Manchester
Utilizza metà del bit time per trasmettere il bit e l’altra metà per imporre una variazione di livello
alla linea.
Le reti che utilizzano questo tipo di segnalazione seguono lo standard IEEE 802.3 Come nell’RZ, in
questo metodo lunghe stringhe di “0” o “1” non causano la perdita del sincronismo. Inoltre,
lavorando con solo due livelli, viene garantita un’alta robustezza agli errori. La codifica Manchester
richiede un circuito più complicato rispetto a quelli per l’RZ e l’NRZ.
MLT-3 (Multi Level Transmission-3)
In questa codifica si utilizzano 3 livelli di tensione. Se il bit da trasmettere è 0 si lascia la linea al
livello precedente, se è 1 si fa cambiare la linea di livello ciclicamente, prima in salita e poi in
discesa. Il livello di idle (riposo) è caratterizzato dal livello zero.
Viene utilizzato nelle reti Ethernet a 100 Mbps. I bit da trasmettere sono raggruppati prima in
simboli da 4 bit e poi codificati con un codice da 5 bit che contiene solo configurazioni con 0 e 1.
Anche se l’efficienza è ridotta all’80% si ha una velocità teorica pari a quattro volte il valore della
banda.
Pertanto con una banda di 31,25 Mhz con MLT-3 si ha 31,25*4*0,8=100 Mbps. Con NRZ, NRZI e
RZ servirebbe una banda poco superiore di 50 MHz e con Manchester di 100 MHz. Il difetto è che
avendo tre livelli occorre un migliore rapporto segnale/rumore.
Trasmissione in banda traslata
Per consentire la propagazione attraverso un mezzo trasmissivo con risposta in frequenza in banda
passante, l’informazione viene trasferita in bande di frequenze spostate verso l’alto. Questa
traslazione dello spettro del segnale, originariamente in banda base, si ottiene modulando, cioè
variando, i parametri di unn’onda sinusoidale ad una certa frequenza detta portante in accordo con
l’informazione da trasmettere. Il parametro modulato sarà l’ampiezza, o la fase o la frequenza, o una
combinazione di questi parametri.
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L’oggetto che consente la modifica del segnale portante in trasmissione si chiama modulatore. In
ricezione l’operazione inversa è svolta dal demodulatore. Il dispositivo che svolge entrambe le
funzioni si chiama modem.
Sistemi di modulazione binari
Ci sono tre principali metodi di modulazione binaria, noti con gli acronimi ASK on-off, BPSK e
Binary FSK.
Nella modulazione ASK (Amplitude Shift Keying) on-off l’informazione binaria è trasportata
dall’ampiezza del’onda portante che può valere zero o A.
Nella modulazione BPSK (Bi-Phase Shift Keying) l’informazione binaria è trasportata dalla fase
dell’onda portante che può valere zero o ∏.
Nella modulazione Binary FSK (Frequency Shift Keying), modulazione di frequenza binaria, ai
simboli 0 e 1 corrispondono impulsi sinusoidali, di durata T, con frequenza rispettivamente f1 e f2.
In pratica si prende la frequenza della portante e si toglie un quanto di frequenza per trasmettere il
bit 0, mentre si aggiunge lo stesso quanto di frequenza per trasmettere un bit 1.
Trasmissione parallela e seriale
Esistono due modi di comunicazione per trasferire i dati: parallela e seriale.
La differenza tra i due tipi di comunicazioni sta principalmente nel numero di segnali che connettono
il trasmettitore al ricevitore e nel tempo di trasmissione. La comunicazione parallela garantisce
tempi di trasmissione più veloci ma utilizzando più linee ha un costo maggiore che diventa
accettabile solo per distanze inferiori al metro. In genere ci si riferisce a sistemi d'elaborazione
distanti tra loro; per questo la trasmissione dati per ragioni economiche viene sempre effettuata in
forma seriale.
Modalità di trasmissione
Dal punto di vista operativo esistono tre modalità in cui la comunicazione può svolgersi:
• Simplex: i dati sono trasmessi in un'unica direzione;
• Half Duplex: la comunicazione è bidirezionale, ma avviene su un'unica linea;
• Full Duplex: la comunicazione avviene attraverso due linee, una per ciascuna direzione.
