Trasmissione Dati. Trasmissione Dati. Prestazioni del Sistema. Sistema di Trasmissione Dati

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1 I semestre 02/03 Trasmissione Dati Trasmissione Dati Prof. Vincenzo Auletta Ogni tipo di informazione può essere rappresentata come insieme di segnali elettromagnetici modulazione di una grandezza fisica (tensione, corrente) formato utile per trasmissione attraverso un mezzo di trasmissione Segnali analogici o digitali a seconda del mezzo Università degli studi di Salerno Laurea e Diploma in Informatica 2 il mezzo oppone resistenza e altera il segnale Sistema di Trasmissione Dati Prestazioni del Sistema 3 Trasmettitore genera dei segnali per rappresentare informazioni Ricevitore riceve ed interpreta i segnali Mezzo di trasmissione trasporta il segnale OBIETTIVO: trasportare il segnale in modo che il ricevitore possa ricostruire le informazioni codificate dal trasmettitore 4 La qualità della trasmissione dipende da tipo di mezzo di trasmissione qualità del segnale velocità di trasmissione distanza percentuale di bit errati tollerata bisogna trovare un compromesso tra questi aspetti per consentire al sistema di operare correttamente Es. per trasmettere a velocità V su un filo di rame con al più un errore ogni bit non si può trasmettere ad una distanza superiore a D

2 Tipi di Collegamento Tipi di Comunicazione 5 Trasmissione diretta nessun dispositivo intermedio, tranne repeater/amplifier Trasmissione indiretta utilizza dispositivi intermedi (bridge, switch, router) Mezzo di trasmissione point-to-point diretto solo due dispositivi utilizzano il collegamento Mezzo di trasmissione multi-point più dispositivi utilizzano lo stesso collegamento 6 Simplex unidirezionale es. Televisione Half duplex bidirezionale ma una direzione per volta es. ricetrasmittenti Full duplex bidirezionale es. telefono Tipi di Segnali Tipi di Segnali Un segnale è esprimibile come una funzione del tempo Continuo varia gradualmente nel tempo Periodico pattern ripetuto nel tempo Aperiodico pattern non ripetuto nel tempo Discreto costante per un certo tempo e poi varia istantaneamente 7 8

3 Caratteristiche del Segnale Esempi di Segnali 9 Ampiezza (A) massima forza del segnale misurata in Volts Frequenza (f) tasso al quale il segnale si ripete misurata in Hertz (Hz) o cicli al secondo Periodo (T) durata del pattern periodico T = 1/f Fase (φ) posizione relativa rispetto al tempo misurata in radianti 10 A=1 f=1 φ=0 A=1 f=2 φ=0 s(t) = A sin(2 ft + φ) A=0,5 f=1 φ=0 A=1 f=1 φ=π/4 Rappresentazione dei Segnali nel Dominio dello Spazio un segnale può essere rappresentato come una funzione dello spazio definisce l ampiezza del segnale in funzione della posizione Lunghezza d onda (λ ) minima distanza tra due punti di uguale fase Se il segnale si propaga con velocità v λ = vt λf = v Tasso di Trasmissione (r) numero di bit trasmessi nell'unità di tempo misurato in bit al secondo (bps) segnali non binari trasportano più bit tasso di segnalazione Numero di volte che il segnale varia nell'unità di tempo misurato in baud r = tasso segn. * log 2 (livelli segnale) 11 12

4 Tasso di Trasmissione e Periodo del Segnale Ogni segnale di durata finita può essere visto come un segnale periodico consideriamo solo segnali periodici Tasso di trasmissione inversamente proporzionale al Periodo del segnale direttamente proporzionale alla frequenza Frequenze dei Segnali I segnali elettromagnetici sono composti da varie frequenze la componente è detta armonica ogni armonica è un onda sinusoidale Analisi di Fourier prova che per segnali periodici la frequenza di ogni armonica è un multiplo intero di una armonica fondamentale Somma di Componenti in Frequenza Rappresentazione dei Segnali nel Dominio delle Frequenze I segnali possono essere rappresentati anche in funzione delle frequenze spesso sono discrete molti segnali reali sono continui nel dominio delle frequenze 15 16

5 17 Spettro e Larghezza di Banda Spettro del segnale intervallo di frequenze contenute nel segnale larghezza di banda assoluta larghezza dello spettro larghezza di banda effettiva larghezza dello spettro contenente la maggior parte della potenza del segnale componente dc componente con frequenza 0 l ampiezza media del segnale è diversa da 0 se e solo se esiste una componente dc 18 Tasso di Trasmissione e Larghezza di Banda all'aumentare del tasso di trasmissione aumenta la larghezza di banda del segnale ogni mezzo trasmissivo (canale) ha una larghezza di banda limitata lascia passare solo componenti con certe frequenze Le armoniche ad alta frequenza vanno perse bisogna adattare il tasso di trasmissione in modo che la larghezza di banda effettiva del segnale sia inferiore alla larghezza di banda del canale Relazione tra Tasso di Trasmissione e Frequenza Numero di armoniche trasmesse su un canale con una larghezza di banda di 3000 Hz (linea telefonica) in funzione del tasso di trasmissione trasmissione di caratteri (8 bit) Limitazione di Banda r = tasso trasm. P = r/8 f = 1/P #arm = 3000 / f 19 20

