Sistemi di trasmissione digitale - Tesina per tecnico informatico

Indice

1. Canale con assenza di rumore e assenza di codifica multilivello

nel quale C=2 B R=Vm 6

Elettronica

2. Canale con assenza di rumore e presenza di codifica multilivello

C=2 B log M R=Vm log M

nel quale (M rappresenta il numero di stati

2 2

elettrici)

3. Canale con presenza di rumore bianco

( )

s

C=B log 1+ R=Vm log M

nel quale 2 2

n

Con il termine codifica multilivello s’intende la possibilità che un simbolo elettrico

possa assumere più di due stati.

Lo schema a blocchi, visto in precedenza, rappresenta il sistema di trasmissione

generico, ma nella realtà a seconda del tipo di canale trasmissivo vi sono due sistemi

diversi: sistemi su canale passa banda e su canale passa basso.

Sistema di trasmissione su canale passa basso

Questo che segue è lo schema di trasmissione digitale su canale passa basso

Ogni singolo blocco ha la seguente funzione:

Sorgente: emette i bit.

 Codifica di linea: trasforma i bit in impulsi elettrici di durata pari a un tempo di

 clock.

Filtro: elimina il rumore portato dal canale.

 Sincronizzatore: in grado di ricreare il segnale di clock attraverso il segnale in

 ingresso.

Campionatore: è in grado di vedere a intervalli regolari quanto vale la tensione

 in quel momento, il campionamento avviene attraverso il clock ricostruito.

Decisore: in base al valore di tensione in uscita dal campionatore decise se

 abbiamo un “1” logico e uno “0” logico.

Per permettere la trasmissione del messaggio senza errori è necessario che il segnale

su cui viaggia sia adattato a un formato per minimizzare le distorsioni rispettando le

seguenti regole: 7

Indice

Lo spettro del segnale deve rientrare nella banda del canale.

 Valor medio nullo.

 Permettere la ricostruzione del segnale di clock.

 8

Elettronica

Codifica di linea

La codifica di linea serve a generare un segnale elettrico che rispetti le regole sopra

citate, così che il messaggio possa viaggiare sul canale bassa basso.

Codice di Manchester

Il codice di Manchester è un codice di linea usato nelle reti lan a 10 Mbit/s, questo

codice rispetta tutte e tre le regole sopra indicate e quindi utilizzato per la

trasmissione.

In corrispondenza dello “0” logico è trasmesso un segnale bipolare caratterizzato da

una transizione da livello alto a livello basso al centro del tempo di bit, mentre alla

presenza di “1” logico è trasmesso un segnale caratterizzato da una transizione dal

livello basso a livello alto al centro del tempo di bit.

Esempio della codifica di Manchester:

Il codice di Manchester è un codice binario, in cui il segnale è codificato tra due livelli,

ma esistono codici pseudo ternari, in cui il segnale è codificato fra tre livelli (-V, 0, V),

cui è associato un solo bit. Codice AMI

Il codice AMI (Alternate Mark Inversion) è un codice pseudo ternario, nel quale lo “0” è

codificato con un livello di tensione 0V, mentre il valore “1” è codificato con una

tensione di ±V, in modo alternato.

Vi sono due possibili varianti di questo codice: l’AMI 50% e l’AMI 100%, che si

differenziano nella durata del tempo di bit, nell’AMI 50% il tempo di bit dura la metà

rispetto al tempo di bit dell’AMI 100%. 9

Indice 10

Elettronica

Sistema di trasmissione su canale passa banda

Questo che segue è lo schema di trasmissione digitale su canale passa banda

Ogni singolo blocco ha la seguente funzione:

Codificatore in banda base: è un circuito con il compito di trasformare il

 messaggio digitale in una sequenza d’impulsi elettrici.

Modulatore analogico: è un circuito con il compito di modulare il segnale in

 uscita dal codificatore in banda base per trasmetterlo sul canale.

Demodulatore: demodula il segnale in modo da poter ottenere la sequenza

 d’impulsi contenenti il messaggio.

Recupero portante: ricostruisce la portante attraverso il segnale modulato.

 Sincronizzatore di clock: permette di ricostruire il segnale di clock con cui sono

 trasmessi i bit dalla sorgente.

Campionatore/Circuito di decisione/Decodificatore di BB: permette di ricostruire

 il messaggio digitale dal segnale in ingresso.

