Tecnologie. della comunicazione MEZZI,TECNICHE E SISTEMI DI TRASMISSIONE. Argyris Kostopoulos PETRINI. Tecnologie della comunicazione PETRINI

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1 ecnologie della comunicazione Scienze e ecnologie PERINI Argyris Kosopoulos ecnologie della comunicazione MEZZI,ECNICHE E SISEMI DI RASMISSIONE PERINI Scienze e ecnologie

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3 Argyris Kosopoulos ecnologie della comunicazione MEZZI,ECNICHE E SISEMI DI RASMISSIONE PERINI Scienze e ecnologie

4 inerne: Redazione: Giovanni Malafarina, Paola Margheria Sala Progeo grafico: InPage Realizzazione: A.G.E Disegni: Leprechaun Coperina: dmb/remoboscarin Foo di coperina: ICP Si ringrazia la Socieà Eleronica enea per la genile concessione dell uilizzo di una pare del sofware dedicao alle simulazioni di laboraorio, fornio su CD-ROM. L auore rivolge un ringraziameno anicipao a doceni e sudeni che vorranno conribuire a migliorare il eso con suggerimeni e criiche. Proprieà leeraria riservaa 2006 De Agosini Scuola SpA Novara 1ª edizione: gennaio 2006 Prined in Ialy L Ediore dichiara la propria disponibilià a regolarizzare evenuali omissioni o errori di aribuzione. Nel rispeo del DL 74/92 sulla rasparenza nella pubblicià, le immagini escludono ogni e qualsiasi possibile inenzione o effeo promozionale verso i leori. ui i dirii riservai. Nessuna pare del maeriale proeo da queso copyrigh porà essere riprodoa in alcuna forma senza l auorizzazione scria dell Ediore. Foocopie per uso personale del leore possono essere effeuae nei limii del 15% di ciascun volume/fascicolo di periodico diero pagameno alla SIAE del compenso previso dall ar. 68, comma 4, della legge 22 aprile 1941 n.633. Le riproduzioni ad uso differene da quello personale poranno avvenire, per un numero di pagine non superiore al 15% del presene volume/fascicolo, solo a seguio di specifica auorizzazione rilasciaa da AIDRO ia delle Erbe, Milano . aidro@iol.i; Evenuali segnalazioni di errori o refusi e richiese di chiarimeni sulle scele operae dagli auori e dalla Casa Edirice possono essere inviae all indirizzo di posa eleronica della redazione. Sampa: G. Canale & C. SpA Borgaro orinese (O) Edizione: I I II Anno:

5 Indice Presenazione XIII SEZIONE 1 Segnali 1 Unià 1 Rappresenazione dei segnali Classificazione dei segnali Segnali analogici Segnali discrei Cenni sui segnali dell informazione Segnali in banda base e in banda raslaa 1.2 Deerminazione dei segnali periodici Rappresenazione emporale Rappresenazione sperale Unià 2 L informazione Naura dell informazione Misura dell informazione Enropia 18 Srumeni per il ripasso Sezione 1 19 Esercizi svoli 20 Esercizi proposi 23 es 24 SEZIONE 2 Elemeni di elefonia 27 Unià 3 elefonia Sruura della ree elefonica Piano regolaore elefonico nazionale auale Gesori elefonici in Ialia Nuovo piano di numerazione nazionale 3.2 L apparecchio elefonico Collegameni elefonici ripolari Collegameni elefonici mulipli Collegameni elefonici a plug 3.3 Commuazione elefonica raffico elefonico 43 Unià 4 Quadripoli Rappresenazione di un quadripolo Impedenza di ingresso e di uscia Adaameno di un quadripolo. Impedenza caraerisica Quadripolo di adaameno di impedenza Aenuazione di un quadripolo Relazione ra aenuazione e guadagno 4.2 Filri passivi L-C Parameri dei filri Dimensionameno di un filro Unià 5 elemeria Aenuazione di inserzione e composia Equivalene di rasmissione Livelli di rasmissione Maschere equivalene-frequenza 65 Srumeni per il ripasso Sezione 2 67 Esercizi svoli 71 Esercizi proposi 75 es 76 SEZIONE 3 Mezzi di rasmissione 79 Unià 6 Canali fisici in rame Classificazione dei mezzi rasmissivi Caraerisiche dei canali di comunicazione Rapporo segnale/rumore del canale 6.3 Linee di rasmissione Cosani primarie Propagazione dei segnali lungo una linea Cosani secondarie Caraerisiche di linea 6.4 ipi di linea in cavo Doppino elefonico (coppia) Coppie simmeriche Cavi coassiali Cavi soomarini Unià 7 Condizioni di adaameno di linea Casi di propagazione Rapporo di onda sazionaria Impedenza in un puno generico della linea 7.2 Perdie per riflessione Adaameno di impedenza di una linea Cara di Smih Unià 8 Fibre oiche Caraerisiche delle fibre oiche Principi di oica geomerica Sruura delle fibre oiche e realizzazione ecnologica Propagazione della luce nelle fibre oiche Aperura numerica Dispersione modale Dispersione cromaica Banda passane della fibra oica 8.5 Aenuazione Perdie per diffusione ( scaering) Perdie per assorbimeno Perdie per curvaure ( micro-bending) Perdie dovue all inerconnessione ra fibre ecnologie della comunicazione - Perini 2006 De Agosini Scuola SpA - Novara

6 I Indice 8.6 ipi di fibre oiche Fibre monomodali sep index Fibre mulimodali sep index Fibre mulimodali graded index 8.7 Cavi in fibra oica (cavi oici) Modo aderene ( igh jacke) Modo lasco ( loose jacke) 8.8 Sisemi di comunicazione su fibra oica 136 Srumeni per il ripasso Sezione Esercizi svoli 142 Esercizi proposi 150 es 151 SEZIONE 4 Rumore e disorsione 153 Unià di approfondimeno 9 Rumore nei sisemi di comunicazione Unià 10 Disorsione nei sisemi elefonici Il fenomeno della disorsione Disorsione di ampiezza Disorsione di fase 10.2 Il fenomeno della diafonia Paradiafonia elediafonia Scaro di diafonia Srumeni per il ripasso Unià es 160 SEZIONE 5 Poni radio 161 Unià 11 Proprieà delle onde eleromagneiche Parameri e grandezze che regolano la propagazione delle onde eleromagneiche Polarizzazione delle onde eleromagneiche Modi di propagazione delle onde eleromagneiche 167 Unià 12 Funzionameno e parameri delle anenne Principio di funzionameno Caraerisiche eleriche delle anenne Dimensioni fisiche Impedenza Gamma di frequenze Poenza di irradiazione. Rendimeno Guadagno Area efficace Banda passane Rapporo segnale/rumore Alimenazione 12.3 Caraerisiche direzionali delle anenne Isoropia Direivià Angolo di radiazione Rapporo avani/indiero Unià 13 ipi di anenne Anenne radioriceveni per onde lunghe (LF) e onde medie (MF) Anenne inerne Anenne eserne 13.2 Anenne per onde core (HF) Dipoli orizzonali a λ/ Dipoli vericali a λ/ Dipoli caricai Dipoli direivi 13.3 Anenne per sisemi FM e (I e II banda HF) Dipolo ripiegao Anenne con elemeni parassii 13.4 Anenne elevisive Anenne Yagi HF e UHF Anenne log-periodiche 13.5 Anenne per poni radio erresri e per saellii arificiali Anenne per poni radio erresri Anenne per poni radio saelliari Anenne per elevisione. SA Unià di approfondimeno 14 Anenne per sisemi FM e Unià di approfondimeno 15 Poni radio spaziali: i saellii Srumeni per il ripasso Sezione Esercizi svoli 209 Esercizi proposi 212 es 213 SEZIONE 6 raameno dei segnali nel dominio del empo e della frequenza 215 Unià 16 Analisi dei segnali Serie di Fourier rasformaa e inegrale di Fourier di funzioni periodiche 16.2 Rappresenazione emporale e sperale dei segnali aperiodici o di forma arbiraria Parameri caraerisici dei segnali 223 Srumeni per il ripasso Sezione Esercizi svoli 229 Esercizi proposi 240 es 241 SEZIONE 7 Sisemi di comunicazione e ecniche di rasmissione 243 Unià 17 Sisemi di comunicazione Modello di un sisema di comunicazione Processo del segnale Sisemi in banda raslaa Sisemi in banda base ecnologie della comunicazione - Perini 2006 De Agosini Scuola SpA - Novara