6 Limitazione di Banda Capacità del Canale alto tasso di trasmissione grande larghezza di banda maggiore costo maggior numero di armoniche ricevute buona approssimazione del segnale massimo tasso a cui si può tramettere su un mezzo di trasmissione lasciando passare almeno l armonica fondamentale la capacità del canale dipende da tasso larghezza di banda rumore tasso di errore Formula di Nyquist Alterazioni del Segnale Calcola la capacità del canale in funzione della larghezza di banda C = 2W log 2 M C = tasso trasmissivo W = larghezza di banda del canale M = numero di livelli del segnale Il mezzo trasmissivo si oppone al segnale che lo attraversa La resistenza e interferenze esterne si manifestano come distorsione del segnale attenuazione limitazione di banda distorsione intersimbolo distorsione da ritardo rumore 23 24

7 Errori di Trasmissione Alterazioni del Segnale ed Errori di Trasmissione Il segnale (distorto) ricevuto può essere decodificato in un dato diverso da quella trasmesso il tipo di distorsione subito dal segnale dipende da - mezzo trasmissivo - frequenza di trasmissione - distanza del collegamento Si devono limitare questi parametri per ridurre la probabilità di avere un errore di trasmissione Attenuazione diminuzione dell ampiezza del segnale misurata in decibel (attenuazioni in cascata si sommano) l attenuazione dipende sia dalla velocità di trasmissione che dalla distanza l'ampiezza del segnale ricevuto deve essere grande abbastanza per essere riconosciuto distinguibile dal rumore di fondo Per rigenerare il segnale attenuato si usano degli amplificatori catturano il segnale, lo decodificano e lo rispediscono con l ampiezza originaria Distorsione Distorsione da attenuazione Le armoniche a frequenza maggiore sono attenuate di più rispetto a quelle a frequenza minore Distorsione da ritardo La velocità di propagazione varia con la frequenza del segnale il ritardo di trasmissione non è uniforme per tutte le armoniche del segnale alcune armoniche si sovrappongono alle armoniche del segnale successivo Per ricostruire il segnale serve un equalizzatore 28 interviene separatamente su ogni armonica

8 Rumore Tipi di Rumore 29 E un fattore esterno non controllabile Ogni canale ha un livello di rumore Perturbazioni presenti sul canale anche in assenza di trasmissione e non eliminabili Il segnale da trasmettere non deve mai attenuarsi al punto tale da confondersi con il livello di rumore della linea 30 rumore impulsivo scariche elettriche, fulmini critico per dati digitali (perdita totale di un blocco di migliaia di bit d informazione) Non controllabile ma raro rumore termico (rumore bianco) causato dall'eccitazione degli elettroni presenti nel mezzo trasmissivo distribuito uniformemente su tutte le frequenze dipende dalla temperatura 31 Tipi di Rumore diafonia il segnale su una linea interferisce sul segnale di una linea vicina (es. interferenze durante telefonate) l autodiafonia è provocata da un segnale troppo alto in uscita da un circuito che si sovrappone ad un segnale debole in ingresso allo stesso circuito rumore di intermodulazione provocato da segnali con frequenze diverse trasmessi sullo stesso mezzo 32 Legge di Shannon-Hartley Calcola la capacità del canale in funzione del rapporto segnale/rumore e della larghezza di banda limite teorico che considera solo il rumore di fondo C=W log 2 (1 + SNR) C = tasso trasmissivo W = larghezza di banda del canale SNR = 10 log 10 (potenza segnale/ potenza rumore) rapporto segnale/rumore

9 Trasmissione Dati Analogica e Digitale Dati entità che trasportano informazioni Segnali rappresentazione elettrica o elettromagnetica dei dati Trasmissione comunicazione dei dati attraverso la propagazione di segnali attraverso un mezzo In ognuno di questi tre ambiti si si distingue tra analogico e digitale Dati Analogici valori che cambiano con continuità in un intervallo es. voce, suono, video Digitali valori discreti es. testo, numeri interi Segnali Dati e Segnali 35 Analogici variabili continue larghezza di banda del parlato 100Hz - 7kHz larghezza di banda della rete telefonica 300Hz Hz larghezza di banda del video 4MHz Digitali due sole componenti con frequenza zero 36 in genere si usano segnali digitali per dati digitali e segnali analogici per dati analogici segnali analogici che variano nello stesso spettro dei corrispondenti dati analogici segnali digitali che assegnano un livello diverso a ciascuno dei valori ammissibili dei corrispondenti dati digitali segnali analogici per dati digitali modem segnali digitali per dati analogici Compact Disc musicali

10 Trasmissione Dati con Segnali Analogici Trasmissione Dati con Segnali digitali Trasmissione Analogica Trasmissione Digitale Sia i segnali analogici che quelli digitali sono trasmessi attraverso un mezzo di trasmissione il modo in cui sono trattati dipende dal sistema segnali analogici trasmessi indipendentemente dal contenuto sia dati analogici che digitali Trasmissione dipendente dal contenuto (assume che i dati siano digitali) la distorsione del segnale può alterare il contenuto Utilizza ripetitori riceve il segnale estrae i dati 39 segnale attenuato in funzione della distanza utilizza amplificatori per ricostruire il segnale amplifica anche il rumore segnali digitali non utilizzati 40 Ritrasmette i dati non c'è attenuazione (per segnale digitale) il rumore non è amplificato (per segnale analogico)

11 41 Vantaggi della Trasmissione Digitale circuitii digitali costruiti a basso costo con tecnologia LSI/VLSI integrità dei dati si possono coprire maggiori distanze utilizzando mezzi di trasmissione di qualità inferiore utilizzo efficiente della larghezza di banda del canale collegamenti ad alta banda a basso costo facilita condivisione del canale tra più flussi di dati maggiore sicurezza gestisce dati analogici e digitali allo stesso modo