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Rete telefonica pubblica
Nelle comunicazioni a grandi distanze si utilizza solitamente la rete telefonica pubblica (nota anche
con l’acronimo PSTN, ossia Public Switched Telephone Network). Il problema da affrontare risulta
l'adattamento del segnale digitale, in uscita dal DTE, alle linee telefoniche costruite per segnali
analogici. Il segnale numerico ha, infatti, uno spettro di frequenza teoricamente infinito mentre il
canale fonico ha una banda compresa tra 300Hz e 3400Hz. L’ampiezza di tale banda (3100 Hz) è
talmente piccola da escludere la trasmissione “diretta” dei segnali digitali, in quanto, in base al
teorema di Shannon, si dovrebbero adottare velocità di trasmissione basse.
Per aggirare il problema dell’inadeguatezza delle linee telefoniche alla trasmissione digitale, si
scelgono attualmente due soluzioni:
• modulare una portante analogica
• utilizzare reti adatte a trasmettere il segnale numerico
La prima soluzione, quella quasi universalmente adottata fino a qualche anno fa, ma ancora in
uso in diverse aree, consiste nel modulare la portante analogica con il segnale digitale e trasmetterlo
nella rete telefonica come un normale segnale fonico, cioè analogico, per poi demodularlo quando
raggiunge il ricevitore.
Le operazioni di modulazione e demodulazione, insieme con altre complesse funzioni di controllo,
codifica e compressione dei dati, sono svolte da un dispositivo di comunicazione DCE (Data
Communication Equipement) denominato MODEM (MODulatore DEModulatore).
Durante la trasmissione, il segnale subisce alterazioni per effetto delle distorsioni e del rumore.
Per questi motivi conviene introdurre ridondanza nel segnale, attraverso dei codici di controllo in
modo da assicurare, entro certi limiti, la correttezza della trasmissione.
La seconda soluzione, utilizzata al giorno d’oggi, consiste nell’utilizzare reti adatte a trasmettere
segnali numerici, come, ad esempio, la rete ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line). Anche
in questo caso, naturalmente, il terminale dei dati (DTE) deve essere collegato alla rete attraverso
un particolare dispositivo d'interfaccia (DCE). Però il segnale rimane digitale e non subisce
operazioni di modulazione/demodulazione e consente di operare ad elevate velocità con bassi tassi di
errore.
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Trasmissione seriale
La trasmissione seriale consente il collegamento fra trasmettitore e il ricevitore con un minimo di
due fili.
Per effettuare la trasmissione seriale si utilizzano due oggetti: il multiplexer (MUX) e il
demultiplexer (DEMUX).
• il trasmettitore presenta nello stadio di uscita un circuito in grado convertire un carattere dalla forma
parallela a quella seriale, il MUX, che è uno shift register PISO (Parallel In Serial Out);
• il ricevitore presenta nello stadio d'ingresso un circuito in grado di trasformare un carattere ricevuto in
forma seriale in parallelo, il DEMUX, che è uno shift register SIPO (Serial In Parallel Out).
Vi sono anche circuiti integrati in grado di comportarsi, all'occorrenza, sia da SIPO sia da PISO,
come gli USART (universal synchronous asynchronous riceiver trasmitter).
Le trasmissioni seriali si dividono in:
• asincrone;
• sincrone.
Trasmissione seriale asincrona
Nel collegamento seriale asincrono il ricevitore dispone di un clock di campionamento di frequenza
multipla di quella del trasmettitore. Affinché i due clock risultino in fase, occorre che il ricevitore
sappia quando ha inizio la trasmissione di un carattere in modo da sincronizzare la lettura dei vari
bit. Ciò si ottiene con i seguenti accorgimenti :
• In assenza di trasmissione lo stato di idle della linea è caratterizzata dalla presenza di un livello
logico 1 continuo corrispondente ad una tensione di valore negativo.
• Ogni carattere in trasmissione è preceduto da un bit di start di livello logico 0 corrispondente ad
una tensione di valore positivo.
• Alla fine di ogni carattere vengono aggiunti uno o più bit di stop di livello logico 1 che riportano
la linea a livello di idle.
