Il candidato svolga, a sua scelta, una delle due tracce proposte.

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1 M86 - ESAME DI STATO DI ISTITUTO TECNICO INDUSTRIALE Sessione ordinaria 004 Seconda prova scritta CORSO DI ORDINAMENTO Indirizzo: ELETTRONICA E TELECOMUNICAZIONI Tema di: TELECOMUNICAZIONI (Testo valevole per i corsi di ordinamento e per i Corsi del Progetto SIRIO ) Il candidato svolga, a sua scelta, una delle due tracce proposte. TRACCIA N. 1 Si vuole realizzare un sistema che permetta di strutturare 0 canali informativi analogici in una trama PCM a 8 bit, prevedendo anche l inserzione di un canale di sincronismo ed uno di servizio. Le caratteristiche dei segnali in banda base sono: Larghezza di banda BW = 0 18 khz Range di tensione compreso tra,18 mv e 1,0547 V Livelli assoluti di tensione coincidenti con i livelli assoluti di potenza. Il candidato, formulate le eventuali ipotesi aggiuntive: 1. determini la dinamica del segnale in banda base;. individui il numero n di bit necessari per ottenere un rapporto (S/N) db di almeno 0 db per i livelli più bassi della dinamica; 3. illustri un metodo, nel caso in cui risulti n>8, che permetta la compressione da n bit a 8 bit; 4. calcoli la velocità di trasmissione della trama; 5. disegni lo schema a blocchi del sistema, descrivendo la funzione di ciascun blocco; 6. indichi un metodo di trasmissione ed il sistema che lo realizza, nel caso in cui si desideri trasmettere la trama PCM ad una stazione posta alla distanza di 0 km, motivando le scelte effettuate e descrivendo, in dettaglio, il tipo di modulazione che si intende utilizzare. Durata massima della prova: 6 ore. E consentito soltanto l uso di manuali tecnici e calcolatrici tascabili non programmabili. Non è consentito lasciare l Istituto prima che siano trascorse 3 ore dalla dettatura del tema.

2 Soluzione traccia N. 1 (a cura del prof. Onelio Bertazioli) Per la trattazione dettagliata delle tematiche inerenti il tema d esame si rimanda al libro di testo Onelio Bertazioli Telecomunicazioni voll. A e B ( a edizione) Zanichelli 1. La dinamica (D) del segnale in banda base è data dalla differenza, espressa in db, tra livello massimo e livello minimo assunto dal segnale (vedi vol. A pag 73). Essa è quindi calcolabile come: D = (1,0547 / ) (0,0018 / ) 1,0547 Lv max Lv min = 0log 10 0log 10 = 0log10 V rif Vrif 0, ,7 db. Per i livelli bassi della dinamica si deve utilizzare un passo di quantizzazione uguale sia nel caso di quantizzazione uniforme sia nel caso di quantizzazione non uniforme (vedi vol. B Unità 14 par ). Per determinare in modo semplice i valori efficaci dei segnali in banda base, supponiamo poi di effettuare i calcoli considerando singole componenti sinusoidali. E quindi possibile fare il calcolo del numero di bit n supponendo di operare con quantizzazione uniforme e segnali sinusoidali. In questo caso si può dimostrare che la potenza del rumore (o errore) di quantizzazione, calcolata su una R=1 Ω (resistenza normalizzata), è pari a : N=q /1, dove q è l ampiezza del quanto uniforme. Sapendo che ai livelli bassi della dinamica si deve avere almeno (S/N) db =0 è quindi possibile calcolare la minima potenza di segnale, S min, ammessa (sempre su una R=1 Ω) e quindi quale deve essere la minima ampiezza del quanto q: ( Vmin / ) S ( / ) S min = ; min V 10log min = N q /1 = ; db (0,0018/ 0 = 10 log10 q /1 ) 0/10 (0,0018/ ) 10 = q ; /1 1(0,0018 / ) q = ; 1(0,0018/ ) q = = 0, L ampiezza massima ammessa (valore di picco) è legata al passo di quantizzazione dalla seguente relazione [per la semionda positiva i quanti sono numerati da 0 a ( n -1)/]: V p max = n q( 1) sostituendo è quindi possibile calcolare il numero di bit n necessari per avere ai livelli bassi di segnale l S/N specificato: 1,0547 = n 0,000534( 1) n 1,0547 = + 1 = 3951 n = 1 0, sono quindi necessari almeno n=1 bit/campione per la codifica (si assume il valore intero più vicino 1 =4096).

