Il livello fisico, responsabile della trasmissione del segnale nei diversi mezzi fisici:

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1 Il livello fisico, responsabile della trasmissione del segnale nei diversi mezzi fisici: -lo spettro elettromagnetico; -la modulazione - il teorema di Shannon -la trasmissione guidata

2 Lo spettro elettromagnetico

3 Premessa. dal primo giorno di lezione Sorgente digitale: Rete TLC Computer Computer Sorgente analogica: V voce Trasduttore (microfono ) A/D t Rete TLC V voce Riproduttore (altoparlante ) A/D t

4 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 modulatore TX RX demodulatore CANALE TRASMISSIVO Forma d onda elettromagnetica analogica sul canale Modulazione: trasformazione del segnale digitale in forma d onda elettromagnetica

5 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

6 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 *10 8 m/s nel vuoto V 2 *10 8 m/s nel rame

7 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

8 Spettro elettromagnetico

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10 Spettro elettromagnetico nelle telecomunicazioni

11 Proprietà q Ogni mezzo è tipicamante caratterizzabile da una specifica banda passante W Ampiezza banda passante W= f 2 - f 1 f 1 f c f 2 f

12 Canali passa-basso e canale passa-banda Passa-basso Passa-banda

13 Problema: come realizzare la trasmissione di uno specifico segnale all interno della banda del mezzo trasmissivo? Soluzione: MODULAZIONE

14 Modulazione e segnali q Segnale portante, p(t): Sinusoide con frequenza pari alla frequenza centrale f c p(t)= A cos 2πf c t 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)

15 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

16 Modulazioni numeriche ASK, FSK, PSK

17 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 2πf c t

18 Altro esempio: Modulazione di frequenza La frequenza della portante è controllata da m(t) r(t)=cos[2π(f c +K f M(t)) t]

19 Banda passante e data rate: relazione fra banda passante di un canale e capacità di trasmissione delle informazioni

20 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 log 2 (1 + S/N)

21 I mezzi fisici per le telecomunicazioni

22 Mezzi fisici q Mezzi trasmissivi guidati q Spazio libero Problemi per la trasmissione: attenuazione, distorsione, rumore, diafonia etc.

23 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 MHz Thin: diametro 5mm, schermatura piu leggera, attenuazione doppia rispetto al Thick (allora copertura piu piccola), piu flessibile del Thick

24 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

25 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

26 Cavo intrecciato per la protezione dai rumori esterni I campi elettromagnetici esterni agiscono nello stesso modo nei due fili -> si puo neutralizzare il rumore

27 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

28 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

29 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

30 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 cladding fiber core

31 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.

32 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

33 La dispersione modale limita le distanze che possono essere coperte e le frequenze di cifra supportabili

34 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

35 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

36 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

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