RC_M1_TrabalhoAvaliacao

Beatriz nº5 2ºTGPSI

Comunicação de Dados

Quiz Final

Webgrafia

Conclusão

Técnicas de compressão de dados

Técnicas de deteção e correção de erros em transmissões digitais

Ligações síncronas e assíncronas

Técnicas de codificação

Modulação em amplitude, frequência e fase

Transmissão de sinais analógicos e digitais

Grandezas e Medidas

Técnicas de conversão analógico-digital

Sistemas Simplex, Half-Duplex e Full-Duplex

Componentes de um sistema de comunicações

Introdução

Índice

Introdução

A comunicação de dados é fundamental na era digital, permitindo a transmissão eficiente de informações entre dispositivos. Este trabalho explora os componentes e sistemas envolvidos, abordando modos de transmissão, técnicas de codificação, modulação, compressão e métodos de deteção e correção de erros. O objetivo é fornecer uma compreensão clara das práticas que garantem a integridade e eficácia nas comunicações digitais.

Componentes de um sistema de comunicações

Protocolo

Meio ou canal

Componentes de um sistema de comunicação

Recetor

Emissor

Mensagem

A comunicação de dados é essencial para a troca de informações em diversos contextos. Um sistema básico de comunicação de dados é composto por cinco elementos principais:

Protocolos de rede

Pergunta

00:30

Sistemas Simplex, Half-Duplex e Full-Duplex

Na comunicação de dados, os sentidos em que a informação pode ser transmitida entre emissores e recetores dependem do tipo de canal e da configuração de transmissão. Existem três modos principais de transmissão:

Sistemas Simplex, Half-Duplex e Full-Duplex

Full-Duplex

Half-Duplex

Simplex

Pergunta

00:30

Transmissão de sinais analógicos e digitais

Transmissão de sinais analógicos e digitais

Sinais analógicos

Sinais digitais

Transmissão de sinais analógicos e digitais

Pergunta

Sinais digitais

00:30

Modulação em amplitude, frequência e fase

A modulação é uma técnica fundamental utilizada nas comunicações para transmitir informações através de ondas eletromagnéticas. Consiste em modificar uma onda portadora, que é uma onda senoidal, de forma a codificar as informações que se pretende transmitir. Existem três tipos principais de modulação:

Modulação em amplitude, frequência e fase

Modulação em fase (PM)

Modulação em frequência (FM)

Modulação em amplitude (AM)

Modulação em amplitude

Modulação em frequência

Modulação em fase

Pergunta

00:30

Técnicas de conversão analógico-digital

A conversão de sinais analógicos em digitais é um processo essencial nas comunicações e no processamento de dados modernos. Sinais analógicos, que são contínuos e variam ao longo do tempo, precisam ser transformados numa forma digital, que é discreta e pode ser facilmente manipulada por dispositivos eletrónicos, como computadores e microcontroladores. Essa conversão permite que informações, como voz, música e vídeo, sejam armazenadas, processadas e transmitidas de forma eficiente em ambientes digitais.

Técnicas de conversão analógico-digital

Codificação

Quantização

Amostragem

Pergunta

00:30

Grandezas e Medidas

Bit rate

No campo das comunicações, as grandezas e medidas desempenham um papel fundamental na quantificação da capacidade de um sistema de comunicação. A capacidade de transferir informações entre dispositivos é diretamente relacionada à quantidade de dados que podem ser transmitidos em um determinado período de tempo. Essas medições são essenciais para avaliar a eficiência e a eficácia de redes e sistemas de comunicação.Entre as grandezas e medidas mais importantes na comunicação, destacam-se:

Sistemas Simplex, Half-Duplex e Full-Duplex

Throughput

Largura de banda

Decibel (dB)

Pergunta

00:30

Técnicas de Codificação

As técnicas de codificação têm como objetivo principal garantir a integridade e a sincronização dos dados durante a transmissão. Quando as informações são enviadas de um ponto a outro, podem ser afetadas por atrasos, ruído e erros que podem ser introduzidos pelo canal ou pelos equipamentos de rede. Para mitigar esses problemas, foram desenvolvidos códigos de linha, que ajudam a manter a integridade dos dados ao longo do seu percurso.