7 Indice Unià 18 ecniche di rasmissione Muliplazione a divisione di frequenza Muliplazione a divisione di empo Digializzazione di un segnale analogico 253 Unià di approfondimeno 19 Sisemi di rasmissione muliplai a divisione di frequenza (FDM) Srumeni per il ripasso Sezione Esercizi svoli 257 Esercizi proposi 258 es 259 SEZIONE 8 ecniche e sisemi di rasmissione analogica in banda raslaa 261 Unià 20 ecnica AM Finalià della modulazione Classificazione delle varie ecniche di modulazione Classificazione delle frequenze Concei di modulazione e demodulazione AM Modulazione di ampiezza con modulane armonica (sinusoidale) Indice di modulazione Spero del segnale AM Poenza del segnale modulao e rendimeno Modulazione con modulane non armonica 20.6 Modulaori AM Demodulazione di ampiezza Demodulaori AM Rivelaori a diodo Rivelaori aivi 20.9 Sisemi di rasmissione AM 280 Unià 21 ecnica DSB-SSB Modulazione DSB con modulane armonica Spero del segnale DSB Poenza del segnale modulao e rendimeno 21.2 Modulazione con modulane non armonica Modulaori DSB Modulaore bilanciao ad anello Modulaore bilanciao a pone 21.4 Modulazione SSB Modulaori SSB Meodo del filro Meodo della fase 21.6 Demodulazione DSB/SSB Demodulaori DSB/SSB Ricosruzione della porane in ricezione PLL 21.8 Confrono ra AM DSB SSB 295 Unià 22 ecnica FM Modulazione di frequenza con modulane armonica Deviazione di frequenza Indice di modulazione Spero del segnale FM Banda passane Poenza del segnale modulao 22.2 Modulazione di frequenza con modulane non armonica Modulaori FM Modulaori a diodo varicap (meodo direo) Modulaori a reaanza eleronica (meodo direo) 22.4 Demodulazione FM Demodulaori FM Discriminaore di Foser-Seeley Discriminaore a rapporo ( raio deecor) Discriminaore PLL 22.6 Sisemi di rasmissione FM Confrono ra modulazione AM e FM 315 Unià di approfondimeno 23 ecnica PM Unià 24 Sisemi di ricezione AM/FM Sisemi supereerodina AM/FM Sisemi di ricezione AM Sisemi di ricezione FM 24.2 Descrizione dei disposiivi di conversione f/f Mixer Oscillaore locale (LO) Amplificaore a frequenza inermedia 24.3 Disurbi nei sisemi supereerodina Conrollo auomaico del guadagno (CAG) Conrollo auomaico di frequenza (CAF) 326 Srumeni per il ripasso Sezione Esercizi svoli 331 Esercizi proposi 336 es 338 SEZIONE 9 Sisemi di rasmissione muliplai a divisione di empo 343 Unià 25 ecnica DM e campionameno Principio della ecnica DM Campionameno. eorema di Shannon Spero di un segnale campionao in modo isananeo Spero di un segnale campionao in modo naurale 25.3 Ricosruzione del segnale campionao. Problemi di disorsione Effei della larghezza dell impulso sul campionameno ecnologie della comunicazione - Perini 2006 De Agosini Scuola SpA - Novara

8 I Indice Unià 26 ecnica PAM Modulazione PAM Modulaori PAM Muliplo PAM elefonico 26.2 Demodulazione PAM Rapporo S/N nel sisema PAM 363 Unià 27 ecnica PCM Quanizzazione Quanizzazione lineare Quanizzazione non lineare 27.2 Sisemi PCM Caraerisiche del segnale PCM rasmeiore PCM Riceviore PCM Rigenerazione 27.3 Confrono ra i sisemi DM e FDM Gerarchia dei segnali PCM-DM 376 Unià 28 Codifica di canale ipi di codici Codice NRZ Codice RZ Codice Mancheser o bifase Codice AMI Codice HDB-3 Srumeni per il ripasso Sezione Esercizi svoli 384 Esercizi proposi 391 es 392 SEZIONE 10 ecniche e sisemi digiali in banda base 395 Unià 29 ecnica ASK Modulazione ASK (OOK) Demodulazione ASK (OOK) Sisema di rice-rasmissione ASK 399 Unià 30 ecnica FSK Modulazione FSK Demodulazione FSK Demodulaore incoerene Demodulaore digiale Unià 31 ecnica MPSK Modulazione/demodulazione PSK Modulazione 2PSK (bifase) Modulazione differenziale 4PSK Modulazione differenziale 8PSK Demodulazione 2PSK Demodulazione coerene (CPSK) Demodulazione differenziale (DPSK) 31.6 Demodulazione 4PSK Demodulazione 8PSK 414 Unià 32 Modulazioni e demodulazioni mise Modulazione QPSK Modulazione CM Demodulazioni mise Demodulazione QPSK Demodulazione CM Unià 33 Modulazione e demodulazione digiale DPSK Codifica DPSK digiale Decodifica DPSK digiale 427 Srumeni per il ripasso Sezione Esercizi svoli 430 Esercizi proposi 431 es 432 SEZIONE 11 rasmissione dai: modem e inerfacciameno 435 Unià 34 Sisemi di rasmissione dai Sruura di un sisema eleprocessing Caraerisiche di un sisema D ipi di rasmissione ipi di esercizio ipi di ree ipi di collegameno Unià 35 Modem e circuii di inerfaccia Classificazione dei modem Proprieà dei modem Circuii di inerfaccia.24/.28 (EIA RS232-C) Raccomandazione CCI Raccomandazione CCI.24 Unià 36 Modem fonici Archieura di un modem fonico Circuii di inerfaccia Circuii di modulazione Circuii di demodulazione Circuii di linea Circuii di emporizzazione Circuii di equalizzazione e di codifica Circuii di conrollo Circuii di connessione e sconnessione dalla linea Circuii di servizio e di comando Circuii opzionali 36.2 Modem fonici a modulazione di frequenza (FSK) Modem a 300 bi/s (CCI.21) Modem a 600/1200 bi/s (CCI.23) 36.3 Modem fonici a modulazione di fase (PSK) Modem a 600/1200 bi/s (CCI.22) Modem a 1200/2400 bi/s (CCI.22 bis) Modem a 2400 bi/s su ree dedicaa (CCI.26) Modem a 2400/1200 bi/s su ree commuaa (CCI.26 bis) Modem a 2400 bi/s su ree commuaa/dedicaa (CCI.26 er) Modem a 4800 bi/s su ree dedicaa (CCI.27) Modem a 4800/2400 bi/s su ree dedicaa (CCI.27 bis) Modem a 4800/2400 bi/s su ree commuaa (CCI.27 er) ecnologie della comunicazione - Perini 2006 De Agosini Scuola SpA - Novara

