Sistemi a larga banda (Broadband)

Transcript

1 61 Sistemi a larga banda (Broadband) Le applicazioni informatiche e i servizi multimediali (musica, film, manifestazioni sportive) offerti sulla grande rete Internet e attraverso la televisione digitale divenuta interattiva, si sviluppano in modo tale da richiedere una capacità della banda di comunicazione sempre più elevata. Per poter accedere ai servizi multimediali e alle applicazioni digitali è necessario quindi utilizzare tecnologie e mezzi trasmissivi caratterizzati da enorme larghezza di banda. La larghezza di banda di un canale di trasmissione si esprime [Hz] oppure in [bps]. La tabella 1 riporta esempi di alcune applicazioni multimediali e relative velocità di trasmissione. Tab. 1. Tipo di applicazione Audio qualità telefonica Tx immagini in movimento Video Mpeg Videoconferenza Velocità di trasmissione o bit-rate 8 [kbps] [Mbps] 1,5 [Mbps] 128 [kbps] 1 [Mbps] Dalla tabella 1 si nota che per trasmettere un filmato occorrre una banda di almeno 8 [Mbps], mentre per trasferire un video Mpeg occorrono almeno 128 [kbps]. Comunque la banda relativa a un applicazione dipende anche dal metodo di compressione adottato. In ogni caso, la qualità della trasmissione è migliore se la banda utilizzata è maggiore. Per larga banda si intende un sistema che consente l'utilizzo delle nuove tecnologie digitali attraverso lo scambio dei dati ad altissima velocità da alcune centinaia di [kbps] a qualche decina di [Mbps]. Le tecnologie più utilizzate per la trasmissione dei dati sono: ADSL Satellite Wireless Broadband Fibra ottica ADSL ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) è una tecnologia che utilizza la linea telefonica analogica tradizionale (PSTN) per la trasmissione dati e per la navigazione su Internet contemporaneamente alla possibilità di telefonare mentre si è collegati sul web. Inoltre l ADSL è impiegata nei servizi di telemedicina, telelavoro e videoconferenza. Visto che l attenuazione del doppino telefonico è elevata per frequenze superiori a 1,104 [MHz], la tecnologia ADSL considera la larghezza di banda del doppino telefonico

2 uguale a 1,104 [MHz], e consente di realizzare mediante tecnica FDM: un canale di fonia a 4 [khz]; un canale unidirezionale di ricezione (downstream); un canale unidirezionale di trasmissione (upstream). Lo spettro di frequenza del sistema ADSL è riportato nella figura 1. Fig. 1. Il sistema ADSL è un sistema asimmetrico perché la velocità di ricezione (downstream) è diversa da quella di trasmissione (upstream). Il canale upstream occupa la parte bassa dello spettro perché l attenuazione del segnale nella parte bassa dello spettro è minore, in modo da favorire i trasmettitori del lato utente che sono alimentati a una potenza inferiore a quella dei trasmettitori della centrale telefonica. La connessione ADSL viene offerta a 640 [kbps], 1 [Mbps], 2 [Mbps] e fino a 8 [Mbps]. Nella tabella 2 sono evidenziate le velocità teoriche di ricezione (downstream) e di trasmissione (upstream) relative ad alcune connessioni. Tab. 2. Connessione Velocità di downstream Velocità di upstream 640 [kbps] 640 [kbps] 128 [kbps] 8 [Mbps] 8 [Mbps] 1 [Mbps] Comunque la velocità di trasmissione effettiva dipende dalla lunghezza e dallo stato della linea e della centrale telefonica. Per una migliore ottimizzazione della banda sono utilizzate le tecniche di modulazione multilivello come: la QAM (Quadrature Amplitude Modulation); la CAP (Carrier-less Amplitude Phase). La modulazione CAP è una modulazione QAM con portante soppressa, che viene ricostruita in ricezione;

3 la DMT (Discrete Multi-Tone) detta modulazione multiportante, come previsto dallo standard ITU-T G.992, divide la banda di 1,104 [MHz] in 256 canali QAM sui cui il sistema trasmette parte del flusso dei bit. Il sistema permette di controllare il rapporto segnale-rumore su ogni canale e di segnalare al trasmettitore di diminuire il bitrate del canale con minore rapporto ; S N la banda ADSL, da 0 [Hz] a 1,104 [MHz], è divisa in 256 canali larghi 4,3125 [khz], di cui solo 4 [khz] sono riservati alla comunicazione; i canali da 1 a 6 sono dedicati alla fonia, i canali da 7 a 38 sono riservati alla trasmissione upstream, mentre i canali da 39 a 256 sono utilizzati per la ricezione downstream. Pertanto: la larghezza di banda del canale upstream è: B (upstream) 32 4, [KHz]; la larghezza di banda del canale downstream risulta: B (upstream) 218 4, ,125 [KHz]; Per ogni canale vengono trasmessi 15 bit/hz al secondo, pertanto la velocità massima per ogni canale è: v(canale) [kbps]; mentre i bit-rate teorici per i canali di downstream e di upstream sono: v (upstream) ,080 [Mbps]; v (downstream) ,920 [Mbps]. In base al teorema di Shannon, tenendo conto della larghezza di banda B dei singoli canali e del rapporto segnale-rumore S uguale a 30 db, il bit-rate dei singoli canali diminuisce. N Si ottengono i seguenti risultati: v (downstream) B log 2 a 1 S N b 3,32 B log a 1 S N b 3,32 940, log( ) 9,364 [Mbps]; v (upstream) B log 2 a 1 S N b 3,32 B log a 1 S N b 3, log( ) 1,374 [Mbps]. In pratica vengono trasmessi circa 10 bit/hz sulle frequenze basse e 3 bit/hz su quelle alte per il fatto che i disturbi sono più frequenti alle alte frequenze. Lo svantaggio di tale tec-

