Trasmissione dati. Dati e segnali Rappresentazione dei dati con segnali elettromagnetici Analogico e digitale

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1 Prof. Roberto De Prisco TEORIA - Lezione 1 Trasmissione dati Università degli studi di Salerno Laurea e Diploma in Informatica Sommario: parleremo di 2 Dati e segnali Rappresentazione dei dati con segnali elettromagnetici Analogico e digitale Segnali e frequenze Larghezza di banda Collegamento diretto e trasmissione dati Alterazioni nella trasmissione Capacità del canale Mezzi trasmissivi Doppino, cavo coassiale, fibra ottica 1

2 Trasmissione dati 3 Dati Rappresentati da segnali elettromagnetici Trasmettitore genera dei segnali per rappresentare informazioni Ricevitore riceve ed interpreta i segnali Mezzo di trasmissione trasporta il segnale Mezzo di trasmissione Tipi di collegamento 4 Trasmissione: diretta nessun dispositivo intermedio tranne ripetitore/amplificatore Mezzi trasmissivi Guidati Cavi Mezzi non guidati Onde Mezzi guidati: Point-to-point solo due dispositivi utilizzano il collegamento Multipoint più dispositivi utilizzano lo stesso collegamento 2

3 Tipi di comunicazione 5 Simplex unidirezionale es. Televisione, radio Half duplex bidirezionale ma una direzione per volta es. Ricetrasmittenti Full duplex bidirezionale es. Telefono Dati e segnali: analogici e digitali 6 Analogici: valori continui nel tempo (Audio, video) Digitali (numerici): valori discreti (testi, dati numerici) 3

4 Periodo e frequenza 7 Segnali aperiodici Segnali periodici si ripetono nel tempo con regolarità s(t) = s(t+t) T è il periodo, misurato in secondi Frequenza f è la velocità con cui il segnale si ripete misurata in Hertz (Hz), cicli o ripetizioni al secondo T = 1/f Segnali periodici 8 4

5 Periodo e frequenza 9 Periodo T = 0.5 secondi Frequenza f = 1/T = 2 cicli al secondi Periodo T = 2 secondi Frequenza f = 1/T = 0.5 cicli al secondo Periodo T = 0.1 secondi Frequenza f = 10 Hz Frequenza f = 1MHz Periodo T = 1/f = 1ms Ampiezza di picco e fase 10 L ampiezza di picco è il valore massimo (di picco) dell intensità del segnale Fase si misura in radianti 1 periodo = 360 = 2 radianti La fase è la posizione all interno di un singolo intervallo Fase = 0 Fase = π/4 Fase = π all inizio del periodo ad 1/8 del periodo alla metà del periodo 5

6 Esempi 11 Onda sinusoidale generica 12 s(t) = A sen (2πft+φ) A ampiezza di picco f frequenza φ fase 6

7 Frequenze e segnali 13 Un segnale è la somma di più frequenze s 1 (t) = sen(2πft) s 2 (t) =1/3 sen(2π(3f )t) s 3 (t) =4/π [s 1 (t) + s 2 (t)] Larghezza di banda 14 Spettro: insieme delle frequenze componenti Nell esempio precedente: f e 3f Larghezza di banda: differenza fra la frequenza più alta e quella più bassa Nell esempio precedente: 2f Larghezza di banda e velocità di trasmissione Maggiore è la banda, più veloce è la trasmissione Es. banda = 4 MHz può generare una velocità = 2Mbps banda = 8 MHz può generare una velocità = 4Mbps NOTA: La velocità non dipende solo dalla banda 7

8 Segnali 15 Analogici variabili continue larghezza di banda del parlato 100Hz Hz larghezza di banda della rete telefonica 300Hz Hz larghezza di banda del video 4MHz Digitali due sole componenti con frequenza zero Dati e segnali 16 In genere si usano segnali digitali per dati digitali e segnali analogici per dati analogici Segnali analogici per dati digitali Modem Segnali digitali per dati analogici Compact Disc musicali 8

