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Câmeras IP I: Introdução
Em 1844, Samuel Morse apresentou ao mundo o nascimento do telégrafo, e logo em seguida (1876) o escocês Alexander Graham Bell provou ao público e ao monarca imperador Dom Pedro II que seu invento magnífico funcionava: o telefone. Ainda naquele mesmo século, no ano de 1895, Guilherme Marconi pôs a funcionar na Europa a primeira transmissão oficial de telefonia sem fio, fato apresentado um ano antes no Brasil pelo padre gaúcho Roberto Landell de Moura, 1894. As telecomunicações, que têm hoje não mais do que 150 anos, cresceram estrondosamente em pouco tempo, e as projeções para seus próximos anos são igualmente ambiciosas. (SIQUEIRA, 1999/2001).
Já no século XX, nos anos 50, surgiram os primeiros computadores. Desde então, diminuição de tamanho, aumento da capacidade de processamento e diminuição de custo foram as tendências que levaram à difusão dos microcomputadores que hoje alcançam a categoria de ultra-portáteis. (GADELHA, 2001)
Quando eram mencionadas as redes de comunicação anos atrás, pensava-se diretamente numa rede telefônica, já que naquela época as redes eram projetadas para atender exclusivamente o tráfego de voz que demanda pouca banda passante. No entanto, o crescimento levou à distribuição dos dados, onde então se tornou necessária a comunicação entre os extremos para que seja possível a troca de informações. (SOARES, 1995)
Hoje as redes de comunicação são projetadas para serem “future proof”, ou seja, do inglês, à prova de futuro, que são redes capazes de atender às demandas de hoje, do amanhã e de um futuro próximo sem a necessidade de grandes reformas em sua infra-estrutura principal. As redes de comunicação de hoje tornaram-se simplesmente a resposta para a troca de qualquer tipo de informação, e sem elas, o mundo ainda estaria praticamente mudo e estancado. (SOUSA, 2004)
Impulsionados por todo este avanço das telecomunicações e da alta disseminação da tecnologia em geral na atualidade, os sistemas de Circuito Fechado de Televisão (CFTV) têm ganhado cada vez mais espaço nos negócios do último século. Não apenas para segurança de “espionagem” e pequenas instalações como era visto, mas hoje com projetos mais ousados, amplos e aliados a outras tecnologias, visando entregar nas mãos do usuário mais informação e mais controle usando cada vez menos infra-estrutura.
A cada ano novos equipamentos desembarcam no nosso mercado e novas exigências surgem por parte dos consumidores. São desafios que impulsionam a busca por mais qualidade tanto nos equipamentos como na mão de obra que projeta seus sistemas. Por este motivo, há uma grande carência no mercado por informação e qualificação neste setor, assim como há em qualquer outra área em pleno desenvolvimento.
Cada vez mais os benefícios do CFTV Digital substituem a tecnologia anteriormente dominante (analógica) por todas as suas vantagens, mas principalmente pela possibilidade de conexão em rede, permitindo o acesso local ou remoto, redução de infra-estrutura de instalação, melhores recursos de informática, acesso a qualquer momento, gerenciamento de permissões de acessos, de histórico, de eventos, entre outras.
No decorrer da era digital as câmeras IP conseguiram alavancar o crescimento dos sistemas de segurança, colocando-se à frente e não contendo o avanço da tecnologia. Estas câmeras combinam câmeras convencionais com toda uma inteligência de processamento, ou seja, não é mais somente uma câmera analógica, mas uma câmera com características de um web server, incluindo a digitalização e compactação de vídeo, retirando o processamento da imagem do computador e consequentemente reduzindo a quantidade de informação transmitida. O resultado do vídeo processado é transportado através de uma rede, seja ela cabeada ou wireless, no protocolo TCP/IP, e armazenado em um computador com o Software de Gerenciamento e Controle de Vídeo (NVR).
Este sistema de vídeo em rede utiliza o processamento nas câmeras como forma de reduzir a utilização da banda, permitir a utilização da infra-estrutura de rede existente e ampliar as capacidades e conectividades do sistema de CFTV. Assim é possível proporcionar uma resolução ainda superior, qualidade de imagem consistente, possibilidade de POE (Power Over Ethernet - Alimentação de Energia utilizando o mesmo cabo par trançado que trafega a informação), utilização de dispositivos de rede Wireless (Wi-Fi), possibilidade de integrar PTZ (Pan/Tilt-Zoom - movimentação da câmera nos eixos horizontal, vertical e em zoom, respectivamente), inclusão de áudio, várias entradas e saídas digitais, acionamento de dispositivos extras para integração do sistema geral de segurança, e uma infinidade de provas da flexibilidade.
Não menos importante do que toda esta infra-estrutura de equipamentos que mantém o avanço do CFTV é a transmissão dos dados das câmeras para o software. Fibras Ópticas, Wi-Fi e cabeamento metálico par-trançado UTP e STP são algumas das opções mais usadas em projetos bem elaborados. Tão importante quanto a própria informação, é também a forma como ela é tratada e a qualidade com a qual ela é apresentada. (SOUSA, 2004)
A solução Wi-Fi permite que câmeras estejam espalhadas numa nuvem de alcance do sinal e consigam transmitir dados por sinais de rádio frequência de baixa potência. As câmeras operam com placas de rede (ou associadas aos roteadores que possuam estas placas) e possuem antenas pelas quais recebem e enviam os dados. O sinal irradiado nos casos mais comuns segue o padrão IEEE 802.11: opera na faixa de 2.4 GHz ou 5.2 GHz, área de cobertura restrita, podendo variar de acordo com o alcance do sinal (aproximadamente num raio de até 500m), usualmente com velocidades de 54 à 300Mbit/s embora o range mais utilizado esteja mesmo entre 54 e 108Mbit/s. Esta tecnologia é geralmente mais cara do que os cabeamentos de rede par-metálicos comuns devido ao valor dos equipamentos ativos, mas podem se equivaler para uma quantidade grande de pontos de acesso onde a metragem de cabos aumentaria consideravelmente ou onde há urgência no atendimento à determinados pontos e não há tempo para a instalação de uma infra-estrutura física de cabos.