Questo tipo di sistema è utilizzato per la trasmissione su doppino telefonico o ponti

radio. Un segnale in banda base per viaggiare su questo tipo di canale deve essere

modulato. Modulatore e tipi di modulazione

Il modulatore è composto da due parti, una sezione digitale che produce un segnale

elettrico in base ai bit in ingresso (funzionamento simile al codificatore di linea), e una

sezione analogica con il compito di modulare una portante con il prodotto della

sezione digitale.

Possiamo avere i seguenti tipi di modulazione che hanno due importanti

caratteristiche:

la resistenza al rumore (indica quanto la modulazione e soggetta alla presenza

 di errori dovuta al rumore)

l’efficienza spettrale(indica la quantità d’informazione che può essere trasmessa

 nell’unità di banda). 11

Elettronica

1. Modulazioni d’ampiezza

In questo tipo di modulazioni vengono assegnati due valori d’ampiezza diversi

agli “0” e agli “1”,

Un esempio di modulazione d’ampiezza è l’ASK (Amplitude Shift Keying); nella

quale, al valore “0” è attribuito un segnale e al valore “1” un segnale

( )

A cos 2 π f t .

2 t

Questo modulazione è considerata obsoleta in quanto è poco resistente al

rumore e ha una bassa efficienza spettrale.

2. Modulazioni di fase

Un tipo di modulazione di fase è la M-PSK (Phase Shift Keying), il valore logico

dei bit fa assumere alla fase iniziale del segnale modulati M possibili valori. La

360 °

=

∆ f

differenza di fase tra due simboli elettrici adiacenti è .

M

Se per esempio abbiamo solo due valori (M = 2), la modulazione comporta uno

sfasamento iniziale del segnale pari a 0°, alla presenza di uno “1” e di uno

sfasamento di 180° alla presenza di un “0”.

3. Modulazioni di frequenza

Un esempio di tipo di modulazione di frequenza, è la FSK (Frequenzy Shift Key),

nella quale in corrispondenza dello “0” è trasmesso un segnale con frequenza f1

e in corrispondenza del “1” è trasmesso un segnale a frequenza f2. 12

Sistemi

Rilevazione e correzione degli errori

L’assenza di errori durante la trasmissione di informazioni, è garantita dalla codifica di

canale di cui abbiamo parlato in precedenza, ora entreremo nel dettaglio di alcuni tipi

di codici utilizzati a questo scopo. Checksum 13

Sistemi

Con questo tipo di codifica si aggiunge all’inizio del messaggio un bit detto di parità,

che vale 1 se il numero di 1 presenti nella codifica è dispari, e vale 0 se il numero di 1

è pari.

Se prendiamo per esempio una stringa di 7 bit, 0010110, il Checksum su questa

stringa è 10010110.

Questa codifica permette di non appesantire il messaggio ma però rileva la presenza

di solo un errore nel codice. Nel caso in cui gli errori siano più di uno, diventa difficile

rilevarli. Hamming

Un altro codice di rilevazione di errori è il codice di Hamming, per implementare

questo codice bisogna aggiungere dei bit di controllo che vanno posti nelle potenze del

2 (1,2,4,8, …).

Per esempio se vogliamo inviare la sequenza 1001101, occorrono 4 bit di controllo.

Per calcolare i valori delle X (bit di controllo), dobbiamo prendere le posizioni espresse

in binario dei bit di valore 1 e sommarle attraverso lo XOR logico

11=1011

7=0111

6=0110

3=0011

Risultato=1001

Sostituiamo i 4 bit in ordine al posto delle X, otteniamo 10011100101.

Quando il messaggio è ricevuto, estraiamo gli 1 come abbiamo fatto prima,

successivamente sommiamo con lo XOR.

11=1011

8=1000

7=0111

6=0110

3=0011

1=0001

Risultato=0000

Se il risultato è 0000, non sono presenti errori.

Adesso proviamo a inserire un bit errato, in ricezione otteniamo una stringa

00011100101.

Procedendo come prima otteniamo: 14

Sistemi

8=1000

7=0111

6=0110

3=0011

1=0001

Risultato=1011

come risultato la stringa 1011, convertendo questa sequenza di bit in un numero

decimale, otteniamo la posizione del bit errato, nel nostro caso 11.