3 Esistono anche formule che danno direttamente il legame tra n e (S/N) db ai livelli più bassi della dinamica (D), come la seguente: (S/N) db =1,8+6n-D n=(0+53,7-1,8)/ Per passare da 1 bit/campione a 8 bit/campione è possibile utilizzare un compressore PCM con legge A (vedi Unità 14 par 14..4). 4. Il segnale in banda base ha una frequenza massima di 18 khz. Si può quindi supporre che si tratti di un segnale audio ad alta qualità (tipo CD). La frequenza di campionamento deve quindi essere maggiore di 36 khz. Per semplicità di calcolo assumiamo una f c =40 khz (si potrebbe anche prendere la frequenza di campionamento usata per la digitalizzazione dei segnali musicali, CD, che è pari a 44,1 khz). Determinata la frequenza di campionamento è così possibile calcolare il bit rate che viene originato dalla digitalizzazione (con compressione) di un segnale: R s =f c n= =30 kbit/s In totale vi sono canali multiplati per cui il bit rate totale, cioè la velocità di trasmissione, risulta pari a R stot. =30000 =7,04 Mbit/s. Il calcolo poteva anche essere fatto determinando il tempo di trama, la durata di un timeslot (TS) e la durata di un bit: t trama =1/f c =5 µs; TS= t trama /=1,136 µs; t bit =TS/8=0,14 µs; V TX =R stot =1/t bit =7,04 Mbit/s 5. Il sistema può essere visto come costituito da 0 CODEC con le caratteristiche di f c e R S sopra determinate (per lo schema e la sua descrizione si veda la fig di pag 417) le cui uscite sono prelevate da un multiplatore TDM il cui schema equivalente è riportato nella figura 15.1 a pag Oltre ai CODEC il multiplatore deve avere l ingresso per il canale di servizio e deve inserire i bit per la sincronizzazione (o allineamento). 6. Vista la distanza si potrebbe pensare di utilizzare un ponte radio digitale 1 che opera con una modulazione QAM, per esempio con una 64 QAM. In questo caso si ha una velocità di modulazione pari a V m =R s /log 64=1,173 Msimboli/s (o MBaud), per cui è necessaria una banda di almeno 1, MHz (per la QAM è necessaria una banda di valore almeno uguale alla velocità di modulazione, vedi Unità 8 pag. 195). Per la descrizione della modulazione QAM e dei ponti radio si veda l Unità 8. In alternativa si potrebbe utilizzare come mezzo trasmissivo una coppia di doppini (TX; RX) che operano in banda base con codice HDB3 (si veda l Unità 7). In questo caso, però, vista la velocità di trasmissione piuttosto elevata si dovrebbe prevedere la rigenerazione intermedia su distanze di qualche km. Si potrebbe anche pensare di utilizzare una fibra ottica, con trasmissione in banda base con codice mb-nb (Unità 7), anche se i costi sarebbero più alti. 1 Per le frequenze utilizzabili dai ponti radio digitali si consulti il sito ricercando il Nuovo Piano Nazionale di Ripartizione delle Frequenze.

4 M86 - ESAME DI STATO DI ISTITUTO TECNICO INDUSTRIALE Sessione ordinaria 004 Seconda prova scritta TRACCIA N. CORSO DI ORDINAMENTO Indirizzo: ELETTRONICA E TELECOMUNICAZIONI Tema di: TELECOMUNICAZIONI (Testo valevole per i corsi di ordinamento e per i Corsi del Progetto SIRIO ) L assessorato al turismo di una provincia di medie dimensioni vuole informatizzare la gestione delle prenotazioni degli alberghi associati. A questo scopo vengono dislocate negli 80 alberghi delle postazioni di lavoro collegate al server centrale dell Assessorato Provinciale al Turismo. Ogni postazione raccoglie localmente i dati su camere libere e camere occupate e le trasmette al server centrale, in modo che quest ultimo possa gestire le prenotazioni da parte degli utenti esterni. In aggiunta alle postazioni negli alberghi sono introdotte delle ulteriori postazioni nelle 4 stazioni ferroviarie e nell aeroporto della provincia, direttamente utilizzabili dagli utenti al loro arrivo. Il candidato, formulate le necessarie ipotesi aggiuntive: rappresenti e descriva lo schema a blocchi del sistema; scelga i mezzi trasmissivi e l architettura di rete che, a suo motivato giudizio, soddisfano meglio le specifiche del problema; descriva, in dettaglio, le modalità di trasmissione del segnale; descriva i protocolli di trasmissione dei dati; proponga una possibile soluzione di rete, nel caso in cui si desideri estendere il progetto ad un ambito più ampio. Durata massima della prova: 6 ore. E consentito soltanto l uso di manuali tecnici e calcolatrici tascabili non programmabili. Non è consentito lasciare l Istituto prima che siano trascorse 3 ore dalla dettatura del tema.