4 nica è quella di presentare l interferenza tra gli spettri di canali adiacenti. Tale problema può essere risolto allargando gli intervalli di separazione tra i canali, ma con conseguente riduzione della capacità informativa. la DWMT (Discrete Wavelet Multi-Tone) è una modulazione DMT che, con l applicazione di algoritmi di codifica, consente di ottenere una elevata immunità ai disturbi senza diminuire la capacità informativa. La connessione alla rete telefonica analogica (fig. 2) avviene mediante filtri passivi, chiamati POTS Splitters, che separano la bassa frequenza di fonia dalla parte alta occupata dal segnale ADSL. Fig. 2. Satellite La tecnologia satellitare, ampiamente utilizzata nel settore telefonico e radiotelevisivo, è impiegata per la connessione a larga banda e permette di offrire servizi multimediali e la connessione a Internet a gran parte della superficie terrestre, ma soprattutto a quelle zone dove è difficile e assai costoso intervenire con altri tipi di tecnologie come per esempio cavi e fibre ottiche. L uso del satellite per ricevere per esempio dati utilizzando un pc prevede l impiego di un antenna parabolica del diametro di 50 o al massimo 100 [cm] da puntare in direzione del satellite e un modem sat. La trasmissione dei dati da parte del satellite può avvenire nelle modalità Unicast e Multicast: Unicast è la trasmissione dei dati a un utente specifico mediante connessione asimmetrica con l impiego della linea telefonica; Multicast è la trasmissione dei dati indirizzata a molti utenti e senza la richiesta dei dati tramite modem da parte dell utente. Wireless Broadband La tecnologia wireless (senza filo) impiega le onde radio per la trasmissione dei dati e pertanto richiede un sistema di trasmettitori e di ricevitori aventi un antenna dalle dimensioni molto piccole perché le frequenze di trasmissione sono dell ordine dei [GHz]. È utilizzata in tutte le applicazioni a larga banda come Internet, le trasmissioni audio e video, videoconferenza.

5 Il sistema Wireless Broadband utilizza due tecnologie, la LMDS e la MMDS. La tecnologia LMDS (Local Multipoint Distribution Services), è un sistema di distribuzione dei servizi di tipo punto-multipunto, opera a frequenze intorno ai [GHz], con un bit-rate dai 2 agli 8 [Mbps], ha una copertura radio di 5 [Km] in assenza di ostacoli tra trasmettitore e ricevitore. La tecnologia MMDS (Multichannel Multipoint Distribution System) è un sistema di tipo punto-multipunto, che opera a frequenze intorno ai 5 [GHz], ha un bit-rate di [Mbps] e una copertura radio superiore ai 5 [km] anche in presenza di ostacoli. Fibra ottica La fibra ottica è un mezzo di trasmissione a elevata capacità di banda e quindi ad alta velocità di trasmissione dell ordine di alcuni [GHz]. Perciò è adatta alla trasmissione delle numerose applicazioni multimediali broadband. La fibra ottica è utilizzata per la telefonia, per ricevere canali televisivi via cavo e per navigare contemporaneamente in Internet. Altre fondamentali caratteristiche della fibra ottica sono: ridotto valore di attenuazione, esempio α 0,25 [db/km]); assenza di diafonia (interferenza reciproca tra le fibre); elevata immunità alle interferenze elettromagnetiche; elevata resistenza alle alte temperature; passo di rigenerazione molto lungo, dell ordine del centinaio di chilometri. La velocità di trasmissione di una fibra può essere aumentata utilizzando la tecnologia DWDM (Dense Wavelengh Division Multiplexer) che associa a ogni colore dello spettro ottico un diverso canale di trasmissione e siccome ogni lunghezza d onda consente di trasmettere 10 miliardi di bit al secondo, ogni fibra ottica può trasmettere qualche migliaio di miliardi di bit al secondo. La tecnologia DWDM di tipo Long Haul consente collegamenti senza amplificazione fino a 400 [km] e supporta i protocolli ATM, SDH e IP. La tecnologia DWDM Metropolitano permette di raggiungere distanze fino a 80 [km] senza amplificazione ed è adatta a collegamenti di tipo punto-punto e multipunto.