Módulos de conetividade
Conhecimentos básicos de comunicação sem fios: Mecanismo sem fios (2)
Índice: Mecanismo sem fios (1)
1. O que é a comunicação sem fios?
2. Exemplos de aplicações de comunicações sem fios
3. Configuração básica e elementos de sistemas de comunicação sem fios
4. Método de comunicação sem fios: Modulação e desmodulação
Coluna: As ondas de rádio e as suas frequências
Índice: Mecanismo sem fios (2)
5. Direção de transmissão de dados: Duplex (Full Duplex e Half-duplex) e Simplex
5. Direção de transmissão de dados: Duplex (Full Duplex e Half-duplex) e Simplex
O formato de transmissão, em termos da direção em que os dados são transmitidos, é uma especificação importante nas aplicações de comunicação, independentemente de serem com ou sem fios. Esse formato divide-se em transmissão duplex e transmissão simplex. Além disso, a transmissão duplex pode ainda ser classificada em transmissão full-duplex e transmissão half-duplex. De seguida, explicamos cada método de transmissão.
5.1 Transmissão duplex
A transmissão duplex*5 é um formato de transmissão que parece ter sido adotado numa percentagem muito grande dos actuais dispositivos de comunicação digital. Existem dois tipos de transmissão duplex: a transmissão full-duplex e a transmissão half-duplex.
Transmissão Full-Duplex
Como se mostra na Fig. 8-1, a transmissão full-duplex é um formato de transmissão que permite a comunicação de dados e chamadas de voz de duas formas (duplex) ao mesmo tempo: do dispositivo A para o dispositivo B e do dispositivo B para o dispositivo A. Se aos sinais recebidos e transmitidos (por vezes descritos respetivamente como "Rx" e "Tx") forem atribuídas frequências diferentes, os componentes electrónicos na laranja que os separam são chamados duplexadores.
Exemplos de aplicação: telefones fixos, telemóveis, smartphones, etc. (ligação direta entre dispositivos)
*5: É frequente ouvirmos os termos "download/upload" e "downlink/uplink" em relação à transmissão duplex. Digamos que o terminal ou PC que está a utilizar é o dispositivo A. Neste caso, a receção de dados do dispositivo B é designada por download; inversamente, a transmissão de dados do dispositivo A para o dispositivo B é designada por upload. Além disso, quando é simplesmente a ligação entre o dispositivo A e o dispositivo B - por exemplo, uma ligação com um terminal e uma estação de base - que é importante, em vez da transmissão de dados propriamente dita, designa-se por downlink/uplink.
Transmissão half-duplex
Como se mostra na Fig. 8-2a e na Fig. 8-2b, a transmissão half-duplex é um formato em que o dispositivo A e o dispositivo B transmitem dados alternando mutuamente entre a transmissão e a receção. Este formato distingue-se da transmissão full-duplex porque os dados não podem ser transmitidos de duas formas ao mesmo tempo.
Exemplo de aplicação: Transceptores
5.2 Transmissão Simplex
Como se mostra na Fig. 8-3, a transmissão simplex é um formato em que os dados são transmitidos entre o dispositivo A (transmissor) e o dispositivo B (recetor) apenas numa direção (simplex), do dispositivo A para o dispositivo B.
Exemplos de aplicação: Radiodifusão AM/FM, controlo remoto por ondas de rádio, etc.
6. O que é um protocolo de comunicação?
Até agora, apresentámos uma visão geral da comunicação sem fios do ponto de vista do hardware. Por outro lado, o aspeto do software também é importante para estabelecer as telecomunicações, independentemente de serem sem fios ou com fios. Este software é designado por protocolo de comunicação, ou simplesmente protocolo.
Um protocolo refere-se a procedimentos e regras determinados para, por exemplo, transmitir mutuamente dados sem erros entre sistemas diferentes em sistemas de comunicação de dados (comunicação digital), incluindo computadores. A figura 9 mostra um exemplo do papel dos protocolos relacionados com a transmissão de dados.
É necessário determinar uma vasta gama de protocolos de papel e de função, como os procedimentos de controlo, as estruturas de dados e as interfaces, para assegurar a transmissão de dados. No entanto, isso implica um grande número de protocolos. Digamos que um protocolo é fixado num modelo. Nesse caso, quando se torna necessário atualizar o protocolo, por exemplo, acrescentando-lhe conteúdos ou alterando-os, é difícil lidar com isso. Assim, a cada papel e função é atribuído um protocolo e, em seguida, esses protocolos são organizados numa estrutura em camadas para garantir que podem ser actualizados facilmente. Esta estrutura de protocolos sistematicamente organizada é designada por pilha de protocolos. (Por vezes, é também designada por conjunto de protocolos ou arquitetura de rede).
