Il livello fisico, responsabile della trasmissione del segnale nei

Il livello fisico, responsabile della
trasmissione del segnale nei
diversi mezzi fisici:
-lo spettro elettromagnetico;
-la modulazione
- il teorema di Shannon
-la trasmissione guidata
Ing. Greco Polito Silvana
Lo “spettro
elettromagnetico”
Ing. Greco Polito Silvana
Premessa….
…dal primo giorno di lezione
Sorgente digitale:
Rete TLC
01111011110
01111011110
Computer
Computer
Sorgente analogica:
V
voce
Trasduttore
(microfono )
A/D
01111011110
t
Rete TLC
V
voce
Riproduttore
(altoparlante )
A/D
t
Ing. Greco Polito Silvana
01111011110
A livello fisico sui canali di trasmissione il segnale
viaggia come forma d’onda elettromagnetica
Nodo di rete
Informazione processata e
trasmessa in forma digitale
Nodo di rete
Informazione ricevuta e
processata in forma digitale
00101010001
TX
00101010001
RX
demodulatore
modulatore
CANALE TRASMISSIVO
Forma d’onda elettromagnetica “analogica” sul canale
Modulazione: trasformazione del segnale digitale in forma
d’onda elettromagnetica
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Onda elettromagnetica
q Onde elettromagnetiche: flusso di elettroni che si propagano in
un mezzo
q Parametri caratteristici di un’onda elettromagnetica:
§  Frequenza (f)
§  Lunghezza d’onda (λ)
§  Velocità di propagazione (v)
λ = v/f
Ing. Greco Polito Silvana
f, λ, v
q f: numero di oscillazioni al secondo si misura in Herz (Hz)
q λ : distanza fra due massimi consecutivi
q V: velocità di propagazione dipendente dal mezzo
•  V=3 *108 m/s nel vuoto
•  V 2 *108 m/s nel rame
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Onde elettromagnetiche
q Le onde elettromagnetiche possono
trasportare informazioni
q “Modulazione” è il processo che
permette di utilizzare l’onda
elettromagnetica per il trasferimento
dell’informazione
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Spettro elettromagnetico
Ing. Greco Polito Silvana
Ing. Greco Polito Silvana
Spettro elettromagnetico nelle
telecomunicazioni
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Proprietà
q Ogni mezzo è tipicamante caratterizzabile da
una specifica banda passante W
Ampiezza
banda
passante
§  W= f2 - f1
f1
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fc
f2
f
Canali passa-basso e
canale passa-banda
Passa-basso
Passa-banda
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Problema:
come realizzare la
trasmissione di uno specifico
segnale all’interno della banda
del mezzo trasmissivo?
Soluzione:
MODULAZIONE
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Modulazione e segnali
q Segnale portante, p(t):
Sinusoide con frequenza pari alla frequenza centrale fc
p(t)= A cos 2πfct
q Segnale modulante, m(t):
Segnale da trasmettere
q Segnale a radio frequenza, r(t):
p(t) modulato in ampiezza, fase o frequenza in funzione di m(t)
Ing. Greco Polito Silvana
Modulazione in ampiezza, fase e
frequenza
q Modulazioni in ampiezza: l’ampiezza della portante
varia in funzione del segnale da trasmettere.
•  Es: ASK (Amplitude Shift Keying) per modulazione numerica
q Modulazioni in frequenza: la frequenza della portante
varia in funzione del segnale da trasmettere.
•  Es: FSK (Frequency Shift Keying) per modulazione numerica
q Modulazioni in fase: la fase della portante varia in
funzione del segnale da trasmettere.
•  Es: PSK (Phase Shift Keying) per modulazione numerica
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Modulazioni numeriche ASK, FSK,
PSK
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Altro esempio: Modulazione di
ampiezza
L’ampiezza della portante è controllata da m(t)
r(t)=f(m(t),p(t))=A[1+m(t)]cos 2πfct
Ing. Greco Polito Silvana
Altro esempio: Modulazione
di frequenza
La frequenza della portante è controllata da m(t)
r(t)=cos[2π(fc+KfM(t)) t]
Ing. Greco Polito Silvana
Banda passante e data rate:
relazione fra banda passante
di un canale e capacità di
trasmissione delle
informazioni
Ing. Greco Polito Silvana
Teorema di Shannon:
Teorema di Shannon:
il massimo data rate di un canale rumoroso,
con banda passante di H Hz e rapporto
segnale/rumore pari a S/N, è pari a:
massimo data rate (bit/sec.) = H log2 (1 + S/N)
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I mezzi fisici per le
telecomunicazioni
Ing. Greco Polito Silvana
Mezzi fisici
q Mezzi trasmissivi guidati
q Spazio libero
Problemi per la trasmissione:
attenuazione, distorsione, rumore,
diafonia etc….
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Mezzi trasmissivi guidati: Cavi
coassiali
q Due tipi principali: Thick e Thin.
