Livello fisico. Mezzi di Trasmissione. Fattori di Progetto. Mezzi trasmissivi. Prof. Vincenzo Auletta

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1 I semestre 03/04 Livello fisico Mezzi di Trasmissione Prof. Vincenzo Auletta Il livello fisico deve garantire il trasferimento di un flusso di bit grezzi I bit sono trasformati in segnali elettromagnetici e trasferiti attraverso un mezzo di trasmissione il mezzo oppone una resistenza a farsi attraversare dal segnale dipende dal segnale e dal mezzo Università degli studi di Salerno Laurea in Informatica 2 Mezzi trasmissivi Guidati Non guidati caratteristiche e qualità determinate da mezzo e segnale per mezzi guidati il mezzo è preponderante per mezzi non guidati il segnale è preponderante elementi chiave tasso di trasmissione e distanza da coprire Fattori di Progetto Larghezza di banda banda più larga consente tassi di trasmissione più alti Alterazioni del segnale attenuazione, distorsione, rumore Interferenze Numero di ricevitori importante per mezzi guidati e canali multi-point ogni ricevitore introduce attenuazione 3 4

2 Spettro elettromagnetico Mezzi di Trasmissione Guidati Linea bifilare Doppino Cavo coassiale Fibra ottica 5 6 Linea Bifilare Due fili isolati posti l uno sull altro nello spazio Su un filo c è segnale (tensione o corrente) Sull altro c è un segnale di riferimento è possibile anche usare n fili n-1 fili portano segnali e l ultimo un segnale di riferimento Caratteristiche di Trasmissione trasmissione basata sul rapporto tra tensione sul filo e tensione di riferimento se si altera il rapporto si verifica un errore di trasmissione è molto sensibile a pertubazioni esterne interferenze tra linee vicine rumore esterno attenuazione Utilizzabile solo per trasmettere su brevi distanze con basso tasso di trasmissione Distanza <= 50 mt. e velocità <= bps usato per collegare un dispositivo con le periferiche 7 8

3 9 Doppino Linea bifilare con fili intrecciati più resistente al rumore più coppie inserite in un unico cavo intreccio riduce diafonia tra linee vicine 10 Utilizzi del Doppino Mezzo di comunicazione più diffuso ed economico Rete telefonica collegamento da casa a centrale (subscriber loop) Cablaggio di edifici collegamento di ogni dispositivo a centralino (PBX) Reti locali 10Mbps su brevi distanze (100m) da 100Mbps a 1Gbps su distanze più brevi e con pochi dispositivi collegati 11 Caratteristiche di Trasmissione Usato sia per trasmissione analogica che digitale Forte attenuazione cresce rapidamente con la frequenza necessario ricostruire il segnale Trasmissione analogica Amplificatori ogni 5km o 6km Trasmissione digitale repeater ogni 2km o 3km usa sia segnali analogici che digitali 12 Pro e Contro del Doppino Pro economico e semplice da installare e utilizzare in molte situazioni nessuna spesa di cablaggio Contro copre brevi distanze con basso tasso di trasmissione larghezza di banda limitata 1 MHz per segnali analogici alcuni Mbps per segnali digitali sensibile a interferenze e rumore all'aumentare della frequenza il segnale si sposta sulla superficie del filo, aumenta la resistenza del mezzo ed il segnale perde potenza per irraggiamento (effetto pelle)

4 Diafonia Noto anche come Near End Crosstalk Accoppiamento dei segnali tra due linee vicine in collegamenti simplex e half duplex con due linee distinte per trasmettere e ricevere il segnale trasmesso su una linea viene raccolto dalla linea in ricezione adiacente comune in rete telefonica UTP e STP Unshielded Twisted Pair (UTP) Normale filo del telefono economico e semplice da installare soggetto a interferenze Shielded Twisted Pair (STP) rivestimento metallico riduce interferenze costoso e difficile da lavorarci poco diffuso Categorie di Cavi UTP Categoria 3 (voice grade) quattro coppie di fili intrecciati lunghezza dell'intrecciatura da 7.5 cm a 10 cm banda fino a 16MHz presenti in edifici per la rete telefonica Categoria 5 (data grade) lunghezza dell'intrecciatura da 0.6 cm a 0.85 cm miglior rivestimento protettivo tassi fino a 100MHz normalmente installati in nuovi edifici 16 Cavo coassiale Nucleo formato da fili di rame ricoperto da un dielettrico (isolante) Intorno c è un conduttore magliato Poi un altro strato isolante Questi strati sono coassiali concentrici

