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1 REI DI CALCOLAORI E APPLICAZIONI ELEMAICHE Prof. PIER LUCA MONESSORO Facoltà di Ingegneria Università degli Studi di Udine 999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) Nota di Copyright Questo insieme di trasparenze (detto nel seguito slide) è protetto dalle leggi sul copyright e dalle disposizioni dei trattati internazionali. Il titolo ed i copyright relativi alle slides (ivi inclusi, ma non limitatamente, ogni immagine, fotografia, animazione, video, audio, musica e testo) sono di proprietà dell autore prof. Pier Luca Montessoro, Università degli Studi di Udine. Le slide possono essere riprodotte ed utilizzate liberamente dagli istituti di ricerca, scolastici ed universitari afferenti al Ministero della Pubblica Istruzione e al Ministero dell Università e Ricerca Scientifica e ecnologica, per scopi istituzionali, non a fine di lucro. In tal caso non è richiesta alcuna autorizzazione. Ogni altro utilizzo o riproduzione (ivi incluse, ma non limitatamente, le riproduzioni su supporti magnetici, su reti di calcolatori e stampe) in toto o in parte è vietata, se non esplicitamente autorizzata per iscritto, a priori, da parte degli autori. L informazione contenuta in queste slide è ritenuta essere accurata alla data della pubblicazione. Essa è fornita per scopi meramente didattici e non per essere utilizzata in progetti di impianti, prodotti, reti, ecc. In ogni caso essa è soggetta a cambiamenti senza preavviso. L autore non assume alcuna responsabilità per il contenuto di queste slide (ivi incluse, ma non limitatamente, la correttezza, completezza, applicabilità, aggiornamento dell informazione). In ogni caso non può essere dichiarata conformità all informazione contenuta in queste slide. In ogni caso questa nota di copyright e il suo richiamo in calce ad ogni slide non devono mai essere rimossi e devono essere riportati anche in utilizzi parziali. 999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 2 Lezione 7: indice degli argomenti Lezione Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 3 rasmissione dell informazione Analisi di Fourier Il teorema di Nyquist Il rumore e il rapporto segnale/rumore: teorema di Shannon Mezzi trasmissivi e spettro elettromagnetico Attenuazione, diafonia, ACR elocità di propagazione 999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 4 rasmettere un informazione Produrre un fenomeno fisico i cui effetti possano essere misurati a distanza rasmissione dell informazione 999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) Pier Luca Montessoro (si veda la nota di copyright alla slide n. 2)

2 Elementi del problema Distribuzione di energia in funzione della frequenza (dipende dalla codifica) Rumore (dipende dal mezzo stesso e dall ambiente esterno) Opposizione del mezzo trasmissivo alla propagazione delle perturbazioni (dipende dalla frequenza e dalle caratteristiche del mezzo) SEGNALE RICEUO 999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 7 g( t) = Analisi di Fourier c + 2 n= n= a sin(2πnft) + b cos(2πnft) g(t) funzione periodica di periodo 999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) n n Analisi di Fourier 2 an = g( t)sin(2πnft) dt 0 2 bn = g( t)cos(2πnft) dt 0 2 c = g( t) dt Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 9 rasformata di Fourier tempo frequenza 999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 0 Segnali binari e frequenze armoniche Segnali binari e frequenze armoniche 999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) Pier Luca Montessoro (si veda la nota di copyright alla slide n. 2) 2

3 Segnali binari e frequenze armoniche Segnali binari e frequenze armoniche 999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 4 eorema di Nyquist Rapporto segnale/rumore Stabilisce la massima velocità trasmissiva di un canale digitale bit rate = 2H log 2 H = banda del canale = numero di livelli discreti 999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 6 eorema di Shannon Stabilisce la massima velocità trasmissiva di un canale digitale in presenza di rumore bit rate = H log 2 (+S/N) Mezzi trasmissivi e spettro elettromagnetico H = banda del canale S/N = rapporto segnale/rumore 999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota di copyright alla slide n. 2) 3

4 Mezzi da spostare fisicamente Dischi e nastri magnetici, CD-ROM, DD, chip di memoria, ecc. Elevata banda Basso costo Elevati ritardi Mezzi trasmissivi veri e propri Mezzi elettrici cavi coassiali doppini Mezzi ottici fibre ottiche 999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) Collegamenti wireless Due tecnologie: radio raggi infrarossi I collegamenti radio possono far uso di ripetitori, eventualmente satellitari 999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 2 Lo spettro elettromagnetico radio microonde infrarosso luce visibile raggi X U raggi γ doppino satellite coax fibre microonde ottiche terrestri radio AM radio FM banda LF MF HF HF UHF SHF EHF HF 999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 22 Attenuazione Attenuazione, diafonia, ACR e velocità di propagazione Riguarda sia i cavi in rame che le fibre ottiche Cresce linearmente con la lunghezza (raddoppia al raddoppiare della lunghezza) Aumenta all aumentare della frequenza del segnale 999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) Pier Luca Montessoro (si veda la nota di copyright alla slide n. 2) 4

