I semestre 04/05 Livello fisico Mezzi di Trasmissione Prof. Vincenzo Auletta auletta@dia.unisa.it http://www.dia.unisa.it/professori/auletta/ Il livello fisico deve garantire il trasferimento di un flusso di bit grezzi I bit sono trasformati in segnali elettromagnetici e trasferiti attraverso un mezzo di trasmissione il mezzo oppone una resistenza a farsi attraversare dal segnale dipende dal segnale e dal mezzo Università degli studi di Salerno Laurea in Informatica 1 Mezzi trasmissivi Guidati Non guidati caratteristiche e qualità determinate da mezzo e segnale per mezzi guidati il mezzo è preponderante per mezzi non guidati il segnale è preponderante elementi chiave tasso di trasmissione e distanza da coprire Fattori di Progetto Larghezza di banda banda più larga consente tassi di trasmissione più alti Alterazioni del segnale attenuazione, distorsione, rumore Interferenze Numero di ricevitori importante per mezzi guidati e canali multi-point ogni ricevitore introduce attenuazione 2 3
Spettro elettromagnetico Mezzi di Trasmissione Guidati Doppino Cavo coassiale Fibra ottica 4 5 Doppino Due fili di rame isolati e intrecciati più coppie inserite in un unico cavo intreccio riduce effetti del rumore e diafonia tra linee vicine Utilizzi del Doppino Mezzo di comunicazione più diffuso ed economico Rete telefonica collegamento da casa a centrale (subscriber loop) Cablaggio di edifici collegamento di ogni dispositivo a centralino (PBX) Reti locali 10Mbps su brevi distanze (100m) da 100Mbps a 1Gbps su distanze più brevi e con pochi dispositivi collegati 6 7
Caratteristiche di Trasmissione Usato sia per trasmissione analogica che digitale Forte attenuazione cresce rapidamente con la frequenza necessario ricostruire il segnale Trasmissione analogica Amplificatori ogni 5km o 6km Trasmissione digitale repeater ogni 2km o 3km usa sia segnali analogici che digitali Larghezza di Banda e Capacità Segnali analogici 1 MHz Consente di trasportare diversi canali vocali Segnali digitali Qualche Mbps su lunghe distanze Fino a 1 Gbps su brevi distanze 8 9 Pro e Contro del Doppino Pro economico e semplice da installare e utilizzare in molte situazioni nessuna spesa di cablaggio Contro copre brevi distanze con basso tasso di trasmissione larghezza di banda limitata sensibile a interferenze e rumore all'aumentare della frequenza il segnale si sposta sulla superficie del filo, aumenta la resistenza del mezzo ed il segnale perde potenza per irraggiamento (effetto pelle) UTP e STP Unshielded Twisted Pair (UTP) Normale filo del telefono economico e semplice da installare soggetto a interferenze Shielded Twisted Pair (STP) rivestimento metallico riduce interferenze costoso e difficile da utilizzare poco diffuso 10 11
12 Categorie di Cavi UTP Categoria 3 (voice grade) quattro coppie di fili intrecciati lunghezza dell'intrecciatura da 7.5 cm a 10 cm banda fino a 16MHz presenti in edifici per la rete telefonica Categoria 5 (data grade) lunghezza dell'intrecciatura da 0.6 cm a 0.85 cm miglior rivestimento protettivo tassi fino a 100MHz normalmente installati in nuovi edifici 13 Cavo Coassiale Nucleo formato da un filo di rame ricoperto da un dielettrico (isolante) Intorno c è un conduttore magliato Poi un altro strato isolante Questi strati sono coassiali concentrici 14 Utilizzi del Cavo Coassiale molto versatile segnale TV Collegmento antenna/televisore TV via cavo rete telefonica a lunga distanza può trasportare fino a 100.000 canali vocali in via di sostituzione con fibre ottiche collegamenti di periferiche a breve distanza reti locali 15 Caratteristiche di Trasmissione maggiore protezione da diafonia e effetto pelle trasmissione con segnali analogici e digitali Trasmissione analogica (75 Ω) amplificatori ogni 4-5 km più vicini per alti tassi di trasmissione larghezza di banda fino a 500MHz Trasmissione digitale (50 Ω) repeater ogni km più vicini per alti tassi