5 Utilizzi del Cavo Coassiale molto versatile segnale TV Collegmento antenna/televisore TV via cavo rete telefonica a lunga distanza può trasportare fino a canali vocali in via di sostituzione con fibre ottiche collegamenti di periferiche a breve distanza reti locali Caratteristiche di Trasmissione maggiore protezione da diafonia e effetto pelle trasmissione con segnali analogici e digitali analogico (75 Ω) amplificatori ogni 4-5 km più vicini per alti tassi di trasmissione larghezza di banda fino a 500MHz digitale (50 Ω) repeater ogni km più vicini per alti tassi Trasmissione su Cavo Coassiale banda utilizzabile superiore ai 350 MHz utilizzabile in due modi Banda base larghezza di banda riservata ad un solo canale ad alta velocità (10 Mbps) e condivisione a tempo segnali digitali utilizzato in reti locali Larga banda larghezza di banda suddivisa per ottenere vari canali (condivisione a frequenze) segnali analogici utilizzato in trasmissioni televisive 20 Pro e Contro del Cavo Coassiale Pro Buona protezione da diafonia e interferenze minore attenuazione grande versatilità (sia collegamenti punto-punto che multipunto) usato per trasmissioni analogiche e digitali Velocità di 10 Mbps a distanze di 100 m Contro Difficile installazione Soggetto a rumore termico

6 Fibra Ottica Informazione sotto forma di fascio di luce Una fibra di vetro per ogni segnale da trasmettere Fibre inserite in un rivestimento protettivo che protegge da sorgenti luminose esterne Utilizzi della Fibra Ottica telecomunicazioni a lunga distanza da a canali vocali per 1500 km cablaggio aree metropolitane fino a canali vocali senza repeater collegamenti con aree isolate collegamento telefonico casa-centrale a larga banda (subscriber loop) reti locali Struttura del Cavo Caratteristiche di Trasmissione L'interfaccia tra core e cladding funziona da riflettore la luce che incide sull'interfaccia con un angolo piccolo viene riflessa nel core 23 Core = fibra che trasporta il segnale Cladding = fibra con proprietà ottiche differenti dal core Jacket = rivestimento protettivo di plastica 24

7 Struttura di Trasmettitore e Ricevitore Il trasmettitore usa un LED o un diodo laser ( LD) converte i segnali elettrici in segnali luminosi Il ricevitore usa un fotodiodo o un fototransistor emette un segnale elettrico quando colpito da un fascio di luce Wavelength Division Multiplexing più segnali possono viaggiare contemporaneamente sulla stessa fibra ogni segnale viaggia ad una differente frequenza (lunghezza d'onda) sistema costruito ai Bell Lab. nel ' lunghezze d'onda a 10 Gbps tasso di trasmissione 1 Tbps tecnologia del futuro per telecomunicazioni Segnali su Fibra Ottica Segnale a tre livelli potenza ottica nulla potenza dimezzata potenza totale E possibile trasmettere centinaia di Gbps in laboratorio sono stati costruiti prototipi con larghezza di banda dell ordine dei THz Tecniche di Trasmissione Tre diversi tipi di trasmissione su fibra ottica in funzione del materiale e della larghezza della fibra Fibre multimodo ad indice discreto Fibre multimodo ad indice graduato Fibre monomodo 27 28