Técnicas de Codificação

Manchester

Return Zero (RZ)

Non Return Zero (NRZ)

Técnicas de codificação

Pergunta

00:30

Ligações síncronas e assíncronas

Ligações síncronas e assíncronas

Ligações síncronas

Ligações assíncronas

Pergunta

00:30

10

Técnicas de deteção e correção de erros em transmissões digitais

Erros na transmissão de dados podem ocorrer devido a fatores como diafonia, ruídos e falhas em componentes eletrônicos. Para garantir a integridade das informações, são aplicadas técnicas de detecção e correção de erros, como:

Técnicas de deteção de erros

CRC

Checksum

Bit de Paridade

A correção de erros é um processo fundamental nas comunicações digitais, que assegura a integridade dos dados transmitidos. Quando ocorrem erros durante a transmissão, técnicas específicas são aplicadas para identificar e corrigir essas falhas, garantindo que as informações cheguem ao destino de forma precisa e confiável. Isso é crucial em aplicações onde a precisão dos dados é essencial, como em transmissões de voz, vídeo e dados críticos, utilizando métodos como

Técnicas de correção de erros

ARQ

Hamming

Técnicas de deteção e correção de erros em transmissões digitais

Pergunta

00:30

11

Técnicas de compressão de dados

Natureza dos dados

Compressão sem perdas

Compressão com perdas

A compressão de dados é um processo que reduz o tamanho dos ficheiros utilizando algoritmos específicos. Este procedimento é crucial para otimizar o espaço de armazenamento e acelerar a transferência de dados, especialmente num mundo onde a eficiência e a rapidez são cada vez mais valorizadas. Contudo, é importante notar que, ao comprimir dados, pode haver uma perda de qualidade, especialmente em arquivos multimédia.Existem três métodos principais de compressão de dados:

Técnicas de compressão de dados

Pergunta

00:30

Teste os seus conhecimentos

12

Quiz Final

Pergunta 1

00:30

Pergunta 2

00:30

Pergunta 3

00:30

Pergunta 4

00:30

Pergunta 5

00:30

Pergunta 6

00:30

Pergunta 7

00:30

Pergunta 8

00:30

Pergunta 9

00:30

Pergunta 10

00:30

13

Conclusão

Em resumo, a comunicação de dados envolve diversas técnicas essenciais para assegurar a precisão e eficiência na transmissão de informações. Desde a escolha do modo de transmissão até a compressão de dados e a deteção de erros, cada aspecto contribui para a integridade das mensagens. Este conhecimento é crucial para profissionais e estudantes que desejam se aprofundar em telecomunicações e tecnologia da informação, preparando-os para os desafios futuros nesse campo em evolução.

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Webgrafia

• https://brunomigg.wordpress.com/2012/09/26/hello-world/ - Capítulo 1 (11/10/2024)
• https://www.significados.com.br/elementos-da-comunicacao/ - Capítulo 1 (11/10/2024)
• https://www.cloudflare.com/pt-br/learning/network-layer/what-is-a-protocol/ - Capítulo 1 (11/10/2024)
• https://edu-alves2.webnode.pt/modulo-1/sistemas-simplex-half-duplex-e-full-duplex/ - Capítulo 2 (11/10/2024)
• https://brunomigg.wordpress.com/2012/09/27/sistemas-simplex-half-duplex-e-full-duplex/ - Capítulo 2 (15/10/2024)
• https://edu-alves2.webnode.pt/modulo-1/transmiss%C3%A3o-de-sinais-analogicos-e-digitais/ - Capítulo 3 (15/10/2024)
• https://www.liohm.com/br/noticia/sinais-analogicos-x-sinais-digitais-vantagens-e-desvantagens/ - Capítulo 3 (16/10/2024)
• https://tv.cancaonova.com/noticias/qual-a-diferenca-entre-sinal-digital-e-analogico/ - Capítulo 3 (16/10/2024)
• https://redes-108005.webnode.pt/modulo-1/tipos-de-modula%C3%A7%C3%A3o/ - Capítulo 4 (16/10/2024)

