I SEGNALI E IL LIVELLO FISICO

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1 Paolo Macchi 1

2 Sommario Trasmissione dell informazione 3 Mezzi trasmissivi 4 I segnali 6 Baud Rate 9 Trasmissione analogica e digitale 10 Trasmissione seriale 13 Modalità di trasmissione 14 Conversione Parallelo/Seriale 15 Tecniche di Codifica 16 Allocazione del canale 17 Primo Livello (fisico): Modem e ADSL 20 Cenni sulla Modulazione 22 Modem Fonici 23 Introduzione 23 Modem intelligenti 23 Modem fonico 24 Normative internazionali 26 Asymmetrical Digital Subscriber Lines 29 Introduzione 29 Architettura 30 Spettro 31 Modulazione DMT 34 Telefonia mobile 35 Generalità 35 Comandi AT per la gestione di SMS 36 2

3 1 Trasmissione dell informazione Prima di addentrarci nello studio dei livelli riguardanti i protocolli di Internet, occorre fare una breve panoramica sulle tecniche che permettono la trasmissione dell informazione in una rete. Partendo dai 3

4 mezzi fisici e dai segnali che li percorrono, arriveremo ai codici trasmessivi e al modo in cui il canale fisico è allocato. Mezzi trasmissivi Molti sono i tipi di mezzo trasmissivo che è stato utilizzato e si utilizzano in una rete. In alcuni casi una rete utilizzerà un tipo di cavo, in altri casi sono usate onde radio o fibra ottica. La scelta del mezzo è correlata alla topologia, al protocollo e all'estensione della rete. Il canale trasmissivo è molto importante poiché i segnali per essere trasmessi dipendono dalla sua natura: un canale deve consentire il trasferimento di segnali che appartengono a un certo campo di frequenze. CANALI Supporti fisici a onde guidate Ponti radio a onde irradiate Supporti metallici Supporti non Terrestri metallici (Antenne) Spaziali (satelliti) Linee in cavo: Doppini di rame (ad ex. cavo telefonico, cavi per LAN Fibre ottiche STP,UTP) Coppie simmetriche Coppie coassiali Cavi Marini le onde In tutti i casi di propagazione di energia è possibile schematizzare il fenomeno in 3 parti; deve esistere: una sorgente dell energia un mezzo di propagazione un ricevitore In molti fenomeni naturali, la sorgente imprime impulsi periodicamente, con continuità ad intervalli regolari. Il mezzo di propagazione è sede di una successione d impulsi tutti separati dallo stesso intervallo di tempo. Un onda è una rappresentazione matematica di un fenomeno fisico. Perché un mezzo sia sede di propagazione di un onda, la sorgente deve compiere un moto periodico. 4

5 Un particolare moto periodico è il moto armonico. MOTO ARMONICO Un punto P si muove di moto uniforme su di una circonferenza. Si definisce armonico il moto del punto M, proiezione di P sul diametro BD Sia A la posizione iniziale di P e O la posizione di M sul diametro verticale. Mentre P si muove sulla circonferenza, M si muove su BD Sia T il periodo del moto di P, cioè il tempo impiegato a descrivere una circonferenza. Poniamo in un diagramma le distanze di m da O in funzione di T: grafico del moto armonico rappresentato da una sinusoide. OSCILLAZIONE COMPLETA il movimento descritto in un T. FREQUENZA numero di oscillazioni complete descritte in un s e si misura in Hz 1 Hz 1 oscillazione al secondo λ = v T lunghezza d onda f = 1/t λ=v/f (m/s)/(1/s) = m/s*s =m ES: se T=1/5s 5 oscillazioni / s f = 5 Hz ONDE ELETTROMAGNETICHE Una carica elettrica che oscilla genera onde elettromagnetiche. Una carica elettrica ferma crea un campo elettrico, una in movimento crea un campo magnetico. Si propagano anche nel vuoto ( km/s). Nel vuoto tutte le onde elettromagnetiche viaggiano alla stessa velocità. Nei cavi in rame e in fibra ottica la velocità scende e può dipendere dalla frequenza λf=c. La radio e la televisione, i telefoni cellulari, i computer e il radar, il forno a microonde e le radiografie: gli utilizzi tecnologici della radiazione elettromagnetica sono così diffusi che non vi facciamo nemmeno più caso. Le applicazioni possono essere divise in due macrofamiglie: nella prima le onde elettromagnetiche vengono utilizzate per trasportare informazioni ( radio, televisione), nella seconda per trasportare energia ( forno a microonde ). 5