9 Indice II 36.4 Modem fonici a modulazione misa Modem a 9600 bi/s su ree dedicaa (CCI.29) Modem a 9600/4800 bi/s su ree commuaa o dedicaa (CCI.32) Modem a bi/s su ree commuaa o dedicaa (CCI.32 bis) Modem a / bi/s su ree dedicaa (CCI.33) Modem / bi/s su ree commuaa o dedicaa (CCI.34 e.34 bis) 36.5 Modem a / bi/s (CCI.90 e.92) Scenario auale dei modem 477 Unià 37 Modem in banda base Circuii di inerfaccia.24/ Archieura di un modem in banda base Circuii di inerfaccia Circuii di priorià Circuii di modulazione Circuii di demodulazione Circuii di linea Circuii di emporizzazione Circuii di servizio e di comando 37.3 Circuii e ipi di loop Modem a larga banda 484 Unià 38 Qualià di rasmissione Calcolo degli errori di rasmissione Disorsione nella rasmissione dai Disorsione di dissimmeria o bias Disorsione isocrona o elegrafica Unià di approfondimeno 39 Proocolli di comunicazione Srumeni per il ripasso Sezione Esercizi proposi 491 es 492 SEZIONE 12 Rei ISDN e ADSL 495 Unià 40 Ree ISDN Generalià sulla ree ISDN Caraerisiche della linea ISDN Accesso alla ree ISDN Accesso base ISDN Accesso primario ISDN 40.4 Inerfaccia uene Configurazioni per l accesso base Sruura della ree ISDN I servizi ISDN 502 Unià 41 ecnologia xdsl Generalià sulla ree xdsl Sruura della ree xdsl Ree ADSL Sruura della ree ADSL Sruura dell uene ecnica di rasmissione Scenario auale della ecnologia ADSL Srumeni per il ripasso Sezione es 516 SEZIONE 13 Elemeni di rei cablae e wireless 519 Unià 42 Rei locali Classificazione delle rei Requisii delle LAN Sruura delle LAN Caraerisiche delle LAN ipi di mezzi rasmissivi Sisemi di cablaggio 42.5 Realizzazione di una LAN con cablaggio sruurao Collegameni Configurazione 42.6 opologie di ree ecniche di rasmissione ecniche di rasmissione in banda base ecniche di rasmissione a banda larga 42.8 ecniche di conrollo di accesso 535 Unià di approfondimeno 43 Rei locali cablae: meodi di accesso Unià 44 Rei locali senza fili. Modello ISO-OSI ecnologia IEEE ecnologia blueooh Sruura delle WLAN Caraerisiche delle WLAN opologia delle WLAN WLAN RF WLAN IR 44.6 ecniche di rasmissione nelle WLAN ecniche di conrollo di accesso Modello ISO-OSI Modello ISO-OSI nelle LAN 44.9 Inerconnessione ra LAN 549 Unià di approfondimeno 45 Rei locali senza fili (WLAN): ecniche DSSS e FHSS Srumeni per il ripasso Sezione es 555 SEZIONE 14 Ree Inerne 557 Unià 46 Ree e servizi Inerne Soria di Inerne in Ialia 559 ecnologie della comunicazione - Perini 2006 De Agosini Scuola SpA - Novara

10 III Indice 46.2 Sruura della Ree Sruura del nodo ISP ( Inerne Service Provider) Sruura dell uene 46.3 ipi di connessione Il proocollo CP/IP Analogia ra servizio posale e proocollo CP/IP 46.5 Indirizzi Inerne Ricerca delle informazioni Oimizzazione delle ricerche ramie moore di ricerca 46.7 Servizi Inerne WWW (World Wide Web) FP (File ransfer Proocol) (elecronic-mail) Gopher Archie elne WAIS (Wide Area Informaion Sysem) Newsgroup Whois Finger IRC ( Inerne Relay Cha) Ping 46.8 Linguaggio HML Auosrade eleroniche 579 Srumeni per il ripasso Sezione es 583 Unià 48 Sisema radiomobile GSM di erza generazione Sruura del sisema GSM ecniche di accesso Sisema GSM Sisema GSM Sisemi GSM dual e riband 48.3 Sruura della rama DMA (GSM) ipi di canali Fasi di collegameno 48.4 L apparecchio elefonico GSM 600 Unià 49 Sisemi radiomobili di quara generazione (GPRS e UMS) HSCSD Ree GPRS Archieura del sisema Sruura mulirama GPRS 49.3 Ree EDGE Ree UMS Archieura del sisema Servizi Srumeni per il ripasso Sezione es 612 SEZIONE 15 elefonia mobile 585 Unià 47 ecnologia cellulare Pianificazione delle cellule Grandezza della cellula Riuso delle frequenze e assegnazione dei canali Riparizione delle cellule Inerferenze Appendice 613 Soluzioni dei es 615 Indice analiico 619 ecnologie della comunicazione - Perini 2006 De Agosini Scuola SpA - Novara