• https://www.youtube.com/watch?v=srYlywiBrYM - Capítulo 4 (16/10/2024)
• https://redes-108005.webnode.pt/modulo-1/tecnicas-de-convers%C3%A3o/ - Capítulo 5 (16/10/2024)
• https://redes-de-comunicacao0.webnode.pt/meios-fisicos-de-transmiss%C3%A3o/modos-de-comunica%C3%A7%C3%A3o/tipos-de-rede-de-ethernet/tipos-de-sinal-analogico-digital-/modela%C3%A7%C3%A3o-demodula%C3%A7%C3%A3o/tipos-de-net/ligac%C3%B5es-sincronas-e-assincronas/grandezas-e-medidas/ - Capítulo 6 (18/10/2024)
• https://redes-108012.webnode.pt/grandezas-e-medidas/ - Capítulo 6 (18/10/2024)
• https://jfmm19rcom.wordpress.com/2012/10/11/grandezas-e-medidas/ - Capítulo 6 (18/10/2024)
• https://redes-108005.webnode.pt/modulo-1/tecnicas-de-codifica%C3%A7%C3%A3o/ - Capítulo 7 (18/10/2024)
• https://jfmm19rcom.wordpress.com/2012/10/11/tecnicas-de-codificacao/ - Capítulo 7 (18/10/2024)
• https://ricardomartins96.wordpress.com/2012/10/04/ligacoes-sincronas-e-assicronas/ - Capítulo 8 (22/10/2024)
• https://pt.stackoverflow.com/questions/51268/qual-a-diferen%C3%A7a-entre-comunica%C3%A7%C3%A3o-ass%C3%ADncrona-e-s%C3%ADncrona - Capítulo 8 (22/10/2024)

• https://redes-108005.webnode.pt/modulo-1/tecnicas-de-dete%C3%A7%C3%A3o-e-corre%C3%A7%C3%A3o-de-erros-em-transmiss%C3%B5es-digitais/ - Capítulo 9 (23/10/2024)
• https://t1renato.wordpress.com/2012/10/11/tecnicas-de-detecao-e-correcao-de-erros-em-transmissos-digitais/ - Capítulo 9 (22/10/2024)
• https://redes-108005.webnode.pt/modulo-1/tecnica-de-compress%C3%A3o-de-dados/ - Capítulo 10 (23/10/2024)
• https://10infrcpedro.wordpress.com/2012/10/18/tecnicas-de-compressao-de-dados/ - Capítulo 10 (23/10/2024)
• https://pixlr.com/pt/ - Gerar imagens (25/10/2024)
• https://www.freepik.com/ - Gerar imagens (25/10/2024)
• https://monica.im/?index=1 - Gerar imagens (25/10/2024)
• https://firefly.adobe.com/ - Gerar imagens (25/10/2024)
• https://www.flaticon.com/br/ - Ícones (25/10/2024)

OBRIGADA!

O checksum é uma soma de verificação que ajuda a detetar erros. O processo inclui somar os dados, inverter a sequência resultante, e enviar os dados junto com o checksum. No receptor, os dados são somados novamente com o checksum invertido. Se o resultado for 1's, não houve erro; caso contrário, ocorreu um erro.

Este método utiliza um mecanismo de repetição onde, se um erro é detetado na transmissão, o recetor solicita ao emissor o reenvio da mensagem. O receptor envia um aviso de recebimento (ACK - Acknowledgment) se não houver erros. Caso não receba o ACK num período definido, o emissor reenvia a mensagem até que a confirmação seja recebida ou um limite de tentativas seja alcançado.

O sinal não precisa voltar a zero entre as transições de bits, apresentando um Duty Cycle de 100%. Existem três tipos:

• NRZ Unipolar: Níveis entre 0 e 1. Representa 1 como 1 e 0 como 0. Simples, mas suscetível a perdas de sincronismo.
• NRZ Polar: Níveis entre -1 e 1. Representa 1 como +1 e 0 como -1, com as mesmas desvantagens do NRZ Unipolar.
• NRZ Bipolar (AMI): Níveis entre -1, 0 e 1. O bit 0 é representado por 0, e 1 alterna entre +1 e -1. Também pode perder sincronismo.

