Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SANTA CATARINA
UNIDADE DE SÃO JOSÉ
DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICAÇÕES E REDES MULTIMÍDEA
CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM SISTEMAS DE TELECOMUNICAÇÕES


Disciplina: TLF3603 – Telefonia 1

Professor: Marcio Henrique Doniak

Horário:

São José, Janeiro de 2009.

CAPÍTULO 1: Introdução à Telefonia
Antes da invenção do telefone, a distância alcançada pela voz humana era limitada pela potência da voz do locutor, pela sensibilidade auditiva do ouvinte e pela acústica do meio.

A telefonia é um complemento essencial a diversas atividades humanas, o que vem propiciando o seu desenvolvimento. Ela penetrou em tantos ramos, que se tornou quase impossível avaliar a extensão de suas possibilidades. A telefonia móvel celular veio ampliar ainda mais o leque de opções das telecomunicações, libertando os assinantes da limitação imposta pelo fio telefônico.

Os princípios fundamentais da telefonia, entretanto, não sofreram alterações, pois, transmite-se a voz humana a grandes distâncias. A pequena potência de voz do locutor é transformada em energia elétrica no ponto inicial de transmissão. Essa energia elétrica pode ser amplificada e digitalizada, sendo então transmitida pelas linhas até o ponto final desejado, o que novamente é transformada em energia sonora.

1. 
   Histórica da Telefonia
   

Em 1860, um inventor alemão chamado Phillip Reis desenvolveu o conceito de integração de voz no meio corrente de transmissão – o telégrafo. Ele utilizava o equipamento telegráfico para enviar informação sobre os testes de voz que realizava (uma indicação de que a qualidade da voz era inadequada).

Alexander Graham Bell chegou a Boston em 1868, como professor para surdos e mudos, tornando-se cidadão americano. Nascido em Edinburgh na Escócia, ele havia morado em Montreal no Canadá. O telefone foi desenvolvido por Bell entre o outono¹ de 1875 e o verão de 1877. A data oficial da invenção do telefone é 1876.

A descoberta do telefone é, no mínimo, curiosa. Bell derramou ácido em sua calça durante um experimento com eletricidade. Sua reação imediata foi chamar seu assistente: “Mr. Watson, come here, I want you”. Esta frase ficou famosa por ter sido ouvida em outra sala através do receptor de Watson. Após meses de trabalho, Bell transmitiu uma frase completa por intermédio de uma linha de 45 metros.

Por volta de 1877, Bell conseguiu a mesma façanha utilizando uma linha externa de 4 km, que se estendia de Boston a Cambridge, nos EUA. O mesmo aparelho era usado tanto para transmitir como para receber o som.

Na Suécia, apenas dois anos após a invenção do telefone, já saíam das oficinas de Lars Magnus Ericsson os primeiros aparelhos telefônicos e, três anos depois, instalava uma central telefônica completa na cidade de Gävle.

Em 1878, a primeira central telefônica comercial foi operada nos EUA. Esta foi desenvolvida pela Bell Telephone Company, que foi estabelecida no mesmo ano com sede em New York.

A idéia da mesa telefônica foi proposta em 1879. Por volta de 1888, as mesas telefônicas de cordão já eram fabricadas em série.

Almon Strowger era um agente funerário em Kansas City, Missouri, em 1889. Ele começou a suspeitar que alguns clientes potenciais, quando chamavam a operadora central manual local perguntando por uma agência funerária, eram frequentemente, conectados com uma funerária concorrente que operava na mesma rua. Suas suspeitas foram reforçadas quando descobriu que a operadora da central era esposa do dono da outra agência funerária. Para contrapor a operadora passional, Strowger inventou uma central eletromecânica, que levou o seu nome. Ela foi patenteada em 1891, e se tornou a base de grande parte dos sistemas de telefonia instalados no mundo. Em 1978, 53% das centrais do sistema Bell em serviço eram Strowger.

2. 
   História da Telefonia no Brasil
   

A telegrafia com fio foi inventada por Samuel Morse nos EUA, em 1844. Em 1852, foi inaugurada a primeira linha telegráfica da América Latina, ligando as cidades de Rio de Janeiro a Petrópolis. Até 1861, a telegrafia foi usada exclusivamente pelo governo e se limitava às proximidades do Rio de Janeiro e Petrópolis. Entretanto, com a emergência da Guerra do Paraguai, esse meio de comunicação se expandiu rapidamente. Em 1855, foram construídos 20.000 km de linhas telegráficas. A primeira linha de longa distância foi ativada em 1856, ligando o Rio de Janeiro a Porto Alegre, através de Curitiba.

