Geração da sinalização elétrica
Geração da sinalização binária
A mega expansão da informática
Com a
mega expansão da informática e tudo que está ligada a ela, expansão esta à
nível mundial principalmente e mais ainda com popularização da Internet. E a
comunicação digital também está ligada diretamente à informática, isto porque
todos os sistemas informatizados só operam com sinais digitais binários –
comunicação digital pura por meio de circuitos eletrônicos também digitais.
Contudo,
como muitos podem pensar o sistema de comunicação “digital” não é recente.
Aliás, este sistema já é bem antigo que, segundo pesquisadores na área de
comunicação, dizem que a comunicação digital teve seu início com os sistemas de
comunicação codificados por pulsos elétricos já nos primeiros sistemas de comunicação
por telegrafia – com o “Código Morse”, por exemplo, criado em 1844. Mais informações
sobre o “CM” nos links indicados abaixo:
Quanto
a comunicação utilizando o sistema de sinalização elétrica “analógica” (técnica
de comutação para transmissão), surgiu por volta de 1876, com a invenção do
sistema de telefonia, por Alexandre Graham Bell. Um sinal elétrico analógico
sofre variações contínuas (veja um exemplo nesta imagem acima) de acordo com as
variações que ocorrem na “amplitude” e na “freqüência” do sinal do carrier
(portadora) – os das ondas sonoras, por exemplo.
Um
aparelho de telefone comum, por exemplo, com a sua cápsula fonocaptadora
(também conhecida por electreto, uma
pequena peça de metal com cargas elétricas armazenadas depois de ser aplicada
voltagem sobre a mesma, no processo de fabricação), transforma todas as ondas
sonoras (energias sonoras) que chegam até o electreto em sinais analógicos.
Esses
sinais (os analógicos) variam em amplitude,
ou seja, na intensidade que se está recebendo ou transmitindo, e na freqüência, ou seja, na qualidade do
sinal que permite distinguir os sons (voz) de quem fala do outro lado da linha,
e na altura.
Dispositivos Modems
Atualmente o meio de comunicação
para conexões à Internet, por exemplo, via linha discada da empresa Telefônica
e dispositivo Modem comum – interno (via placa), on-board (via placa-mãe) ou
externo (via dispositivo ligado numa interface serial). E, ainda, via banda
larga com tecnologia Speedy, modo de conexão disponibilizado pela Telefônica/Vivo,
sendo que o dispositivo utilizado é o Modem ADSL (Assymetric Digital Subscribe
Line ou Linha digital assimétrica por assinatura). Mais informações sobre esses
Modems nos links abaixo.
Contudo, a linha (cabeamento) do
sistema telefônico opera com sinalização do tipo “analógica” e as centrais do
sistema de telefonia atual, os servidores de provedores de acessos à Internet e
todo o sistema de computação envolvido, operam com sinalização digital pura. Ou
seja, com tensão digital binária com variações de valor máximo (High) “1” (bit
1) e mínimo (Low) “0” (bit 0).
Transmissões de sinais de dados
No caso das transmissões de
sinais de dados disponibilizados por um Modem (via linhas telefônicas de voz,
por exemplo), o formato utilizado é de “dados analógicos” (ondas sonoras) e
sinais analógicos com impulsos elétricos com freqüência mínima de 300 Hz e
máxima de 3.600 Hz (filtrada pelo circuito do Modem – veja exemplo na imagem
abaixo).
Na transmissão da voz humana, que
é audível na faixa de 300 a 3.400 Hertz, a cápsula detectora e fonocaptora
(embutida no aparelho telefônico) de ondas sonoras (dados analógicos puros), os
sinais de voz serão convertidos em impulsos elétricos para que estes possam ser
transmitidos pelo par de fios da linha telefônica, principalmente às longas
distâncias.
Já no caso da transmissão de
dados digitais do computador, como a transmissão será feita por meio da linha
telefônica e pelo par de fios, toda sinalização digital manipulada pelo
computador terá que ser convertida pelos circuitos internos do Modem (imagem
acima), para sinalização analógica, utilizando-se técnicas de modulação e demodulação
eletrônica.
Observe
por esta imagem acima que agora toda sinalização referente aos dados digitais
binários que estava no formato digital – no computador “transmissor” (à
esquerda) –, está sendo transmitida pela linha telefônica no formato de dados
analógicos. O Modem no computador “receptor” (à direita) terá a função de
converter novamente para o formato digital binário, para que o sistema possa
manipulá-los.