Após a amostragem, o próximo passo é a quantização. Esta técnica transforma a sequência de amostras obtidas em valores discretos, conhecidos como níveis de quantização. Por exemplo, se tivermos apenas quatro níveis de quantização (0, 1, 2 e 3), cada amostra deve ser arredondada para o nível de quantização mais próximo. A precisão da quantização afeta diretamente a qualidade do sinal digital resultante; mais níveis de quantização permitem uma representação mais fiel do sinal original, mas também aumentam a complexidade e o tamanho dos dados.

O recetor é o dispositivo ou agente que recebe a mensagem. É o destinatário para quem a mensagem é enviada e pode ser uma pessoa ou um dispositivo.

• Exemplo: Os alunos que estão a assistir à aula são recetores das mensagens emitidas pelo professor. Eles podem-se tornar emissores a qualquer momento, por exemplo, ao fazer perguntas ou comentários sobre o que está a ser apresentado.

O bit de paridade indica se o número de bits "1" em um byte é par ou ímpar. Por exemplo, na sequência 1100110, o bit de paridade é 0 (par), enquanto que em 10101011, o bit de paridade indica um erro, pois o número de 1's é ímpar.

A comunicação ocorre sem um sinal de sincronização contínuo. A informação de sincronização está codificada dentro da sequência de dados. O emissor insere periodicamente "flags" para identificar o início e o fim de blocos de dados. O uso de bits adicionais, como start-bit e stop-bit, torna essa comunicação menos eficiente, mas é adequada para contextos em que a entrega urgente não é prioritária, como no envio de e-mails.

O emissor e o recetor devem estar sincronizados antes e durante a transmissão. Ambos compartilham um relógio comum, permitindo um fluxo contínuo de dados. A sincronização pode ser feita através de fios adicionais ou códigos específicos que marcam o início e o fim das sequências. É ideal para aplicações de alta velocidade, como chamadas de voz.

Este método mantém todas as informações intactas e é crucial para dados sensíveis, como documentos de texto. Formatos como ZIP e RAR são comumente usados. Os algoritmos identificam redundâncias, reduzindo o tamanho do ficheiro, mas permitindo a sua completa restauração durante a descompressão. A compressão sem perdas é essencial para garantir a integridade dos dados.

A amostragem é o primeiro passo na conversão de um sinal analógico em digital. Consiste em extrair amostras do sinal original a uma cadência suficientemente alta para que o sinal digital resultante possa ser reconstruído de forma precisa. A frequência com que as amostras são retiradas deve ser, pelo menos, o dobro da frequência máxima presente no sinal original, de acordo com o Teorema de Nyquist. Isto garante que a informação contida no sinal analógico não seja perdida durante o processo de digitalização.

Throughput é a quantidade efetiva de dados transferidos num período específico, frequentemente expressa em Kbps, Mbps ou Gbps. Refere-se à taxa de transferência real numa rede ou disco rígido, e é influenciado por fatores como a frequência máxima de transmissão do canal e a taxa de erro na comunicação. Apesar de um serviço de Internet ser contratado com uma determinada largura de banda, o throughput representa o valor real que pode ser alcançado, levando em conta as limitações do sistema e do canal de transmissão.

A mensagem é a informação que deve ser transmitida e pode ser composta por textos, números, imagens, som ou vídeo. Ela é o objeto central do processo de comunicação e pode ser visual, auditiva ou audiovisual.

• Exemplo: Durante uma aula, o professor transmite conhecimento. O conteúdo que ele apresenta (por exemplo, a estrutura das moléculas de ADN) é a mensagem. Esta mensagem pode ser entregue através de uma apresentação de slides, gráficos, ou mesmo vídeos.

No modo full-duplex, a transmissão é bidirecional simultânea, ou seja, permite que os dados sejam enviados e recebidos ao mesmo tempo. É vantajosa para comunicações rápidas e ininterruptas, embora exija um canal de comunicação mais complexo.

• Exemplos: Chamadas telefónicas, comunicações de videoconferência, ligações de internet de alta velocidade, etc...

