10 - Tecnologias para conexoes longas

Introdução

Tecnologias para conexões digitais de longa distância

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Introdução

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

As companhias telefônicas foram os responsáveis por desenvolverem as tecnologias de transmissões de dados de longas distâncias.

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As rede de dados de computadores utilizam esta infra-estrutura criada para transmitir seus dados.

Professor: Arlindo Tadayuki Noji

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Telefonia digital

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

A telefonia digital surgiu pela necessidade de melhorar a qualidade do sinal de voz para longas distâncias.

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O sinal analógico sendo transmitido para longas distâncias necessita de circuitos que amplifiquem o sinal para manter-se. Isto porém, introduz distorções e ruídos na transmissão.

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Telefonia digital

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

A conversão para sinais digitais, evita esses problemas mencionados.



A versão digital de um sinal áudio analógico é chamado de áudio digital.

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O processo utilizado para converter um sinal analógico para digital é chamado de digitalização.

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O hardware necessário para a conversão é chamado de conversor analógico-digital (conversor AD).

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Conversor AD ď Ź

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O conversor AD faz amostragem periĂłdicas do sinal, convertendo o valor da amplitude do sinal daquele instante.

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Conversor AD

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

Os cientistas descobriram que um sistema para transmissão de voz deve ser capaz de reproduzir a frequência de pelo menos até 4000Hz para transmitir uma voz humana.

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Se tivermos que codificar este sinal, devemos recorrer a teoria de Nyquist para saber qual a largura de banda necessária para fazer a transmissão de dados que utiliza 4000 Hz.

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Conversor AD

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

Segundo a teoria, um sinal (informação) pode ser reconstituído se a largura de banda for pelo menos duas vezes maior que a frequência significativa mais alta utilizada.

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Deste modo, para um sistema com frequência de 4000hz, precisaremos de pelo menos 8000 amostragem por segundo para podermos reconstituir o sinal depois. O conversor AD deve ser capaz de ter uma amostra a cada 125 microssegundos.

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O padrão PCM

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

O esquema de amostragem de sinal utilizado para transmissões digitais das companhias telefônicas é chamado de “pulse Code Modulation” - PCM.

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Ela define que um sinal analógico pode ser amostrado a cada 125 microssegundos com valores de até 255 níveis diferentes.

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Comunicação SINCRONA 

A tecnologia utilizada para transmissões de longas distâncias são baseadas em comunicações SINCRONAS.



Características: – –

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Nasceram para serem utilizadas apenas para transmissão voz analógicas; São tecnologias baseadas em comutação de circuitos.

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Circuitos digitais

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

As redes de computadores também utilizam a redes inventadas pelas companhias telefônicas para fazer as transmissões de dados.

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As companhias alugam suas conexões por uma taxa mensal para permitir que computadores possam se comunicar entre dois prédios distantes ou até entre cidades.

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Circuitos digitais

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

A tecnologia de transmissão digital de voz e de dados utilizado pelos computadores tem características de funcionamentos diferentes.



Os padrões são diferentes, portanto há necessidade de utilizar um dispositivo de hardware especiais para que interajam entre si.

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Circuitos digitais ď Ź

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Conhecido como data Service Unit/Channel Service Unit (DSU/CSU)

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Circuitos digitais 

A porção CSU, trata de terminação da linha e diagnósticos.

– – –



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Contém circuitos para tratar surtos de energia elétrica provocada por raios; Verificar se a outra unidade DSU/CSU está funcionando corretamente; Tem um circuito que limita o envio excessivo de ‘1’s.

A porção DSU, traduz os dados do formato digital usado no circuito da concessionária para o formato digital que o computador entende.

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Padrões telefônicos 

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Os dispositivos DSU/CSU devem comportar os padrões adotadas pelas companhias telefônicas. Esses padrões definem as diferentes capacidade de transmissão de dados digitais que podem ser usados.

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Padrões telefônicos   

Um canal de voz exige uma linha de 64kbps (8000 amostras de 8bits/s).

Uma linha T1, pode comportar 24 canais independente de 64kbps.

Um multiplexador é utilizado para multiplexar vários canais numa transmissão, enquanto que na outra ponta é usado um demultiplexador para restaurar os vários canais recebidos na transmissão.



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É possível multiplexar 28 canais de T1 em um circuito T3.

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Padrões DS

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

Padrões DS especificam padrões de multiplexação de múltiplos telefonemas sobre uma única conexão.

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São denotados através de “DS” seguido de um número igual aos denotadas as linhas “T”.

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Circuitos fracionários

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

As linhas T1 podem ser multiplexadas para fornecerem canais menores para os usuários. São canais tais como: 64 Kbps,128 Kbps, 9.6 Kbps, etc.

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A técnica utilizada para a multiplexação/Demultiplexação é a TDM.



Esta divisão permite preços populares para pequenas empresas que não precisam de uma largura de banda muito maior.