11 Indice del CD-ROM UNIÀ DI APPROFONDIMENO Unià di approfondimeno 9 Rumore nei sisemi di comunicazione Esercizi svoli Esercizi proposi es ipi di rumore Rumore di origine eserna Rumore di origine inerna Rumore ermico Rumore in eccesso 1/ f Rumore di sho (o granulare) Rumore di flicker 1/ f Caraerisiche del rumore Unià di approfondimeno 14 Anenne per sisemi FM e 14.1 Anenne ground plane 14.2 Anenne mulibanda 14.3 Anenne elicoidali Esercizi svoli es Unià di approfondimeno 15 Poni radio spaziali: i saellii 15.1 Saellii geosazionari 15.2 Sruura di un saellie e apparecchiaure di bordo 15.3 Banda di frequenza Esercizi svoli Esercizi proposi es ipi di connessione e classi di saellii ecniche di accesso ecnica FDMA ecnica DMA ecnica SDMA ecnica CDMA Parameri principali di un collegameno via saellie Applicazioni Saellii per elecomunicazioni Saellii per rasmissioni Saellii meeorologici Unià di approfondimeno 19 Sisemi di rasmissione muliplai a divisione di frequenza (FDM) 19.1 Principio della ecnica FDM 19.2 Gerarchia elefonica FDM Esercizi svoli es Meodi di canalizzazione Canalizzazione a modulazione direa Canalizzazione a doppia modulazione Canalizzazione a pre-modulazione Frequenza di segnalazione Sineizzaore di frequenza Alri sisemi FDM Sisema a 960 canali Sisema a 2700 canali Sisema a canali Unià di approfondimeno 23 ecnica PM 23.1 Modulazione e demodulazione di fase Caraerisiche del segnale PM Spero del segnale PM 23.2 Modulaori e demodulaori PM 23.3 Confrono ra modulazione FM e PM es Unià di approfondimeno 39 Proocolli di comunicazione Esercizi svoli es Definizione di proocollo Proocolli orienai a caraere Proocolli sincroni sar-sop Proocolli sincroni BSC Proocolli orienai a bi Proocollo HDLC Proocollo SDLC Alri proocolli asincroni Unià di approfondimeno 43 Rei locali cablae: meodi di accesso 43.1 Meodo di accesso CSMA/CD 43.2 Meodo di accesso oken ring 43.3 Meodo di accesso oken bus 43.4 Meodo di accesso DMA es Unià di approfondimeno 45 Rei locali senza fili (WLAN): ecniche DSSS e FHSS 45.1 Direc sequence spread specrum (DSSS) 45.2 Frequency hopping spread specrum (FHSS) es ecnologie della comunicazione - Perini 2006 De Agosini Scuola SpA - Novara

12 X Indice del CD-ROM NOE ECNICHE LABORAORIO N 2-1 N 2-2 N 3-1 N 3-2 N 3-3 N 3-4 N 3-5 N 4-1 N 4-2 N 5-1 N 5-2 N 5-3 N 6-1 N 8-1 N 8-2 N 8-3 N 8-4 N 9-1 N 9-2 N 9-3 N 9-4 N 9-5 N 10-1 N 10-2 N 11-1 N 11-2 N 11-3 N 11-4 N 11-5 N 11-6 N 12-1 N 13-1 N 13-2 N 15-1 N 15-2 N 15-3 Cenrali di commuazione Rei di adaameno a re impedenze Deerminazione delle cosani secondarie α e β rasformaore differenziale (forchea elefonica) Amplificaori a impedenza negaiva Apparai di linea Realizzazione ecnologica delle fibre oiche: procedimeni cosruivi Equalizzaori Misura del rumore di fondo Dai ecnici di alcune anenne per microonde Dai ecnici di alcune anenne AM-FM-HF Alri ipi di anenne a larga banda Analizzaore di spero ( specrum analyzer) Anello ad aggancio di fase (PLL) Modulazione SB ( esigial Side Band) Modulaore di Armsrong (meodo indireo) Rei di deenfasi e preenfasi Alri ipi di modulazione impulsiva (PWM-PPM) Compressione ed espansione della dinamica di un segnale Rigenerazione nei sisemi PCM Sruura della rama di un segnale DM-PCM Codificaori e decodificaori di canale Codifica convoluzionale Anello di Cosas Disposiivi di misura e conrollo Sisemi di rivelazione degli errori. Codici Rivelazione e correzione degli errori a caraere di conrollo del blocco (BCC) ipi di equalizzaori Scrambler e descrambler Funzionameno e programmazione di un Daa eser Mulipuno (DM) Modulazione DM ( Discree Muli one) IEEE Eherne IEEE Rei wireless Sisemi radiomobili di prima generazione Sisemi radiomobili di seconda generazione (ACS E-ACS) Sisemi cordless LAB 2-1 LAB 2-2 LAB 5-1 LAB 6-1 LAB 6-2 LAB 8-1 LAB 8-2 LAB 8-3 LAB 8-4 LAB 9-1 LAB 9-2 LAB 9-3 Adaameno di impedenza Realizzazione di un filro passa-basso L-C di ipo π Realizzazione di un prooipo di anenna Cassegrain Uso dell analizzaore di spero e leura dei segnali Analisi di un segnale armonico con il supporo di un analizzaore di spero Modulazione AM Modulazione DSB-SSB Modulazione FM Riceviore AM supereerodina ecnica PCM Campionameno-modulazione PAM ecnica PAM-DM LAB 10-1 Modulazione e demodulazione FSK LAB 10-2 Modulazione e demodulazione PSK LAB 11-1 Crieri di uilizzo e verifica dell inerfaccia seriale LAB 11-2 Disposiivi di misura e di conrollo LAB 11-3 Alri casi di impiego dei visualizzaori di inerfaccia (IF) LAB 11-4 Collegameno di due modem fonici FSK (300 bi/s) su linea commuaa LAB 11-5 Collegameno puno-puno di due modem in banda base e verifica della qualià di rasmissione LAB 11-6 Collegameno ra un PC e una sampane remoa su linea commuaa LAB 11-7 Collegameno ra un PC e una sampane remoa su linea privaa LAB 11-8 Collegameno mulipuno ramie modem in banda base LAB 13-1 Assemblaggio di un cavo di ipo UP/SP ca.5 ramie conneore RJ45 SIMULAZIONI DI LABORAORIO Analisi di Fourier Modulazione AM e FM Modulazione PAM-PAM/DM-PCM rasmissione dai ES INERAII FOGLI ECNICI LINK UILI MINI DIZIONARIO ECNICO INGLESE-IALIANO ecnologie della comunicazione - Perini 2006 De Agosini Scuola SpA - Novara

