TECNICHE DI TRASMISSIONE 2

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1 TECNICHE DI TRASMISSIONE 2 I mezzi trasmissivi 2 Il doppino 3 Il cavo coassiale 4 La fibra ottica 5 Wireless LAN 7 Comunicazione seriale e parallela 7 Trasmissione sincrona e asincrona 9 Trasmissione asincrona 11 Trasmissione sincrona 13 Modalità di scambio dei dati 13 Simplex 13 Half duplex 14 Full-Duplex 14 Modulazione in banda base 14 Codice NRZ 15 Codice RZ 16 Codice bifase 16 Manchester 17 1

2 LA MODULAZIONE IN BANDA TRASLATA 17 Modulazione impulsiva 19 Modulazioni su portante sinusoidale. 20 Modulazione d ampiezza (ASK Amplitude Shift Keying) 21 Modulazione di frequenza Frequency Shift Keying 22 Modulazione 2-PSK o bipolar PSK o B-PSK 22 Tecniche di trasmissione I mezzi trasmissivi I vari sistemi per l elaborazione delle informazioni sono collegati fra di loro mediante sistemi di connessione che possono appartenere alle tecnologie più disparate. La scelta del mezzo trasmissivo dipende dalle prestazioni che si vogliono ottenere, da poche centinaia di bps, a miliardi di bps. E' quindi utile essere a conoscenza delle caratteristiche fisiche ed elettriche di ogni mezzo trasmissivi. I mezzi trasmissivi si dividono in tre categorie: Elettrici Ottici Wire-less Fanno parte della prima i doppini telefonici e il cavo coassiale, mentre la seconda 2

3 comprende la fibra ottica. La terza categoria comprende ponti radio, satelliti e, genericamente, tutte le trasmissioni via etere. Il doppino Il doppino (Twisted Pair) consiste in una coppia di fili di rame, isolati singolarmente, ritorti tra di loro, in modo da formare una treccia. Il passo di questa è detto binatura e serve a ridurre i disturbi elettromagnetici Ne esistono di tre tipi standard: UTP (Unshielded Twisted Pair): doppino non schermato. FTP (Foilded Twisted Pair): doppino con un unico schermo. STP (Shielded Twisted Pair): doppino con una schermatura per ogni singola coppia, oltre alla schermatura globale. I cavi sono classificati in cinque categorie, ognuna delle quali comprende le caratteristiche delle categorie inferiori: 1. Telecommunication: cavi per la telefonia analogica; 2. Low Speed Data: Cavi per trasmissione dati a bassa velocità; 3. High Speed Data: é la prima categoria di cavi atti a supportare una velocità di 10 Mb/sec, per soddisfare lo standard 10baseT; 3

4 4. Low Loss/High Performance Data: cavi per trasmissione dati fino a 16 Mb/sec; 5. Low Loss/Extended Frequency/High Performance Data: cavi per trasmissione dati fino a 100 Mb/sec. Il doppino Twisted Pair, testato fino a 100 Mhz, garantisce velocità dell'ordine dei 100 Mbps. L UTP è oggi il più popolare tipo di cablatura usato nelle reti locali. Il cavo coassiale Il cavo coassiale prima dell'avvento dei doppini di nuova generazione era molto usato. Oggi si preferisce usare i doppini per medie prestazioni e le fibre ottiche per alte prestazioni. Il coassiale consiste in un'anima di acciaio sulla quale viaggia il segnale, circondata da una calza di rame (massa). Uno strato di plastica garantisce l isolamento tra il centro del conduttore e lo schermo di metallo intrecciato. Lo schermo di metallo aiuta a bloccare qualsiasi interferenza esterna. Le reti che usano come mezzo trasmissivo il cavo coassiale possono estendersi solo per distanze limitate a meno che non vengano utilizzati dei ripetitori di segnale che rigenerano il segnale periodicamente (repeater). Gli svantaggi di installare e mantenere un sistema in cavo coassiale includono il fatto che il cavo è difficile e costoso da fabbricare, è difficile da utilizzare in spazi confinati, in quanto non 4

5 può essere piegato troppo intorno ad angoli stretti, ed è soggetto a frequenti rotture meccaniche ai connettori. Esistono alcuni tipi di cavo coassiale: RG213 (Thick Ethernet) 50 Ohm: ottimi parametri elettrici, ma costoso e difficile da posare, Viene usato nello standard ETHERNET 10base5. RG58 (Thin Ethernet) 50 Ohm: viene usato con ottimi risultati nello standard ETHERNET 10base2. RG59 75 Ohm: usato per applicazioni video e a larga banda (IEEE 802.7). E' riconosciuto nelle specifiche IEEE (ETHERNET), (TOKEN BUS), (TOKEN RING). RG62 93 Ohm: usato nelle reti proprietarie IBM La fibra ottica Oltre ai doppini e ai coassiali, esistono anche cavi in fibra ottica. La fibra ottica presenta notevoli vantaggi: la totale immunità dai disturbi elettromagnetici. Non è infatti costituita da materiale conduttore; larga banda di utilizzo. Si usa per trasmissioni dati ad alta velocità fino a 2 Gb/sec; bassa attenuazione e disturbi fra cavi che viaggiano in parallelo (o diafonia) assenti; 5