16 Trasmissione su Cavo Coassiale banda utilizzabile superiore ai 350 MHz utilizzabile in due modi Banda base larghezza di banda riservata ad un solo canale ad alta velocità (10 Mbps) e condivisione a tempo segnali digitali utilizzato in reti locali Larga banda larghezza di banda suddivisa per ottenere vari canali (condivisione a frequenze) segnali analogici utilizzato in trasmissioni televisive 17 Pro e Contro del Cavo Coassiale Pro Buona protezione da diafonia e interferenze minore attenuazione grande versatilità (sia collegamenti punto-punto che multipunto) usato per trasmissioni analogiche e digitali Velocità di 10 Mbps a distanze di 100 m Contro Difficile installazione Soggetto a rumore termico 18 Fibra Ottica Informazione sotto forma di fascio di luce Una fibra di vetro o plastica per ogni segnale da trasmettere Migliori risultati con silicio ultrapuro fuso Fibre inserite in un rivestimento protettivo che protegge da sorgenti luminose esterne Core = fibra che trasporta il segnale Cladding = fibra con proprietà ottiche differenti dal core Jacket = rivestimento protettivo di plastica 19 Utilizzi della Fibra Ottica telecomunicazioni a lunga distanza da 20.000 a 60.000 canali vocali per 1500 km su un solo cavo Usati per collegamenti transoceanici in alternativa ai satelliti cablaggio aree metropolitane fino a 100.000 canali vocali senza repeater collegamenti con aree isolate collegamento telefonico casa-centrale a larga banda (subscriber loop) reti locali Tassi fino a 10 Gbps con migliaia di stazioni collegate
Vantaggi della Fibra Ottica Svantaggi della Fibra Ottica 20 elevata larghezza di banda tassi di centinaia di Gbps su distanze di decine di km ridotte dimensioni e piccolo peso più cavi nella stessa canalina attenuazione bassissima maggiore distanza tra i repeater (100 km) immune al rumore elettromagnetico nessuna diafonia difficile intercettazione economica e resistente alle alte temperature Maggiore distanza tra i repeater 21 Costi elevati per ricablaggio sostituzione di tutti i doppini della rete telefonica necessità di personale specializzato Costi elevati per interfacce tra dispositivi e mezzo trasmissivo Giunzioni tra fibre introducono attenuazione Reti in Fibra Ottica Caratteristiche di Trasmissione 22 Basate su collegamenti punto-punto interfacce attive o passive ripetitore attivo segnale sulla fibra in entrata convertito in elettromagnetico trasmesso al dispositivo riconvertito e trasmesso sulla fibra in uscita interfaccia passiva due prese fuse insieme nella fibra una presa usata per trasmettere e l'altra per ricevere 23 Il core ha un indice di rifrazione superiore a quello del cladding L'interfaccia tra core e cladding funziona da riflettore la luce che incide sull'interfaccia viene riflessa nel core
Fibra Multimodo a Indice Discreto L indice di rifrazione è costante su tutta la fibra I raggi luminosi hanno la stessa velocità ma seguono cammini diversi Giungono a destinazione in tempi diversi bisogna inserire pause tra tramissioni successive usate per collegamenti brevi Fibra Multimodo a Indice Graduato L indice di rifrazione assume valori massimi al centro e poi diminuisce verso le zone periferiche. meno differenze tra i tempi di attraversamento della fibra dei vari segnali aumenta il tasso di trasmissione 24 25 Fibra Monomodo Riducendo il diametro del filo diminuiscono gli angoli riflessi Se il diametro del nucleo è uguale alle dimensioni della lunghezza d onda yutta la luce emessa si propaga lungo un singolo cammino senza dispersione più costose ma coprono distanze maggiori Struttura di Trasmettitore e Ricevitore Il trasmettitore usa un LED o un diodo laser (LD) converte i segnali elettrici in segnali luminosi Il ricevitore usa un fotodiodo o un fototransistor emette un segnale elettrico quando colpito da un fascio di luce 26 27