O cabeamento par trançado é hoje a forma mais utilizada para transmissão de dados em redes de computadores. Com a flexibilidade de instalação, tem conquistado cada vez mais espaço e não tem deixado de evoluir. Os primeiros cabos, os 10BaseT, alcançam o máximo de taxa de transferência de 10Mbit/s. Hoje já existem cabos de par trançado operando em 100 Mbit/s (100BaseT) e 1000 Mbit/s (1000BaseT), atendendo às normas em vigor nas categorias 5, 5E, 6 e 6A. Seu gargalo de instalação está no limite de comprimento do cabo regulamentado pelas normas da EIA/TIA (90 metros por trecho). (DANTAS, 2002)
Com as varias possibilidades de projeto, não há parâmetros comparativos que possam nortear uma decisão acertada e tecnicamente baseada para a viabilidade de utilizar-se uma câmera cabeada, o que demanda mais custos de mão-de-obra, infra-estrutura de tubulação e cabeamento, ou utilizar-se uma solução wireless que elimina a necessidade de um meio de conexão físico entre o software e o dispositivo de captura de imagens, mas inclui o custo dos equipamentos ativos. A falta de uma base sólida na tomada de decisão resulta em perda de tempo, de recursos financeiros e de qualidade em sistemas modernos que deixam a desejar em seu funcionamento devido a falhas de projeto na escolha da melhor tecnologia de transmissão.
A inexistência no mercado, e inclusive no próprio fabricante das câmeras, de uma orientação comparativa entre as soluções de transmissão, embora o produto suporte ambas as tecnologias, impede um embasamento sólido aos projetistas e instaladores no momento de optar por um dos dois meios de transmissão disponíveis. Por conservadorismo o meio físico é mais comumente utilizado, mas é preciso entender que “novas” tecnologias, como wireless, podem reduzir custos em certos casos e em longo prazo, além de oferecer multiplicidade de acessos e a tão desejada mobilidade.
O foco deste trabalho é comparar as tecnologias de cabeamento par-trançado e wireless, de forma a dar rumo para cada uma das soluções de transmissão e firmar cada uma delas em sua melhor utilização.
Tutoriais
Este tutorial pare I apresenta os fundamentos teóricos necessários para que os testes comparativos de uso das soluções de transmissão de sinais das câmeras IP tornem-se possíveis e corretos. Inicialmente são apresentadas noções de comunicação, com ênfase nos sinais transmitidos, e a seguir são apresentadas noções sobre os meios de transmissão, com ou sem fios.
O tutorial parte II apresentará os materiais e métodos utilizados no teste, os resultados dos testes realizados, a avaliação comparativa dos resultados obtidos e as conclusões finais.
Câmeras IP I: Comunicações
Para entender o funcionamento pleno das redes de comunicação é necessário compreender o papel que cada componente de um sistema de comunicação exerce.
O objetivo de um sistema de comunicação é transmitir a informação da fonte (ou origem) até o usuário (ou destino, destinatário). A forma de onda no receptor é desconhecida até que ela seja recebida por ele, ou seja, a transmissão de uma informação é na verdade o envio de mensagens que, a princípio, são desconhecidas pelo receptor.
O modelo genérico de uma rede de comunicação é representado de acordo com a figura 01, ilustrada abaixo. Vê-se, como já foi previamente citado, que há a fonte, que têm a informação que será enviada, o transmissor, que transmite a informação no sistema, o canal de comunicação, por onde a informação trafega, o receptor dessa informação, e o destinatário, ponto final da informação neste trecho de comunicação. (DANTAS, 2002)
Figura 1: Modelo Genérico de Comunicação
O transmissor é o responsável pela adequação do sinal às características do canal escolhido, visando a recuperação do mesmo no destino. Já o receptor deve detectar o sinal recebido e adequá-lo a um formato reconhecido pelo destino. O canal representa o meio físico que é usado no transporte da informação, e pode ser, por exemplo, um cabo de par trançado (blindado ou não), cabo coaxial, cabos ópticos, guias de onda, a própria atmosfera, o vácuo, entre outros. Cada canal possui características de transmissão e suscetibilidade a interferências que necessitam ser adequadas para que a informação possa ser transportada. Como resultado dos efeitos do canal, a informação recebida sempre será diferente da informação transmitida.
Interferências
Os canais de transmissão estão sujeitos a diversos fenômenos que podem degradar o sinal transmitido como a distorção de retardo, de atenuação, distorção harmônica, distorção característica, ruídos, diafonia, eco, phase jitter e drop-out (MF101 Furukawa). Esses fenômenos são brevemente descritos a seguir:
Distorção de Retardo: ocorre quando, num canal, a fase do sinal não varia de forma linear com a frequência, fazendo com que várias componentes de frequência sejam transmitidas em tempos diferentes. Quando o pulso for recebido e interpretado, estará comprometido.
Distorção de Atenuação: ocorre quando há atenuação seletiva das componentes de frequência de um sinal. Quando num sinal ocorre a atenuação demasiada de frequências baixas ou altas, o sinal torna-se deformado.
Distorção Harmônica: acontece devido ao sinal ser amplificado e, por falha de projeto, a intensidade de entrada for excessiva. Há uma excursão pelas regiões não-lineares da curva de transferência e filtragem.
Distorção Característica: causada pelos limites de largura de banda do canal, alonga os pulsos, causando um espalhamento no tempo que interfere nos símbolos adjacentes do sinal.
Ruído: perturbação elétrica aleatória. Pode ser térmico ou impulsivo: o primeiro ocorre devido ao movimento térmico dos elétrons, proporcional à temperatura e à banda passante; o segundo representa perturbações repentinas e esporádicas que podem ter causas diversas, como descargas atmosféricas, explosões, ignições e proximidade à reatores ou motores elétricos.
Diafonia: ocorre quando dois sinais (ou mais) distintos interferem entre si por estarem em canais de transmissão fisicamente próximos.
Eco: reflexão de parte do sinal geralmente devido a variações de impedância.
Jitter de Fase: variação instantânea da fase que ocorre quando a curva do sinal transmitido passa por “zero”.
Drop-Out: perda momentânea da portadora de um sinal.
Estas interferências que podem atingir a transmissão do sinal são problemáticas, pois limitam o desempenho do sistema de comunicação alterando as características do sinal transmitido a ponto até de que o mesmo não seja mais reconhecido ao chegar em seu receptor. Visando diminuir a interferência pode-se utilizar, por exemplo, cabeamento blindado, onde a cobertura metálica (em folha ou malha) é sobreposta ao cabo e aterrada, drenando o ruído que atingiria os cabos internos, seguindo o princípio da gaiola de Faraday.
Figura 2: Transmissão com Ruído
Da mesma forma que a interferência pode atingir
cabos par-metálicos, pode causar perda e/ou distorção de sinal em
sistemas sem fio. Nos sistemas wireless, a interferência pode
ser causada por outros sinais de mesma frequência vindos de uma enorme
quantidade de equipamentos “concorrentes”, incluindo até mesmo os
aparelhos de micro-ondas domésticos. Estas interferências
eletromagnéticas são ainda mais críticas quando em ambientes
industriais, onde geralmente estão concentradas enormes quantidades de
motores e equipamentos que geram interferências fortes e funcionam
usualmente 24 horas por dia.