6 spettro frequenze elettromagnetiche - - Angolo limite di rifrazione nelle fibre ottiche : I segnali Jean Baptiste Fourier , fisico e matematico francese. Partecipò alla Rivoluzione francese, rischiando di essere ghigliottinato durante il Terrore, ma fu salvato dalla caduta di Robespierre. Fourier partecipò alla campagna d'egitto di Napoleone nel Fu nella città di Grenoble, che condusse i suoi esperimenti sulla propagazione del calore che gli consentirono di modellizzare l'evoluzione della temperatura per mezzo di serie trigonometriche. Nel 1817 entrò a far parte dell'accademia delle Scienze. A lui è stato intitolato l'omonimo cratere sulla Luna. (wikipedia) I segnali possono essere di varia natura e normalmente sono rappresentati da variazioni grandezze fisiche, che non avvengono in modo casuale, ma secondo alcune regole che le vincolano all evoluzione 6

7 temporale. Nel nostro contesto, il segnale può essere rappresentato nel dominio del tempo o nel dominio della frequenza ( spettro ): la trasformata di Fourier fa passare da un domino all'altro e viceversa (anti trasformata). L'estensione del segnale nel tempo si chiama DURATA, quella in frequenza invece BANDA. Fourier sviluppa una nuova disciplina matematica, l analisi armonica che ha avuto uno sviluppo enorme. L idea è che seganali di tipo diverso, immagini, onde radio, suoni..) possono essere considerati come vere e proprie somme di segnali elementari. Ciò apre campi enormi che vanno dalla elaborazione del segnale dal suono alle immagini, alla compressione del segnale (MP3,JPEG,..), alla sintetizzazione di nuovi segnali (ad ex. MIDI). In particolare se il segnale, di forma qualunque, è un segnale periodico è possibile decomporlo nella somma di segnali sinusoidali ottenendo lo sviluppo in serie di Fourier : Il contenuto spettrale di un segnali dati, non è, per Fourier, limitato i quanto le frequenze si estendono all'infinito, ma la ricostruzione del segnale originale (nella figura sottostante un onda quadra), è già possibile sommando le prime due o tre armoniche: Ora, se disegniamo lo spettro, possiamo vedere come l'ampiezza passa dal valore massimo, a 1/3 di esso, a 1/5 e così via per numeri dispari, mentre la su Frequenza passa dall armonica fondamentale (x) a 3x, 5x e così via per numeri dispari, dando origine a uno spettro a righe: 7

8 I segnali digitali a livelli discreti sono perciò, secondo Fourier, solo un idealizzazione del segnale che effettivamente viaggia in linea. Questo segnale, infatti, è composto di un insieme di onde sinusoidali di frequenza e ampiezza diverse (armoniche) la cui somma costituisce la forma d'onda effettiva, istante per istante, dal segnale stesso. Oserviamo, però, che queste onde non viaggiano tutte alla stessa velocità e, dopo aver compiuto un certo percorso rispetto al punto di origine, possono essere sfasate. La somma viene ad assumere un inviluppo che può presentare anche notevoli distorsioni rispetto alla forma d'onda originale del segnale. Allontanandosi dalla sorgente lo spostamento progressivo aumenta e lo sviluppo diventa sempre più distorto fino a non permettere la ricostruzione corretta del segnale originario. Tre cose, quindi, influenzano la trasmissione del segnale: ATTENUAZIONE (perdita di energia), DISTORSIONE (velocità diversa delle armoniche), RUMORE (eventi esterni indipendenti, di solito, ad alta frequenza, che influenzano e corrompono il segnale). Per quanto riguarda l attenuazione, un doppino di rame che trasporta un segnale, si può rappresentare come un quadripolo dotato di una certa impedenza (R, C, L) che limita il segnale in funzione della frequenza di trasmissione, comportandosi come un filtro passa-basso: taglia le alte frequenze in funzione di L e C. La corrente risulta: - RLC Low-Pass Filter 8