Os sinais digitais têm valores discretos, representando dados apenas como "0" e "1" (binário). Essa característica torna-os mais resistentes a ruídos e interferências e também mais eficientes no armazenamento e processamento de dados, embora percam alguma precisão em relação aos sinais analógicos.

O decibel (dB) é uma unidade logarítmica utilizada para medir a intensidade de sons e a relação entre duas quantidades, como a potência de um sinal. É amplamente aplicado em acústica, eletrónica e telecomunicações, servindo para descrever sinais transmitidos por diferentes meios, como cabos de cobre e fibras óticas. O dB pode indicar perdas (valores negativos) ou ganhos (valores positivos) de potência num sinal. A sua popularidade deve-se à facilidade de cálculos, que são simplificados a somas e subtrações.

Finalmente, a codificação é o processo em que os valores quantizados são convertidos em formato binário, ou seja, transformados em bits (0s e 1s). Este passo é crucial, pois os sinais digitais precisam ser representados num formato que possa ser facilmente transmitido e processado por dispositivos electrónicos. A codificação pode utilizar diferentes esquemas, dependendo das necessidades da aplicação e do tipo de dados a serem transmitidos.

O sinal retorna a zero durante metade do bit, com um Duty Cycle de 50%, usando o dobro da largura de banda do NRZ. Os tipos incluem:

• RZ Unipolar: Níveis entre 0 e 1, permanece em 1 metade do tempo.
• RZ Polar: Níveis entre -1 e 1, com a mesma lógica do RZ Unipolar.
• RZ Bipolar (AMI): Mantém 0 para o bit 0, alternando entre +1 e -1 para o bit 1.

Também tem um Duty Cycle de 50%, mas oferece vantagens como a eliminação da componente nula. Tipos:

• Manchester Normal: Níveis entre -1 e 1. Transições ocupam um bit, enquanto transições iguais ocupam meio bit.
• Manchester Diferencial: Semelhante ao normal, mas codifica as transições de forma diferente. Em vez de usar o nível absoluto do sinal, uma transição no meio do intervalo de um bit indica um '1', enquanto a ausência de transição indica um '0'.

A compressão de dados pode ser realizada de duas maneiras: sem considerar as características dos dados, conhecida como compressão por entropia, que geralmente resulta numa eficiência limitada, ou levando em conta a natureza dos dados, denominada compressão atendendo à fonte, que permite técnicas mais eficazes, como a compressão de ficheiros de áudio, onde formatos como WAV não apresentam ganho ao serem comprimidos em formatos genéricos como ZIP.

Esta técnica não apenas deteta erros, mas também permite a sua correção. São utilizados bits de paridade adicionais distribuídos entre os dados para identificar a posição do erro, tornando-a eficaz em sistemas onde a precisão é crítica. Por exemplo, ao enviar três mensagens, se forem detectados dois erros, o Hamming pode corrigir um deles.

O protocolo refere-se a um conjunto de regras que orienta a comunicação de dados. Estas regras definem como a informação deve ser formatada e processada para garantir que o emissor e o recetor possam entender-se. Os protocolos de rede funcionam como uma linguagem comum para computadores.

• Exemplo: Numa aula, se o professor usa uma terminologia que os alunos compreendem, a comunicação é eficaz. Da mesma forma, se dois computadores utilizam o mesmo protocolo, como o Protocolo de Internet (IP), conseguem comunicar. Caso contrário, não será possível estabelecer a comunicação.

Utilizada em ficheiros multimédia como áudio (MP3), vídeo (MPEG) e imagens (JPEG), esta técnica elimina dados redundantes, resultando em ficheiros menores, mas sem possibilidade de recuperação total dos dados originais. Por exemplo, um ficheiro MP3 pode ter qualidade auditiva satisfatória ocupando apenas 10% do tamanho original. É ideal quando a economia de espaço é mais importante do que a qualidade total.

O meio ou canal é o caminho físico ou virtual pelo qual a mensagem viaja do emissor para o recetor. Este canal pode ser natural (como a nossa voz) ou tecnológico (como rádio, televisão, internet, entre outros).

