Princpios de Transmisso - Atenuao

Uma das medidas mais importantes nos sistemas de comunicao a de potncia. Os termos atenuao e ganho de um sistema refere-se a diminuio e aumento da potncia do sistema, respectivamente, que por sua vez se relaciona com a amplitude dos sinais transmitidos.

Atenuao relativamente simples de entender. Conforme o sinal trafega pelo cabo, ele enfraquece. Quanto mais longo o cabo, maior a perda de potncia.

Mas a velocidade com que o sinal enfraquece ao longo do cabo depende de vrios fatores. Dentre eles, est a frequncia do sinal, que quanto maior for, maior a perda; propriedades dos cabos e outros fatores, como a perda na insero em conectores.

Perda por insero um outro termo utilizado para descrever a atenuao em um link ou em um canal (grupo de componentes). Essa perda de potncia atenuao medida em decibis dB. O decibel uma unidade logartmica de potncia relativa a um nvel definido de referncia.

Um decibel 1 dcimo de um Bel, que foi originalmente a unidade utilizada pelo Bell Labs para medir a perda de energia aps uma milha (1,6 km) de um cabo telefnico padro. O nvel de referncia utilizado pela nossa indstria 1 miliwatt (mW), portanto ns classificamos a potncia transmitida ou recebida em dBm.

0 dBm significa que no houve variao do 1 mW original, em outras palavras, 0 dBm igual a 1 mW. Em geral, aplicamos menos de 1 mW de potncia em uma interface, portanto um valor negativo em dBm (valor menor que o ponto de referncia de 1 mW), dessa forma o valor recebido atenuado ser um valor ainda maior em -dBm.

Por exemplo, um sinal transmitido a -6dBm e recebido a -12dBm teve uma perda de 6dB. Sem entrar muito em detalhes, uma perda de 3dB significa uma perda de 50% da potncia do sinal.

Mas lembre-se, dB logartmico, portanto uma perda de 6dB equivale a receber apenas 25% do sinal transmitido, e assim por diante.

Ns dissemos que a perda (atenuao) afetada por uma srie de coisas, incluindo o comprimento do cabo, as caractersticas do cabo e os conectores utilizados. E, muito importante, a frequncia da transmisso, que expressa em Hertz (Hz). J que a atenuao em um cabo aumenta conforme a frequncia utilizada, ns testamos a atenuao em diversas frequncias. Por exemplo, de 5Mhz a 100Mhz (faixa conhecida como frequncia de varredura). As maiores atenuaes ocorrero nas maiores frequncias.

A frequncia tende a aumentar quando a velocidade aumenta. Por exemplo: uma rede Ethernet de 10Mb/s transmite a 10Mhz e geralmente apresenta uma perda de 5dB em um cabo de 90 metros. Uma rede Fast Ethernet de 100Mb/s transmite a at 31,25Mhz e apresenta uma perda de 9dB no mesmo cabo. A frequncia da transmisso est relacionada velocidade da interface em bits por segundo, mas no diretamente. Os Bits, zeros e uns, so codificados em uma sequncia de sinais utilizando diversas tcnicas, cada uma especificamente desenvolvida para um tipo de interface, como 100BASE-TX ou 10GBASE-T.

Mas, em geral, possvel dizer que quanto mais rpida a velocidade de transmisso em bits por segundo, maior a frequncia que ser utilizada na transmisso. Lembre-se, a atenuao aumenta conforme a frequncia aumenta. Outro exemplo: disso a perda por insero em canal, que a 100MHz de 20dB, enquanto a 500MHz de 48dB.

Tambm importante lembrar que a blindagem de um par aumenta a capacitncia (energia acumulada entre os condutores e a blindagem) e, consequentemente, aumenta a atenuao.

