Relazione di elettronica

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1 ANTINORO ANGELO 5IA 16/04/2007 Relazione di elettronica I MODEM INDICE Premessa Le telecomunicazione Il significato di modem Tipi di modem Modem in banda base I modem fonici La modulazione La modulazione di ampiezza La modulazione di frequenza La modulazione di fase

2 PREMESSA L esigenza di estendere la capacita informatiche sia sotto l aspetto delle risorse sia sotto l aspetto della distribuzione su larga scala ha portato alla realizzazione di sistemi di trasmissione dati tra diversi ambienti e con diverse modalità I canali più facilmente utilizzabili sono quelli già esistenti per le normali convenzioni telefoniche e che vengono indicati con il nome di rete commutata. La denominazione deriva dal fatto che tali canali possono essere connessi mediante commutazioni a più utenti che dispongano delle apparecchiature telefoniche alla rete commutata può accedere un elevato numero di utenti e quindi è pienamente giustificato lo sforzo sostenuto per rendere tale rete idonea alla trasmissione dati a distanza La rete commutata sfrutta la possibilità offerte da tutti i mezzi trasmissivi quali doppini,cavi,spazio,fibre ottiche mantenendo pero immutata la caratteristica fondamentale del canale in essa disponibile la banda di frequenze transitanti deve essere compresa tra 300 hz e 3400 hz La realizzazione di canali appositi per la trasmissione dati porta invece alla costruzione di quella che viene detta rete dedicata in grado anch essa di sfruttare uno o più mezzi trasmissivi. Se la rete dedicata viene adottati in ambienti privati e per estensione fino a pochi km prende il nome di rete locale LAN quando l estensione diventa più ambia si parla di reti geografiche oppure di wide area network Nel caso in cui la rete dedicata risulti sovrapposta alla normale rete commutata sfruttando in modo diverso la possibilità offerte dal normale canale telefonico prende il nome di RFD rete fonia dati oppure ISDN ovvero integrated service digital network TELECOMUNICAZIONE Con il termine telecomunicazione sono indicati tutti i tipi di comunicazione a distanza in tempo reale in modo tale che la ricezione di ciò che viene trasmesso sia praticamente contemporanea alla trasmissione stessa La comunicazione a distanza in tempo reale e resa possibile dall esigenza di fenomeni in cui la variazione nel tempo di una grandezza fisica si propagano nello spazio ripetendosi in punti lontani dall origine in forma più o meno simile anche se con intensità minore Esistono vari tipi di propagazione delle informazioni,le più usate nell informatica sono,via etere cioè l aria,via cavi come il doppino telefonico,in entrambi i casi ci deve essere necessariamente un modem che modula il segnale cioè rende compatibile l informazione da trasmette compatibile con il mezzo trasmissivo,questo per quanto riguarda la trasmissione,invece per la ricezione è necessario un demodulatore cioe un dispositivo che converti il segnale modulato compatibile con il dispositivo che leggerà il dato,come il computer SIGNIFICATO DI MODEM Questo dispositivo permette la MOdulazione e la DEModulazione dei segnali contenenti le informazioni, dal nome di queste due funzioni principali il dispositivo prende appunto il nome di MODEM. In altre parole, sequenze di bit vengono ricodificate come segnali acustici, i quali vengono percepiti come suoni acuti

