Mezzi trasmissivi. Vittorio Maniezzo Università di Bologna. Funzionamento di base

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1 Mezzi trasmissivi Vittorio Maniezzo Università di Bologna Funzionamento di base Si codificano i dati come energia e si trasmette l'energia Si decodifica l'energia alla destinazione e si ricostruiscono i dati L'energia può essere elettrica, ottica, radio, sonora,... Ogni forma di energia ha proprietà diverse e richieste specifiche per la trasmissione 05 Mezzi trasmissivi - 2/28 1

2 Mezzi trasmissivi L'energia trasmessa é trasportata da un qualche tipo di mezzo Il trasmettitore codifica i dati come energia e trasmette l'energia sul mezzo Necessario hardware specifico per la codifica dei dati Necessaria una connessione hardware al mezzo trasmissivo I mezzi possono essere: rame, vetro, aria, Mezzi trasmissivi - 3/28 Caratteristiche principali Le caratteristiche principali di un mezzo trasmissivo sono: V p : velocità di propagazione del segnale espressa in funzione di c (velocità della luce nel vuoto): valori compresi tra 0.5 e 0.8 c impedenza della linea dimensione dei conduttori, che in funzione della resistività del conduttore permette di calcolarne la resistenza 05 Mezzi trasmissivi - 4/28 2

3 Attenuazione La potenza del segnale cala man mano che il segnale viaggia sul canale Per una data lunghezza l, l'uscita S2 è una frazione dell'ingresso S1. S2 = x * S1 dove x < 1.0 Normalmente di esprime la relazione di perdita di segnale in decibels. La relazione output/input diventa: Attenuazione in db a = 10 * log10s2/s1 L'eq. dà valori negativi, che per convenzione si omettono (l'output é sempre inferiore all'input). 05 Mezzi trasmissivi - 5/28 Attenuazione lungo un cavo L attenuazione è la riduzione di ampiezza del segnale di uscita di un cavo rispetto al segnale di ingresso: cresce in db linearmente con la lunghezza del cavo e con la radice quadrata della frequenza 05 Mezzi trasmissivi - 6/28 3

4 Attenuazione La perdita in db é proporzionale alla lunghezza. Però l'attenuazione di solito é diversa a secondo delle frequenze. Nei circuiti elettrici, l'attenuazione é bassa a basse frequenze e cresce al crescere delle frequenze ("passa basso"). Nelle fibre ottiche, l'attenuazione é bassa sull'infrarosso, cresce sia frequenze maggiori che minori ("passa banda"). Le onde radio si propagano nello stesso modo su tutte le frequenze. 05 Mezzi trasmissivi - 7/28 Diafonia tra i cavi La diafonia (cross-talk) è la misura di quanto un cavo disturba quello vicino, espressa quindi in db negativi. Per praticità viene normalmente data come attenuazione di diafonia e quindi espressa in db positivi 05 Mezzi trasmissivi - 8/28 4

5 Ritardi I segali elettromagnetici nel vuoto viaggiano alla velocità della luce (2.998 * 10 8 m/s), nell'aria leggermente più lenti. Su cavo in rame o su fibra ottica, la velocità è 60-70% quella della luce nel vuoto. Problema per la velocità è leggermente diversa per le diverse frequenze (Delay distortion). Trasmissioni troppo veloci avrebbero frequenze di un bit che scivolano nel bit successivo o precedente. Il ritardo di propagazione non uniforme incide anche quando la banda passante di un canale viene artificialmente limitata da filtraggi. 05 Mezzi trasmissivi - 9/28 Rumore I cavi per trasmissione introducono rumore. Il rumore può essere: casuale - distribuito su tutte le frequenze. periodico - presente solo su particolari frequenze, o insiemi di frequenze. Normalmente dovuto a interferenze di trasmettitori radio o apparati elettrici vicini. crosstalk - messaggi di circuiti adiacenti contenenti segnali simili a quelli dei dati. Le fibre ottiche non sono soggette a rumore di tipo periodico o crosstalk. E' presente rumore bianco nel ricevitore ottico. La presenza di rumore limita la velocità trasmissiva, dato che il ricevitore non può essere sicuro del segnale in ingresso. Il rumore non può essere filtrato quando agisce sulle stesse frequenze del segnale. 05 Mezzi trasmissivi - 10/28 5

6 Fili di rame I fili di rame sono il canale trasmissivo più diffuso: Due fili non intrecciati i conduttori (isolati) sono paralleli. Normalmente usati su distanze corte o per trasmissioni lente, dati i problemi di Xtalk e di facilità a raccogliere segnali spuri. Doppini telefonici I conduttori sono intrecciati fra loro, ottenendo una migliore resistenza al rumore e quindi permettendo trasmissioni significativamente più veloci. 05 Mezzi trasmissivi - 11/28 Cavi coassiali I conduttori sono disposti in modo che il conduttore centrale sia isolato all'interno del conduttore esterno, che funziona da schermo. È costituito da: un conduttore centrale una parte isolante concentrica al conduttore, di solito costituita da un materiale che ne migliora la capacità uno o più schermi 05 Mezzi trasmissivi - 12/28 6