§  Thick:Diametro 10 mm, diversi strati di schermatura in alluminio,
attenuazione di 5-8 dB/100 m per frequenze di segnale 50-100 MHz
§  Thin: diametro 5mm, schermatura piu’ leggera, attenuazione doppia
rispetto al Thick (allora copertura piu’ piccola), piu’ flessibile del
Thick
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Cavo Coassiale
q Diametro:
•  Cavo sottile: nucleo circa 5mm, cavo 1 cm
•  Cavo spesso: nucleo circa 10mm, cavo 2,5 cm
q Nucleo in rame, rigido
q Conduttore cilindrico esterno che funge da schermo
Ing. Greco Polito Silvana
Mezzi trasmissivi:
Doppini (twisted pair)(1)
q Doppino: coppia di fili in rame intrecciati
q OSS: Le spire proteggono dalla interferenze
elettromagnetiche esterne. Maggiore è il numero
di spire maggiore è la protezione
Ing. Greco Polito Silvana
Cavo intrecciato per la protezione
dai rumori esterni
• I campi elettromagnetici esterni agiscono nello stesso
modo nei due fili
-> si puo’ neutralizzare il rumore
Ing. Greco Polito Silvana
Diafonia o cross-talk
q Rumore o interferenza elettromagnetica che si
genera tra due circuiti vicini:
§  In un circuito passa corrente non costante -> crea un campo
elettromagnetico variabile -> tale campo elettromagnetico
crea corrente indotta nell’altro circuito
§  E.g., interferenze telefoniche
q Binatura diversa in cavi paralleli per ridurre la diafonia
Ing. Greco Polito Silvana
Mezzi trasmissivi:
Doppini (twisted pair)(2)
q Tre tipi principali:
§  UTP (Unshielded Twisted Pair), doppino non
schermato. Ogni cavo contiene almeno 4 doppini
§  FTP (Foiled Twisted Pair) o S-UTP (Shielded UTP), i
doppini del cavo sono schermati da una calza di
alluminio e una calza di rame
§  STP (Shielded Twisted Pair), allo schermo del tipo
FTP si aggiunge uno schermo per ogni FTP
Ing. Greco Polito Silvana
UTP: categorie
Cat. 1: telefonia analogica
Cat. 2: telefonia digitale a bassa velocità
Cat. 3: banda passante fino a 16 MHz (Ethernet 10Mbit/s,
Token Ring a 4 Mbit/s)
Cat. 4: banda passante fino a 20 MHz (LAN Token Ring a 16
Mbit/s)
Cat. 5: banda passante fino a 100MHz (MAN FDDI, LAN
Ethernet a100Mbit/s, Token Ring a 4 Mbit/s)
Cat. 5E: banda passante fino a 100MHz (Ethernet a Gbit/s)
Cat.. 6: banda passante fino a 250 MHz
Cat.7: banda passante fino a 600 MHz
Ing. Greco Polito Silvana
Mezzo trasmissivo: fibra ottica
Permette di avere capacità di trasmissione di centinaia
di Gbit/s su distanze di centinaia di km
plastic jacket
glass or plastic fiber core
cladding
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Principi
q La trasmissione in fibra si basa sul principio della totale
riflessione
q Se β>α, il mezzo B (acqua) si dice avere maggiore densità
del mezzo A (aria)
q Se (α>β), e α minore di un angolo detto angolo critico, tutta
la luce è riflessa.
Ing. Greco Polito Silvana
Tipi di fibra: multimodale e
monomodale
q Fibra multimodale
§  Diametro nucleo= 50 micron
§  La luce si propaga secondo diversi cammini. Ad ogni
cammino corrisponde una lunghezza di percorso diversa
-> diversi tempi di arrivo -> dispersione modale
q Fibra monomodale:
§  Diametro nucleo= 10 micron
Ing. Greco Polito Silvana
La dispersione modale limita le distanze che possono essere
coperte e le frequenze di cifra supportabili
Ing. Greco Polito Silvana
Finestre di attenuazione
q Le lunghezze d’onda usate appartengono a tre intervalli
chiamati finestre
§  Finestra I: lunghezza d’onda centrale 850 nm,
§  Finestra II: lunghezza d’onda centrale 1300 nm,
§  Finestra IIII: lunghezza d’onda centrale 1550 nm
Ing. Greco Polito Silvana
Finestre di attenuazione
q Fibre monomodali e multimedali:
§  Monomodali: laser come sorgenti, finestra
II e III
§  Multimodali: LED come sorgenti, finestra I
e II
§  Le monomodali richiedono dispositivi di
connessione piu’ costosi e permettono di
coprire distenze maggiori
Ing. Greco Polito Silvana
Mezzi trasmissivi: fibra ottica proprità
• Insensibili ai rumori elettromagnetici
• Bassa attenuazione
• Banda passante alta (fibre monomodali)
• Basso costo della fibra, ma alto costo delle connessioni
• Coprono lunghe distanze
• Ottime in ambienti con molto romore elettromagnetico
Ing. Greco Polito Silvana
Ing. Greco Polito Silvana