da corrente de toque para o assinante de destino e o tom de controle de chamada para o assinante de origem. Após concluído o processo MFC, a campainha de B tocará e se o mesmo retirar o fone do gancho, imediatamente a central de destino manda para a de origem um pulso de terra durante 150 ms que sai pelo fio M do destino e chega (central de origem) pela seqüência de demodulação: (108-3,825 KHz) Ponto 12 -> 13 -> 14 -> 15 -> 16 -> fio E do  juntor. Daí a conversação e a tarifação correspondente são iniciadas, sendo interrompido também o tom de controle de chamada.

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