13 A mia moglie Paola ecnologie della comunicazione - Perini 2006 De Agosini Scuola SpA - Novara

14 ecnologie della comunicazione - Perini 2006 De Agosini Scuola SpA - Novara

15 Presenazione Il presene manuale di ecnologie della comunicazione, proposo in un volume unico, è desinao agli sudeni del riennio degli Isiui ecnici Indusriali (in paricolare a quelli dell area Informaica e elecomunicazioni), agli sudeni dell ulimo anno degli Isiui Professionali per la qualifica di Operaore per le elecomunicazioni e agli sudeni dei Licei ecnici della nuova riforma (in paricolare a quelli dell indirizzo Informaico e Comunicazione). Concezione dell opera La suddivisione emaica proposa in queso libro ha origine dalla necessià di sruurare per grandi aree emaiche il vaso insieme di argomeni che fanno pare del programma, in modo da eviare la dispersione dell apprendimeno e faciliare il reperimeno delle informazioni che via via divenano propedeuiche allo sudio di emi successivi. Il libro è dunque suddiviso in sezioni, a loro vola frazionae in unià didaiche. Il maeriale a corredo, disponibile su CD-ROM, fornisce i necessari approfondimeni eorici (le unià di approfondimeno, che proseguono la numerazione delle unià didaiche del volume) e ecnici (le noe ecniche, siglae N), conribuendo a lasciare il volume sufficienemene agile benché compleo. uo ciò, assieme a un esposizione caraerizzaa spesso da un andameno «a spirale», in cui un ema può essere ripreso più vole a diversi livelli di deaglio, mee il docene nelle condizioni di imposare il percorso didaico in base alle proprie esigenze. Anche le schede di laboraorio, offere in formao pdf su CD-ROM, sono selezionabili a seconda delle necessià e della disponibilià di empo e arezzaure. Il CD-ROM allegao è paricolarmene ricco ed è pare inegrane del libro; olre alle già ciae pari di approfondimeno eoriche e ecniche e alle esperienze di laboraorio, su queso supporo è messo a disposizione del docene e dello sudene un ricco apparao di maeriali per il consolidameno e la verifica dell apprendimeno. ecnologie della comunicazione - Perini 2006 De Agosini Scuola SpA - Novara

16 s c c s c c l s c c l s s s XI Presenazione Descrizione visuale dell opera Le sezioni vengono inrodoe da una pagina-occhiello che ne elenca i conenui, sia quelli preseni nel libro sia quelli offeri sul CD-ROM. Sisemi di rasmissione muliplai a divisione di empo Unià 1 SEZIONE 9 9 UNIÀ 28 Codifica di canale Unià 25 Unià 26 Unià 27 Unià 28 ecnica DM e campionameno ecnica PAM ecnica PCM Codifica di canale Prerequisii Obieivi Rappresenazione emporale Conoscenze: Scopo della codifica dei segnali digiali di linea Codici usai nei sisemi PCM Rappresenazione sperale dei segnali Compeenze: Riconoscer e i vari codici digiali di linea e confr onarli ra loro Poiché i problemi risconrai nella rasmissione in banda base sono legai soprauo alla emporizzazione, ossia all esrazione della frequenza di sincronismo in ricezione, quindi all andameno dello spero del segnale numerico, si ricorre all uilizzo di codici paricolari allo scopo di: h oenere uno spero nullo in coninua ( f⁶0) e alle frequenze molo basse. Nei sisemi di rasmissione dai, la componene DC deve essere nulla o più bassa possibile per consenire una comunicazione aendibile, vale a dire che la presenza della componene DC non permee l impiego di apparai indispensabili, ad esempio raslaori (rasformaori) che separano galvanicamene i circuii di rasmissione da quelli della linea, oppure elealimenaori che alimenano i rigeneraori inermedi di linea; h oenere uno spero dal quale è possibile isolare la componene a frequenza 2048 khz che serve per realizzare la emporizzazione; N 9-1 Alri ipi di modulazione impulsiva (PWM-PPM) N 9-2 Compressione ed espansione della dinamica di un segnale N 9-3 Rigenerazione nei sisemi PCM N 9-4 Sruura della rama di un segnale DM-PCM N 9-5 Codificaori e decodificaori di canale LAB 9-1 ecnica PCM LAB 9-2 Campionameno-modulazione P AM LAB 9-3 ecnica PAM-DM h eviare le lunghe sequenze di «0» e di «1»: una lunga sequenza di 1 o di 0 può mandare fuori sincronismo i circuii di rasmissione e di ricezione perché ale condizione rende difficile l esrazione del clock, compromeendo così la sincronizzazione sia in fase di rigenerazione in linea sia in fase di rigenerazione in ricezione; h aumenare le presazioni del sisema e ridurre i cosi: uilizzare codici che permeono un ala qualià di rasmissione significa rendere più complesso, quindi più cososo, il sisema. Si raa allora di conciliare la complessià delle apparecchiaure con il basso coso, a seconda dei casi, cioè limiare la prima e manenere la precisione, sacrificando l efficienza della rasmissione e a vole anche la qualià senza compromeere la comunicazione. L operazione di codifica è necessaria nei casi in cui si vuole rasformare lo spero del segnale rasmesso ipi di codici Analizziamo di seguio i codici più noi e più uilizzai nelle rasmissioni digiali, insieme ai rispeivi circuii di codifica e decodifica: h codice NRZ; h codice RZ; h codice Mancheser; h codice AMI. Per ogni unià si dichiarano Prerequisii e Obieivi di apprendimeno. Il eso è aricolao su due livelli di profondià: il paragrafo e il sooparagrafo, che compongono un percorso didaico sruurao e graduale. Opporuni box evidenziano i concei più imporani. Nel colonnino della pagina, le parole chiave in colore evidenziano il conceo definio o spiegao nel eso, per una più agevole consulazione del manuale e per favorire la memorizzazione delle nozioni. La numerazione delle equazioni e delle formule consene un agile sisema di riferimeni, uile soprauo negli esercizi svoli. A quesi ulimi si rimanda con apposio simbolo, in modo da poersi eserciare immediaamene, volendo, con un applicazione concrea della eoria. 8 Sezione 1 Segnali Fig. 1.5 Segnale numerico mulilivello: (a) rappresenazione emporale; 5 l 2 = B = 2 l 1 = A = 1 l (b) rappresenazione simbolica; (a) l 3 l 4 l 3 = C = 3 l 4 = D = 4 (c) rappresenazione digiale. l 5 = E = 5 l 2 l 1 l l l l l l l (b) D E A C E D B (c) frequenza di simbolo ES 1, 5 frequenza di cifra Esisono dei parameri che caraerizzano quesi segnali quali la frequenza di simbolo (F ) elafrequenza di cifra (F ). La frequenza di simbolo (o baud-rae) esprime il numero di livelli nell unià di empo (1 s) e si misura in baud: F ⁶ n livelli 1s ¹baud² ¹1.2² In fig. 1.5a rappresena la duraa del livello cui corrisponde il simbolo. La frequenza di cifra (o bi-rae) invece esprime il numero di cifre binarie (bi) che corrispondono all unià di empo (1 s) e si misura in bi⁹s: ES 1, 5 numero bi F ⁶ ¹bi⁹s² se il segnale è a due livelli (1 bi per ogni livello 0 o 1) ¹1.3² 1s m³(numero livelli) se il segnale è a n livelli e ogni F ⁶ ⁶m³F ¹bi⁹s² 1s livello si esprime ramie ¹1.4² m bi (n⁶2m, m⁶2, 3,4,...) 206 Sezione 5 Poni radio UNIÀ DI APPROFONDIMENO 14 nel CD-ROM Anenne per sisemi FM e 14.1 Anenne ground plane 14.3 Anenne elicoidali 14.2 Anenne mulibanda Prerequisii Concei di base sul funzionameno delle anenne Obieivi Conoscenze: Caraerisiche e cosiuzione di anenne paricolari uilizzae per sisemi FM e Esercizi svoli Compeenze: Riconoscer e i ipi di anenne in base es alle applicazioni nei vari sisemi FM o Nel primo caso la codifica dei simboli avviene ramie codice binario (1 bi per ogni simbolo), menre nel secondo la codifica avviene ramie un diverso ipo di codice. Con riferimeno alla fig. 1.6a, sipuò deerminare la frequenza di simbolo (F ) supponendo che la duraa del simbolo sia pari a 1 ms; allora in 1 s passeranno: 1000 simboli F ⁶ ⁶103 baud⁶1 kbaud (1000 simboli) 1s La frequenza di cifra (F ) sarà invece: F ⁶2 bi³f F ⁶ 2³1000 ⁶2³103 bi⁹s⁶2 kbi⁹s 1s perché per esprimere i quaro livelli l, l, l, l occorrono due bi (fig. 1.6b). In alri ermini, a ogni simbolo o livello vanno associai due bi (m⁶2). UNIÀ DI APPROFONDIMENO Poni radio spaziali: i saellii Saellii geosazionari 15.2 Sruura di un saellie e apparecchiaure di bor do 15.3 Banda di fr equenza 15.4 ipi di connessione e classi di saellii 15.5 ecniche di accesso ecnica FDMA Prerequisii Concei fondamenali sulle anenne Obieivi Conoscenze: ipi di saellii e lor o sruura Compeenze: Calcolar e i parameri di un sisema saelliar e LABORAORI Sezione 5 LAB 5-1 Realizzazione di un prooipo di anenna Cassegrain nel CD-ROM ecnica DMA ecnica SDMA ecnica CDMA 15.6 Parameri principali di un collegameno via saellie 15.7 Applicazioni Saellii per elecomunicazioni Saellii per rasmissioni Saellii meeor ologici Esercizi svoli Esercizi proposi es nel CD-ROM Poiché le unià di approfondimeno (fornie nel CD-ROM) si incasrano, come numerazione, nella sequenza delle unià didaiche sul volume, la loro presenza e i loro conenui/prerequisii/obieivi sono segnalai in loco ramie opporuni box. Lo sesso crierio è adoao per i laboraori. La presenza di noe ecniche ( N) di approfondimeno direamene correlae a un deerminao passaggio della eoria è segnalaa invece in colonnino. ecnologie della comunicazione - Perini 2006 De Agosini Scuola SpA - Novara

