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P i i i it tt Precisiamo innanzitutto …
P Precisiamo i i innanzitutto i it tt … DUE NOZIONI 1. Banda a livello 1 2. Bit rate (frequenza di cifra) BANDA (LIVELLO FISICO) È riferita al dominio delle frequenze Si misura i iin H Hz Banda di un segnale Banda passante di un canale di comunicazione BIT RATE Indica la velocità con cui una sorgente numerica emette i bit P un canale Per l di comunicazione i i ne precisa i la l capacità ità trasmissiva Si misura in bit/s Livello fisico M LM 1 Evidentemente Su canali a banda – passante - larga (fibra ottica) è possibile trasmettere a bit rate più elevate Mentre su canali a banda modesta (doppino in rame di bassa qualità) è possibile conseguire bit rate più contenute Q: Perchè?? Tuttavia, per un canale di comunicazione non sussiste identità numerica tra la banda (in Hz) e la bit rate supportata (in bit/s) Efficienza spettrale – Def. Si tratta del numero di bit al secondo che è possibile trasferire per ogni Hertz di banda disponibile (bit/s/Hz) Livello fisico M LM 2 Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione DIAL UP MODEM DIAL-UP (MODEM analogici) M.L. Merani Livello fisico M LM 3 Di che h cosa sii tratta t tt Si tratta del dispositivo che consente la trasmissione di un segnale NUMERICO su una normale linea telefonica Ricordiamo infatti che il local-loop p è a tutt’oggi gg caratterizzato dalla trasmissione del segnale telefonico in formato analogico! LOCAL LOOP Livello fisico M LM 4 Più realisticamente li ti t … Caso di un utente domestico che si connette via modem al suo ISP (Internet Service Provider) MONDO A COMMUTAZIONE di CIRCUITO Livello fisico MONDO A COMMUTAZIONE di PACCHETTO M LM 5 B d passante Banda t Sul doppino impiegato per il local loop … Frequenza di taglio inferiore non consente la trasmissione in continua T(f) Necessità di modulare … La velocità trasmissiva risulta limitata superiormente frequenze Livello fisico M LM 6 T Teoria i dell’Informazione d ll’I f i Vediamo alcuni risultati fondamentali fondamentali, che andremo ad applicare nello specifico contesto in esame Teorema di NYQUIST Teorema di SHANNON Livello fisico M LM 7 T Teorema di NYQUIST 1928 “In assenza di rumore, la massima frequenza di simbolo (BAUD RATE) conseguibile su un canale di comunicazione di banda H è pari a:” B = 2H Esempio: su un canale di 3 KHz, al più è possibile trasmettere 6000 simboli al secondo Q.: Perchè tale limitazione superiore? A quale fenomeno è imputabile? Osservazione: allora con una codifica multilivello sembrerebbe possibile aumentare a piacimento la frequenza di cifra (BIT RATE) … Livello fisico M LM 8 T Teorema di SHANNON 1948 “Su un canale di banda H, sul quale viene garantito un rapporto segnale-rumore pari a S/N, la massima frequenza di cifra (bit rate) t ) conseguibile ibil R è parii a:”” R = H log l 2 (1 + S / N ) Esempio: per un canale di banda pari a 3 KHz, caratterizzato da un S/N=30 dB, R vale circa 30 kbit/s Livello fisico M LM 9 E Equalizzazione li i e modulazione d l i Dunque, per garantire un soddisfacente utilizzo del Dunque canale a disposizione, i modem devono prevedere un’operazione p di equalizzazione q del canale Equalizzazione adattativa Î all’inizio del collegamento il modem d ttesta t il canale l e corrispondentemente i d t t compensa le eventuali nonlinearità Ip primi modem,, che operavano a bit rate inferiori a 4800 p bit/s, impiegavano equalizzatori fissi, tarati sulle caratteristiche medie delle linee Livello fisico M LM 10 M d l i Modulazione Esempio di modulazione per un modem operante a … 9600 bit/s bit/ 16 punti nella costellazione del segnale modulato I modem che si confanno allo standard V.34 V 34 (operanti a 28.8 28 8 kbit/s) hanno una costellazione di 768 punti! Modem attuali: TCM Livello fisico M LM 11 Ult i i funzionalità Ulteriori f i lità 1/2 Trasmissione full full-duplex duplex La comunicazione nei due sensi può aver luogo contemporaneamente In origine: il full duplex era garantito attraverso l’adozione della tecnica di Frequency Division Duplex – Due sottobande distinte, ma non era possibile conseguire bit rate t superiori i i aii 2400 bit/ bit/s Adesso: full-duplex sull’intera banda del canale telefonico, grazie alla tecnica di cancellazione d’eco, implementata via DSP l Rilevazione e correzione d’ d’errore Compressione dati La velocità l à di d trasferimento f percepita dall’utente d ll’ aumenta! Livello fisico M LM 12 I lt Inoltre … Modem che si confanno ad un determinato standard possono parlare solo con modem che utilizzino quel medesimo standard Nella pratica tuttavia, la maggioranza dei modem può emulare quelli appartenenti a classi caratterizzate da bit rate inferiori Livello fisico M LM 13 STANDARD ITU per i MODEM La International Telecommunication Union (ITU), organizzazione intergovernativa, ha negli ultimi anni approvato questi standard: V.90, standard per modem a 56 Kbit/s. Standard approvato dall’ITU nel Febbraio 1998. Adotta il metodo di compressione V.42bis, noto anche come metodo di Lempel Ziv. Lempel-Ziv V.92, standard ITU più recente. V.44 come nuovo metodo di compressione Livello fisico M LM 14 C Caratteristiche tt i ti h fondamentali f d t li d dello ll standard t d d V.92 V 92 Vengono introdotte tre nuove caratteristiche Quick connect Q Riduce il tempo di negoziazione (tempo di hand-shake) Î il dial-in diviene di conseguenza più rapido Nei modem precedenti il tempo di hand-shake si attesta sui 25-27 secondi Nel V.92 può ridursi anche del 50% SOLUZIONE adottata: si esegue la memorizzazione delle sequenze di training impiegate nella fase di equalizzazione adattativa della linea telefonica Livello fisico M LM 15 V 92 V.92 Modem-on-Hold™ Modem on Hold (MOH) Molti utenti residenziali impiegano la medesima linea telefonica e per le chiamate telefoniche tradizionali e per i dati – Se si è connessi ad Internet, un chiamata in ingresso trova la linea occupata – MOH consente di ricevere una chiamata “incoming” e di rimanere connessi ad Internet – Analogamente, è possibile iniziare una chiamata telefonica mantenendo la connessione via modem aperta PCM Upstream p La bit rate sull’upstream (dall’utente verso l’ISP) è aumentata – Si riducono i tempi di upload di file di grandi dimensioni e di attachments delle e-mail Livello fisico M LM 16 Att Attenzione i però! ò! Storicamente, i nuovi standard divengono disponibili nei modem lato client prima che nei modem di rete, con cui sono equipaggiati i provider che offrono la connettività a Internet Accade lo stesso con il V.92 Inoltre, U numero significativo i ifi ti h di ibili delle d ll Un di ISP hanno disponibili porte V.92, ma non tutti eseguono naturalmente l’upgrade contemporaneamente … Livello fisico M LM 17 E llo standard t d dV V.44? 44? g Background La banda del canale telefonico è fortemente limitata e di qualità pesantemente variabile Ogni byte inviato sul canale è prezioso Sin dallo sviluppo dei primi modem è stato riconosciuto che uno dei metodi migliori per ottimizzare la quantità di dati trasferiti per unità di tempo su tale canale è di comprimere i dati V.42bis: lo standard più ampiamente utilizzato La tecnica di compressione è posizionata il più in basso possible nello stack OSI Tutte le applicazioni ne traggono beneficio, senza che sia necessario i iimplementarla l t l separatamente t t iin ognii applicazione, li i per diversi sistemi operativi, su differenti piattaforme L’algoritmo di compressione V.42bis è infatti implementato direttamente nel modem Livello fisico M LM 18 V 44 V.44 Si tratta di un nuovo standard di compressione basato su una tecnologia sviluppata da Hughes Network Systems per trasmissioni satellitari (qui la banda è estremamente preziosa!) V.44 offre un rapporto di compressione più elevato rispetto al V.42bis Ill miglioramento l più ù significativo f viene percepito d durante lle ffasi di browsing e searching su web, poichè i file di testo HTML sono altamente comprimibili ffi i i i i i d l 20 all 60% L’ L’efficienza di trasmissione viene accresciuta dal Dipendende da ciò che si comprime … ALCUNE STIME AL RIGUARDO: e-mail: mail: 27% – e – Documenti Word 21% – File Power Point 10% – File sorgenti in C 45% Livello fisico M LM 19 I conclusione In l i … I modem V.92 V 92 sono modem di dial dial-up up tradizionali caratterizzati da una velocità e da una efficienza trasmissiva maggiore gg Nell’ambito delle reti di accesso,, le connessioni ISDN (64-128 Kbit/s), i modem ADSL (640 Kbit/s ed oltre), i cable modem (1 Mbit/s e più) i l i à di connessione i iù garantiscono una velocità più elevata e continueranno ad essere più veloci di un modem V.92 V 92 Livello fisico M LM 20