• Exemplo: Numa aula de biologia, a voz do professor é um canal que garante que a mensagem chegue aos ouvidos dos alunos. Além disso, o quadro onde o professor desenha uma representação da estrutura da molécula de ADN também funciona como um canal visual.

O CRC (Cyclic Redundancy Check) é uma técnica mais avançada, que utiliza um conjunto de bits adicionais (FCS - Frame Check Sequence) para detectar erros. O FCS é calculado através da divisão polinomial da mensagem original por um polinômio gerador. O recetor realiza a mesma operação e verifica se o resto é zero. Um resto diferente de zero indica erro.

Bit rate, ou taxa de bits, é a velocidade com que os bits são processados ou transmitidos, medida em bits por segundo (bps). Compreende o volume de dados que pode ser transferido num intervalo de tempo e é essencial na codificação de ficheiros multimédia, como MP3 e DivX. A taxa de bits é afetada pelo meio de transmissão e pela quantidade de tráfego na rede; quanto mais dispositivos estão em uso simultaneamente, mais lenta será a transferência de dados. O bit rate pode ser visto como um conta-quilómetros, representando a "velocidade" de transferência de dados num instante.

A transmissão half-duplex é bidirecional alternada, ou seja, permite que os dados sejam enviados nos dois sentidos, mas nunca ao mesmo tempo. É vantajosa para comunicações onde uma resposta é necessária, mas apresenta a limitação de alternância entre emissores e recetores, o que reduz ligeiramente a velocidade.

• Exemplos: Walkie-talkies, redes de segurança ou sistemas de alerta, comunicação entre um servidor e um cliente, etc...

Neste tipo de modulação, a amplitude da onda portadora é variada de acordo com a informação que se deseja transmitir. Quanto maior a amplitude, mais forte será o sinal. Esta técnica é comumente utilizada em transmissões de rádio AM, onde a qualidade do som pode ser afetada por interferências e ruídos.

O emissor é o dispositivo ou agente que envia a mensagem. Este pode ser um computador, smartphone, uma pessoa ou qualquer outro dispositivo que tenha a capacidade de emitir informações.

• Exemplo: Um professor que dá uma aula é um emissor. Enquanto fala ou escreve no quadro, emite mensagens aos seus alunos (recetores).

A transmissão simplex é unidirecional, ou seja, ocorre apenas num sentido, do emissor para o recetor. É ideal para comunicações simples onde não é necessária resposta. Tem a vantagem da simplicidade, mas a desvantagem de não permitir interatividade.

• Exemplos: Emissão de rádio ou televisão, leitor de cartões, alarmes de fogo, etc...

Na modulação por frequência, a frequência da onda portadora é alterada em resposta à informação. Isso significa que a onda pode ter diferentes ciclos por segundo (hertz). Este tipo de modulação permite transmitir várias ondas no mesmo canal, utilizando diferentes frequências. A modulação FM é amplamente utilizada em transmissões de rádio FM, proporcionando uma qualidade de som superior e maior resistência a ruídos.

Os sinais analógicos variam continuamente, representando valores em amplitude e frequência, o que permite transmitir informações com maior precisão e resolução ao captar fenómenos físicos como som, luz e temperatura. No entanto, devido à sua continuidade, são mais vulneráveis a ruídos e interferências, o que pode distorcer a transmissão.

A largura de banda refere-se à faixa de frequências que um canal pode transmitir, medida em hertz (Hz). É definida pela diferença entre as frequências mais alta e mais baixa que um canal suporta. Na prática, a largura de banda é expressa em bits por segundo (bit/s) e determina a quantidade de dados que pode ser transmitida num determinado tempo. Por exemplo, uma conexão ADSL com largura de banda de 2 Mbit/s pode transferir até 2 megabits de informação a cada segundo. A largura de banda pode ser comparada ao diâmetro de um cano: quanto maior, maior a capacidade de transmissão.

Na modulação por fase, a fase da onda portadora é alterada em relação ao tempo, permitindo a transmissão de dados de forma eficiente. Esta técnica é frequentemente utilizada em comunicações digitais, como em sistemas de transmissão de dados e na tecnologia de comunicação por satélite.