Embora
esta técnica seja um pouco antiga, mas continua sendo a mais barata e bem
eficiente também, principalmente quando se utiliza sistemas de banda larga –
vários canais de amplitude, freqüência ou fase da linha telefônica comum.
Um
exemplo deste sistema atualmente é o
Speedy da Telefônica/VIVO, para as conexões à Internet. No caso das conexões
a Internet via sistema Speedy, utiliza-se dispositivos (Modems ADSL) com
tecnologia de eletrônica digital e analógica avançada, pois também fazem as
respectivas “modulações” dos sinais (digitais/analógicos) que trafegam por
eles, com altas taxas na transmissão e alta velocidade também.
Geração da sinalização elétrica
Os sinais elétricos digitais são
gerados a partir de uma seqüência de impulsos elétricos, sendo que o sinal está
sempre “mudando” de valor (intensidade) a todo instante, ou seja, de um valor
especificado para mais (High ou alto – bit 1
ou +12 volts, por exemplo) ou para menos (Low ou baixo – bit 0 ou -12 volts).
A tensão binária ocorre devido
aos circuitos eletrônicos digitais – interfaces seriais, por exemplo – operarem
com dois níveis (ou estados) de sinais elétricos digitais, sendo o nível alto
(High) a tensão de +12 volts (tensão positiva), por exemplo, e nível baixo
(Low) a tensão de -12 volts (tensão negativa), por exemplo – veja exemplo na
imagem abaixo. Nos meios técnicos e com relação a tensão binária utilizada por
todos os circuitos elétricos do computador, o valor “High” ou bit “1” é o nível alto, também conhecido por
On (sinal ligado ou ativo no
circuito), e o valor “Low” ou bit “0”
é o nível baixo, também conhecido por Off
(sinal desligado ou inativo o circuito por microssegundos ou até nanosegundos).
Nestes dois casos, se diz que o
circuito opera com corrente elétrica nos circuitos (sinal ON) e sem corrente (Off).
Ou ainda, com tensão digital alta e sem tensão digital baixo trafegando pelo
circuito ou chip. No sistema de numeração binária, cada digito binário é
expresso como sendo um bit e,
matematicamente, são expressos como valendo 0 (Off) e 1 (On). Numa
numeração binária, por exemplo, esta numeração é representada por uma seqüência
de valores específicos como 0s (zeros) e 1s (uns).
Como o valor “binário” exemplo
que se vê nesta imagem acima:
1 00 1 0
11 0 11 00 111 0, gerando um valor de
16 bits (9 On e 7 Off) ou 2 bytes; valor em Decimal 38606; em Hexadecimal 96CE; e no formato Octeto 113316. Neste caso, a tensão elétrica
da sinalização “digital” só poderá mudar (para alto ou para baixo) quando
atingir o valor definido (mínimo ou máximo), e que será utilizado pelo
circuito. A “amplitude” (a extensão ou o campo atingido pela vibração ou
oscilação) dos pulsos de sinais varia no modo de dois valores, que podem ser:
positivos, nulos e negativos e, ou então, positivos e nulos; positivos e
negativos; ou nulos e negativos.
Já com relação aos sinais do tipo
“analógicos”, estes sofrem variações continuamente de tensão elétrica que
possui características particulares, como ter um valor mínimo (Low) e máximo
(High), como ocorre com a sinalização digital. Como um exemplo simples de
sinalização analógica pura, é a tensão elétrica alternada de 110 v. ou 220 v.
que alimenta as tomadas da maioria das residências brasileiras e que utiliza
ondas senoidais (veja a imagem abaixo como um exemplo).
Esta tensão opera na freqüência
de 60 Hertz. Com a freqüência de 60 Hz para a sinalização elétrica analógica
da corrente alternada, pode-se também usá-la para transportar sinais de
sintonização de TVs (por meios de placas de dispositivos adaptadores) e até mesmo
para transferências de sinais de dados digitais binários – transmissões entre
computadores. Ou seja, fazer trocas de informações numa pequena rede doméstica
local e até acessar a Internet (com computadores compartilhando conexões), por
meio destas redes de computadores via rede elétrica residencial e comercial.
Neste tipo de rede, os
computadores contarão com os respectivos dispositivos (ou circuitos
adaptadores/separadores de sinais de tensão e dados) que farão as devidas
conversões dos sinais de dados. Ou seja, a conversão dos sinais de dados no
formato de sinal digital binário – que sai do computador transmissor – para o formato de sinal analógico da rede elétrica
(veja a imagem abaixo), que trafegarão pelo meio físicos de transmissão. Neste
sistema no caso, o par de fios elétricos que transporta a corrente elétrica
alternada (AC) de 110 ou 220 volts.