Em 1877, D. Pedro II inaugura o telefone no Brasil. Ele havia conhecido o telefone na exposição do 1º centenário da independência dos EUA. Conta-se que o Imperador ao experimentar o telefone, surpreso teria dito a Graham Bell: “Santo Deus! Isto fala ...”. Entusiasmado com o invento, ofereceu a Bell uma quantia em dinheiro para desenvolvê-lo, com a condição de que o Brasil fosse o primeiro país a utilizá-lo. O inventor cumpriu com a promessa e foi feita a instalação de uma linha telefônica entre o palácio de São Cristóvão e a fazenda de Santa Cruz da família imperial.

Para ter uma idéia da evolução dos fatos naquela época, a primeira central telefônica de Paris foi ativada em 1879. No mesmo ano, D. Pedro II permitiu instalar a do Rio de Janeiro, que está entre as primeiras do mundo, inaugurada em 1881. Em Abril de 1885, o Brasil contava com 7 centrais em funcionamento, com 3.335 assinantes. Os EUA contavam no mesmo ano com 137.570 assinantes, a Alemanha com 14.732, a Itália com 4.346, a França com 7.175 e a Suécia com 5.705 assinantes.

O Brasil também tinha experiência própria, o padre Roberto Landell de Moura já fazia transmissão experimental de telegrafia por meio de rádio no Brasil, alguns anos antes de Marconi, nos EUA. O padre Landell de Moura é tido como o primeiro inventor do telefone sem fio no mundo.

Landell de Moura nasceu em Porto Alegre em 1862. Ele construiu o primeiro transmissor sem fio para transmissão de mensagens em 1892. Em 1894, ele realizava a primeira transmissão através de ondas hertzianas, com um enlace entre o alto da Avenida Paulista e o alto de Sant’Anna, em São Paulo, cobrindo uma distância de 8 km. Em 1904, Landell de Moura conseguiu nos EUA as patentes de três inventos: o transmissor de ondas hertzianas, o telefone sem fio e o telégrafo sem fio.

A primeira transmissão de TV via satélite é recebida no Brasil em 1969, com o lançamento da Apolo IX nos EUA. Neste ano, o país dispunha de 6 milhões de aparelhos de televisão.

A telefonia no Brasil, desenvolveu-se no sistema de concessões e de forma relativamente isolada. Ao final da 2º guerra mundial, seguiu-se um período de grande estagnação nos serviços de telefonia.

Somente em 1962 foi criado o CONTEL – Conselho Brasileiro de Telecomunicações – a fim de regulamentar as telecomunicações. No mesmo ano, foi elaborado o Código Brasileiro de Telecomunicações. Em 1965, foi criada a Embratel (Empresa Brasileira de Telecomunicações) para implantar os sistemas de longa distância no Brasil.

Em 1967, foi criado o Ministério das Comunicações, tornando-se o responsável pela telefonia, radiodifusão e correios. Em 1972, foi criada a Telebrás, que substituiu 800 concessionárias de telefonia e implantou o sistema de monopólio estatal das comunicações.

A partir de 1994 o Brasil iniciou um processo de desregulamentação das telecomunicações, que culminou com o desaparecimento da Telebrás, com a criação da ANATEL – Agência Nacional de Telecomunicações, e com a privatização das operadoras estatais de telefonia.

Este processo gerou uma abertura de mercado e o aparecimento de novas operadoras regionais e de longa distância, tanto para telefonia fixa como para móvel.

3. 
   Fundamentação de Acústica
   

O som é a sensação causada no sistema nervoso humano pela vibração de delicadas membranas no ouvido, como resultado da energia transmitida pela vibração de corpos, tais como um diapasão, um alto-falante ou a corda de um violão. O som, diferentemente da onda eletromagnética, requer um meio de propagação, portanto, ele não se transmite no vácuo.

O ar ambiente constitui um meio pelo qual o som pode ser transmitido. Entretanto, outros meios, sólidos ou líquidos, podem servir para sua propagação. Constata-se que um meio com maior densidade, propaga o som melhor que o ar. Por exemplo, uma pessoa que encosta seu ouvido no trilho da linha férrea, pode constatar a presença de um trem a longa distância, embora o som não chegue até ela pelo ar.

1.3.1 Características da Onda Sonora

• 
  Frequência: Cada oscilação do corpo ou objeto corresponde a um ciclo da onda sonora. Denomina-se frequência o número de ciclos de uma onda sonora em um segundo. Um ciclo contém um pico positivo – condensação e um pico negativo – rarefação. A frequência é expressa em ciclos por segundo e sua unidade é o Hertz (Hz).
  
• 
  Período: O tempo gasto para realizar um ciclo é denominado período. A medida mais comum do período é o segundo (s), podendo usar também, o milésimo de segundo (ms) e o microssegundo (µs). O período expressa o inverso da frequência. Por exemplo, a frequência de 500Hz, corresponde ao período de 2ms.
  
• 
  Amplitude: O valor máximo da onda, que corresponde ao seu pico, denomina-se amplitude máxima. A faixa dinâmica do sinal resulta da diferença entre a máxima pressão de condensação e rarefação, em relação à pressão atmosférica ambiente.
  