5 Attenuazione Attenuazione metri α db = log 0 ( / 2 ) 999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) potenza ricevuta / potenza trasmessa 999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 26 Diafonia (cross-talk) Riguarda soltanto i cavi in rame Comporta il passaggio di parte dell energia del segnale sui conduttori vicini, dove diventa un disturbo Il fenomeno aumenta con l aumentare della frequenza Può essere misurata in molti modi Il valore numerico della misura decresce con l aumentare della diafonia 999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 27 Diafonia (cross-talk) Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 2 NEX: Near End Cross-alk Diafonia misurata dal lato della sorgente NEX: Near End Cross-alk R R 3 R R NEX db = log 0 ( / 3 ) 999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) Pier Luca Montessoro (si veda la nota di copyright alla slide n. 2) 5

6 NEX: Near End Cross-alk L attenuazione rende la misura di NEX significativa soltanto per i primi -30 m di cavo È necessaria la misura ad entrambe le estremità: dual NEX 3 NEX: Near End Cross-alk 999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 32 NEX: Near End Cross-alk FEX: Far End Cross-alk metri Diafonia misurata dal lato del ricevitore R R potenza del disturbo / potenza trasmessa 999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 33 R R 999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 34 FEX: Far End Cross-alk ELFEX: Equal Level FEX FEX db = log 0 ( / 4 ) ELFEX db = FEX -2 - α 2(dB) 999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) Pier Luca Montessoro (si veda la nota di copyright alla slide n. 2) 6

7 ELFEX: Equal Level FEX Equal Level perché tutti i segnali che contribuiscono alla diafonia percorrono una lunghezza totale pari a quella dell intero cavo e vengono attenuati della stessa quantità Poiché al FEX si sottrae l attenuazione della coppia disturbata (sotto misura), si tratta di una misura di ACR (v. oltre) Power Sum Si tratta di misure di diafonia che determinano l effetto combinato della trasmissione contemporanea su più coppie Questo tipo di trasmissione permette di suddividere la banda trasmissiva di un collegamento ad alta velocità (ad esempio Gigabit Ethernet) su più coppie, lavorando su ciascuna a velocità inferiore 999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 3 PSELFEX: Power Sum ELFEX PSNEX: Power Sum NEX 999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 40 Return loss Se il segnale, propagandosi lungo il cavo, incontra delle discontinuità (connettori, deformazioni, ecc.), viene in parte riflesso a causa del disadattamento di impedenza Il return loss misura la perdita di potenza per riflessioni Return loss Le riflessioni comportano minor livello di segnale ricevuto disturbi a causa della sovrapposizione delle riflessioni con la porzione di segnale successiva 999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) Pier Luca Montessoro (si veda la nota di copyright alla slide n. 2) 7

8 Return loss energia riflessa ACR Attenuation to Cross-talk Ratio Assumendo la diafonia come unica (o principale) fonte di disturbo, fornisce il rapporto S/N Z Z 2 Z 3 ACR db = NEX db - α db variazioni di impedenza 999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 44 4 ACR 2 = n 4 3 α 3 0 n = 0 NEX 3 = 999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 45 4 = 0 3 n = 0 3 = S N α NEX S N log = α = NEX db ACR NEX 999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 46 4 n 3 0 = 0 α = NEX α ACR metri attenuazione ACR diafonia potenza ricevuta / trasmessa 999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 47 elocità e tempi di propagazione Riguardano sia i cavi in rame che le fibre ottiche La velocità di propagazione dei segnali sui mezzi trasmissivi è elevata, ma non infinita, quindi il tempo di propagazione è piccolo ma non nullo Per garantire il funzionamento dei protocolli è necessario garantire che i ritardi non eccedano determinati valori massimi 999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) Pier Luca Montessoro (si veda la nota di copyright alla slide n. 2)

9 elocità e tempi di propagazione Delay skew P 2/3 c (c è la velocità di propagazione della luce nel vuoto 3 0 m/s) 999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 50 Quanto è lungo un bit? A 0 Mb/s: 5 bit v b p = = 0Mb/s m / s l = 0 7 s s = 0 7 m / s = m 999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 5 s A 00 Mb/s: Quanto è lungo un bit? v b p = = 00Mb/s m / s l = 0 2 bit s 2 0 s = 0 m / s = Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 52 m s Quanto è lungo un bit? A Gb/s: 3 Mbyte v b p = = Gb/s m / s l = 0 9 s s = 0 9 m / s = cm 999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) 53 s Lezione 7: riepilogo rasmissione dell informazione Analisi di Fourier Il teorema di Nyquist Il rumore e il rapporto segnale/rumore: teorema di Shannon Mezzi trasmissivi Attenuazione, diafonia, ACR elocità di propagazione 999 Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) Pier Luca Montessoro (si veda la nota di copyright alla slide n. 2) 9

10 Reti di Computer Capitolo 2 Bibliografia Libro Reti locali: dal cablaggio all internetworking contenuto nel CD-ROM omonimo Capitolo 3 Come contattare il prof. Montessoro montessoro@uniud.it elefono: Fax: URL: Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) Pier Luca Montessoro (si veda la nota a pagina 2) Pier Luca Montessoro (si veda la nota di copyright alla slide n. 2) 0