Também no computador receptor existe um dispositivo
adaptador/separador de sinais que separará os sinais elétricos de dados dos
sinais elétricos (corrente) da rede elétrica, e converterá todos os sinais de
dados analógicos que chegam do computador transmissor, para sinais de dados
digitais binários que serão manipulados pelo computador receptor.
Porém, neste sistema de rede de
computadores via rede elétrica, os dispositivos que utilizam a tecnologia PLC (Power Line Communication ou
Comunicação por linha elétrica) transmissores/receptores operam com a
freqüência de 4,3 a 20,9 MHz/os. Ou seja, a freqüência de 60 Hz é ampliada para freqüência que os
dispositivos necessitam para funcionarem. Isto é possível devido a freqüência
“analógica” atingir valores infinitos em seu espectro.
Veja neste link ( http://www.hardware.com.br/artigos/internet-rede-eletrica/
) um modelo exemplo e completo para se montar este tipo de rede com computadores
via rede elétrica.
Meios de comunicação/transmissão
Antigamente, nos primórdios da
linha telefônica, utilizava-se como meio físico de comunicação e transmissão,
os longos cabos (como ainda ocorre hoje, mas com cabos finos e de qualidade
superior). Porém, com os grandes avanços nas áreas tecnológicas relacionadas
com os sistemas de comunicação e da telefonia, os meios físicos para
transmissões de qualquer tipo de informação (imagens, dados, sons, etc.),
principalmente as grandes distâncias, não se limitam aos postes, cabos, fios e
centrais telefônicas operando com dispositivos eletromecânicos de comutação
lógica por meio de relés.
Atualmente encontram-se centrais
telefônicas totalmente informatizadas, ou seja, com equipamentos fabricados
puramente com semicondutores e circuitos eletrônicos digitais de última
geração, não só para a comutação dos sinais de dados digitais ou analógicos.
Mas incluindo-se no sistema todo de operação das modernas centrais telefônicas,
os supermodernos e potentes computadores.
As
sinalizações analógicas (entrada e saída - imagem abaixo) e os meios físicos de
transmissões atualmente utilizados são os cabos de fibra óptica, sinais de
microondas (pelo ar ou por cabos), por antenas parabólicas e por meio de
satélites, dispositivos sem fios, entre muitos outros disponíveis no expansivo
mercado de telecomunicações modernas, com tecnologias atualizadas e totalmente
informatizadas.
Embora
os equipamentos utilizados nas centrais telefônicas sejam super modernos, eles
ainda continuam a reconhecer os antigos sinais por pulsos elétricos (não é impulsos por freqüência
elétrica), do padrão decádico. Os pulsos elétricos são gerados por meios de
dispositivos eletromecânicos, ou seja, relés que geram os sinais elétricos por
meio de toques mecânicos seguidamente (um-após-outro), sendo transmitidos via
cabos de cobre sólidos à pequena, média e grandes distâncias.
Outros
detalhes que se deve ter em mente, como ensina a mídia especializada, é que:
1> As
“informações” não são dados digitais
binários; 2) Os “sinais elétricos”
(digitais ou analógicos) não são
dados; 3) Os “dados” nem sempre são digitais. E neste
contexto todo – meio confuso também – resumindo-se esses três parâmetros
técnicos, tem as seguintes características determinantes:
2> Os “dados”
representam todas as informações no formato digital (nos computadores, por exemplo) ou no formato analógico (nas linhas telefônicas
externas, por exemplo), que os equipamentos (digitais ou analógicos) podem
manipulá-los e disponibilizá-los para o sistema.
3> Os
“sinais” representam os dados, pois sem
os sinais elétricos (sinais de freqüência, por exemplo) os dados não podem ser
transmitidos, até mesmo manipulados pelos circuitos digitais ou analógicos
(comunicação de dados interna e externamente). Isto porque os “sinais” são
gerados por meio de impulsos elétricos e ondas eletromagnéticas digitais, e com
características técnicas definidas e de natureza elétrica útil – nos
computadores, por exemplo. Também os sinais
analógicos possuem características técnicas definidas e de natureza elétrica
útil – nos sistemas de telefonia externa, por exemplo.
As
ondas eletromagnéticas com características técnicas definidas ou não definidas,
mas com natureza elétrica inútil (as
do tipo INTERFERENTE). São aquelas geradas por dispositivos comutadores de
altas freqüências, as que são geradas no próprio cabeamento elétrico (de redes
de computadores) e que operam com altas velocidades e altas taxas de dados
(digitais ou analógicos) nas transmissões.