Dado que a quantidade de informao que pode ser transmitida est diretamente relacionada com a frequncia da portadora, na qual a informao impressa, ento um aumento da sua frequncia implica, em teoria, um aumento da sua frequncia implica, em teoria, um aumento da largura de banda de transmisso e, em consequncia, uma maior capacidade de transmitir informao. Assim, a tendncia em sistemas de comunicao o uso de frequncias cada vez mais elevadas (ou, equivalentemente, de comprimentos de onda mais curtos).

Ento, resumindo: A atenuao ou perda de transmisso pode ser definida como a diminuio da intensidade de energia de um sinal ao propagar-se atravs de um meio de transmisso. medida em dB (decibel), e diretamente proporcional distncia. A atenuao do sinal pode ser compensada por repetidores.

Nas fibras pticas, atenuao a diminuio progressiva da potncia do sinal luminoso ao percorrer a fibra do ponto de transmisso at o ponto de recepo do sinal e varia de acordo com o comprimento de onda da luz. Ela a soma de vrias perdas ligadas estrutura de onda e ao material que empregado na fabricao das fibras, sendo medida em dB/km.Ela geralmente categorizada como intrnseca quando for causada pelas substncias presentes na fibra e extrnseca quando for causada por foras externas, como por exemplo, a dobra excessiva da fibra.

Atenuao, DB e dBm

Na realidade o dB uma medida que se presta para definir o ganho ou atenuao (tambm designado por ganho positivo ou negativo) do caminho percorrido por uma corrente alternada, que no caso presente vou definir como energia de radiofrequncia seja qual for a frequncia ou meio de propagao.

O decibel (dB) uma unidade logartmica que indica a proporo de uma quantidade fsica (geralmente energia ou Intensidade) em relao a um nvel de referncia especificado ou implcito. Uma relao em decibis igual a dez vezes o logaritmo de base 10 da razo entre duas quantidades de energia.1 Um decibel um dcimo de um bel, uma unidade raramente usada.

Sem o dB, calcular por exemplo uma ligao de microondas entre dois pontos distantes, seria um trabalho de alta matemtica, muito moroso e complicado de executar. Na realidade com esta ferramenta podemos facilmente calcular a eficincia de um sistema de radio sem grandes complicaes.

O dB pode ser usado para definir o ganho em potncia, em tenso, para representar a relao entre 2 correntes, entre 2 potncias e outras grandezas.

No caso do clculo de ganho em potncia, que muito utilizado pelos amadores, usa-se uma frmula simples que nos permite por exemplo, atravs da relao entre a entrada e a sada de um amplificador, calcular o ganho do mesmo. Essa formula a seguinte:

G = 10 log (P1 / P2 )

No caso da relao entre potncias, poderemos ento afirmar o seguinte:

0 dB equivale a uma relao de 1

3 dB equivale a uma relao de 2

10 dB equivale a uma relao de 1020 dB equivale a uma relao de 10030 dB equivale a uma relao de 1000

Que o mesmo que dizer que.0 dB multiplica por 13 dB multiplica por 210 dB multiplica por 1020 dB multiplica por 10030 dB multiplica por 1000E assim por diante. A cada 10 dB a mais acrescenta-se 1 zero ao valor.

Ver exemplo em *Sound files to show the size of a decibel

A tabela seguinte fornece alguns valores tpicos.

Tabela 1 Relao de valores em dB com relao de potncia

Observe que:+3 dB equivale a multiplicar por 2+10 dB equivale a multiplicar por 10-3 dB equivale a dividir por 2-10 dB equivale a dividir por 10

Ao trabalhar com valores logartmicos, as multiplicaes e as divises passam a ser somas e subtraes respectivamente.