9 Che cosa passa in tubo? Consideriamo il caso di un segnale (onda quadra) con velocità pari a 4800bps che è immessa in un canale telefonico. La prima armonica (fondamentale) f0= 1/T =1/2Tb =2400Hz, e quelle successive: : f1=7200hz, f2=12000hz... Ciò significa che nella banda fino a 3400 Hz è SOLO presente la sinusoide con frequenza f0. Quindi il segnale, al ricevitore, NON è più ricostruibile. Infatti, occorrono almeno 2 o 3 armoniche per ricostruire il segnale! Per far passare più informazione tenendo uguale il BAUD RATE, cioè il numero di simboli che viene trasmesso in un secondo, si utilizza la tecnica del MULTILIVELLO, ovvero utilizzo più livelli (più bit) nello stesso tempo di trasmissione: Se ho più di due livelli, il BAUD RATE è diverso dalla quantità di informazione trasmessa: Velocità di trasmissione Vm= BAUD RATE (velocità di modulazione), S= Numero di stati, Vt= Baud Rate BAUDE RATE Stati Vt Capacità di un canale Claude Elwood Shannon ( ) è stato un matematico e ingegnere statunitense, spesso definito "il padre della teoria dell'informazione". Con la tesi del 1938 (Un'analisi simbolica dei relè e dei circuiti), Shannon dimostrò, utilizzando un circuito elettrico dotato di interruttori - "accesi/spenti" - segue esattamente le regole dell'algebra di Boole. Shannon pose così la base teorica dei sistemi di codificazione, elaborazione e trasmissione digitale dell'informazione. Nel 1948 pubblicò Una teoria matematica della comunicazione, In questo lavoro si concentrava sul problema di ricostruire, con un certo grado di certezza, le 9

10 informazioni trasmesse da un mittente. Fu in questa ricerca che Shannon coniò la parola "bit", per designare l'unità elementare d'informazione. La sua teoria dell'informazione pose le basi per progettare sistemi informatici, partendo dal presupposto che l'importante era cercare di memorizzare le informazioni in modo da poterle trasferire e collegare tra loro. Nel 1949 pubblicò La teoria della comunicazione nei sistemi crittografici, con il quale praticamente fondò la teoria matematica della crittografia. Shannon è, inoltre, riconosciuto come il "padre" del teorema del campionamento, che studia la rappresentazione di un segnale continuo (analogico) mediante un insieme discreto di campioni ad intervalli regolari (digitalizzazione). (wikipedia) Teoricamente, portando all'infinito il numero di stati si otterrebbe una velocità infinita di trasmissione, ma bisogna tenere conto del fattore rumore, che influenza la qualità di trasmissione. Infatti, secondo Shannon la capacità di un canale è determinata da: dove B è la banda passante del segnale e S/N è il rapporto segnale/rumore espresso come numero puro. Se S/N viene misurato in db si ha: db = 10 * LOG S/N (dove LOG è il logaritmo in base 10 del rapporto S/N: S è di fatto la potenza del segnale, mentre N è la potenza del rumore (noise)). Ad esempio se si dovesse calcolare il rapporto in S/N conoscendo che il valore è pari a 30dB si dovrebbe procedere come di seguito indicato: 30=10*LOG (S/N) 30/10=LOG(S/N) 10^3=S/N S/N=1000 Nello stesso modo, per determinare la Capacità di un canale la cui B= 138KHz e S/N=35db, si opera in questo modo: C= 138*10^3 log 2 (1+ 10^(35/10)) = Kbps Trasmissione analogica e digitale Storicamente la trasmissione dati si è servita delle linee telefoniche per ovvi motivi di presenza della rete sull'intero globo con costi accessibili. Di conseguenza il segnale digitale presente nel computer è stato convertito in segnale analogico necessario per transitare sulle linee telefoniche. La conversione avveniva tramite MODEM (Modulatore/Demodulatore) che usava una portante analogica (onda sinusoidale). La trasmissione digitale è certamente migliore: Il segnale del computer è già digitale Il segnale digitale (due livelli!) è più facile da amplificare e ha un più basso tasso d'errore. La trasmissione può essere molto più veloce. Tuttavia i segnali del mondo reale sono analogici (ad esempio la voce), mentre un elaboratore digitale è in grado di memorizzare e trattare esclusivamente sequenze finite 10