Quando as interferências
eletromagnéticas são críticas e não podem ser eliminadas, utiliza-se a
fibra óptica como canal de transmissão que, por transmitir luz e não
sinal elétrico é imune a quaisquer interferências como as citadas
acima.
Neste trabalho, será focado principalmente o papel do Canal de Comunicação num link
de câmeras IP, onde serão comparadas as características técnicas
nominais de cada um dos sistemas propostos e as características medidas
in loco com os sistemas implantados. Contudo, para que a
informação do canal de comunicação possa ser entendida
satisfatoriamente, torna-se necessário comentar-se à respeito das
informações pertinentes à transmissão dessa informação, como os tipos
de sinais, largura de banda, taxa de transmissão, capacidade de canal,
entre outros.
Tipos de Sinais
A forma mais comum para a
transmissão de informação é o próprio som que, irradiado pelo ar,
atinge seu receptor. Na comunicação em redes de computadores, o meio de
transmissão mais utilizado é o cabo metálico, por onde um sinal
elétrico (em pulsos) que transporta a informação se propaga. Os sinais
eletromagnéticos também podem transmitir informação, utilizando como
canal de transmissão o próprio ar através de rádio, micro-ondas,
satélite, e outros. Este sinal que carrega a informação pode ser de
duas formas: analógico e digital. (SOUSA, 2004)
O sinal analógico é o que
varia continuamente ao longo do tempo. Dados como áudio e vídeo, que
originalmente são provenientes de sensores analógicos e convertidos em
digital posteriormente, são analógicos, pois variam ao longo do tempo
com formas e amplitudes características. A forma de onda dos sinais
analógicos é uma função do tempo que tem uma escala contínua de valores,
por exemplo: a voz humana captada por um microfone, como exemplo da
figura abaixo (figura 03). Ou seja: num determinado instante de tempo
há uma infinidade de valores possíveis para aquele ponto da onda.
Figura 3: Representação de um Sinal de Voz
[/center]
Com um pequeno sinal, mesmo
sem compactação, ou modulação, é possível transmitir uma gama enorme
de informações. Entretanto, como o foco deste estudo é o canal de
comunicação, há mais contras do que prós quando tratamos de sinais
analógicos.
Ao transmitir um sinal
analógico, seja por qualquer meio de transmissão, o mesmo sofre
atenuações e interferências durante seu percurso do emissor ao
receptor. Neste trecho o sinal todo pode ser atenuado ou apenas algumas
partes podem ser danificadas. O problema está na reconstituição deste
sinal pelo receptor, pois, em vista dos inúmeros níveis possíveis da
curva da onda naquele instante de tempo onde houve a variação do sinal,
o receptor pode reconstruir a curva utilizando vários métodos, mas não
há garantias de que o sinal reconstituído seja igual ao que foi
transmitido originalmente.
Um sistema de fácil identificação que demonstra isso é o sistema em broadcasting
de televisão analógica: durante o percurso do emissor até a antena
conectada ao aparelho que reconstrói a imagem a partir do sinal captado
há geralmente uma distância grande e repleta de interferências e
obstáculos. O que ocorre então são os conhecidos “chuviscos” e as
perceptíveis diferenças de qualidade de imagem entre canais diferentes,
televisores distintos, clima, dependendo da qualidade de recepção do
sinal.
Já um sinal digital é uma
função do tempo com um conjunto discreto de valores, ou seja, se o
sinal digital é do tipo binário, apenas dois valores são possíveis. Os
sinais digitais são produzidos por equipamentos de processamento de
dados ou por conversores que digitalizam informações analógicas. Se os
dados consistirem de texto alfanumérico, serão caracteres codificados
com um dos vários formatos-padrão existentes, como exemplo o ASCII, o
EBCDIC, o Baudot e o Hollerith. O material textual é então transformado
em um formato digital para que possa ser processado por um sistema
digital. Um exemplo simples de informação digital é um trem de pulsos
quadrados de amplitudes 0 e 1 (em Volts); conforme ilustra a figura 04,
abaixo:
Figura 4: Representação de um Sinal DigitalEste tipo de sinal, embora
originalmente carregue uma quantidade inferior de informação, já que
cada nível representa apenas um bit, pode ser conciliado com modulações
variadas que aumentam muito a capacidade de informação no trem de
bits, e com uma enorme vantagem: a reconstituição do sinal é fácil.
Utilizando o mesmo exemplo citado para o sinal analógico pode-se notar
facilmente os ganhos trazidos pelo sinal digital quando comparamos um
sistema broadcasting de televisão digital e analógico. No sistema
digital de televisão broadcasting não há “chuviscos” ou diferenças de
imagem, independente do clima, dos obstáculos, da interferência, ou do
nível de sinal que chega ao receptor. Obviamente há uma amplitude
mínima de sinal que deve ser obedecida para que o sinal original possa
ser reconstruído, mas há uma facilidade imensa em fazê-lo já que num
determinado instante há níveis discretos e conhecidos pelo receptor que
o sinal deveria obter.
Supondo que num sistema
binário o sinal foi emitido com os bits 0 e 1, porém, após passar por
interferências, o sinal recebido foi 0,24 e 0,9. Facilmente nota-se que
o primeiro bit foi 0 (zero) e o segundo foi um bit 1, pois foram os
valores pré-determinados para cada bit de informação mas foram
recebidos após sofrerem atenuações.
Seja utilizando o sinal
analógico ou o sinal digital o sistema de comunicação deve manter a
forma de onda original ou garantir que esta possa ser recuperada pelo
receptor. Assim, as técnicas de transmissão e codificação, aliadas à
escolha do canal apropriado, são fatores de sucesso da transmissão.
Largura de Banda e Taxa de Transmissão
É necessário o bom
entendimento de cada uma destas expressões devido à limitação existente
no canal de comunicação (ou meio físico) envolvido na transmissão,
ponto principal deste trabalho.