A atenuao a relao entre as potncias na entrada e na sada do meio fsico, expressa em decibis (dB), e matematicamente definida como sendo:

POT= potncia em decibisPOTSAIDA= potncia de sada do circuitoPOTENT = potncia de entrada ou de referncia do circuitoNas leis da matemtica no se pode misturar unidades de diferentes naturezas. Comotal, foi necessrio criar uma unidade, que fosse suficientemente flexvel para poder definir todas as grandezas e que ao mesmo tempo pudesse ser operada matematicamente, com a finalidade de facilitar ao mximo o clculo radioeltrico de uma ligao por rdio. A unidade encontrada foi o dB, que alm de definir todas as variantes necessrias ao clculo duma ligao, pode ser somado, subtrado, multiplicado ou dividido mesmo entre as diversas variantes, tornando-se numa excelente ferramenta de clculo para quem trabalha com radiofrequncia.

Assim, juntamente com o dB outra unidade criada foi o dBm onde a POTSAIDA dividida pela potncia padro de 1mW (ganho em dBs sobre 1 mW). Assim converte-se a potncia de um equipamento para unidades logartmicas facilitando os clculos. Ou seja, o dBm a potncia transmitida ou recebida.

dBmoudBmW(decibel miliwatt) uma unidade de medida utilizada principalmente em telecomunicaes para expressar a frequncia absoluta mediante uma relao logartmica. Define-se como o nvel de potncia emdecibisem relao ao nvel de referncia de um 1mW. Pode ser expressa atravs da equao:

onde:PdBm a potncia em dBmPmW a potncia em miliwatts

Tabela de converso de dBm em Watts

1 mW corresponde ento a 0 dBm, o que significa que no houve variao do 1 mW original, ento 0 dBm = 1 mW

Em geral aplicamos menos de 1 mW de potncia em uma interface, portanto um valor negativo em dBm, ou seja, valor menor que o ponto de referncia de 1 mW.

Ex.: Um sinal transmitido a -6 dBm e recebido a -12 dBm teve uma perda de 6 Db (25% do sinal original).

EXEMPLOS APLICADOS

Exemplo 1: Atenuao Link FibraTendo um cabo com atenuao de 4 dB/km e os terminais distanciados em 10km, a atenuao total do percurso dever ser :

Atota l= 4dB/km x 10km = 40 dB ou 10.000 vezes

Exemplo 2 Converso mW para dBm:Um transmissor laser tem uma potncia de sada de 2,5 mW. Qual a potncia ptica na sada do diodo expressa em dBm?

Potncia dm dBm = 10 log(P/1mW) = 10 log(2,5/1)= +3,98 dBm

Exemplo 3: dB e dBm combinadosUm cabo ptico tem atenuao total de 13dB. Se a potncia do transmissor -3dBm, qual a potncia ptica na entrada do receptor em dBm?

Potncia na entrada do receptor em dBm = Potncia na sada do Transmissor Atenuao total da Fibra

Potncia na entrada do receptor em dBm = -3 dBm - 13 dB

Potncia na entrada do receptor em dBm = -16 dBm

Clculos dB, potncia e tensoNo entanto, imagine que voc precise analisar um sistema e no possua uma mquina de calcular disponvel para fazer as converses pedidas. Existem alguns nmeros que, se memorizados, possibilitam fazer estas converses entres as duas formas de ganho, com um mnimo de erro. Esses nmeros so apresentados na tabela abaixo para o ganho de potncia e para o ganho de tenso.GANHO DE POTNCIAGANHO DE TENSORELAO

10 dB20x10

3 dB6x2

2 dB4~ x1.6 (60%)

1 dB2x1.25 (25%)

0.5 dB1x1.10(10%)

Faamos alguns exerccios de converso de ganho de relao para dB e vice-versa, para a melhor fixao.1. A quantas vezes corresponde um ganho de potncia de 15dB?Soluo:O raciocnio o seguinte: procuremos dividir o nmero em dB pelos nossos nmeros conhecidos. Assim: 15 dB = (10+3+2)dB.Consultando a tabela acima, sabemos que:10 dB => x10 3 dB => x2 2 dB => x1,6 x32Resposta:Um ganho de potncia de 15dB equivale a multiplicar o sinal de entrada por 32 vezes. Assim, se aplicarmos um nvel de potncia de 0,5Watts entrada deste amplificador, obteremos 16Watts em sua sada.