17 f f k⁹1 ⁸ max Presenazione X Sezione 1 Segnali 19 SEZIONE 1 Srumeni per il ripasso UNIÀ 1 UNIÀ 2 Grandezza Unià Formula Descrizione dei parameri Duy-cycle d.c.⁶q⁹ q⁶duraa semionda posiiva ⁶ periodo del segnale Frequenza di simbolo baud F s ⁶n⁹1 s n⁶n. livelli di codifica Frequenza di cifra bi⁹s F ⁶m³n⁹1 s n⁶vedi sopra F ⁶m³F c s m⁶n. bi associai a ogni livello Larghezza di banda Hz B ⁶f ⁷f f max min Segnale sinusoidale puro Impulso di Dirac f ⁶frequenza massima del segnale f ⁶frequenza minima del segnale min ()⁶ ³sen (u⁵r) ⁶ampiezza massima M M u⁶pulsazione r⁶fase 30 per ⁷0 9 ()⁶4 ; 9 d ()d⁶1 5 d ()⁶ 0 per ⁷0» per ⁶0 Equazioni e/o formule maemaiche uili Equazione di una rampa lineare passane per i puni x⁷x 1 P, P ⁶ y⁷y x, y ⁶coordinae del puno P x ⁷x y ⁷y x, y ⁶coordinae del puno P Grandezza Unià Formula Descrizione dei parameri Quanià di informazione bi Q ⁶⁷log P k 2 k P ⁶probabilià con cui compare un simbolo k k⁶1, 2, 3, 4,... Enropia bi⁹simbolo H⁶⁷ n P ³log P k 2 k P ⁶vedi sopra k k⁶vedi sopra Quanià oale di informazione bi I⁶M³H M⁶numero di simboli emessi dalla sorgene H⁶enropia In fondo a ogni sezione, una raccola di srumeni didaici fornisce allo sudene un supporo cosane per lo sudio. Gli srumeni per il ripasso forniscono in maniera schemaica un riassuno delle formule uilizzae nella sezione, suddivise per unià didaiche. Gli esercizi svoli offrono dei modelli per lo svolgimeno dei problemi di calcolo; gli esercizi proposi, corredai di soluzione, meono alla prova le compeenze acquisie. Ogni esercizio svolo è correlao espliciamene ai paragrafi in cui sono espose le nozioni necessarie alla risoluzione. I es (a scela mulipla, a compleameno, vero/falso) sono uili per una rapida auovaluazione delle conoscenze acquisie. Conenui del CD-ROM Il CD-ROM a corredo del libro è sao concepio come coninuazione e supporo del eso, nonché per proporre argomeni opzionali. In esso sono reperibili, in deaglio, i segueni conenui. Unià di approfondimeno: sono quegli argomeni che doceni e sudeni possono uilizzare per personalizzare il percorso di sudio. Le unià sono fornie in un formao sampabile e hanno la sessa sruura delle unià del libro. Laboraorio: soo forma di schede operaive in formao pdf e di simulazioni viruali, permeono di affronare il lao praico della disciplina e di guidare l aivià della classe in laboraorio. Noe ecniche: a supporo del corso, approfondiscono gli aspei più ecnici e maemaici della eoria. Esercizi ineraivi: si raa di es che consenono di valuare la propria preparazione sugli argomeni delle varie sezioni. Esercizi svoli: ampliano l offera didaica del libro. Fogli ecnici: raccolgono i dai ecnici di alcuni disposiivi ciai nel eso. Compleano il CD-ROM numerosi link a sii che si occupano di ecnologie della comunicazione e della formazione professionale. Il mini dizionario ecnico inglese-ialiano, invece, fornisce un ceninaio di lemmi di uso frequene nella leeraura ecnica di seore. ecnologie della comunicazione - Perini 2006 De Agosini Scuola SpA - Novara