9 Dati analogici (voce) Dati digitali telefono modem Trasmissione Segnale analogico Segnale analogico 17 Dati analogici CODEC Segnale digitale Dati digitali Trasmettitore digitale Segnale digitale Alterazioni del segnale 18 Attenuazioni Riduzione dell intensità dovuta alla distanza Distorsione se l intensità si riduce in funzione della frequenza Si altera la somma finale Distorsione di ritardo (o di fase) La velocità può dipendere dalla frequenza Alcune frequenze arrivano prima ed altre dopo alterando la somma finale Rumore Termico, dovuto all agitazione termica degli elettroni Intermodulazione, interferenze fra frequenze Diafonia, segnali vanno a finire su un mezzo sbagliato Accoppiamento di doppini telefonici Impulsivo, picchi di rumore imprevedibili (es. guasti, interferenze esterne) 9

10 Capacità del canale 19 Rumore Altera il segnale Può generare degli errori Tasso di errore Interpretazione sbagliata del segnale Si trasmette 0, ma si riceve 1 Frequenza con cui si verificano gli errori Capacità Velocità massima di trasmissione senza errori (o entro un certo limite di errore) Dipende dalla larghezza di banda Rumore ed errori 20 10

11 Larghezza di banda di Nyquist 21 Non considera il rumore, cioè assume un canale senza rumore Dato un segnale con banda B la velocità massima di trasmissione è 2B Se i segnali sono binari allora con B Hz possiamo trasmettere 2B bps Con segnali con M livelli la velocità massima di trasmissione è 2B log 2 M bps Ricevitore più complesso perché deve distinguere fra M livelli di segnale Formula di Shannon 22 Considera il rumore La capacità diminuisce Rumore (Signal-to-Noise Ratio): SNR db = 10 log 10 (potenza segnale/ potenza rumore) Formula di Shannon C = B log 2 (1 + SNR) 11

12 Mezzi guidati: doppino 23 Il doppino è il cavo del telefono Due fili di rame intrecciati Su un filo c è il segnale vero e proprio (dati, voce) Sull altro filo c è un segnale di riferimento Una coppia di fili funge da linea di comunicazione Telefono: 2 coppie Vari tipi: schermato e non, categorie 3 e 5 Vantaggi Economico, facile da installare, linee esistenti Svantaggi Tassi di trasmissione bassi (<10 Mbps), brevi distanze Effetto pelle a frequenze alte aumenta la resistenza del filo e comporta perdita di potenza Diafonia interferenze fra fili vicini Mezzi guidati: cavo coassiale Il cavo coassiale è il cavo della TV Migliore rispetto al doppino Buona protezione da diafonia e interferenze Minore attenuazione (effetto pelle) Tassi di trasmissione più alti (10 Mbps) Svantaggi Difficile installazione Soggetto a rumore termico 24 12

13 Mezzi guidati: fibra ottica 25 È un mezzo sottile capace di condurre un raggio luminoso Svariati tipi di vetro Plastica Silicio fuso (migliore) Vantaggi Altissimi tassi di trasmissione (1 Gbps) Alcuni tipi (Wavelength Division Multiplexing, più segmali viaggiano sulla stessa fibra) arrivano fino ad 1 Tbps Collegamenti a lunga distanza Tecnologia del futuro Svantaggi Costi elevati Ricablaggio (sostituzione dei cavi esistenti) Mezzi trasmissivi non guidati 26 Antenne trasmettono e ricevono Onde elettromagnetiche si propagano nell aria Direzionale Fascio elettromagnetico direzionato Antenna trasmittente e antenna ricevente devono essere allineate Omnidirezionale Segnale si propaga in tutte le direzioni Può essere ricevuto da molte antenne Punti radio terrestri, satelliti 13

14 Spettro elettromagnetico 27 Riepilogo 28 Rappresentare i dati con segnali Dati analogici o digitali Segnali, somma di frequenze Banda, velocità di trasmissione Rumori ed errori, capacità Mezzi trasmissivi doppino, cavo coassiale, fibra ottica, mezzi non guidati Riferimento: Stallings, Capitoli 3 e 4 14