• 
  Comprimento de onda: O comprimento de onda, λ, pode ser expresso pela relação entre a velocidade do som no meio, c, e a frequência do som f:
  

(Equação 1.3.1)

As formas de onda podem ter formas simples ou complexas. Uma forma de onda simples é constituída de uma única frequência. Uma forma de onda complexa é composta de duas ou mais frequências. A frequência mais baixa de uma onda complexa denomina-se frequência fundamental. As demais são denominadas frequências harmônicas. Além disso, os sinais podem ser classificados em determinísticos ou aleatórios. Os sinais determinísticos, como a senóide, são geralmente descritos por uma equação. Os sinais aleatórios, como o sinal de voz, são normalmente caracterizados por médias estatísticas.

Um som puro é representado por uma onda senoidal com curva definida e frequência constante. A linguagem falada, sons musicais e ruídos correspondem a sons complexos de forma e frequência variáveis e características aleatórias.

1.3.2 Parâmetros do Som

• 
  Frequência: A faixa de frequência audível vai de 20 Hz até 20 kHz. Os sons cujas frequências estejam abaixo de 20 Hz são denominados infra-sons e os acima de 20 kHz são denominados ultra-sons. Em telefonia, comprova-se que a reprodução satisfatória da voz pode ser obtida com uma faixa de frequência de 300 a 3.400 Hz. Em notação musical, a frequência determina a altura do som.
  
• 
  Amplitude: A amplitude determina a intensidade do som. Ela é função da força ou potência com que o som é produzido pela fonte sonora. Pela amplitude do som, pode-se estabelecer se um som é forte ou fraco.
  
• 
  Timbre: Essa característica fundamental para que se possam distinguir os sons e as vozes de mesma frequência, que sejam emitidos por diferentes instrumentos ou pessoas. Uma nota tocada em um violão é diferente da mesma nota tocada em um violino. A nota é facilmente reconhecida quando produzida pelo violão ou pelo violino. O timbre depende da combinação das frequências harmônicas que um determinado som contém e também das frequências e das amplitudes desses mesmos harmônicos.
  

4. 
   Distorções do Sistema Telefônico
   

O projeto de um sistema de telefonia digital deve levar em consideração todos os aspectos da rede, desde o locutor até o ouvinte. Algumas características dos sistemas telefônicos levam à distorção no sinal de voz. A lista que segue ilustra alguns dos problemas encontrados e seus efeitos sobre a inteligibilidade do sinal:

• 
  Limitação na amplitude de pico do sinal – afeta a qualidade da voz, mas não reduz consideravelmente a inteligibilidade quando a voz é escutada em um ambiente silencioso e sob índices de percepção confortáveis;
  
• 
  Corte central no sinal – a supressão dos níveis mais baixos do sinal causa um efeito drástico sobre a inteligibilidade do sinal e afeta a qualidade da voz;
  
• 
  Deslocamento de frequência – ocorre quando a frequência da portadora recebida difere da transmitida e afeta a inteligibilidade e o reconhecimento do locutor;
  
• 
  Retardo em sistemas operados por voz – resulta na omissão de parcela inicial de uma mensagem. O efeito sobre a inteligibilidade é de uma queda linear da mesma com o aumento do intervalo omitido;
  
• 
  Defasagem e retardo de transmissão – é normalmente mais pronunciado na transmissão via satélite, por conta da distância que o sinal portador tem que percorrer. Como a inteligibilidade é resistente ao retardo, este último afeta, principalmente, a qualidade da fala. Circuitos supressores de eco acabam eliminando parte da sílaba inicial, em transmissões via satélite;
  
• 
  Eco – resulta de reflexões do sinal em pontos terminais da linha. Retardos acima de 65 ms produzem ecos perceptíveis e retardos inferiores tendem a tornar o som deturpado. Atrasos da ordem de 5 ms são, praticamente, imperceptíveis ao ser humano;
  
• 
  Realimentação – a realimentação acústica é passível de ocorrer em trajetos de redes complexas. O efeito é perturbador para o locutor e para o ouvinte;
  
• 
  Ruído – diversos tipos de ruídos afetam a transmissão do sinal de voz. O ruído é um sinal aleatório por natureza e provoca uma sensação desagradável ao ouvido, devendo ser minimizado na medida do possível. Um modelo típico para definir o ruído é baseado na função densidade de probabilidade gaussiana:
  

(Equação 1.4.1)

Onde, P_N é a potência do sinal n(t) com média nula.

Entretanto, o conhecimento do ruído isolado não fornece condições de dizer a respeito da inteligibilidade da informação. O que se deve conhecer é quantas vezes a potência do sinal é maior do que a potência do ruído, o que é chamado de relação sinal-ruído (SNR):

(Equação 1.4.2)

5. 
   Exercícios
   

6. 
   Referências Bibliográficas
   

1 Considere as estações do ano referente ao hemisfério norte.

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