11 di bit. Per trattare con tecniche digitali i segnali analogici sono allora necessari, in via preliminare, approssimare questi ultimi con segnali digitali, campionando il segnale analogico. Campionamento e quantizzazione Il campionamento di un segnale è indispensabile nel caso in cui debba essere trasmesso in formato digitale attraverso una rete di trasmissione dati. I sistemi che trasformano un segnale analogico nel corrispondente digitale sono detti convertitori analogico-digitali (ADC), mentre quelli che realizzano l'operazione inversa di trasformare un segnale digitale in un segnale analogico sono detti convertitori digitali-analogici (DAC). I principi di base per la conversione sono quelli riguardanti le operazioni di campionamento e di quantizzazione. Campionare un segnale a tempo continuo significa rilevare le ampiezze del segnale su un insieme discreto di tempi: i frame" catturati da una telecamera che inquadra una scena reale, ne costituiscono un esempio. La frequenza di campionamento di un segnale deve sempre essere almeno doppia della massima frequenza contenuta nel segnale da campionare (TEOREMA DI NYQUIST) Il significato fisico di questo limite inferiore è dovuto al fatto di perdere informazioni contenute nel segnale se lo si campiona a frequenze troppo basse. La quantizzazione permette di trasformare un segnale a valori continui in un segnale a valori su un insieme defnito (ad ex usando 7 o 8 bit (pari a 128/256 livelli)). Quest operazione in generale introduce un errore irreversibile nel segnale quantizzato: dato il segnale quantizzato, non è in generale possibile ricostruire il segnale originale. E tuttavia possibile controllare come il segnale quantizzato risulti una buona approssimazione di quello analogico: un tipico indice di qualità è il rapporto segnale-rumore. I sistemi che realizzano l'operazione di quantizzazione sono chiamati quantizzatori. 11