5 Soluzione traccia N. (a cura del prof. Onelio Bertazioli) Per la trattazione dettagliata delle tematiche inerenti il tema d esame si rimanda al libro di testo Schema a blocchi del sistema. Onelio Bertazioli Telecomunicazioni voll. A e B ( a edizione) Zanichelli Il sistema può essere costituito dai seguenti elementi. In ciascun albergo è presente: - una postazione di lavoro costituita da un computer (client) dedicato; il computer ha installato un database locale su cui vengono inseriti i dati relativi a camere libere e occupate, un software per la sincronizzazione tra database locale e database centrale situato sul server dell Assessorato, il software gestisce l invio o la ricezione dei dati nel momento in cui avviene una variazione nel database locale (si libera o si occupa una stanza) o nel database centrale (viene effettuata una prenotazione); - un DCE (Data Communication Equipment) che interfaccia la linea di comunicazione utilizzata. In ciascuna stazione ferroviarie e nell aeroporto è presente: - una postazione con installato un software applicativo che consente di interrogare il database centrale, per visualizzare la disponibilità di stanze nei vari alberghi, e di effettuare le prenotazioni tramite esso; - un DCE che interfaccia la linea di comunicazione utilizzata. Presso l Assessorato al Turismo sono presenti e connessi a una LAN: - un server di accesso remoto (RAS, Remote Access Server, Unità 13) che gestisce le connessioni con alberghi, stazioni e aeroporto; il server RAS accede alla linea/e di comunicazione utilizzata/e tramite dei DCE; - il server su cui risiede il database centrale contenente i dati relativi a tutti gli alberghi, il software che cura la sincronizzazione tra database locali e database centrale, il software che interfaccia i terminali posti nelle stazioni e nell aeroporto per consentire la visualizzazione dei dati relativi a camere libere e occupate nei vari alberghi, la prenotazione delle camere stesse e il conseguente aggiornamento sia del database centrale sia del database locale interessato (nel computer dell albergo). Si adotta la suite di protocolli TCP/IP per la comunicazione in rete; ogni postazione di lavoro avrà un proprio identificativo univoco e un proprio indirizzo IP (che può essere assegnato dinamicamente dal RAS se quest ultimo è interconnesso con un server DHCP), così come il RAS e il server centrale avranno un proprio indirizzo IP. Mezzi trasmissivi e architettura di rete Visto l elevato numero di postazioni client da collegare al server centrale, dislocati su distanze non trascurabili, e considerato che non vi sono né grandi quantità di dati da scambiare né frequentissimi invii di dati va escluso l utilizzo delle linee dedicate. E quindi possibile scegliere tra (si veda l Unità 13, par. 13.): - collegamento tradizionale tramite la normale rete telefonica (PSTN), che ha diffusione capillare e consente una velocità di trasmissione adeguata per l applicazione che si ha (per esempio a bit/s);