Num sinal analógico
fundamental, descrito por uma onda senoidal, representa-se a variação
de amplitude com uma determinada frequência ao longo do tempo. No caso
da senoide, há 3 parâmetros principais: a amplitude, que está
relacionada ao valor absoluto que o sinal atinge ao longo de sua onda, a
fase, que representa a posição da onda deste sinal no instante t=0s
(zero segundos), e a frequência que, segundo o IEEE, é definida como
número completo de variações dos ciclos de uma senoide por unidade de
tempo, medida em Hertz, de acordo com o SI. (DANTAS, 2002)
Figura 5: Modelo de Onda Senoidal
Como exemplo de sinal
analógico descrito por um conjunto de senoides, podemos citar o som,
formado por senoides com frequências diferentes. Admite-se que o ouvido
humano percebe frequências entre 20Hz e 20.000Hz, sendo que as mais
perceptíveis são as frequências baixas (sons graves). No entanto, é raro
para que um ser humano emita ou perceba sons que atinjam estes
extremos de frequência. Então, para uma comunicação de voz, o range de
frequências de 300Hz a 3400Hz permite que uma conversação transmitida
seja satisfatoriamente compreendida por seu ouvinte destinatário. Esta é
a faixa de frequência utilizada na telefonia.
Figura 6: Modelo de Onda Senoidal com Frequências DiferentesFoi o matemático francês Joseph Fourier
que desenvolveu a ideia de que um conjunto de frequências pode
representar uma informação. Ele desenvolveu uma teoria que permitia
representar um sinal qualquer como uma soma de sinais com frequências,
fases e amplitudes diferentes. Este conjunto de senoides, chamado de
espectro de sinal, teve então sua representação conhecida como Teorema
de Fourier. Com ela, pode-se analisar a transmissão de um sinal por
meio da transmissão de cada um de seus componentes senoidais, ou seja,
para que o sinal recebido seja igual ao transmitido, nenhum dos
componentes emitidos poderão ser alterados até a recepção. Desta forma,
a frequência tornou-se o principal parâmetro que determina a
característica de interação entre o meio de transmissão (ou canal) e o
sinal transmitido.
Matematicamente, o sinal
original é igual a uma soma de infinitas componentes, o que, em termos
de implementação, seria praticamente impossível devido à quantidade de
informação. Por isso, para cada aplicação é verificado o número mínimo
de frequências que a representação satisfatória do sinal exige, de tal
forma que a transmissão da informação seja completa. Assim é definido o
valor conhecido como banda-passante ou largura de banda. (MF101
Furukawa)
A tabela a seguir apresenta alguns valores de largura de banda padronizados para as aplicações mais comuns:
O sistema de transmissão a
ser usado deverá possibilitar que todas estas frequências possam ser
transportadas entre a fonte e o destino, sendo então possível a
recuperação da forma de onda do sinal que representa a informação.
Portanto a banda passante do canal de transmissão deverá ser igual ou
superior que a do próprio sinal que trafegará no canal, pois, caso isto
não seja verdade, a deformação do sinal pode causar uma recepção falha
de tal forma que o sinal recebido seja irrecuperável.
A tabela a seguir apresenta
os valores de banda passante para alguns meios de transmissão mais
conhecidos em comunicações, como a telefonia, a radiodifusão AM e FM,
os cabos metálicos de par-trançado de várias categorias e os cabos
metálicos coaxiais:
Sinais digitais têm uma
forma de onda conhecida como “trem de pulso”, que também pode ser
analisado pelo Teorema de Fourier, citado anteriormente. Neste caso, há
uma largura de banda mínima que deverá ser respeitada pelo sistema de
transmissão para representar determinado sinal digital, como podemos
ver na tabela a seguir:
No caso de sistemas de
comunicação digital são transmitidos sinais originalmente digitais ou
sinais que foram digitalizados, mas sempre sinais discretos. O
problema, neste caso, da banda passante, estará relacionado à técnica
de codificação associada e às taxas de bits de cada sinal digital.
Diversas técnicas de codificação podem ser utilizadas para garantir a
taxa de transmissão necessária, porém, todas elas escolhem um ou mais
símbolos discretos com 2 ou mais níveis.
Figura 7: Sinal digital binário, ternário e quaternário
Potência do Sinal
A “força” com a qual o
chega ao receptor é muito importante no projeto de redes de transmissão
de dados, pois, caso a potência recebida seja pequena, a correção do
sinal pode tornar-se impossível ou errônea. Os termos “atenuação” e
“ganho” de um sistema de comunicação referem-se à diminuição e aumento,
respectivamente, da potência do sistema que, por sua vez, se relaciona
com a amplitude do sinal transmitido.
Os estudos ligados à
transmissão de sinais elétricos tiveram início no século XIX, quando o
logaritmo era a ferramenta matemática mais utilizada. Na ocasião, foi
definida uma unidade de medida (Bel) que relacionava duas grandezas por
meio de logaritmos. Hoje a padronização internacional adota a
utilização de seu submúltiplo, o conhecido decibel (em sua abreviação:
dB). (MF101 Furukawa)
O decibel, como o conhecemos, é definido pela fórmula:
Onde:
Atribuindo valores à
fórmula, tem-se uma relação dos valores de dB com a relação de
potências (saída e entrada), conforme a tabela abaixo:
Ou seja, quando se diz que
um sinal teve atenuação de -3dB, significa matematicamente que apenas
50% da potência do sinal emitido chegou ao receptor. Para uma atenuação
de -6dB, 75% da potência do sinal é perdida.
A perda de sinal durante o
percurso é iminente, já que haverá atenuação em qualquer meio de
transmissão utilizado. O ruído que incide no sinal durante o trecho de
transmissão é adicionado ao sinal, provocando variação em sua forma. A
relação entre a intensidade do sinal original e o ruído absorvido
constitui um parâmetro chamado Relação Sinal/Ruído (ou, do inglês, Signal Noise Ratio – SNR). Esta grandeza é adimensional, calculada a partir das potências em decibéis do sinal e do ruído do sistema.
Quanto maior for o valor da
Relação Sinal/Ruído, melhor será o desempenho da transmissão, pois
sabe-se que a quantidade de ruído recebida deve ser menor do que a
quantidade de sinal.
Em 1844, Samuel Morse apresentou ao mundo o nascimento do telégrafo, e logo em seguida (1876) o escocês Alexander Graham Bell provou ao público e ao monarca imperador Dom Pedro II que seu invento magnífico funcionava: o telefone. Ainda naquele mesmo século, no ano de 1895, Guilherme Marconi pôs a funcionar na Europa a primeira transmissão oficial de telefonia sem fio, fato apresentado um ano antes no Brasil pelo padre gaúcho Roberto Landell de Moura, 1894. As telecomunicações, que têm hoje não mais do que 150 anos, cresceram estrondosamente em pouco tempo, e as projeções para seus próximos anos são igualmente ambiciosas. (SIQUEIRA, 1999/2001).