12 Campionamento e quantizzazione uniforme a quattro livelli di un segnale f(t). PCM Un sistema PCM (Pulse Code Modulation, modulazione ad impulsi codificati) converte un segnale analogico in ingresso in una sequenza di simboli codificati su n b bit che possono poi essere trasmessi con un qualsiasi sistema di trasmissione numerica e quindi riconvertiti in una replica simile al segnale originario. La PCM è ampiamente utilizzata nei sistemi di telefonia, ma si basano su questo principio anche molti standard video. Il valore n è ricavato sulla base del precedente teorema di campionamento, quantizzato e infine codificato, permettendo la trasmissione del dato in formato binario sulla linea. Campionare la voce Se dovessimo campionare un segnale vocale (la cui frequenza massima è di 3600Hz) non dobbiamo far altro che campionare a 7200Hz per ottenere un messaggio comprensibile. In questo caso, il risultato di una conversione esprime il valore dell onda in quel preciso istante; la qualità della campionatura dipende, oltre che dalla velocità di campionamento, anche dalla quantità di bit utilizzati (solitamente 8 divisi in 7 per il dato e 1 di controllo). Un fantastico trasduttore: la retina La funzione della retina nella visione non si limita solo alla trasformazione di un segnale luminoso in uno elettrico. In essa si ha già una prima elaborazione dell immagine. Un segnale analogico in ingresso (la luce percepita) è trasformato in un segnale digitale in uscita diretto verso il cervello. I fotorecettori svolgono l'importante funzione di trasduzione, sono cioè cellule (coni e i bastoncelli) sensibili alla luce in grado di trasformare il segnale luminoso in informazione chimica e quindi elettrica. Il cavo di collegamento tra la retina e il cervello è il nervo ottico su cui viaggia il segnale digitale costituito da une serie di impulsi elettrici (spikes). Il nervo ottico è formato da fibre nervose (assoni), che sono un sottile prolungamento della cellula nervosa, il neurone. 12

13 Trasmissione seriale Nella Trasmissione seriale Il dato è trasmesso come "sequenze di bit" uno alla volta (serialmente) dal bit D0 al D7 (al contrario della trasmissione parallla in cui i dati sono inviati contemporaneamente) Ad ex. il dato: = B2h viene cosi' trasmesso in linea: Il punto critico è la frequenza di trasmissione (bit per second =bps) e della relativa sincronizazzione dei caratteri trasmessi e ricevuti: infatti il dato ricevuto deve poter essere interpretato (cioè deve capire dove incomincia e finisce). Si potrebbe, oltre al file di trasmissione (piu' il filo di massa) disporre anche del filo di clock, ma la cosa sarebbe troppo dispendiosa. Trasmissione asincrona Per questo nella TRASMISSIONE ASINCRONA occorre un bit di partenza che viene automaticamente fatto precedere al dato vero e proprio. Il problema è quello della sincronizzazione tra trasmettitore e ricevitore. Trasmissione asincrona: (La stessa presente in modo standard sui PC) Il primo bit è il bit di start: Mark= mlinea a riposo Alcune volte, per gli errori di trasmissione, il bit di stop è preceduto dal bit di parità (PARITY BIT). La parità puo' essere: EVEN ( pari ) il numero di bit a 1 deve essere pari (ex. 55h ha il bit di Par.=0, mentre 54H ha il bit. di par.=1 (entrambe le parole hanno 4 bit a 1) ODD ( dispari ) il numero di bit a 1 deve essere dispari Alla fine del treno di vit ci deve NECESSARIAMENTE essere il bit di STOP Ad esempio: 7,EVEN,1STOP = 10 bit di carattere lo START, STOP, EVEN, sono bit di ridondanza. 8 bit di dato, Parità EVEN, 1 bit di Stop Ogni bit viene campionato piu' volte nell'intorno del centro bit in modo da evitare false in terpretazioni ed errori. 13

14 Si tenta di campionare a metà del bit time. TABELLA con alcuni TEMPI BIT / CARATTERE / FILE Vb(bps) Tb (s) Carattere ( 8,N,1) Tempo di file (s) (100KByte) ms 10 ms µs 8mS µs 4 ms µs 2 ms µs 1mS 10^5xx10^-3= µs 690 µs µs 340 µs µs 290 µs 300x10^-6x10^5=30 Trasmissione sincrona Nella TRASMISSIONE SINCRONA trasmettiamo il dato uno dietro l'altro, solitamente formato da 8 bit. Il ricevitore è capace di "autosincronizzare" il proprio clock sfruttando le transizioni 1->0 presenti nel MESSAGGIO inviato. Non c'è piu' nè il bit di start nè quello di stop come nella trasm. Asincrona ma semplicemente un carattere o uno o piu' bit per la sincronizzazione del messaggio.cioè la sincronizzazione è a livello di messaggio (si vedano i protocolli sincroni BSC,SDLC,HDLC...) Ad Ex. bisogna procedere il messaggio con carattere di sincronismo SYN (16h codice ASCII). SYN SYN C1 C2... Checksum il vantaggio è che la ridondanza è percentualmente molto ridotta(20,30% della trasmissione asincrona!) e quindi una velocità globale superiore. Lo svantaggio è un hardware piu' complicato. Modalità di trasmissione SIMPLEX = unico senso di percorrenza. HALF DUPLEX = doppio senso di percorrenza alternato FULL DUPLEX = doppio senso di percorrenza contemporaneo 14