7 Fibre ottiche Una sottile fibra ottica trasporta la luce con i dati codificati La copertura in plastica permette alla fibra di piegarsi (un po') senza rompersi La fibra é molto trasparente e progettata per riflettere internamente la luce per una trasmissione efficiente Un Light emitting diode (LED) o laser immette la luce nella fibra Un ricevitore fotosensibile al ricevitore traduce la luce nei dati 05 Mezzi trasmissivi - 13/28 Caratteristiche Le fibre ottiche sono unicamente adatte a collegamenti punto a punto, non essendo possibile prelevare o inserire il segnale in un punto intermedio Totale immunità ai disturbi elettromagnetici Caratterizzate da due numeri n/m dove: n diametro della parte interna conduttrice di luce m diametro della parte esterna 05 Mezzi trasmissivi - 14/28 7

8 Fibre ottiche Più costose del rame. Molto costose le giunzioni e le connessioni: il problema è più critico al diminuire delle dimensioni del core è richiesto personale qualificato con strumentazione adeguata Elevate velocità (Gb/s). 05 Mezzi trasmissivi - 15/28 I dati sono trasmessi per mezzo di onde radio L'energia viaggia attraverso l'aria invece che su rame o vetro Può attraversare i muri e interi edifici Possibili trasmissioni a lunga o a corta distanza Lunga distanza con relay satellitare Corta distanza - rete wireless Ponti radio 05 Mezzi trasmissivi - 16/28 8

9 Microonde Terrestri Un collegamento radio diretto ad altissima frequenza (1 MHz o più) trasporta un segnale punto a punto, accuratamente focalizzato da antenne paraboliche. Si ottengono trasmissioni veloci su distanze abbastanza lunghe. Satelliti Un ripetitore è posizionato in orbita geostazionaria sopra l'equatore. Sono state anche attivate proposte per utilizzare anche molti satelliti non geostazionari (Low Earth Orbit, LEOs, poche centinaia di Km sopra la superficie). 05 Mezzi trasmissivi - 17/28 Tipi di orbite Geostazionarie (GEO) apogeo = perigeo = km, periodo = 23h 56m inclinazione 0 gradi, effetto Doppler trascurabile o nullo Geosincrone apogeo = perigeo = km, periodo = 23 h 56 m inclinazione 0-90 gradi, effetto Doppler contenuto Molniya apogeo = km, perigeo = km, periodo 11h 58m inclinazione 62.9 gradi, effetto Doppler elevato Bassa quota (LEO) apogeo < km, perigeo > 500 km, periodo h inclinazione 0-90 gradi, effetto Doppler elevatissimo 05 Mezzi trasmissivi - 18/28 9

10 Orbite geostazionarie: ritardi di propagazione d max = km r = km d min = km Ritardi di propagazione: τ min = 0.12 sec τ max = 0.14 sec 05 Mezzi trasmissivi - 19/28 Orbite geostazionarie: roundtrip delay (caso 1) A One-way path: ASB Round-trip path: ASBSA S B One-way delay = 0.28 sec Round-trip delay = 0.56 sec 05 Mezzi trasmissivi - 20/28 10

11 Orbite geostazionarie: roundtrip delay (caso 2a) S 1 S 2 One-way path: AS 1 MS 2 B Round-trip path: AS 1 MS 2 BS 2 MS 1 A M A B One-way delay = 0.51 sec Round-trip delay = 1.02 sec verso S 3 05 Mezzi trasmissivi - 21/28 Orbite geostazionarie: roundtrip delay (caso 2b) S 1 S 2 One-way path: AS 1 S 2 B Round-trip path: AS 1 S 2 BS 2 S 1 A A B One-way delay = 0.49 sec Round-trip delay = 0.98 sec verso S 3 05 Mezzi trasmissivi - 22/28 11

12 Costellazioni di satelliti leo: round-trip delay A B One-way delay = 0.08 sec Round-trip delay = 0.15 sec 05 Mezzi trasmissivi - 23/28 Comunicazioni terrestri e satellitari: confronti Trasmissioni terrestri Distanze da coprire: km Round-trip delay: sec Trasmissioni satellitari (LEO) Distanze da coprire: km Round-trip delay: sec Trasmissioni satellitari (GEO) Distanze da coprire: km Round-trip delay: sec 05 Mezzi trasmissivi - 24/28 12

13 wireless Wireless router IEEE g 05 Mezzi trasmissivi - 25/28 Infrarosso La luce infrarossa può trasmettere dati nell'aria Tecnologia usata per i telecomandi TV Può propagarsi in una stanza (rimbalzando sulle superfici) ma non penetrare i muri Comune nei personal digital assistant 05 Mezzi trasmissivi - 26/28 13

14 Laser Unidirezionale, come le microonde Più veloce delle microonde Usa trasmettitori laser e ricevitori fotosensibili in ciascuna stazione Punto a punto, tipicamente fra edifici Può essere influenzata dalla situazione meteorologica 05 Mezzi trasmissivi - 27/28 Scelta di un mezzo I fili di rame sono una tecnologia matura, affidabile e poco costosa; la massima velocità trasmissiva é limitata Fibre ottiche: Maggiore velocità Più resistenza a interferenze elettromagnetiche Maggiori distanze Necessaria una sola fibra Più costosa; meno affidabile Radio e microonde non richiedono una connessione fisica Radio e infrarosso possono essere utilizzate per connessioni mobili Il laser non richiede una connessione fisica e supporta velocità maggiori 05 Mezzi trasmissivi - 28/28 14

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