Já no século XX, nos anos 50, surgiram os primeiros computadores. Desde então, diminuição de tamanho, aumento da capacidade de processamento e diminuição de custo foram as tendências que levaram à difusão dos microcomputadores que hoje alcançam a categoria de ultra-portáteis. (GADELHA, 2001)
Quando eram mencionadas as redes de comunicação anos atrás, pensava-se diretamente numa rede telefônica, já que naquela época as redes eram projetadas para atender exclusivamente o tráfego de voz que demanda pouca banda passante. No entanto, o crescimento levou à distribuição dos dados, onde então se tornou necessária a comunicação entre os extremos para que seja possível a troca de informações. (SOARES, 1995)
Hoje as redes de comunicação são projetadas para serem “future proof”, ou seja, do inglês, à prova de futuro, que são redes capazes de atender às demandas de hoje, do amanhã e de um futuro próximo sem a necessidade de grandes reformas em sua infra-estrutura principal. As redes de comunicação de hoje tornaram-se simplesmente a resposta para a troca de qualquer tipo de informação, e sem elas, o mundo ainda estaria praticamente mudo e estancado. (SOUSA, 2004)
Impulsionados por todo este avanço das telecomunicações e da alta disseminação da tecnologia em geral na atualidade, os sistemas de Circuito Fechado de Televisão (CFTV) têm ganhado cada vez mais espaço nos negócios do último século. Não apenas para segurança de “espionagem” e pequenas instalações como era visto, mas hoje com projetos mais ousados, amplos e aliados a outras tecnologias, visando entregar nas mãos do usuário mais informação e mais controle usando cada vez menos infra-estrutura.
A cada ano novos equipamentos desembarcam no nosso mercado e novas exigências surgem por parte dos consumidores. São desafios que impulsionam a busca por mais qualidade tanto nos equipamentos como na mão de obra que projeta seus sistemas. Por este motivo, há uma grande carência no mercado por informação e qualificação neste setor, assim como há em qualquer outra área em pleno desenvolvimento.
Cada vez mais os benefícios do CFTV Digital substituem a tecnologia anteriormente dominante (analógica) por todas as suas vantagens, mas principalmente pela possibilidade de conexão em rede, permitindo o acesso local ou remoto, redução de infra-estrutura de instalação, melhores recursos de informática, acesso a qualquer momento, gerenciamento de permissões de acessos, de histórico, de eventos, entre outras.
No decorrer da era digital as câmeras IP conseguiram alavancar o crescimento dos sistemas de segurança, colocando-se à frente e não contendo o avanço da tecnologia. Estas câmeras combinam câmeras convencionais com toda uma inteligência de processamento, ou seja, não é mais somente uma câmera analógica, mas uma câmera com características de um web server, incluindo a digitalização e compactação de vídeo, retirando o processamento da imagem do computador e consequentemente reduzindo a quantidade de informação transmitida. O resultado do vídeo processado é transportado através de uma rede, seja ela cabeada ou wireless, no protocolo TCP/IP, e armazenado em um computador com o Software de Gerenciamento e Controle de Vídeo (NVR).
Este sistema de vídeo em rede utiliza o processamento nas câmeras como forma de reduzir a utilização da banda, permitir a utilização da infra-estrutura de rede existente e ampliar as capacidades e conectividades do sistema de CFTV. Assim é possível proporcionar uma resolução ainda superior, qualidade de imagem consistente, possibilidade de POE (Power Over Ethernet - Alimentação de Energia utilizando o mesmo cabo par trançado que trafega a informação), utilização de dispositivos de rede Wireless (Wi-Fi), possibilidade de integrar PTZ (Pan/Tilt-Zoom - movimentação da câmera nos eixos horizontal, vertical e em zoom, respectivamente), inclusão de áudio, várias entradas e saídas digitais, acionamento de dispositivos extras para integração do sistema geral de segurança, e uma infinidade de provas da flexibilidade.
Não menos importante do que toda esta infra-estrutura de equipamentos que mantém o avanço do CFTV é a transmissão dos dados das câmeras para o software. Fibras Ópticas, Wi-Fi e cabeamento metálico par-trançado UTP e STP são algumas das opções mais usadas em projetos bem elaborados. Tão importante quanto a própria informação, é também a forma como ela é tratada e a qualidade com a qual ela é apresentada. (SOUSA, 2004)
A solução Wi-Fi permite que câmeras estejam espalhadas numa nuvem de alcance do sinal e consigam transmitir dados por sinais de rádio frequência de baixa potência. As câmeras operam com placas de rede (ou associadas aos roteadores que possuam estas placas) e possuem antenas pelas quais recebem e enviam os dados. O sinal irradiado nos casos mais comuns segue o padrão IEEE 802.11: opera na faixa de 2.4 GHz ou 5.2 GHz, área de cobertura restrita, podendo variar de acordo com o alcance do sinal (aproximadamente num raio de até 500m), usualmente com velocidades de 54 à 300Mbit/s embora o range mais utilizado esteja mesmo entre 54 e 108Mbit/s. Esta tecnologia é geralmente mais cara do que os cabeamentos de rede par-metálicos comuns devido ao valor dos equipamentos ativos, mas podem se equivaler para uma quantidade grande de pontos de acesso onde a metragem de cabos aumentaria consideravelmente ou onde há urgência no atendimento à determinados pontos e não há tempo para a instalação de uma infra-estrutura física de cabos.
O cabeamento par trançado é hoje a forma mais utilizada para transmissão de dados em redes de computadores. Com a flexibilidade de instalação, tem conquistado cada vez mais espaço e não tem deixado de evoluir. Os primeiros cabos, os 10BaseT, alcançam o máximo de taxa de transferência de 10Mbit/s. Hoje já existem cabos de par trançado operando em 100 Mbit/s (100BaseT) e 1000 Mbit/s (1000BaseT), atendendo às normas em vigor nas categorias 5, 5E, 6 e 6A. Seu gargalo de instalação está no limite de comprimento do cabo regulamentado pelas normas da EIA/TIA (90 metros por trecho). (DANTAS, 2002)
Com as varias possibilidades de projeto, não há parâmetros comparativos que possam nortear uma decisão acertada e tecnicamente baseada para a viabilidade de utilizar-se uma câmera cabeada, o que demanda mais custos de mão-de-obra, infra-estrutura de tubulação e cabeamento, ou utilizar-se uma solução wireless que elimina a necessidade de um meio de conexão físico entre o software e o dispositivo de captura de imagens, mas inclui o custo dos equipamentos ativos. A falta de uma base sólida na tomada de decisão resulta em perda de tempo, de recursos financeiros e de qualidade em sistemas modernos que deixam a desejar em seu funcionamento devido a falhas de projeto na escolha da melhor tecnologia de transmissão.