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Circuitos intermediários MUX INVERSO 

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Como alocar velocidades apenas pouco maiores que T1, porém sem ter usar o próximo, que seria o T3, que tem 28 vezes a capacidade de um T1.

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Circuitos de mais alta capacidade 

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Os padrões Synchronous Transport Signal (STS) padronizam velocidades ainda maiores. São utilizados para fazer conexões que interligam um país ou entre países.

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O que é o padrão OC  



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Padrões para concessionária óticas: Padrão OC - Optical Carrier. O padrão OC é o termo correto para referir o meio de transmissão usado para o meio ótico.

Enquanto que STS define o padrão elétrico usado para fazer a interface na conexão ótica.

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SONET 

Synchronous Optical NETwork - SONET –

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Define padrões para envio dos dados , mais especificamente define o formato dos quadros e informações adicionais de sincronismo de relógio

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SONET

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

Um aluguel de um circuito STS-1 provavelmente usará equipamentos que codifiquem os dados em SONET.

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Cada quadro SONET STS-1 possui 810 octetos, que são distribuídos em 9 filas de 90 colunas.

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Um quadro SONET STS-3 possuirá por sua vez, 2430 octetos.

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Loop de Assinante Local

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

É o termo utilizado para se referir à conexão entre o Escritório Central (EC) e a empresa ou residência.

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É a conexão utilizada para a conexão entre o provedor de rede até seus assinantes.

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Geralmente é baseada em circuitos analógicos.

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Modens Dial-up

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

Apesar dos modens terem melhorado bastante, ainda são limitados pela largura de banda de áudio (voz) e ruídos da linha telefônica.

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Várias outras tecnologias foram inventadas para permitir serviços de acesso mais rápidos utilizando a linha telefônica comum.

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ISDN



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Integrated Services Digital Networks (ISDN) –

Foi um dos primeiros esforços para oferecer altas taxas de transmissão de dados em um alinha telefônica comum.

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Fornece voz e dados digitalizados para assinantes através do cabeamento de loop local convencional (par de cobre do telefone)

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ISDN 

Fornece três canais de digitais de dados, B+B+D. – –



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Os dois canais 2B, operam cada um com 64Kbps. Podem transportar áudio, vídeo e dados digitais.

O canal D, opera em 16Kbps e serve para trafego de sinais de controle. Controla os tipos de serviços que pode ser solicitado e administra a sessão em uso.

Os dois Canais B podem ser unidos para fornecer um canal de 128Kbps.

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ISDN 

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Como é possível criar canais com largura de banda disponível de 2B+D?

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ISDN

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Utilizando uma forma de multiplexação por divisão de tempo – TDM

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A ilusão de vários canais é criada pelo uso da multiplexação.

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Tecnologia da Linha Assimétrica Digital de Assinantes

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

O ISDN foi um das primeiras tecnologias que surgiu para permitir altas taxas de transmissões de dado digitais (64-128Kbps).

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Um das tecnologias mais interessantes é a Digital Subscriber Line – DSL. Existem diversas variantes que forçam a referência a tecnologia como xDSL.

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ADSL 

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Asymmetric Digital Subscriber Line – ADSL –

Utiliza a linha telefônica comum

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Fornece serviço assimétrico relativas as taxas de velocidades (Upload e download diferentes);

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Depende da qualidade do meio para fornecer uma velocidade máxima;

–

Depende da distância da linha;

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Taxa máxima de downstream de 6,144Mbps e upstream de 640Kbps

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ADSL

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

Apesar de altas taxas que a tecnologia ADSL pode permitir, a velocidade depende muito da qualidade da linha telefônica.

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Desta forma a tecnologia utiliza métodos complexos para otimizar / Adaptar a melhor combinação de técnicas para extrair a melhor velocidade da linha que estiver conectada.

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ADSL Conexão típica

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ADSL 



Este serviço é possível, porque os engenheiros descobriram que muitos loops locais permitem a transmissão de sinais de alta frequência.

A solução envolver adaptar dependendo das diferentes características de cada loop local: – – –

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Distância Do cabeamento utilizado Ruídos e interferências

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ADSL

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

Quando os modens são ligados, eles examinam quais faixas de frequências ele pode utilizar sem grandes interferências e atenuações. O resultado é que o modem se ajusta a linha e otimiza o uso das frequências que ele pode usar.



A modulação utilizada é a Discrete Multi Tone – DMT – Combina técnicas de multiplexação por divisão de frequência e multiplexação inversa.

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ADSL 

O DMT divide a largura de banda em 256 frequências separadas ou subcanais: – – – –



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224 canais são para downstream; 25 canais são para upstream; 3 canais para informações de controle; 5 não são usados.

Existe um modem virtual para cada canal criado.

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ADSL

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

Cada canal é espaçado em intervalos de 4,1325Khz para evitar interferências entre os canais subjacentes.



A ADSL também evita usar a largura de banda menor que 4Khz para não interferir na comunicação de voz.