2. Um filtro apresentou uma perda por insero de 11 dB. Qual ser o nvel de tenso de sada se aplicarmos um nvel de tenso de 10Volts na entrada deste filtro?Soluo:Quando afirmamos que um elemento possui uma determinada perda por insero, estamos querendo dizer que o sinal de sada deste elemento menor que o sinal de entrada. Ou seja, o ganho expresso por uma relao ser menor que 1(um) e o ganho expresso em dB ser negativo.Relembrando este fato, vamos utilizar a tabela acima:-11dB = (-6-4-1) = -(6+4+1) => 1/(2*1.6*1.1) => 1/3.52Resposta:Logo 11dB equivalem a 0,28 vezes. Se o nvel de tenso aplicado entrada do filtro de 10 volts, a sua tenso de sada ser 2,8Volts.

3. Um amplificador, quando excitado com uma potncia de entrada de 2Watts, forneceu em sua sada 50Watts. Calcule o ganho deste amplificador em dB sem utilizar uma calculadora.Soluo: Usando a frmula, teremos:Resposta:Um ganho de 25 vezes corresponde a um ganho de 14dB.

Equao para atenuao de links

Atenuao do link obtida a partir do seguinte calculo:

Atenuao total [dB]= atenuao do cabo + perda do conector +perda por emenda

Atenuao do cabo [dB] = coeficiente de atenuao [dB/Km] * comprimento [Km]

Os principais coeficientes de atenuao so: 3,5 dB/Km para fibra ptica multimodo de 850nm. 1,5 dB/Km para fibra ptica multimodo de 1330nm. 0,5 dB/Km para cabo de planta externa monomodo de 1310nm. 0,5 dB/Km para cabo de planta externa monomodo de 1550nm. 1,0 dB/Km para cabo de planta interna monomodo de 1310nm. 1,0 dB/Km para cabo de planta interna monomodo de 1550nm.

Perda do conector [dB] = nmero de pares de conectores * perda de cada conector.

A atenuao dos conectores no deve ultrapassar 0,75 dB de acordo com os padres de testes de campo ANSI/TIA/EIA-455-59 e mtodo de teste de referncia de um jumper ANSI/TIA/EIA-526-14-A.

Perda por emenda [dB] = nmero de emendas * perda de cada emenda

A atenuao de emendas no deve ultrapassar 0,3 dB de acordo com os parmetros de testes de campo ANSI/TIA/EIA-455-59 e testes de fbrica ANSI/TIA/EIA-455-34.

Outro parmetro importante e a perda de retorno, sendo determinada pelo padro ANSI/TIA/EIA-455-107. Para fibras pticas multimodo a perda de 20 dB, e 26 dB para fibras pticas monomodo.

Resumindo, a atenuao do link obtida a partir do seguinte clculo:Atenuao total [dB] = atenuao do cabo + perda do conector +perda por emendaAtenuao do cabo [dB] = coeficiente de atenuao [dB/Km] * comprimento [Km]Perda do conector [dB] = nmero de pares de conectores * perda de cada conectorPerda por emenda [dB] = nmero de emendas * perda de cada emenda

Perda ptica Passiva Esperada

Fibra ptica: Multimodo (850nm)3,5 dB/km Multimodo (1300nm)1,5 dB/km Monomodo (interna)1 dB/km Monomodo (externa)0,5 dB/km Conexo (par de conectores): Mxima (pela norma)0,75 dB Tpica - SC ou ST0,5 dB Tpica - LC0,2 dB Emenda: Mxima (pela norma)0,3 dB Tpica - fuso< 0,1 dB Tpica - mecnica0,15 dB

Dimensionando sistema

Perda ou ganho (dB)

Potncia (W), Potncia (dBm)