CRC

Per effettuare questo tipo di codifica il trasmettitore e il ricevitore devono conoscere il

polinomio generatore del messaggio. Il CRC (Cyclic Redundancy Check) rappresenta il

resto della divisione tra il messaggio e il polinomio generatore, se accodiamo il resto

della stringa al messaggio e lo dividiamo per il polinomio generatore otteniamo un

resto pari a zero. Se compiendo questa divisione, otteniamo un resto diverso da zero,

abbiamo un errore. Canali di trasmissione

Le informazioni sul canale di trasmissione, possono viaggiare nelle seguenti 3 forme:

Elettrica

 Ottica

 Wireless

 Elettrica (Doppino telefonico)

Nei mezzi trasmissivi a carattere elettrico, le informazioni viaggiano sul canale

attraverso impulsi elettrici.

In questo caso, il canale è un doppino telefonico che è

formato da una coppia di cavi di rame intrecciati tra di

loro, questo intreccio ha il compito di annullare i campi

magnetici che si vengono a creare durante il passaggio

della corrente elettrica. All’inizio il doppino era utilizzato

per le comunicazioni telefoniche, ma con l’avanzare delle tecnologie si sono creati

nuovi cavi adatti alla trasmissione d’informazioni. Oggi, nelle reti locali viene

impiegato un cavo formato da un intreccio di 4 doppini.

I cavi vengono suddivisi in categorie:

Categoria 1: Usato per la Rete telefonica generale, ISDN e per i citofoni.

 Categoria 2: Usata per le trasmissioni a bassa

 velocità.

Categoria 3: Usata per reti locali a 10 Mbit/s.

 Categoria 4: Usata per reti Token Ring a 16

 MHz.

Categoria 5: Usata per reti locali a 100 Mbit/s.

 Categoria 5e: Usata per reti fino a 200 Mbit/s.

 15

Sistemi

Categoria 6: Usata per reti fino a 1 Gbit/s.

 Categoria 6e: Usata per reti Ethernet fino a 10 Gbit/s.

 Categoria 7: Usata per reti fino a 10 Gbit/s.



Durante la costruzione di una rete, possiamo scegliere tra due tipi di cavi: STP e UTP.

Gli STP (Shielded Twisted Pair) sono cavi in cui ogni coppia di fili intrecciati e ricoperti

da materiale schermante per evitare distorsioni. Invece i cavi UTP (Unshielded Twisted

Pair) non hanno questo tipo di schermatura.

Ottica (fibra)

Oltre che attraverso impulsi elettrici, le informazioni possono viaggiare sotto forma di

luce, sulle fibre ottiche.

Le fibre ottiche sono filamenti di materiali vetrosi o polimerici, realizzati in modo da

poter condurre al loro interno la luce.

I vantaggi di questo mezzo trasmissivo sono:

Bassa attenuazione, si possono avere distanze superiori di 100 Km.

 Grande velocità di trasmissione nell'ordine dei terabit/s.

 Immunità da interferenze elettromagnetiche.

 Assenza di diafonia.

 Bassi valori di BER.

 Bassa potenza contenuta nei segnali.

 Alta resistenza elettrica.

 Peso e ingombro modesto.

 Buona flessibilità al bisogno.

 Ottima resistenza a condizioni climatiche

 avverse.

Gli svantaggi sono:

Il grande costo d’acquisto e installazione.

 La trasmissione è unidirezionale.



Una fibra ottica è composta di una parte interna chiamata core, ricoperta da una

guaina chiamata cladding; all’esterno di tutto troviamo una guaina protettiva chiamata

mylar. Wireless

Esistono anche trasmissioni su canale wireless, cioè senza fili. Le informazioni non

usano un canale dedicato, ma i segnali viaggiano nell’aria sotto forma di onde

elettromagnetiche.

Possiamo avere trasmissioni attraverso infrarossi o attraverso radiofrequenze. La

tecnologia a infrarossi permette collegamenti in un raggio non molto ampio, mentre le

trasmissioni a radiofrequenza nate con la comunicazione cellulare, sono state

applicate alla trasmissione d’informazioni per la comodità di non dover eseguire il

cablaggio di una rete. Crittografia

Attraverso la crittografia possiamo rendere sicure le nostre trasmissioni, la parola

kryptós

“crittografia” deriva infatti dall'unione di due parole greche: che significa

graphía

"nascosto", e che significa "scrittura". La crittografia tratta delle "scritture

nascoste", in altre parole dei metodi per rendere un messaggio "offuscato" in modo da

non essere comprensibile a persone non autorizzate a leggerlo. Le tecniche utilizzate

16

Sistemi