...

Il livello fisico, responsabile della trasmissione del segnale nei

by user

on
Category: Documents
2

views

Report

Comments

Transcript

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
Ing. Greco Polito Silvana
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
Ing. Greco Polito Silvana
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
Ing. Greco Polito Silvana
Spettro elettromagnetico
Ing. Greco Polito Silvana
Ing. Greco Polito Silvana
Spettro elettromagnetico nelle
telecomunicazioni
Ing. Greco Polito Silvana
Proprietà
q Ogni mezzo è tipicamante caratterizzabile da
una specifica banda passante W
Ampiezza
banda
passante
§  W= f2 - f1
f1
Ing. Greco Polito Silvana
fc
f2
f
Canali passa-basso e
canale passa-banda
Passa-basso
Passa-banda
Ing. Greco Polito Silvana
Problema:
come realizzare la
trasmissione di uno specifico
segnale all’interno della banda
del mezzo trasmissivo?
Soluzione:
MODULAZIONE
Ing. Greco Polito Silvana
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
Ing. Greco Polito Silvana
Modulazioni numeriche ASK, FSK,
PSK
Ing. Greco Polito Silvana
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)
Ing. Greco Polito Silvana
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….
Ing. Greco Polito Silvana
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
Ing. Greco Polito Silvana
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
Ing. Greco Polito Silvana
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
Fly UP