Como
exemplos, os sistemas de computação geram ondas eletromagnéticas definidas e
interferentes, de característica digitais. Já os circuitos de uma TV e dos
monitores de vídeo analógicos (ou outros equipamentos, como os osciloscópios,
etc.) que operam com tubos de raios catódicos ou cinescópio, geram altas ondas
eletromagnéticas definidas e interferentes, mas de característica analógica,
que causam fortes interferências em dispositivos próximos à eles e até neles
próprios – quando estão próximos um do outro.
3>
Como os “dados” podem ser gerados e transmitidos tanto no formato “digital”
como no “analógico”. Eles podem ser do tipo “digital” quando gerados no sistema
computacional e, ou do tipo “analógico”, quando gerados em sistemas de
telefonia, nos monitores de vídeo analógicos, na radiofonia, ou em outros equipamentos que
manipulem dados analógicos.
Amplitude, Freqüência e Fase
Toda sinalização elétrica
analógica depende diretamente de suas três principais características técnicas,
como da Amplitude (extensão do campo à ser atingindo pelos sinais em direção ao
dispositivo receptor – veja a imagem abaixo); da Freqüência (intensidade do
número de ciclos – ou períodos – de uma forma de onda que ficará ativa
regularmente e se repetindo ciclicamente no tempo de um segundo, de 1 Hertz à
bilhões de Hertz); e da Fase (parte do processo e período de alteração entre um
valor de sinal – ou ciclo – e outro). Por esta imagem acima podemos ver a
mudança da fase “positiva para negativa” num tempo máximo de 8,33 ms (milésimos
do segundo).
No caso da tensão (sinal)
alternada de 110 v. – que inicia um ciclo (onda) sempre à partir do “0” (exemplo
na imagem acima) –, esta opera com uma fase positiva (ativa) e outra fase que
tem como referência a tensão (sinal) “0” (zero), que muitos a chamam de neutra,
nula, negativa ou terra, por estar ligada ao “terra” da companhia.
Na verdade esta tensão de
referência “0” não é neutra, nula e muito menos “negativa” (de terra até que
sim). Isto pelo seguinte: para que ela seja uma tensão “negativa” ela terá que
estar com um valor também “negativo”, ou seja, com o valor abaixo de um valor
“0” de sinal. E um valor “zero” não é negativo, e sim, um valor de referência
da tensão e da corrente elétrica, referindo-se à um estado lógico de partida da
tensão elétrica alternada (veja a imagem acima) e ao estado de um sinal
elétrico digital, desligado (Off) ou baixo (Low), na sinalização elétrica
digital.
Como exemplo, podemos citar a
tensão de -5 v dcc (direct continue current) pelo fio branco, pino 9 nas fontes
do tipo AT, e pino 18/20 nas fontes ATX de 20/24 pinos – atualmente não é mais
usado nas ATX 24 pinos; e a tensão de -12 v dcc (direct continue current) pelo fio
azul, pino 4 nas fontes do tipo AT, pino 12/14 nas fontes ATX com conector ATX
de 20/24 pinos respectivamente (imagem abaixo).
Além desses fios, tem os fios e
pinos que levam o sinal GND (Ground ou Terra) como referência “0”, fios pretos
e pinos 5, 6, 7 e 8 na AT; e 3, 5, 7, 15, 17, 18, 19 e 24 nas fontes ATX 24
pinos. Neste caso a tensão de -12 v está abaixo do sinal zero, veja o sinal de
menos -, e mais informações neste link abaixo.
A
utilização da sinalização analógica é muito abrangente, principalmente quando
se utiliza meios de comunicação de dados, na forma de sinais analógicos, a
grandes distâncias, já que ela trafega livremente pelo ar. Como exemplos são os
sinais analógicos retransmitidos pelas antenas retransmissoras das emissoras de
TVs, que chegam até as antenas receptoras dos inúmeros aparelhos de TVs existentes
no país todo Brasil e até fora dele. O mesmo ocorre quando as
retransmissões/recepções são feitas por meio de antenas parabólicas e vias
satélites que, neste caso, utilizam-se os sinais de microondas (ondas elétricas
microscópicas) analógicas.
Num
aparelho de telefone celular transmissor, por exemplo, quando se fala no mesmo
as ondas sonoras (dados analógicos naturais e audíveis) são convertidas para
sinais de dados analógicos eletrônicos (filtrados). Em seguida – no interior do
próprio aparelho celular, pelos seus circuitos eletrônicos –, são convertidos
para sinais dados digitais, para serem filtrados, codificados e preparados para
serem recebidos pelo aparelho receptor sem erros.