15 frame L intelaiatura delle finestre : 8 bit : frame I bit difficilmente possono vivere da soli: hanno bisogno di compagnia, proprio come noi umani. Quando intraprendono un viaggio si mettono in fila indiana, spesso, ma non necessariamente, in otto. Ma non basta. Per paura di essere annientati o assaliti durante il percorso si aggregano formando una specie di treno: tanti ottetti che si organizzano: ci sono i bit che aprono il convoglio, poi ci possono essere quelli che posseggono l indirizzo di dove andare, ci sono i controllori, i bit passeggeri che leggono il giornale e infine i bit che chiudono il convoglio e controllano. Conversione Parallelo/Seriale La conversione parallelo/seriale e viceversa è attuata tramite un dispositivo (UART) il cui cuore è uno shift register. Scopo dell'uart (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) è quello di convertire i dati paralleli presenti sul bus del PC, in dati seriali Asincroni da trasmettere in linea e viceversa. Cuore dell'uart è lo shiftt-register che svolge appunto la funzione di conversione paralleo-seriale (PI-SO = parallel Input, Serial Output) e viceversa (SI-PO). Lo shift register non basta per una gestione efficiente del dispositivo: la velocità di trasferimento dei dati dipende dal clock di shift ed è, comunque, lenta rispetto alla velocità di esecuzione di una CPU. Cosi', mentre il dato viene trasmesso dal PISO, sarebbe interessante disporre di un registro di appoggio ( buffer) per l'inserimento del dato da trasmettere. (La cosa è analoga per la ricezione). (Per la trasmissione Sincrona e asincrona si ha a disposizione l USART). 15

16 Tecniche di Codifica Codificare un segnale significa alterarne le caratteristiche per renderlo adatto alla trasmissione su uno specifico canale, in modo da ottimizzare la trasmissione migliorando qualità e affidabilità, modificandone lo spettro. La codifica associa ad un livello di tensione un determinato numero binario. 16

17 Allocazione del canale Nella trasmissione dei dati all interno di una rete si evidenziano due possibili alternative: Commutazione di circuito (circuit switching) in cui le risorse della comunicazione da utente a utente sono assegnata in modo esclusivo per tutta la durata della connessione Commutazione di pacchetto (packet switching) in una via di comunicazione da nodo a nodo è assegnata per il tempo strettamente necessario a trasferire i pacchetti riferiti ad un singolo messaggio. La commutazione di pacchetto puo essere di due tipi: Connection oriented Connection less Condivisione del canale Ci sono sostanzialmente tre modi per la gestione del canale : Protocolli di suddivisione o allocazione del canale Protocolli di accesso casuale Protocolli a turni (di accesso deterministico) Degli ultimi due tipi si accennerà nel capitolo dedicato alle LAN. Protocolli di allocazione del canale (Tecniche di Multiplexaggio ) Un canale di connessione (link) tra piu stazioni è realizzato mediante la multiplazione a divisione di frequenza (FDM) o a divisione di tempo (TDM). Nel primo caso l intera banda del canale è divisa in varie sottobande di frequenze diverse (l ampiezza tipica di una banda telefonica è di circa 4KHz). Nel secondo caso l intera banda del canale è assegnata per un tempo prefissato (un frame o intervallo) a una comunicazione singola, in modo che il canale è preso, a turno, pwer uno slot di tempo, da ciascuna connessione. In particolare,per utilizzare un numero di canali, per ogni collegamento fisico, esistono diverse tecniche: FDM ( Frequency Division Multiplexing ) Con questo metodo la banda totale del canale viene divisa in più sottobande, ad ognuna di è assegnato un diverso canale: Solitamente questa tecnica è utilizzata nelle trasmissioni analogiche. 17