6 dimensioni ridotte e costi contenuti. Un cavo in fibra ottica è costituito dal core, dal cladding, da un rivestimento primario e dalla guaina protettiva; il core è il nucleo, il cladding è il mantello. Il cavo in fibra ottica consiste infatti di una parte centrale in vetro circondata da parecchi strati di materiali protettivi. Questo cavo trasmette luce anziché segnali elettrici, eliminando così il problema dell interferenza elettrica; questo lo rende il mezzo trasmissivo ideale in ambienti che hanno un elevata interferenza elettrica. Il cavo in fibra ottica ha la capacità di trasmettere segnali su distanze maggiori rispetto al cavo coassiale e al twisted pair, ed inoltre consente di trasferire l informazione a velocità più elevate. 6

7 Wireless LAN Non tutte le reti sono connesse attraverso una cablatura; alcune reti sono infatti wireless. Le LAN di tipo wireless per far comunicare i computer usano segnali radio ad alta frequenza o raggi di luce infrarossa. Ogni computer deve avere un dispositivo che permette di spedire e ricevere i dati. Le reti wireless sono adatte per consentire a computer portatili o a computer remoti di connettersi alla LAN. Sono inoltre utili negli edifici più vecchi dove può essere difficoltoso o impossibile installare i cavi. Le reti wireless hanno però alcuni svantaggi: sono molto costose, garantiscono poca sicurezza, sono suscettibili all interferenza elettrica della luce e delle onde radio e sono più lente delle LAN che utilizzano la cablatura. Comunicazione seriale e parallela Standard di comunicazione parallela: questo tipo di comunicazione avviene in maniera diretta attraverso il collegamento di un cavo a 36 pin. I dati che il computer invia sulla linea sono 8 bit, mentre gli altri sono tutti bit di controllo. In sostanza nel collegamento parallelo, si trasmettono contemporaneamente più bit su un certo numero di linee parallele. La trasmissione parallela viene usata sia all interno di un computer, sia per collegare il computer a periferiche esterne come la stampante. Quando due sistemi a microprocessori devono comunicare fra loro ad una distanza superiore ad un paio di metri, la comunicazione parallela non è affidabile poiché vi sono accoppiamenti capacitivi tra i singoli fili conduttori che tendono a 7

8 cortocircuitare le varie linee fra loro. I problemi manifestati da una comunicazione parallela aumentano all aumentare della distanza di collegamento e della frequenza dei segnali trasmessi. Per tali ragioni, per collegamenti a lunga distanza, viene adottata la comunicazione seriale nella quale i dati vengono trasmessi bit a bit su una sola linea. Anche in questo caso, se la distanza da coprire è superiore ai 30/40 metri, la qualità della trasmissione scade per cui occorre fare riferimento alle tecniche di modulazione. 8

9 Trasmissione sincrona e asincrona La trasmissione seriale può avvenire con modalità sincrona e asincrona. Per comprendere questa classificazione occorre prima comprendere il concetto di sincronizzazione fra trasmettitore e ricevitore. Immaginate di dovervi sottoporre al classico test a risposta multipla. Come al solito non avete studiato e aspettate le riposte dal vostro compagno di classe che si trova purtroppo a grande distanza da voi. Vi mettete d accordo in modo che egli vi passi le soluzioni sollevando periodicamente una lavagnetta in cui avrà scritto la soluzione giusta (A,B,C,D). noterete che il primo problema è quello di mettersi d accordo sulla durata dell intervallo di tempo durante il quale egli terrà sollevata la lavagnetta per ogni soluzione. Supponiamo che egli decida di tenere la lavagnetta alzata per un minuto per ogni risposta e voi invece alzate al testa per vedere la soluzione ogni 40 secondi andate incontro al disastro. Facciamo un esempio, il vostro compagno vi vuole trasmettere le prime cinque risposte, per cui, nel tempo avremo che alzerà la lavagnetta per indicarvi che le risposte sono A-B-C-A. Ma, come si vede dal diagramma, poiché voi leggete le risposte ogni 40 secondi, penserete che le risposte siano A-A- B-C-C. Infatti interpretate la prima risposta (il primo valore scritto sulla lavagnetta) come se fosse una nuova risposta (mentre il trasmettitore sta ancora mantenendo il vecchio dato) e così via. Il risultato è che prendete tre al compito. Dall esempio si capisce che una trasmissione corretta di informazioni ( che non devono essere solo bit su una linea seriale : potete immaginare infiniti esempi nell universo conosciuto) necessita che trasmettitore e ricevitore siano d accordo 9