28 Wavelength Division Multiplexing più segnali possono viaggiare contemporaneamente sulla stessa fibra ogni segnale viaggia ad una differente frequenza (lunghezza d'onda) In funzione del tipo di fibra utilizzata viene definito l intervallo di llunghezze d onda utilizzabili per la trasmissione 100 lunghezze d'onda a 10 Gbps (Bell 97) tasso di trasmissione 1 Tbps tecnologia del futuro per telecomunicazioni 29 Trasmissione senza Fili Mezzo non guidato trasmissione e ricezione attraverso un'antenna Sistema di conduttori in grado di irradiare o di raccogliere energia elettromagnetica Un antenna irradia potenza in tutte le direzioni Un antenna isotropica irradia la stessa potenza in tutte le direzioni La maggior parte delle antenne non riesce a coprire tutte le direzioni Le antenne paraboliche permettono di concentrare in un punto (fuoco) più potenza Tipo di Trasmissione Tipi di Propagazione 30 Direzionale fascio concentrato è necessario allineare trasmettitore e ricevitore Omnidirezionale segnale diffuso in ogni direzione (TV) può essere ricevuto da molte antenne non si può impedire ad un antenna di ricevere il segnale 31 Onde terrestri si propagano seguendo la superficie terrestre frequenze inferiori a 2 MHz (es. radio AM) Onde celesti riflesse dalla ionosfera Da 2 MHz a 30 MHz Possono coprire migliaia di km in più hop Usate da radioamatori e radio internazionali A vista le due antenne devono essere allineate e a vista
32 Ostacoli alla Trasmissione Attenuazione Aumenta con la distanza Una parte del segnale si disperde nello spazio ossigeno e vapore acqueo assorbono o disperdono una parte del segnale Rifrazione Causata da variazioni nella velocità del segnale causate da cambi di altezza o di condizioni atmosferiche Percorsi multipli Più copie dello stesso segnale arrivano a istanti differenti Causato dalla presenza di ostacoli 33 Gamme di Frequenze Utilizzate Microonde 2GHz to 40GHz altamente direzionali usate per collegamenti punto-punto e satellitari Onde radio 30MHz to 1GHz Omnidirezionali tramissioni radio Infrarossi non attraversano ostacoli comunicazioni in luogo circoscritti Microonde fascio concentrato di microonde serve perfetto allineamento tra trasmettitore e ricevitore e niente ostacoli a basse frequenze soggette a interferenze ad alte frequenze attenuate dalla pioggia e da altri agenti atmosferici Parabola per ricevere maggiore è la frequenza e minore è la dimensione della parabola Applicazioni delle Microonde telecomunicazioni a lunga distanza ripetitori per compensare curvatura della Terra Collegamenti punt-punto tra edifici Reti cellulari non serve licenza per trasmettere 34 35
36 Comunicazioni via Satellite Un satellite di telecomunicazioni opera da relay per microonde riceve su una frequenza (uplink), ripristina il segnale e lo ristrasmette su un'altra frequenza (downlink) opera su un certo numero di bande di frequenza (trasponder) richiede orbite geostazionarie allineamento tra stazioni a terra e satellite frequenze ideali da 1 a 10 GHz Usate da 4 a 6 GHz (sature) con frequenze diverse per uplink e downlink nuove frequenze tra 12 e 14 GHz 37 Utilizzi del Satellite trasmissioni televisive sia broadcast che personalizzate collegamenti telefonici a lunga distanza reti private l'affitto di un canale costa molto la tecnologia VSAT consente di condividere il satellite Onde Radio Omnidirezionali nessun problema di allineamento non serve parabola soggette a riflessione (terra, acqua, oggetti) si creano più percorsi tra trasmettitore e ricevitore Usate per radio FM, televisione UHF e VHF, reti di computer Infrarossi Modulazione della luce infrarossa non intercettabili utilizzabili in locali chiusi non attraversano i muri non c'è interferenza tra due reti in due stanze differenti Usate per telecomandi collegamenti periferiche senza fili 38 39