A inexistência no mercado, e inclusive no próprio fabricante das câmeras, de uma orientação comparativa entre as soluções de transmissão, embora o produto suporte ambas as tecnologias, impede um embasamento sólido aos projetistas e instaladores no momento de optar por um dos dois meios de transmissão disponíveis. Por conservadorismo o meio físico é mais comumente utilizado, mas é preciso entender que “novas” tecnologias, como wireless, podem reduzir custos em certos casos e em longo prazo, além de oferecer multiplicidade de acessos e a tão desejada mobilidade.
O foco deste trabalho é comparar as tecnologias de cabeamento par-trançado e wireless, de forma a dar rumo para cada uma das soluções de transmissão e firmar cada uma delas em sua melhor utilização.
Tutoriais
Este tutorial pare I apresenta os fundamentos teóricos necessários para que os testes comparativos de uso das soluções de transmissão de sinais das câmeras IP tornem-se possíveis e corretos. Inicialmente são apresentadas noções de comunicação, com ênfase nos sinais transmitidos, e a seguir são apresentadas noções sobre os meios de transmissão, com ou sem fios.
O tutorial parte II apresentará os materiais e métodos utilizados no teste, os resultados dos testes realizados, a avaliação comparativa dos resultados obtidos e as conclusões finais.
Câmeras IP I: Comunicações
Para entender o funcionamento pleno das redes de comunicação é necessário compreender o papel que cada componente de um sistema de comunicação exerce.
O objetivo de um sistema de comunicação é transmitir a informação da fonte (ou origem) até o usuário (ou destino, destinatário). A forma de onda no receptor é desconhecida até que ela seja recebida por ele, ou seja, a transmissão de uma informação é na verdade o envio de mensagens que, a princípio, são desconhecidas pelo receptor.
O modelo genérico de uma rede de comunicação é representado de acordo com a figura 01, ilustrada abaixo. Vê-se, como já foi previamente citado, que há a fonte, que têm a informação que será enviada, o transmissor, que transmite a informação no sistema, o canal de comunicação, por onde a informação trafega, o receptor dessa informação, e o destinatário, ponto final da informação neste trecho de comunicação. (DANTAS, 2002)
Figura 1: Modelo Genérico de Comunicação
O transmissor é o responsável pela adequação do sinal às características do canal escolhido, visando a recuperação do mesmo no destino. Já o receptor deve detectar o sinal recebido e adequá-lo a um formato reconhecido pelo destino. O canal representa o meio físico que é usado no transporte da informação, e pode ser, por exemplo, um cabo de par trançado (blindado ou não), cabo coaxial, cabos ópticos, guias de onda, a própria atmosfera, o vácuo, entre outros. Cada canal possui características de transmissão e suscetibilidade a interferências que necessitam ser adequadas para que a informação possa ser transportada. Como resultado dos efeitos do canal, a informação recebida sempre será diferente da informação transmitida.
Interferências
Os canais de transmissão estão sujeitos a diversos fenômenos que podem degradar o sinal transmitido como a distorção de retardo, de atenuação, distorção harmônica, distorção característica, ruídos, diafonia, eco, phase jitter e drop-out (MF101 Furukawa). Esses fenômenos são brevemente descritos a seguir:
Distorção de Retardo: ocorre quando, num canal, a fase do sinal não varia de forma linear com a frequência, fazendo com que várias componentes de frequência sejam transmitidas em tempos diferentes. Quando o pulso for recebido e interpretado, estará comprometido.
Distorção de Atenuação: ocorre quando há atenuação seletiva das componentes de frequência de um sinal. Quando num sinal ocorre a atenuação demasiada de frequências baixas ou altas, o sinal torna-se deformado.
Distorção Harmônica: acontece devido ao sinal ser amplificado e, por falha de projeto, a intensidade de entrada for excessiva. Há uma excursão pelas regiões não-lineares da curva de transferência e filtragem.
Distorção Característica: causada pelos limites de largura de banda do canal, alonga os pulsos, causando um espalhamento no tempo que interfere nos símbolos adjacentes do sinal.
Ruído: perturbação elétrica aleatória. Pode ser térmico ou impulsivo: o primeiro ocorre devido ao movimento térmico dos elétrons, proporcional à temperatura e à banda passante; o segundo representa perturbações repentinas e esporádicas que podem ter causas diversas, como descargas atmosféricas, explosões, ignições e proximidade à reatores ou motores elétricos.
Diafonia: ocorre quando dois sinais (ou mais) distintos interferem entre si por estarem em canais de transmissão fisicamente próximos.
Eco: reflexão de parte do sinal geralmente devido a variações de impedância.
Jitter de Fase: variação instantânea da fase que ocorre quando a curva do sinal transmitido passa por “zero”.
Drop-Out: perda momentânea da portadora de um sinal.
Estas interferências que podem atingir a transmissão do sinal são problemáticas, pois limitam o desempenho do sistema de comunicação alterando as características do sinal transmitido a ponto até de que o mesmo não seja mais reconhecido ao chegar em seu receptor. Visando diminuir a interferência pode-se utilizar, por exemplo, cabeamento blindado, onde a cobertura metálica (em folha ou malha) é sobreposta ao cabo e aterrada, drenando o ruído que atingiria os cabos internos, seguindo o princípio da gaiola de Faraday.
Figura 2: Transmissão com Ruído
Da mesma forma que a interferência pode atingir
cabos par-metálicos, pode causar perda e/ou distorção de sinal em
sistemas sem fio. Nos sistemas wireless, a interferência pode
ser causada por outros sinais de mesma frequência vindos de uma enorme
quantidade de equipamentos “concorrentes”, incluindo até mesmo os
aparelhos de micro-ondas domésticos. Estas interferências
eletromagnéticas são ainda mais críticas quando em ambientes
industriais, onde geralmente estão concentradas enormes quantidades de
motores e equipamentos que geram interferências fortes e funcionam
usualmente 24 horas por dia.
Quando as interferências
eletromagnéticas são críticas e não podem ser eliminadas, utiliza-se a
fibra óptica como canal de transmissão que, por transmitir luz e não
sinal elétrico é imune a quaisquer interferências como as citadas
acima.
Neste trabalho, será focado principalmente o papel do Canal de Comunicação num link
de câmeras IP, onde serão comparadas as características técnicas
nominais de cada um dos sistemas propostos e as características medidas
in loco com os sistemas implantados. Contudo, para que a
informação do canal de comunicação possa ser entendida
satisfatoriamente, torna-se necessário comentar-se à respeito das
informações pertinentes à transmissão dessa informação, como os tipos
de sinais, largura de banda, taxa de transmissão, capacidade de canal,
entre outros.