10 sulla durata della trasmissione della singola informazione. minuto 1 minuto 2 minuto 3 minuto 4 A B C A leggi risposta leggi risposta leggi risposta leggi risposta leggi risposta ma anche quando fossero d accordo bisognerebbe assicurarsi che i due orologi del trasmettitore e del ricevitore siano sincronizzati. Pensate se avete un cronometro a pezzetto che vi perde 10 secondi per ogni minuto che passa. Vi rendete conto che perdete rapidamente il sincronismo con il vostro compagno e ritornate al punto di partenza. Infine un altro problema è sapere con sicurezza quando egli inizierà la trasmissione. Supponete di avere un orologio che sia in sincronia perfetta con quella del vostro compagno ma che incominciate a rilevare le informazioni che vi manda dopo due minuti 10

11 minuto 1 minuto 2 minuto 3 minuto 4 minuto 5 A B C A D leggi risposta leggi risposta leggi risposta A causa di questo ritardo interpreterete le prime tre risposte come C-A-D invece di A-B-C e così via, prendendo un altro tre. La stessa cosa succede fra un trasmettitore e un ricevitore che si scambiano stringhe di bit. Perché la trasmissione avvenga correttamente essi devono essere sincronizzati. Trasmissione asincrona Nella trasmissione asincrona i due sistemi che stanno dialogando fra loro usano due clock diversi per cui non si può garantire che i due clock siano in fase o siano alla stessa frequenza. Allora le informazioni vengono suddivise in piccoli gruppi di bit (5-6-7) che sono precedute da un impulso detto di start (che è un bit pari a 0, infatti a riposo la linea sarà sempre a livello logico 1) e da un impulso detto di stop (la cui 11

12 durata può essere pari a quella di un bit di informazione, oppure 1,5 o 2 volte tale valore). Lo scopo di questi bit è di sincronizzare l orologio del ricevitore e consentirgli una lettura corretta dei bit di dati. Tornando al nostro esempio è come se il vostro collega per impedirvi di leggere le riposte in ritardo alzi per un certo tempo la lavagnetta vuota. Voi sincronizzate il vostro cronometro e iniziate a leggere. Poiché i dati trasmessi per volta sono pochi anche se avete un orologio poco preciso è difficile che in poco tempo accumuli un ritardo tale rispetto a quello del trasmettitore da farvi perdere la sincronia. E chiaro che l aggiunta di questi bit di controllo diminuisce l efficienza della trasmissione poiché vi è un elevato rapporto fra bit di controllo e bit che contengono informazioni. Inoltre, all aumentare della velocità di trasmissione (al disopra di 2400 bit al secondo) diventa comunque difficile sincronizzare i due clock perché la durata del bit di start diventa troppo piccola (è come se il vostro amico sollevasse la lavagnetta così velocemente da non darvi il tempo di sincronizzare il vostro cronometro). 12

13 Trasmissione sincrona Nella trasmissione sincrona trasmettitore e ricevitore utilizzano per la trasmissione e la ricezione lo stesso clock. Tale clock viaggia su una linea apposita oppure è estratto mediante apposti circuiti del modem dai dati ricevuti. Nella trasmissione sincrona il messaggio viene strutturato in frame costituiti da blocchi di dati delimitati da due campi di sincronismo (SYN). Si ha un incremento delle prestazioni perché diminuisce il rapporto fra caratteri di controllo e dati da trasmettere. Modalità di scambio dei dati Le modalità con cui sono scambiati i dati fra due elaboratori sono di tre tipi Simplex I dati viaggiano in un solo senso. Dei due computer che dialogano uno solo funge da trasmettitore e l altro da ricevitore. I ruoli durante la trasmissione non si possono scambiare 13

14 Half duplex Come nel caso precedente vi è una sola via di comunicazione fra i due computer, per cui un computer deve trasmettere e l altro ricevere. Però, in questo caso, i due computer possono scambiarsi i ruoli ei istanti diversi chi era il ricevitore diventa il trasmettitore e viceversa. E un po il principio delle ricetrasmittenti. Full-Duplex In questo caso, attraverso un raddoppio dei fili di collegamento fra i due computer o suddividendo la banda di frequenze del canale messo a disposizione, i due computer possono contemporaneamente trasmettere e ricevere dati Modulazione in banda base Per trasmissioni in collegamenti a breve distanza (poche centinaia di metri) le 14