Novamente
os sinais de dados serão convertidos na saída do aparelho celulares transmissor para ser transmitido pelo
meio físico ar até a antena mais próxima (antena local), já no formato de
sinais de dados analógicos eletrônicos. E da antena local, utilizando-se dos
sinais de microondas para a respectiva transmissão, os dados serão transmitidos
para antena local do receptor. O aparelho receptor
receberá os sinais e os converterá para ondas sonoras, para que a pessoa que
recebeu a ligação possa interpretar aquilo que a outra pessoa lhe transmitiu.
Porém,
todos esses processos de conversões (modulação e demodulação) são feitos em
questão de microssegundos, portanto, são “imperceptíveis” para quem está
ligando ou recebendo a ligação. Também as transmissões que são feitas por meio
de antenas parabólicas e satélites, utilizam a sinalização analógica manipulada
eletronicamente. Contudo, o tipo de sinal utilizado é de microondas que opera
na faixa de centenas de Megahertz (centenas de milhões de Hz).
Modo de operação das linhas telefônicas
Como citado anteriormente, as
linhas telefônicas no modo discadas, foram preparadas para “transmitir” e
“receber” sinais com somente nível de voz (ondas sonoras direcionadas). Ou
seja, para transmitir sinais analógicos com freqüência de operação entre 300 Hertz
e 3.600 Hertz (3,6 KHz). Na verdade essas linhas telefônicas estão preparadas
para operarem com até 1024.000 Hz (1 MegaHz) por segundo, que é a soma de 256
canais de 4 KHz cada, e utilizando-se cabeamento especial (fibra óptica, por
exemplo) e sinalização também especial (microondas).
Pela
sua própria natureza as linhas cabeadas para transmissões de sinais de
telefonia por meio do cabeamento de cobre já nasceram lentas, e devido as
“gambiarras” existentes nas caixas de distribuições de sinais (veja exemplo nesta
imagem abaixo) elas se tornam mais lentas ainda – sem mencionar o cabeamento
que bem precário em muitas localidades.
Portanto,
não se pode ter conexões de Speedy rápidas e sinais de voz e estáveis usando
“gambiarras” nas linhas cabeadas.
Operando
com 256 canais de freqüência permite taxas de transmissões na velocidade de 64 Kbps. Ou seja, operando com “2”
amplitudes com codificação de 1 bit; “2” canais com freqüência 8 KHz cada (2 x
4 KHz) e “16” fases com amostragem ou codificação de 8 bits (8 KHz x 8 bits x 1
bit=64 Kbps), e à 8,192 Mbps. Ou
operando com “2” amplitudes com codificação de 1 bit; “256” canais com
freqüência de 4 KHz cada (256 canais x 4 KHz=1.024 KHz) e “16” fases com
amostragem ou codificação de 8 bits (1.024 KHz x 8 bits x 1 bit=8,192 Mbps).
No caso
da transmissão de sinais de voz (ondas sonoras), sinais de dados analógicos
(incluindo sons, imagens fixas e móveis – vídeos, por exemplo) na velocidade de
57.600 bits por segundo,
utilizando-se um Modem (padrões v.90/92) e pela linha telefônica discada. Neste
caso, o Modem operando com “2” amplitudes com codificação de 1 bit; “2” canais
com freqüência 7,2 KHz cada (2 x 3,6 KHz) e “16” fases com amostragem ou
codificação de 8 bits (7,2 KHz x 8 bits=57,6 Kbps).
E
devido as maioria das centrais telefônicas modernas serem totalmente
informatizadas, ou seja, equipadas com equipamentos tolamente digitais
(computadores e outros dispositivos necessários) e as linhas telefônicas
externas (meios físicos de transmissão) serem analógicas, mas praticamente
todas as linhas estarem equipadas com cabeamento telefônico últramoderno.
Com
isto possibilita-se fazer transmissões no modo discado simples com taxas de até
64 Kbps, utilizando a técnica de 2 “amplitudes” com codificação de “1” bit; técnica de alteração da
“freqüência” para 2 canais dos 256
disponíveis de 4 KHz cada (8 KHz, 2 x 4 KHz) e 16 “Fases” com codificação de 8
bits. Portanto, 8 KHz x 8 bits x 1 bit, porém, como os Modems seguem padrões
internacionais de sincronização e codificação de dados, eles operam com taxas
de transmissões de 57,6 Kbps apenas.
Por...: Jkbyte