Tipos de Sinais
A forma mais comum para a
transmissão de informação é o próprio som que, irradiado pelo ar,
atinge seu receptor. Na comunicação em redes de computadores, o meio de
transmissão mais utilizado é o cabo metálico, por onde um sinal
elétrico (em pulsos) que transporta a informação se propaga. Os sinais
eletromagnéticos também podem transmitir informação, utilizando como
canal de transmissão o próprio ar através de rádio, micro-ondas,
satélite, e outros. Este sinal que carrega a informação pode ser de
duas formas: analógico e digital. (SOUSA, 2004)
O sinal analógico é o que
varia continuamente ao longo do tempo. Dados como áudio e vídeo, que
originalmente são provenientes de sensores analógicos e convertidos em
digital posteriormente, são analógicos, pois variam ao longo do tempo
com formas e amplitudes características. A forma de onda dos sinais
analógicos é uma função do tempo que tem uma escala contínua de valores,
por exemplo: a voz humana captada por um microfone, como exemplo da
figura abaixo (figura 03). Ou seja: num determinado instante de tempo
há uma infinidade de valores possíveis para aquele ponto da onda.
Figura 3: Representação de um Sinal de Voz
Com um pequeno sinal, mesmo
sem compactação, ou modulação, é possível transmitir uma gama enorme
de informações. Entretanto, como o foco deste estudo é o canal de
comunicação, há mais contras do que prós quando tratamos de sinais
analógicos.
Ao transmitir um sinal
analógico, seja por qualquer meio de transmissão, o mesmo sofre
atenuações e interferências durante seu percurso do emissor ao
receptor. Neste trecho o sinal todo pode ser atenuado ou apenas algumas
partes podem ser danificadas. O problema está na reconstituição deste
sinal pelo receptor, pois, em vista dos inúmeros níveis possíveis da
curva da onda naquele instante de tempo onde houve a variação do sinal,
o receptor pode reconstruir a curva utilizando vários métodos, mas não
há garantias de que o sinal reconstituído seja igual ao que foi
transmitido originalmente.
Um sistema de fácil identificação que demonstra isso é o sistema em broadcasting
de televisão analógica: durante o percurso do emissor até a antena
conectada ao aparelho que reconstrói a imagem a partir do sinal captado
há geralmente uma distância grande e repleta de interferências e
obstáculos. O que ocorre então são os conhecidos “chuviscos” e as
perceptíveis diferenças de qualidade de imagem entre canais diferentes,
televisores distintos, clima, dependendo da qualidade de recepção do
sinal.
Já um sinal digital é uma
função do tempo com um conjunto discreto de valores, ou seja, se o
sinal digital é do tipo binário, apenas dois valores são possíveis. Os
sinais digitais são produzidos por equipamentos de processamento de
dados ou por conversores que digitalizam informações analógicas. Se os
dados consistirem de texto alfanumérico, serão caracteres codificados
com um dos vários formatos-padrão existentes, como exemplo o ASCII, o
EBCDIC, o Baudot e o Hollerith. O material textual é então transformado
em um formato digital para que possa ser processado por um sistema
digital. Um exemplo simples de informação digital é um trem de pulsos
quadrados de amplitudes 0 e 1 (em Volts); conforme ilustra a figura 04,
abaixo:
Figura 4: Representação de um Sinal Digital
originalmente carregue uma quantidade inferior de informação, já que
cada nível representa apenas um bit, pode ser conciliado com modulações
variadas que aumentam muito a capacidade de informação no trem de
bits, e com uma enorme vantagem: a reconstituição do sinal é fácil.
Utilizando o mesmo exemplo citado para o sinal analógico pode-se notar
facilmente os ganhos trazidos pelo sinal digital quando comparamos um
sistema broadcasting de televisão digital e analógico. No sistema
digital de televisão broadcasting não há “chuviscos” ou diferenças de
imagem, independente do clima, dos obstáculos, da interferência, ou do
nível de sinal que chega ao receptor. Obviamente há uma amplitude
mínima de sinal que deve ser obedecida para que o sinal original possa
ser reconstruído, mas há uma facilidade imensa em fazê-lo já que num
determinado instante há níveis discretos e conhecidos pelo receptor que
o sinal deveria obter.
Supondo que num sistema
binário o sinal foi emitido com os bits 0 e 1, porém, após passar por
interferências, o sinal recebido foi 0,24 e 0,9. Facilmente nota-se que
o primeiro bit foi 0 (zero) e o segundo foi um bit 1, pois foram os
valores pré-determinados para cada bit de informação mas foram
recebidos após sofrerem atenuações.
Seja utilizando o sinal
analógico ou o sinal digital o sistema de comunicação deve manter a
forma de onda original ou garantir que esta possa ser recuperada pelo
receptor. Assim, as técnicas de transmissão e codificação, aliadas à
escolha do canal apropriado, são fatores de sucesso da transmissão.
Largura de Banda e Taxa de Transmissão
É necessário o bom
entendimento de cada uma destas expressões devido à limitação existente
no canal de comunicação (ou meio físico) envolvido na transmissão,
ponto principal deste trabalho.
Num sinal analógico
fundamental, descrito por uma onda senoidal, representa-se a variação
de amplitude com uma determinada frequência ao longo do tempo. No caso
da senoide, há 3 parâmetros principais: a amplitude, que está
relacionada ao valor absoluto que o sinal atinge ao longo de sua onda, a
fase, que representa a posição da onda deste sinal no instante t=0s
(zero segundos), e a frequência que, segundo o IEEE, é definida como
número completo de variações dos ciclos de uma senoide por unidade de
tempo, medida em Hertz, de acordo com o SI. (DANTAS, 2002)
Figura 5: Modelo de Onda Senoidal
Como exemplo de sinal
analógico descrito por um conjunto de senoides, podemos citar o som,
formado por senoides com frequências diferentes. Admite-se que o ouvido
humano percebe frequências entre 20Hz e 20.000Hz, sendo que as mais
perceptíveis são as frequências baixas (sons graves). No entanto, é raro
para que um ser humano emita ou perceba sons que atinjam estes
extremos de frequência. Então, para uma comunicação de voz, o range de
frequências de 300Hz a 3400Hz permite que uma conversação transmitida
seja satisfatoriamente compreendida por seu ouvinte destinatário. Esta é
a faixa de frequência utilizada na telefonia.