8 Fibra Multimodo a Indice Discreto L indice di rifrazione è costante su tutta la fibra I raggi luminosi hanno la stessa velocità ma seguono cammini diversi Giungono a destinazione in tempi diversi bisogna inserire pause tra tramissioni successive usate per collegamenti brevi Fibra Multimodo a Indice Graduato L indice di rifrazione assume valori massimi al centro e poi diminuisce verso le zone periferiche. meno differenze tra i tempi di attraversamento della fibra dei vari segnali aumenta il tasso di trasmissione Fibra Monomodo Il diametro del nucleo uguale alle dimensioni della lunghezza d onda Tutta la luce emessa si propaga lungo un singolo cammino senza dispersione più costose ma coprono distanze maggiori 32 Vantaggi della Fibra Ottica elevata larghezza di banda tassi di centinaia di Gbps ridotte dimensioni e piccolo peso più cavi nella stessa canalina attenuazione bassissima maggiore distanza tra i repeater (100 km) immune al rumore elettromagnetico nessuna diafonia difficile intercettazione economica e resistente alle alte temperature

9 33 Svantaggi della Fibra Ottica Costi elevati per ricablaggio sostituzione di tutti i doppini della rete telefonica necessità di personale specializzato Costi elevati per interfacce tra dispositivi e mezzo trasmissivo Giunzioni tra fibre introducono attenuazione 34 Reti in Fibra Ottica Basate su collegamenti punto-punto interfacce attive o passive ripetitore attivo segnale sulla fibra in entrata convertito in elettromagnetico trasmesso al dispositivo riconvertito e trasmesso sulla fibra in uscita interfaccia passiva due prese fuse insieme nella fibra una presa usata per trasmettere e l'altra per ricevere Trasmissione senza Fili Mezzo non guidato trasmissione e ricezione attraverso un'antenna direzionale o omnidirezionale, in funzione del mezzo Direzionale fascio concentrato è necessario allineare trasmettitore e ricevitore Omnidirezionale segnale diffuso in ogni direzione (TV) può essere ricevuto da molte antenne non si può impedire ad un antenna di ricevere il segnale Frequenze Microonde 2GHz to 40GHz altamente direzionali usate per collegamenti punto-punto e satellitari Onde radio 30MHz to 1GHz Omnidirezionali tramissioni radio Infrarossi non attraversano ostacoli comunicazioni in luogo circoscritto Laser a vista non penetra neve, vegetazione e nebbia 35 36

10 Microonde Comunicazioni via Satellite 37 fascio concentrato di microonde perfetto allineamento tra trasmettitore e ricevitore e niente ostacoli a basse frequenze soggette a interferenze ad alte frequenze attenuate dalla pioggia e da altri agenti atmosferici Parabola per ricevere maggiore è la frequenza e minore è la dimensione della parabola telecomunicazioni a lunga distanza ripetitori per compensare curvatura della Terra non serve licenza per trasmettere 38 Il satellite opera da relay riceve su una frequenza (uplink), ripristina il segnale e lo ristrasmette su un'altra frequenza (downlink) opera su un certo numero di bande di frequenza (trasponder) richiede orbite geostazionarie allineamento tra stazioni a terra e satellite frequenze da 4 a 6 GHz (sature) frequenze diverse per uplink e downlink nuove frequenze tra 12 e 14 GHz Utilizzi del Satellite Onde Radio trasmissioni televisive sia broadcast che personalizzate collegamenti telefonici a lunga distanza reti private l'affitto di un canale costa molto Omnidirezionali 39 la tecnologia VSAT consente di condividere il satellite 40 nessun problema di allineamento semplice antenna non ci devono essere ostacoli tra trasmettitore e ricevitore in genere montati in alto soggette a riflessione (terra, acqua, oggetti) si creano più percorsi tra trasmettitore e ricevitore Usate per radio FM, televisione UHF e VHF, reti di computer

11 Infrarossi Modulazione della luce infrarossa non intercettabili utilizzabili in locali chiusi non attraversano i muri non c'è interferenza tra due reti in due stanze differenti Usate per telecomandi collegamenti periferiche senza fili 41

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