18 XI Presenazione Argomeni del corso Nella Sezione 1, Segnali, vengono presenae le nozioni eoriche fondamenali sui segnali (in paricolare quelli elerici); l obieivo è dare una rappresenazione maemaica dei segnali sessi, per una loro successiva analisi. iene poi raao il conceo generale di informazione: la sua naura, come essa viene generaa, le caraerisiche che permeono di disinguere un messaggio da un alro e come si può misurare un informazione. Quese nozioni sono di fondamenale imporanza per la ricerca della massima presazione del mezzo rasmissivo, indipendenemene dalle ecniche che possono essere adoae. Nelle re unià che cosiuiscono la Sezione 2, Elemeni di elefonia, vengono affronae le funzionalià di una ree elefonica e le problemaiche a essa inereni. Si esaminano anziuo i concei basilari, poi si sudia la eoria del quadripolo, per passare infine alla misura dei parameri qualiaivi della rasmissione (elemeria). La Sezione 3, Mezzi di rasmissione, è dedicaa allo sudio dei canali fisici (in rame e in fibra oica) e delle condizioni di adaameno di una linea elefonica, in cui sono esaminai i meodi uilizzai per rendere massima la poenza del segnale rasmessa. L effeo dei fenomeni di rumore e disorsione sulla rasmissione del segnale è conemplao nella Sezione 4, Rumore e disorsione. Con la Sezione 5, Poni radio, si passa a esaminare la rasmissione dei segnali ramie anenne. L unià 11 richiama le indispensabili nozioni di base di eleromagneismo, menre il funzionameno e i vari ipi di anenne sono raai nelle unià didaiche sino alla 15. La Sezione 6, raameno dei segnali nel dominio del empo e della frequenza, cosiuia da una sola unià didaica, è dedicaa all analisi maemaica dei segnali, ramie la rasformaa o l inegrale di Fourier. L analisi sperale prosegue dal puno di visa praico con le relaive schede di laboraorio (su CD-ROM). La raazione maemaica, pur dovendo essere per forza rigorosa, è snellia delle dimosrazioni non sreamene necessarie. Nella Sezione 7, Sisemi di comunicazione e ecniche di rasmissione, sono esaminai da un puno di visa eorico generale dapprima i sisemi di elecomunicazione, poi le ecniche di rasmissione applicae a ali sisemi. ale sudio prosegue in deaglio nella Sezione 8, ecniche e sisemi di rasmissione analogica in banda raslaa, nella Sezione 9, Sisemi di rasmissione muliplai a divisione di empo, e nella Sezione 10, ecniche e sisemi digiali in banda base. Nella prima sono affronae le ecniche AM, DSB-SSB, FM e PM; la seconda vere sulle ecniche DM, PAM, PCM e sul campionameno; la erza raa le ecniche ASK, FSK e MPSK. Con la Sezione 11, rasmissione dai: modem e inerfacciameno, si inizia ad affronare il ema del eleprocessing e delle rei; in paricolare, quesa sezione raa in deaglio i disposiivi per la rasmissione dai (modem). Un ricco apparao di schede di laboraorio affianca, a livello praico, le nozioni illusrae nel volume. Il deaglio dei proocolli di comunicazione è conenuo in una unià di approfondimeno. Le rei di ipo digiale sono oggeo della Sezione 12, Rei ISDN e ADSL. Ne vengono esaminai la sruura, la ecnologia e i servizi offeri. Nella Sezione 13, Elemeni di rei cablae e wireless, dopo aver dao una classificazione delle rei e delle opologie e aver illusrao il modello ISO-OSI, si sudiano la progeazione di rei locali con e senza fili e le varie ecniche di accesso. La Sezione 14, Ree Inerne, anch essa composa da una sola unià didaica, cosiuisce il naurale e necessario compleameno della raazione sulle rei, in cui si presenano i proocolli e i servizi associai alla «ree delle rei». Chiude il volume la Sezione 15, elefonia mobile. In essa viene presa in considerazione l evoluzione della ecnologia cellulare, per arrivare a descrivere, in paricolare, l ulima generazione di sisemi radiomobili (GPRS e UMS). ecnologie della comunicazione - Perini 2006 De Agosini Scuola SpA - Novara

19 Segnali SEZIONE 1 Unià 1 Unià 2 Rappresenazione dei segnali L informazione ecnologie della comunicazione - Perini 2006 De Agosini Scuola SpA - Novara

20 UNIÀ 1 Rappresenazione dei segnali Prerequisii Concei di base sui parameri dei segnali elerici Equazione di una rea passane per due puni, sommaorie Funzione sinusoidale Obieivi Conoscenze: Rappresenazione dei segnali elerici Compeenze: Riconoscere i vari ipi di segnali Deerminare i segnali elerici semplici In quesa prima unià vengono presenae le nozioni eoriche fondamenali sui segnali (in paricolare quelli elerici), ossia le grandezze variabili che conengono e rasporano le informazioni di varia naura riguardani un sisema fisico reale. Il primo passo dello sudio dei segnali prevede la ricerca di una possibile loro rappresenazione. Lo sudio dei segnali ha per obieivo la loro rappresenazione maemaica per una successiva analisi. Rappresenare con formule maemaiche le varie forme d onda dei segnali significa considerare la loro evoluzione nel dominio del empo oppure nel dominio delle frequenze, in quano un segnale elerico può essere compleamene descrio dai parameri ampiezza (ensione)-empo-fase ( --r) oppure dai parameri ampiezza-frequenza-fase (-f-r). Analizzare i segnali significa invece poer conoscere il conenuo informaivo dei segnali sessi, soprauo di quelli complessi, in modo da ricondurne la descrizione e la rappresenazione a quella dei segnali semplici (si indica con queso ermine un segnale sinusoidale puro; vedi più avani). 1.1 Classificazione dei segnali segnali bipolari segnali unipolari offse In primo luogo, i segnali si possono classificare in bipolari e unipolari. Per un segnale bipolare (fig. 1.1a), in un deerminao isane ( ) il valore isananeo 0 dell ampiezza è nullo, perché la curva araversa l asse dei empi, dopodiché il segnale invere la polarià (l ampiezza passa da valori posiivi a valori negaivi) fino al successivo passaggio per lo zero (isane ) in cui riassume una polarià posiiva. 1 I segnali unipolari, invece, (fig. 1.1b) non presenano variazioni di polarià e l ampiezza assume solano valori posiivi (o solano valori negaivi). I segnali unipolari possono essere visi come somma di un segnale bipolare e di un segnale coninuo (cosane nel empo). La componene coninua prende il nome di dc dc offse. raslando un segnale bipolare, rispeo all asse dei empi, dell offse ( ) si oiene dc appuno un segnale unipolare. Le forme d onda dei vari segnali elerici, ai quali possono essere associae delle informazioni, permeono di formulare una classificazione più generale (fig. 1.2), basaa sull andameno delle ampiezze (ensioni) in funzione del empo (o della frequenza). ecnologie della comunicazione - Perini 2006 De Agosini Scuola SpA - Novara