Figura 6: Modelo de Onda Senoidal com Frequências Diferentes
que desenvolveu a ideia de que um conjunto de frequências pode
representar uma informação. Ele desenvolveu uma teoria que permitia
representar um sinal qualquer como uma soma de sinais com frequências,
fases e amplitudes diferentes. Este conjunto de senoides, chamado de
espectro de sinal, teve então sua representação conhecida como Teorema
de Fourier. Com ela, pode-se analisar a transmissão de um sinal por
meio da transmissão de cada um de seus componentes senoidais, ou seja,
para que o sinal recebido seja igual ao transmitido, nenhum dos
componentes emitidos poderão ser alterados até a recepção. Desta forma,
a frequência tornou-se o principal parâmetro que determina a
característica de interação entre o meio de transmissão (ou canal) e o
sinal transmitido.
Matematicamente, o sinal
original é igual a uma soma de infinitas componentes, o que, em termos
de implementação, seria praticamente impossível devido à quantidade de
informação. Por isso, para cada aplicação é verificado o número mínimo
de frequências que a representação satisfatória do sinal exige, de tal
forma que a transmissão da informação seja completa. Assim é definido o
valor conhecido como banda-passante ou largura de banda. (MF101
Furukawa)
A tabela a seguir apresenta alguns valores de largura de banda padronizados para as aplicações mais comuns:
Tabela 1: Largura de Banda de Alguns Sinais
TIPO DE SINAL | LARGURA DE BANDA (HZ) |
| Voz em Telefonia | 3.100 |
| Música Clássica | 20.000 |
| Sinal de Vídeo (Banda Base) | 4.200.000 |
| Sinal de Vídeo (Videolaser) | 5.000.000 |
O sistema de transmissão a
ser usado deverá possibilitar que todas estas frequências possam ser
transportadas entre a fonte e o destino, sendo então possível a
recuperação da forma de onda do sinal que representa a informação.
Portanto a banda passante do canal de transmissão deverá ser igual ou
superior que a do próprio sinal que trafegará no canal, pois, caso isto
não seja verdade, a deformação do sinal pode causar uma recepção falha
de tal forma que o sinal recebido seja irrecuperável.
A tabela a seguir apresenta
os valores de banda passante para alguns meios de transmissão mais
conhecidos em comunicações, como a telefonia, a radiodifusão AM e FM,
os cabos metálicos de par-trançado de várias categorias e os cabos
metálicos coaxiais:
Tabela 2: Meios de Transmissão e respectivos valores de banda passante
MEIO DE TRANSMISSÃO | BANDA PASSANTE (HZ) |
| Rede Telefônica (antiga) | 4.000 |
| Áudio em Radiodifusão AM | 5.000 |
| Áudio em Radiodifusão FM | 15.000 |
| Cabo Par-Trançado Categoria 3 | 16.000.000 |
| Cabo Par-Trançado Categoria 5 | 100.000.000 |
| Cabo Par-Trançado Categoria 6 | 250.000.000 |
| Cabo Par-Trançado Categoria 6A | 500.000.000 |
| Cabo Coaxial | 1.000.000.000 |
Sinais digitais têm uma
forma de onda conhecida como “trem de pulso”, que também pode ser
analisado pelo Teorema de Fourier, citado anteriormente. Neste caso, há
uma largura de banda mínima que deverá ser respeitada pelo sistema de
transmissão para representar determinado sinal digital, como podemos
ver na tabela a seguir:
Tabela 3: Banda Passante dos sinais digitais
SINAL DIGITAL | BANDA PASSANTE (HZ) |
| Ethernet (10 Mbit/s) | 7.500.000 |
| Fast-Ethernet (100 Mbit/s) | 31.250.000 |
| Gigabit-Ethernet (1000Mbit/s) | 62.500.000 |
| 10-Gigabit-Ethernet (10Gbit/s) | 450.000.000 |
No caso de sistemas de
comunicação digital são transmitidos sinais originalmente digitais ou
sinais que foram digitalizados, mas sempre sinais discretos. O
problema, neste caso, da banda passante, estará relacionado à técnica
de codificação associada e às taxas de bits de cada sinal digital.
Diversas técnicas de codificação podem ser utilizadas para garantir a
taxa de transmissão necessária, porém, todas elas escolhem um ou mais
símbolos discretos com 2 ou mais níveis.
Figura 7: Sinal digital binário, ternário e quaternário
Potência do Sinal
A “força” com a qual o
chega ao receptor é muito importante no projeto de redes de transmissão
de dados, pois, caso a potência recebida seja pequena, a correção do
sinal pode tornar-se impossível ou errônea. Os termos “atenuação” e
“ganho” de um sistema de comunicação referem-se à diminuição e aumento,
respectivamente, da potência do sistema que, por sua vez, se relaciona
com a amplitude do sinal transmitido.
Os estudos ligados à
transmissão de sinais elétricos tiveram início no século XIX, quando o
logaritmo era a ferramenta matemática mais utilizada. Na ocasião, foi
definida uma unidade de medida (Bel) que relacionava duas grandezas por
meio de logaritmos. Hoje a padronização internacional adota a
utilização de seu submúltiplo, o conhecido decibel (em sua abreviação:
dB). (MF101 Furukawa)
O decibel, como o conhecemos, é definido pela fórmula:
Onde:
- dB = decibel (relação de potências);
- POTsaída = potência de saída do circuito;
- POTentrada = potência de entrada (ou de referência) do circuito.
Atribuindo valores à
fórmula, tem-se uma relação dos valores de dB com a relação de
potências (saída e entrada), conforme a tabela abaixo:
Tabela 4: Relação de Valores em dB com Potência
SINAL DIGITAL | BANDA PASSANTE (HZ) |
| 30 | 1000 |
| 20 | 100 |
| 10 | 10 |
| 6 | 4 |
| 3 | 2 |
| -3 | 0,5 |
| -6 | 0,25 |
| -10 | 0,1 |
| -20 | 0,01 |
| -30 | 0,001 |
Ou seja, quando se diz que
um sinal teve atenuação de -3dB, significa matematicamente que apenas
50% da potência do sinal emitido chegou ao receptor. Para uma atenuação
de -6dB, 75% da potência do sinal é perdida.
A perda de sinal durante o
percurso é iminente, já que haverá atenuação em qualquer meio de
transmissão utilizado. O ruído que incide no sinal durante o trecho de
transmissão é adicionado ao sinal, provocando variação em sua forma. A
relação entre a intensidade do sinal original e o ruído absorvido
constitui um parâmetro chamado Relação Sinal/Ruído (ou, do inglês, Signal Noise Ratio – SNR). Esta grandeza é adimensional, calculada a partir das potências em decibéis do sinal e do ruído do sistema.
Quanto maior for o valor da
Relação Sinal/Ruído, melhor será o desempenho da transmissão, pois
sabe-se que a quantidade de ruído recebida deve ser menor do que a
quantidade de sinal.
Última edição por Felipe Marques em Sáb 13 Abr - 12:14, editado 3 vez(es)