6 - collegamento tramite ISDN, ove presente; rispetto alla soluzione PSTN presenta i seguenti vantaggi: l effettuazione della chiamata avviene in tempi più rapidi, l accesso base ISDN offre due canali commutati (canali B) a 64 kbit/s, per cui si ha sempre un canale libero anche quando si trasmettono dati; - in situazioni particolari è anche possibile utilizzare anche un collegamento via rete cellulare GSM/GPRS; - collegamento tramite VPN (Virtual Private Network) ad accesso remoto commutato, figura 1, descritta nell Unità 13 par del testo; in questo caso il client accede a Internet tramite la rete telefonica PSTN, facendo una chiamata a un ISP (Internet Service Provider), e poi utilizza Internet per raggiunge il RAS, che provvede ad autenticarlo e a effettuare una comunicazione sicura su Internet tramite cifratura; il RAS concede al client l accesso al server su cui risiede il database centrale solo dopo l autenticazione; il RAS è sempre connesso a Internet per esempio con una connessione ADSL; il vantaggio di questa soluzione è che si riducono i costi telefonici in quanto il collegamento su PSTN copre solamente la tratta che va dalla postazione di lavoro (terminale) al PoP (Point of Presence) dell Internet Service Provider che fornisce l accesso a Internet. Inoltre nel caso in cui l albergo sia già dotato di accesso a Internet via ADSL è possibile sfruttare tale connessione anche per la VPN, riducendo i costi. Figura 1 VPN ad accesso remoto. Ad esclusione del collegamento radio via GSM/GPRS, negli altri casi si impiegano i normali doppini telefonici come mezzo trasmissivo per raggiungere le postazioni e il server centrale. La soluzione più semplice è quella che impiega la rete telefonica PSTN o, dove disponibile, la rete ISDN per interconnettere tramite linee commutate le postazioni al server centrale. Se si opta per l ISDN, descritta in dettaglio nell Unità 10 del vol. A, è anche possibile richiedere un accesso primario lato server centrale, in modo tale da poter gestire fino a 30 chiamate contemporanee in arrivo, contro le chiamate di un accesso base. Per una descrizione dettagliata dei sistemi di accesso remoto si rimanda all Unità 13 del volume B, mentre per una descrizione più dettagliata delle reti PSTN e ISDN si rimanda alle Unità 9 e 10 del vol. A.

7 Modalità di trasmissione del segnale Nel caso in cui si sceglie di operare con la rete telefonica PSTN le postazioni di lavoro saranno dotate di modem fonici analogici, per esempio a standard V.34+ (33600 bit/s). I modem fonici di tale tipo operano con modulazione TCM (Trellis Coded Modulation), che può essere considerata come una modulazione di tipo QAM (Quadrature Amplitude Modulation) a cui si aggiunge una correzione d errore sui simboli di tipo FEC (Forward Error Correction). Per una descrizione dettagliata dei modem fonici si rimanda all Unità 13 parr e , mentre per una descrizione dettagliata delle modulazioni QAM e TCM si rimanda all Unità 8 parr. 8.7, 8.8 e 8.9; infine per una descrizione dettagliata della FEC si rimanda all Unità 6 par Invece nel caso in cui si operi con la rete ISDN è necessario dotare le stazioni di un Terminal Adapter ISDN (noto anche come modem ISDN ) che si interconnette all NT (Network Termination) su cui termina il doppino tramite il bus S. In questo caso per la trasmissione in linea si adotta il codice B/1Q descritto nell Unità 7 par Per una descrizione dettagliata dell accesso base ISDN si rimanda all Unità 10 par vol. A Protocolli di trasmissione dei dati Come protocolli per la trasmissione dati si sceglie di operare con la suite TCP/IP, che ormai è lo standard di fatto per le comunicazioni in rete. Poiché si opera su linea commutata (PSTN o ISDN) il protocollo dello strato (o protocollo di linea) da utilizzare in questo contesto è il PPP (Point To Point Protocol). Per una descrizione dettagliata dei protocolli della suite TCP/IP si rimanda alle Unità 9 e 10 del testo (vol. B), mentre per una descrizione dettagliata del protocollo PPP si rimanda all Unità 1 par Nel caso di VPN ad accesso remoto è possibile utilizzare il protocollo PPTP (Point to Point Tunneling Protocol) per realizzare una comunicazione protetta da autenticazione e crittografia; per una descrizione del PPTP si veda l Unità 13 parr e Soluzione di rete, nel caso in cui si desideri estendere il progetto ad un ambito più ampio. Come estensione del progetto si potrebbe pensare di realizzare un sito Internet, posto su un server WEB connesso alla LAN dell Assessorato, tramite cui chiunque lo desideri possa interrogare il database centrale accedendovi via Internet ed eventualmente effettuare delle prenotazioni direttamente dalla propria sede (per esempio da casa). In questo caso il server centrale potrebbe far parte di una LAN con accesso a Internet tramite router, opportunamente protetta da firewall. Le postazioni di lavoro potrebbero accedere al server centrale tramite una VPN (Virtual Private Network) ad accesso remoto, con accesso a Internet commutato, risparmiando così sui costi telefonici, oppure via ADSL. Per una trattazione dettagliata delle LAN si rimanda all Unità 11, per la trattazione delle VPN si rimanda all Unità 13 par , per la trattazione della sicurezza delle reti (firewall, ecc.) si rimanda all Unità 13 par