A pilha de protocolos é modelada com base em normas internacionais. É o chamado modelo de referência básico de interconexão de sistemas abertos (OSI) (Tabela 4). Na prática, este modelo não é utilizado; em vez disso, é adoptada uma pilha de protocolos com especificações convenientes para cada aplicação (boa eficiência na transmissão de dados e elevada fiabilidade na transmissão de dados, etc.). A Tabela 5 descreve a correspondência entre o modelo TCP/IP utilizado como padrão na Internet e o modelo básico de referência OSI, tomando como exemplo a pilha de protocolos no modelo Bluetooth® LE. Omitimos uma explicação sobre cada camada no modelo TCP/IP e no modelo Bluetooth® LE. Pode ver-se que o número de camadas é pequeno e que algumas camadas foram omitidas.
O mecanismo é tal que a comunicação 4G LTE e 5G passa por uma estação de base. Por conseguinte, os seus protocolos de comunicação estão a tornar-se mais complicados do que o modelo TCP/IP e o modelo Bluetooth® LE.
Coluna: História e evolução da comunicação sem fios
A história da comunicação sem fios remonta a 1864. O físico teórico britânico J.C. Maxwell previu a existência de ondas de rádio no seu artigo intitulado "A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field". No entanto, o artigo era muito difícil de compreender na altura. Como resultado, o seu conteúdo não foi compreendido. A existência de ondas de rádio foi demonstrada pelo alemão H. R. Hertz. Hertz conseguiu criar artificialmente ondas de rádio em 1888. A demonstração revelou que as ondas de rádio têm as mesmas propriedades que a luz em termos de reflexão, refração, difração, interferência e outros pontos. O inventor italiano G. Marconi foi o primeiro a pôr em prática as telecomunicações sem fios utilizando ondas de rádio. Em 1896, cerca de 60 anos após o sucesso de S. Morse com as telecomunicações com fios em 1837, Marconi conseguiu transmitir comunicações sem fios a cerca de 3 km utilizando o código Morse na Grã-Bretanha. Além disso, também teve sucesso com a comunicação sem fios através do Estreito de Dover em 1899 e através do Oceano Atlântico em 1901 (Fig. 10-1).
Era natural pensar em utilizar a comunicação sem fios nos navios para permitir a comunicação móvel de terra para o mar, do mar para terra e do mar para o mar - algo que não tinha sido possível até então. Em 1897, foi efectuado um teste nesse sentido. O naufrágio do Titanic, em 1912, foi o acontecimento mais histórico dos primeiros tempos desta comunicação sem fios. É sabido que o Titanic colidiu com um icebergue e afundou-se durante a sua viagem inaugural. Nessa altura, o sinal de socorro "SOS" era enviado em código Morse por comunicação sem fios. O Carpathia, que navegava nas proximidades, interceptou este sinal e acorreu ao local do desastre, salvando 711 pessoas.
Também se tornou possível transmitir áudio e vídeo sem fios, para além do código Morse, como nas emissões de rádio e televisão no início do século XX. A radiodifusão foi realizada pela primeira vez na América em 1906. O Sistema de Radiodifusão de Tóquio (NHK) foi inaugurado no Japão em 1925. A televisão a preto e branco foi inventada na mesma altura. As emissões de televisão começaram por volta de 1950. Além disso, as televisões a cores apareceram três anos após a invenção das televisões a preto e branco. A radiodifusão televisiva a cores foi introduzida nos países desenvolvidos na década de 1960. Este facto lançou as bases da radiodifusão televisiva. Depois disso, a televisão foi transmitida em formato analógico até ao início da década de 2000. Desde a segunda metade da década de 2010, tem vindo a transitar para o formato digital em todo o mundo.
A comunicação sem fios está agora a penetrar nas nossas vidas noutros domínios para além da radiodifusão. O leque de utilização das comunicações sem fios expandiu-se consideravelmente com a disseminação das comunicações sem fios dedicadas a operações específicas (comunicações comerciais sem fios), como a polícia, os bombeiros, a prevenção de catástrofes, os caminhos-de-ferro e os aeroportos, e com a disseminação dos telemóveis, representativos das comunicações pessoais sem fios. Os telemóveis começaram a ser digitalizados nos países por volta de 1993 (segunda geração: 2G). Desde então, registou-se um rápido aumento da velocidade e da capacidade. O aparecimento da tecnologia 4G no estrangeiro, em 2009, e no Japão, em 2012, elevou drasticamente o nível dessa tecnologia. Estamos agora na fase de disseminação do 5G na década de 2020 (Fig. 10-2). Além disso, estão a decorrer discussões sobre o conceito de "Beyond 5G" e "6G" nas gerações seguintes.