21 Unià 1 Rappresenazione dei segnali dc (a) (b) Una funzione f () (ad esempio, una ensione) è coninua sul suo dominio (ad esempio, un inervallo emporale) se è definia per ogni puno del dominio, e al variare di all inerno di ques ulimo f () assume ui gli infinii valori compresi nel suo codominio. In praica, è coninua se il suo grafico varia senza soluzione di coninuià. È disconinua alrimeni. Nella fig. 1.2 si disinguono anziuo due casi principali: Fig. 1.1 (a) Segnale bipolare; (b) segnale unipolare e offse. dc a) segnali coninui nel empo (o in frequenza); b) segnali disconinui nel empo (o in frequenza). Per i segnali coninui nel empo la ensione assume un valore per ogni isane, e i valori assuni da nel empo sono infinii. È il caso, ad esempio, del segnale bipolare rirao in fig. 1.1a. Quesi segnali sono dei segnali analogici perché la loro forma d onda varia «in analogia» con la grandezza che rappresenano. Esempi di grandezze analogiche sono la ensione, il suono, la pressione, la emperaura ecc. Per i segnali disconinui nel empo si può considerare un uleriore classificazione in: h segnali disconinui nel empo e disconinui nelle ampiezze (fig. 1.3a); h segnali disconinui nel empo ma coninui nelle ampiezze (fig. 1.3b). Per i primi la ensione (ampiezza) assume valori diversi in modo discreo, cioè è cosane a rai, e in numero finio. engono perciò dei segnali discrei, in conrapposizione ai Segnali elerici bipolari unipolari ( f ) sinus. quadra Forme d onda riang. dene di sega Fig. 1.2 Classificazione dei segnali elerici in funzione del empo. Coninuià nel empo Segnali analogici (coninui) deerminisici (periodici) casuali (aleaori) Segnali sonori (o audio) Segnali immagine (o video) Disconinuià nel empo Segnali discrei (disconinui) impulsivi digiali (numerici) Segnali dai sincroni asincroni ecnologie della comunicazione - Perini 2006 De Agosini Scuola SpA - Novara

22 4 Sezione 1 Segnali Inervallo di ampiezze finio Inervallo di empo finio (b) (a) Fig. 1.3 (a) Segnale bipolare disconinuo nel empo e nelle ampiezze; (b) segnale unipolare disconinuo nel empo e coninuo nelle ampiezze. segnali analogici. Esempi di segnali discrei sono quelli associai all aperura e chiusura di un inerruore (on⁹off ), l accensione e lo spegnimeno di un LED, la sequenza corrisponde alla rasmissione dei caraeri alfabeici ecc. Sono del secondo ipo, invece, i segnali campionai, cioè quei segnali che derivano da un segnale analogico prelevandone i valori solo a deerminai inervalli di empo Segnali analogici A queso puno, sempre seguendo lo schema di fig. 1.2, si può fare un uleriore suddivisione per i segnali analogici. Essi si possono suddividere in: h segnali deerminisici (ra cui quelli periodici); h segnali aperiodici casuali, o aleaori. Segnali periodici Isegnali deerminisici sono quelli per cui lo sviluppo emporale è rappresenabile ramie una funzione maemaica, che descrive l andameno della forma d onda del segnale sesso. Fanno pare di queso ipo di segnali ui quelli che si ripeono dopo un cero inervallo di empo, chiamao periodo ( ). I segnali periodici, dunque, sono quelli descrii da una formula maemaica e che si ripeono ogni secondi. Il numero di periodi (o cicli) che si ripee nell unià di empo, cioè in un secondo, definisce la frequenza ( f ) del segnale, che si misura in herz (Hz). La frequenza deermina il rimo con il quale un segnale si ripee in un secondo. Sussise perano la seguene relazione ra frequenza e periodo: f ⁶ 1 ¹Hz² oppure ⁶ 1 f ¹s² ¹1.1² Si noa che all aumenare del periodo diminuisce la frequenza del segnale e viceversa, in quano le due grandezze sono inversamene proporzionali. Il seguene esempio chiarisce uleriormene il conceo di frequenza: se il periodo (cioè il empo corrispondene alla duraa di una semionda posiiva più una semionda negaiva) di unsegnaleèparia20ms,alloranelempodi1000ms(cioè1s)siripeono 1000 ⁶50 periodi. In alri ermini, in 1 s passano 50 semionde posiive e 50 semionde 20 ecnologie della comunicazione - Perini 2006 De Agosini Scuola SpA - Novara

23 Unià 1 Rappresenazione dei segnali 5 negaive. Si dice perano che la frequenza del segnale è pari a 50 Hz o è di 50 cicli. Infai: f ⁶ 1 ⁶ 1 20 ms ⁶ 1 s⁶ 1 ³102⁶50 Hz. 20³10⁸3 2 Le forme più imporani e più conosciue dei segnali periodici sono (fig. 1.4): h onda sinusoidale; h onda quadra; h onda reangolare; h onda riangolare; h onda a dene di sega. Nella fig. 1.4 sono indicai alcuni parameri caraerisici: ⁶ valore di ensione picco-picco (si considerano il valore di cresa posiivo e il valore pp di cresa negaivo); ⁶ valore di ensione massimo o di picco (si considera il massimo valore raggiuno). M Di solio le grandezze eleriche, in queso caso le ensioni, vengono misurae in valore efficace. Il valore efficace di una ensione è, per definizione, quel valore di ensione corrispondene a un livello in correne coninua che produrrebbe gli sessi effei di dissipazione ermica su una resisenza R. Un alro valore imporane è il valore medio, che esprime l ampiezza media del ciclo, riferia solamene alle semionde posiive (unipolari). Il valore medio delle ensioni bipolari è sempre nullo, se il segnale in quesione è simmerico rispeo all asse X. In merio a ali parameri ci riserviamo uno sudio più deagliao (vedi la Sezione 6). La forma d onda quadra differisce da quella reangolare solo nella duraa (q ) della semionda q posiiva (fig. 1.4, caso 2 ). Il rapporo fra la duraa della semionda e il periodo definisce il d.c.⁶ duy cycle q q `. Per il segnale a onda quadra il duy cycle è: q q ⁶ 2 ⁶ 1 ⁶0,5 oppure, in percenuale: 50 2 Per il segnale reangolare, invece, la duraa della semionda q r (fig. 1.4, caso 3 ) non è fissa, poendo essa assumere un qualsiasi valore compreso fra 0 e. Perano, supponendo di 2 valore efficace valore medio duy cycle ES 2 avere q ⁶ r 4,ilduy cycle vale q r ⁶ 4 ⁶ 1 ⁶0,25 ossia il La differenza ra forme d onda riangolare e a dene di sega di un segnale unipolare (fig. 1.4, casi 4 e 5 ) sa invece nella simmeria. Il segnale riangolare è simmerico rispeo alle ordinae, menre quello a dene di sega risula asimmerico. Anche per il segnale a dene di sega si può definire un duy cycle; da queso puno di visa si può quindi affermare che esso equivale a un segnale a onda riangolare con duy cycle pari al 100. ESEMPIO 1 Facendo riferimeno alla fig 1.4 caso 3, definire il duy cycle del segnale avene periodo ⁶10 ms e q ⁶3,5 ms. r d.c.⁶ q r d.c. ⁶35 ⁶ 3,5 ms 10 ms ⁶0,35 ciò significa che la duraa della semionda posiiva occupa il 35 del suo periodo. ecnologie della comunicazione - Perini 2006 De Agosini Scuola SpA - Novara

24 6 Sezione 1 Segnali Fig. 1.4 Alcuni segnali periodici: (a) bipolari; (b) unipolari. Segnale sinusoidale 1 M + dc pp Segnale ad onda quadra M 2 pp M + dc τ q τ q Segnale reangolare M 3 pp M + dc τ r τ r Segnale riangolare M 4 pp M + dc Segnale a dene di sega M 5 pp M + (a) (b) ecnologie della comunicazione - Perini 2006 De Agosini Scuola SpA - Novara