18 Ulteriori tecniche sono: TDM ( Time Division Multiplexing ) Con questo metodo il collegamento fisico viene assegnato ad un canale per un certo tempo. Queto metodo è molto utilizzato per le trasmissioni digitali. Multiplexer a divisione di onda (WDM): largamente utilizzata nelle fibre ottiche, si basa sulla possibilità di poter fondere in un unico fascio luminoso un insieme di onde. Questa tecnica in effetti è uguale alla FDM utilizzata però nelle fibre ottiche. Si può pensare di avere due prismi che da un lato convogliano i fasci luminosi, dall altro li dividono, in modo che i fasci luminosi presenti in ingresso sono ancora presenti in uscita al secondo prisma. Accesso multiplo a divisione di codice (CDMA): si basa sul fatto che ogni stazione codifica l informazione in modo diverso dalle altre; vengono usate speciali tecniche di codifica e di decodifica in modo che in ricezione si riesca a riottenere l informazione desiderata. Viene usata quando il problema delle interferenze riveste particolare importanza. Multipexing e Portante T1 Sono presenti una botte di vino ed un rubinetto d'acqua, entrambe sono collegate ad una canna a doppia entrata, e devono arrivare rispettivamente a marco, noto ubriacone e ad una pianta. multiplexaggio: Come si può risolvere il problema?? Esistono varie tecniche di - FDM divisione di frequenza : la banda totale è divisa in più sottobande, si può quindi immaginare come una strada che è divisa in più corsie, ad esempio un'autostrada, divisa in più carreggiate e con diversi 18

19 sensi di marcia. - TDM divisione di tempo: la banda viene assegnata interamente per un certo tempo ad un canale, si può immaginare come una rotaia singola della ferrovia, è assegnata per un certo periodo ad un preciso treno che la percorrerà, non possono viaggiare più di un treno in un determinato tempo. - CDMA accesso multiplo a divisione di codice. Ogni stazione codifica in maniera diversa, si può vedere l'esempio di un condominio e di un mazzo di chiavi, ogni chiave aprirà una ed una sola porta. Uno dei metodi inizialmente usati (USA e Giappone ) è quello con portante "T1": considerando 4KHz di banda, occorre campionare a 8000 campionamenti./s pari a un tempo di 125 micro secondi. Se si dispone di 24 canali multiplexati (standard Bell T1) da campionare con risoluzione 7 bit per dato piu' un bit di segnalazione (=8 bitn totali), significa che devo trasmettere (24x8) 192 bit + 1 bit all'inizio di ogni pacchetto =193 bit totali in 125 microsec., pari a una velocità di 1.544Mbps (125 microsec. / 193= 647 nano s (Tb) ). Per avere un idea, un segnale di qualità CD è campionato in codifica PCM ad una velocità di 44100Hz e con una risoluzione di 16 bit. 19

20 2 Primo Livello (fisico): Modem e ADSL Il livello fisico è il livello 1 del modello ISO/OSI. Questo livello riceve dal livello datalink la sequenza di bit da trasmettere e la converte in segnali adatti al mezzo trasmissivo, per esempio, cavo coassiale, doppino STP o UTP, fibre ottiche o onde radio. Uno 20