3 I modem possono essere divisi in due grandi blocchi,i primi sono i modem in banda traslata come i modem fonici,e il secondo sono i modem in banda base TIPI DI MODEM La prima distinzione che si deve fare fra i diversi tipi di modem è il tipo di supporto trasmissivo, il "filo" telefonico e quello che c'è lungo il suo percorso o, più propriamente, la banda passante di questo "filo". Per maggiore precisione, questo "filo" è un doppino telefonico (o coppia telefonica) con particolari caratteristiche costruttive ed elettriche: impedenza tipica, immunità ai disturbi, resistenza tipica ecc. Se questo doppino telefonico non attraversa dei centralini telefonici o dei gruppi di pupinizzazione, la sua banda passante teorica dipende solo dalla sua impedenza tipica e, limitatamente a qualche decina di chilometri (fra i 5 e i 25 Km dipendente dalle caratteristiche dell'apparecchiatura), potremo usare dei modem di tipo banda base. Se la coppia attraversa centralini telefonici sistemi di amplificazione, la banda passante sarà quella tipica per le comunicazioni telefoniche, che in Italia è compresa fra i 300 ed i 3300 Hz. In questo caso dovremo usare dei modem di tipo banda fonica. Le distanze teoriche raggiungibili non hanno limiti fisici. Se la coppia deve essere usata sia per fonia che per la trasmissione dati dovremo usare la banda inferiore (fino ai 3300 Hz più una zona di rispetto) per l'uso fonico e il resto della banda passante di quel doppino per la trasmissione dei dati. In questo caso si adopererà dei modem di tipo data over voice o modem vocali. Questi modem necessitano di particolari filtri passa banda alla sorgente, all'arrivo e per attraversare le centraline. Le distanze raggiungibili sono molto limitate e possono arrivare a qualche chilometro. I MODEM IN BANDA BASE non c è traslazione di frequenza cioè non c è modulazione ma solo un processo di adattamento del segnale alla linea di trasmissione non ci sono vincoli di banda disponibile e le velocità di trasmissione possono essere elevate bit/s Il processo di elaborazione dei dati da trasmettere equivale ad una modulazione di fase differenziale con portante impulsiva di frequenza corrispondente alla velocità di trasmissione che si vuole ottenere più che di una modulazione di una codifica. La codifica consente di avere come sequenza di 1 non un valore continuo che non riuscirebbe a passare il traslatore ed i circuiti di disaccoppiamento della continua ma un onda quadra. Il demodulatore riceverà un segnale locale di clock dal segnale ricevuto tramite un circuito PLL Nei modem in banda base viene operata solitamente la codifica bifase differenziale con frequenze di clock tra 300 e hz Sono utilizzati i codici di canale da cui sia facilmente estraibile la frequenza di clock e che eliminano l eventuale componente continua presente nello spettro dell informazione originaria.

4 In questo si riconosce appunto l operazione di conversione e codifica che costituisce la caratteristica dei modem in banda base l estrazione della frequenza di clock e necessaria a causa della trasmissione asincrona dell informazione poiché non viene trasmesso direttamente il segnale di clock ma tale segnale è presente in forma implicita nel segnale codificato In canali utilizzati adi modem in banda base sono soggetti a distorsione lineare e in particolar modo alla distorsione di ampiezza,si dovra quindi rendere necessario l uso di un circuito equalizzatore in grado di eliminare i disturbi I modem in banda base sono solitamente utilizzati per collegamenti in ambito urbano perché la distanza da essi raggiunta,quando si usano gli equalizzatori varia tra 10 e 30 km a seconda della frequenza di clock. Se si desidera estendere la distanza raggiungibile e necessario provvedere all amplificazione del segnale sulla linea. Ecco qui sotto lo schema di un modem in banda base In sintesi in un modem in banda base si possono individuare i seguenti blocchi funzionali Circuiti di interfaccia i quali effettuano conversioni dei livelli elettrici e del trasporto dei segnali di dato,controllo e temporizzazioni necessari al colloquio tra ricevente e trasmittente Convertitore modalità asincrona sincrona i modem operano normalmente in modalità sincrona qualora operano con terminali asincroni questo convertitore permette la ricostruzione della modalità sincrona Circuiti di loop usati per il collaudo del sistema Circuiti di ritardo introduco ritardi sul segnale