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ADSL

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

A ADSL, verifica qual frequência consegue se comunicar melhor e descarta aquelas que tem muita interferências



Também verifica se a qualidade da linha for muito boa, para tenta codificar mais bits por baud. Se a houve ruídos e interferências que prejudiquem a qualidade da transmissão, ele ainda sim utiliza a frequência codificando menos bits por baud.

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ADSL

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

O resultado final é que A ADSL não garante taxas mínimas de velocidade.



As taxas de downstream podem variar de 32Kbps até 6,4Mbps



As taxas de upstream podem variar de 32 a 640Kpbs

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Outras DSL 

Symmetric Digital Subscriber Line – SDSL – –

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Fornece taxas de velocidades iguais para ambas as direções; Tem uma leve vantagem em operar onde a ADSL não consegue.

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HDSL 

O High Rate Digital Subscriber Line – HDSL – – –

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Fornece velocidades DS1 (1,544Mpbs) Limite restrito de distância para loops locais Exige dois pares de cabo

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VDSL 

A Very-high rate Digital Subscriber Line – VDSL: – – –

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Taxas de até 54Mbps; Não podem manter uma conexão entre sua casa e Estação Central (EC); Exige pontos intermediários de conexão ( Ex: em cada bairro) com fibras óticas ligando esses pontos a EC.

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xDSL 

ADSL –



ADSL2 –



12Mbps e 2 Mbps

ADSL2+ –

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8Mbps e 1 Mbps

24Mbps e 4Mbps

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Modem de Cabo

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

As soluções usando Loop Local tem limitações inerentes ao uso de fios telefônicos.

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As soluções ADSL permitem altas taxas de bits, mas dependem de muitos fatores para alcançar uma boa velocidade de transferência de dados.



Alternativa: Uso do cabeamento da TV à cabo.

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Modem de Cabo 

Vantagens: – – – –



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Tem proteção a ruídos; Infra estrutura existente; Facilidade de envio de downstream de alta capacidade; Tem largura de banda ociosa.

É possível então utilizar essa largura de banda sobrando para enviar além dos canais de TV, dados digitais.

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Modem de Cabo ď Ź

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Banda

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Modem de Cabo



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Os dados podem ser enviados através de modens de cabo residentes na central da TV. Um outro modem sintonizado na mesma portadora da central de TV que está na casa do assinante é responsável por receber as informações digitais.

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Modem de Cabo

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

Na prática não é possível criar uma portadora (ou canal) para cada assinante.



A solução encontrada foi multiplexar no tempo (TDM) o sinal para vários usuários ao mesmo tempo.



Em vez de alocar uma portadora para cada assinante existente, a TV a cabo define uma portadora para vários usuário e define também um endereço para cada modem de um assinante.

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Modem de Cabo

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Cada modem escuta a portadora, e fica verificando o endereçamento de cada pacote, caso o endereço seja igual, os pacotes são encaminhados para o computador do usuário.

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O esquema é muito parecido com a tecnologia de LAN Ethernet com sua rede compartilhada.

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Modem de Cabo

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Os modens podem alcançar até 36Mbps, mas devido a esse esquema de compartilhamento, a cada novo assinante a capacidade efetiva de entrega de dados cai na razão de 1/N.

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Uma frequência portadora pode ser compartilha com os assinantes de um bairro, por exemplo.

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Comunicação Upstream

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A infra estrutura original de TV à cabo não foi feita para providenciar upstream. Na verdade existem várias barreiras que impedem a comunicação inversa ao downstream.

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Uma alternativa é combinar um modem dial-up.

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Outra solução é fazer investimento na infra estrutura atual para que tenha o caminho dual previsto para permitir uma comunicação bidirecional. Justificativa: Vídeo sob demanda, TV interativa, etc.

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Coaxial de Fibra Híbrida 

Hybrid Fiber Coax - HFC - tecnologia híbrida que utiliza fibra ótica e cabo coaxial para a transmissão de dados.

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Utiliza fibras óticas para os trechos que exige alta capacidade e cabos coaxiais nas partes que as velocidades podem ser menores.



Tronco - trecho de alta capacidade que interliga o escritório da TV à cabo aos bairros.

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Circuito alimentador - refere-se ao trecho que faz conexão do tronco a sua casa.

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Coaxial de Fibra Híbrida 

Característica – – – –



Desvantagem –



Alto investimento.

Vantagens –

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Usa TDM e FDM; Possui largura de banda de 50 à 450 Mhz para TV analógica; Possui largura de banda de 450 à 750 para comunicação digital downstream; Os dados dos usuários são multiplexados dentro da faixa de um canal (6Mhz).

Consegue multiplexar mais grupos de assinantes independentes através da linha de tronco.

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HFC

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Fibra para o Meio-fio Fiber to the Curb – FTTC. É semelhante ao HFC, pois usa fibras para o tronco de alta velocidade. A idéia é trazer a fibra mais perto possível do assinante e conectar ao tronco através de cabos coaxiais e fios adicionais.

O primeiro traz o circuito para entregar vídeo interativo e o segundo é usado para transportar voz.

Outras Tecnologias: Satélites.

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