15 trasmissioni avvengono utilizzando un segnale di tipo onda quadra. Tale tipo di trasmissione viene detto modulazione in banda base. Si chiamano codici di linea i codici utilizzati per associare la forma dell onda quadra al valore del bit da trasmettere. Codice NRZ È il tipo di codice più semplice che si può immaginare. Un livello logico zero corrisponde alla trasmissione del bit zero, un livello logico 1 corrisponde alla trasmissione del bit 1. Clock Dati NRZ codice NRZ Questo tipo di codice, seppur molto semplice, presenta una serie di problemi. Se viene trasmessa una lunga sequenza di bit uguali, il segnale codificato avrà, per un notevole intervallo di tempo, sempre lo stesso valore logico. Ciò può far perdere la sincronizzazione fra trasmettitore e ricevitore. 15

16 Codice RZ Clock Dati RZ codice RZ Si differenzia dal precedente perché il bit 1 è rappresentato non da un valore logico alto per tutta la durata del clock, ma presenta una transizione a zero a metà del periodo di clock. Questo codice diminuisce il valor medio del segnale e quindi la potenza associata ad esso, ma ha gli stessi difetti di sincronizzazione per lunghe sequenze di bit a zero. Codice bifase Clock Dati Bifase codice Bifase In questa codifica il bit zero viene rappresentato da una transizione dal valore logico 16

17 zero al valore logico uno, mentre il bit uno viene rappresentato da una transizione dal valore logico uno al valore logico zero. In questo modo lunghe sequenze di bit uguali non corrispondono a lunghi intervalli di tempo in cui l onda rimane ad un livello costante. Manchester Clock Dati Manchester codice Manchester Il codice Manchester è caratterizzato dal fatto che vi è sempre una transizione di livello quando si passa da un bit all altro. La differenza consiste nel fatto che uno zero è rappresentato con lo stesso livello per tutta la durata del bit, mentre un 1 è rappresentato con una transizione a metà dell intervallo di clock. LA MODULAZIONE IN BANDA TRASLATA Anche nel campo delle trasmissioni numeriche si ricorre alla modulazione: in luogo di trasmettere il segnale che contiene l informazione, sulla linea è inviato un segnale portante le cui caratteristiche sono modificate dal segnale che trasporta l informazione, detto segnale modulante. 17

18 Si parla di modulazione in banda traslata perché l effetto che si ottiene è quello di traslare il segnale modulante (che è il segnale da trasmettere) a frequenze più alte (quella della portante). I principali vantaggi della modulazione sono: - Adattamento del segnale alla banda passante del mezzo trasmissivo:. Ad esempio il segnale televisivo occupa le frequenze comprese fra 0 e 6 Mhz, appare logico che debba essere traslato per essere trasmesso via satellite alle frequenze dei Ghz - Permette di distribuire più segnali contemporaneamente nello stesso canale trasmissivo. Se i segnali occupano tutti la stessa banda di frequenza, inviandoli sullo stesso canale interferiranno fra di loro, se li moduliamo, però, essi non si sovrappongono più e possono viaggiare contemporaneamente nello stesso canale trasmissivo (vedi figura) 18

19 Modulazione impulsiva Questo tipo di modulazione è utilizzato nella telefonia digitale. In questo caso la portante è un segnale rettangolare di cui si può variare: 19

20 - L ampiezza (Pulse Amplitude Modulation PAM) - La posizione nel tempo (Pulse Position Modulation PPM) - La durata dell impulso (Pulse Duration Modulation PDM) Modulazioni su portante sinusoidale. Sono le modulazioni utilizzate dai modem e si ottengono variando i parametri di un segnale portante sinusoidale (ampiezza, fase, frequenza). 20

21 Modulazione d ampiezza (ASK Amplitude Shift Keying) In questo tipo di modulazione è fatta variare l ampiezza della portante fra due valori diversi di cui uno corrisponde al bit 0 e l altro corrisponde al bit 1. Se in corrispondenza del bit 0 l ampiezza della portante assume il valore nullo come in figura Si parla di modulazione On OFF Keying OOK. Questo tipo di trasmissione è poco usata perché molto sensibile ai disturbi dovuti al rumore e alle distorsioni introdotte dal canale trasmissivo. 21

22 Modulazione di frequenza Frequency Shift Keying In questo tipo di modulazione la frequenza della portante varia secondo il bit che si vuole trasmettere. Al bit 0 corrisponde una frequenza f a, al bit 1 corrisponde una frequenza f z. Modulazione 2-PSK o bipolar PSK o B-PSK È una modulazione a due fasi in cui la portante mantiene ampiezza e frequenza costante. Quello che cambia è la fase che assume due valori diversi a seconda del valore del bit da trasmettere. 22