5 Filtri passa-banda servono all eliminazione delle frequenze spurie eventualmente presenti Circuiti di equilizzazione vengono introdotti per compensare o modificare la risposta in frequenza al fine di raggiungere condizioni di funzionamento vicine a quelle di minima distorsione Circuiti amplificatori sono normalmente a guadagno variabile per adattare il livello del segnale aql valore ottimale Trasformatori permettono la separazione tra modem e linea Circuiti di temporizzazione il quale provvede a sincronizzare i due terminali Dispositivi per la programmazione i quali possono essere hardware con jumper o switch oppure tramite software I MODEM FONICI i modem fonici sono tipi di modem adatti ad essere connessi su una linea telefonica commutata, ovvero connessa ad un centralino telefonico (PABX) e devono rispettare tutte le normative relative alle comunicazioni telefoniche. Per questo motivo la banda di frequenze adoperata ed il livello del segnale dovrà rispettare dei valori standard. Per la banda di frequenza essa è compresa fra i 300 e i 3300 Hz. Questa banda permette un passaggio di un massimo di 1200 Baud. I primi Modem, infatti, potevano instaurare delle connessioni half duplex a questa velocità massima e, attraverso i segnali di controllo dell interfaccia fisica EIA RS232 poteva essere instaurata una connessione di tipo semiduplex a 1200 bit/sec o Full Duplex a 600 bit/sec. In altri casi, ove c era la necessità, venivano usate connessioni a 600/300 e sottocanale di servizio a 75 bit/sec. La tecnica di trasmissione si è evoluta permettendo da prima ad avere connessioni Full Duplex a 2400 e, successivamente a 4800, 9600 ed ora fino agi attuali 56 kbit/sec con lo standard V.90 È da notare però che comunque i baud trasmessi sono sempre 1200 ma le informazioni che ogni singolo baud oggi è in grado di trasferire passa da un bit alle origini fino a raggiungere i teorici 46,6 bit per baud. In pratica questo non è vero perché intervengono altri fattori come la compressione dei dati, la soppressione dei bit di Start e di stop e l uso di protocolli particolari fra i Modem o, per meglio dire, fra i microprocessori dei Modem. La maggior parte dei Modem in Banda Fonica attuali sono tutti Asincroni,full duplex, a chiamata automatica (cioè possono chiamare un altro modem e stabile una connessione sotto il controllo di un programma) e a risposta automatica (cioè possono rivelare quando il telefono collegato suona e possono rispondere per stabilire una connessione). Ecco lo schema di un modem fonico

6 LA MODULAZIONE La modulazione è un sistema di radiotrasmissione nel quale l'onda del segnale da trasmettere (onda modulante) viene associata a un'onda portante (onda modulata) che ha caratteristiche proprie più adatte alla trasmissione. Esistono tre diversi tipi di modulazione:di frequenze(fm, Frequency Modulation),di ampiezza (AM, Amplitude Modulation)e di fase (PM, Phase Modulation). Essi consistono nel trattamento dell'onda portante in modo che, istante per istante, la sua frequenza, la sua ampiezza o la sua fase, rispettivamente, varino in misura proporzionale alle relative variazioni del segnale da trasportare. La modulazione permette di adattare segnali diversi a uno stesso canale e di rendere la trasmissione più efficiente, con effetti di interferenza e attenuazione ridotti. Prima della ricezione, il segnale viene sottoposto all'operazione inversa a quella di modulazione, detta demodulazione.

7 MODULAZIONE DI AMPIEZZA Il sistema AM fu il primo sistema di modulazione impiegato nel campo delle telecomunicazioni, in particolare per la trasmissione di segnali audio. La modulazione di ampiezza produce onde la cui ampiezza è massima nei punti in cui la modulante presenta i picchi positivi, minima in corrispondenza dei picchi negativi. Il sistema di trasmissione in AM è particolarmente soggetto a effetti di distorsione, interferenza e rumore, che non possono essere eliminati in fase di demodulazione.

8 MODULAZIONE DI FREQUENZA Il principale vantaggio di questo sistema rispetto a quello a modulazione di ampiezza consiste nell'essere meno soggetto a scariche e interferenze. Un ricevitore FM non è sensibile a disturbi generati dai temporali, se è sintonizzato su un segnale d'intensità sufficiente. Le stazioni radio FM, inoltre, possono trasmettere in bande ad altissima frequenza (VHF). La portata di trasmissione su tali bande è piuttosto limitata per cui stazioni che operano sulla stessa frequenza possono trovarsi a poche centinaia di chilometri l'una dall'altra senza interferire reciprocamente. Queste caratteristiche, sommate al costo relativamente basso dell'apparecchiatura necessaria per attrezzare una stazione radiotrasmittente FM, determinarono nel dopoguerra la rapida espansione della modulazione di frequenza. Poiché necessita di un'ampiezza di banda maggiore della modulazione di ampiezza, ma è meno sensibile alle interferenze, la modulazione di frequenza viene usata per trasmettere musica in stereofonia ad alta fedeltà, per il segnale audio delle trasmissioni televisive e per la trasmissione via satellite.

9 MODULAZIONE DI FASE Il sistema a modulazione di fase (PM) presenta caratteristiche molto simili a quelle della modulazione di frequenza; per questo, entrambe vengono spesso riunite sotto la denominazione comune di modulazioni angolari. La PM e la FM si distinguono fondamentalmente per le bande di frequenza del segnale modulato e per la maggiore stabilità della frequenza portante nella modulazione di fase rispetto a quella della modulazione di frequenza. Il sistema PM consiste nella variazione della fase dell'onda portante in base alla forma del segnale modulante da trasmettere.