21 standard di livello fisico definisce: le caratteristiche fisiche del mezzo trasmissivo, come forma, dimensioni, numero di piedini di un connettore, specifiche meccaniche; le caratteristiche funzionali, come il significato dei pin di un componente; le caratteristiche elettriche, come i valori di tensione per i livelli logici, la codifica, la durata di ogni bit; la codifica del segnale digitale su un mezzo trasmissivo che è inerentemente analogico (modulazione). [http://it.wikipedia.org/wiki/livello_fisico] 21

22 Cenni sulla Modulazione Della modulazione del segnale si occupano due apparecchi che esercitano una funzione l'una l'inversa dell'altro: modulatore - demodulatore. La modulazione si attua per: Adattare il segnale alla banda del canale. Adeguare le potenze di Tx ed Rx. Distinguere tra Tx e Rx Nella modulazione entrano in gioco tre segnali: Segnale modulante Segnale portante ( carrier ) Segnale modulato AM Amplitude Modulation FM Frequency Modulation PM Phase Modulation ASK Amplitude Shift Key FSK Frequency Shift Key PSK Phase Shift Key DPSK Differential Phase Shift Key 22

23 Modem Fonici Introduzione MODEM è una sigla che sta per MOdulator - DEModulator. Si tratta di strumenti essenziali per la trasmissione dei dati, in quanto oggigiorno sono diventati uno strumento indispensabile per la trasmissione dei dati a sistemi remoti. I MODEM infatti ci consentono di interfacciare i computer con le linee di trasmissione analogiche e digitali che formano le reti su cui viaggiano i dati. I MODEM sono a tutti gli effetti dei DCE (Data Comunication Equipement), e vengono collegati al DTE (Data Terminal Equipement) tramite una serie di circuiti che vanno a costituire, come vedremo più avanti, l interfaccia V.24. La connessione avviene tramite una porta seriale (COM), da ciò possiamo dedurre che i dati saranno trasmessi serialmente, in modo asincrono, con tutti i vantaggi e gli svantaggi che questo comporta. Dal DTE sarà possibile controllare le operazioni svolte dal MODEM, e operare le opportune modifiche quando necessario. Ciò avviene tramite una serie di istruzioni dette comandi AT, che, nei particolari, variano a seconda del modello di MODEM a cui si riferiscono, pur essendo a grandi linee sempre le stesse. Diversi tipi di MODEM sono stati adattati a differenti usi, sviluppando le caratteristiche ad essi più consone, a volte a scapito di altre. Abbiamo così sistemi diversi di comunicazione, con diverse caratteristiche di modulazione, velocità e banda passante dei segnali. Modem intelligenti A prescindere da questa classificazione standard, possiamo suddividere i MODEM in due grandi famiglie. I MODEM non intelligenti appartengono alla vecchia generazione, e non effettuano nessun tipo di controllo sui dati, limitandosi a codificarli e decodificarli. I nuovi MODEM invece possono essere definiti intelligenti poiché contengono al loro interno un microprocessore e possono svolgere non solo procedure di codifica ma anche di controllo sui dati, a prescindere dal DTE. Questi MODEM sono dotati di memorie permanenti di tipo EPROM e/o EEPROM, e possono comunicando utilizzando più di una normativa, adattandosi così a una vasta gamma di situazioni. A livello logico, possiamo scomporre un MODEM intelligente in cinque blocchi fondamentali :l interfaccia V.24 con il DTE, il sistema di correzione e compressione dei dati, un blocco di controllo e un DSP che costituisce il vero e proprio cervello del DCE. La quinta parte viene chiamata data pump, e comprende tutti i sistemi necessari al MODEM per elaborare i dati da gestire e convertirli opportunamente. La sezione dedicata più avanti alla programmazione via software del MODEM si riferisce proprio a questo tipo di DCE, ormai divenuti il nuovo standard. Della modulazione del segnale si occupano due apparecchi che esercitano una funzione l'una inversa all'altro: modulatore-demodulatore La modulazione si attua per: Adattare il segnale alla banda del canale. Adeguare le potenze di Tx e Rx 23

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