Durante lo stato di idle il ricevitore campiona la linea più volte durante un tempo di bit (bit time),
quando avviene la transizione 1-0 tra idle e start bit il ricevitore rifasa il campionamento aspettando
8 impulsi per posizionarsi “a centro bit” e torna a campionare la linea, se viene rilevato un 1 allora si
è trattato di uno spike da disturbo altrimenti lo start è confermato e continua a campionare una volta
ogni tempo di bit, a intervalli regolari di 16 impulsi, per tutti i bit del carattere; al termine rileva i bit
di stop e riprende il procedimento. È possibile prevedere un bit aggiuntivo per ciascun carattere che
contenga un’informazione di parità (rende pari il numero degli 1 trasmessi) che può venire utilizzata
per rilevare eventuali errori di trasmissione. Se il ricevitore non trova il bit di stop si ha un errore di
framing, cioè non riconosce la trama (frame), per cui non è in grado di comprendere il significato
dei bit ricevuti. La figura mostra l'analisi temporale della trasmissione del byte 29H secondo la
codifica ASCII a 8 bit, nella quale per primo viene trasmesso il bit meno significativo, con un solo
bit di stop e senza bit di parità, supponendo di attribuire al valore negativo di tensione (denominato
mark) il bit 1 e al valore positivo di tensione (denominato space) il bit 0 secondo la logica negativa
stabilita dalle raccomandazioni V.1 e V.4 dell'ITU-T (International Telecommunication Union –
Telecommunication Standardization Sector).
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Trasmissione seriale sincrona
Nelle trasmissioni sincrone il trasmettitore invia, contemporaneamente ai bit di informazione, anche
opportune informazioni di sincronizzazione, impulsi di clock, che consentono al ricevitore di
campionare lo stato della linea in modo da prelevare correttamente i bit di dato (clock syncronism).
Gli intervalli di tempo tra i caratteri trasmessi hanno una lunghezza multipla della durata della
trasmissione di un carattere. I clock del trasmettitore e del ricevitore devono quindi essere in
sincronismo per lunghi periodi di tempo.
Comunemente si utilizzano due tecniche di sincronizzazione.
In una tecnica il trasmettitore ed il ricevitore si scambiano i dati su un canale ed il segnale di
temporizzazione su un altro canale. Se le distanze sono brevi, il collegamento sincrono si realizza
con 3 fili (clock, bit e massa) come mostrato nella figura.
Schema a blocchi di una trasmissione seriale sincrona.
Se la trasmissione sincrona avviene tra un modem e l'interfaccia seriale di un computer, il
clock può essere generato dall'interfaccia seriale o dal modem stesso.
Nell’altra tecnica il trasmettitore genera ed invia al ricevitore un unico segnale contenente sia le
informazioni di temporizzazione che i dati; il ricevitore utilizza questo sia per rifasare il proprio
clock tramite un circuito PLL ( Phase Lock Loop), sia per estrarre i dati.
Se, per esempio, i dispositivi collegati sono due modem, il segnale di sincronismo è
contenuto nella tensione analogica che il modem trasmettitore invia al modem ricevitore;
quest'ultimo, attraverso l'operazione di demodulazione, estrae un segnale digitale che contiene
particolari caratteri che consentono di sincronizzare il ricevitore al trasmettitore.
I dati sono sempre inviati in blocchi (detti frames) di decine o centinaia di caratteri (byte).
Ogni blocco è preceduto da caratteri di sincronismo ed è seguito da caratteri di controllo CRC
(Cyclic Redundancy Code), necessari per garantire la correttezza della trasmissione, nonché da un
carattere che indica la fine del blocco trasmesso. Anche durante i periodi di inattività il
trasmettitore invia caratteri di sincronismo.
La figura seguente illustra il concetto:
Formato del blocco di caratteri in una trasmissione seriale sincrona tra due modem.
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Un esempio di segnale che contiene sia informazione di temporizzazione che di dato è quello
ottenuto dal trasmettitore attraverso la codifica Manchester.
Tale codifica si ottiene mediante l’operazione di EXOR tra il segnale del clock ed il segnale che
rappresenta i dati.
Il ricevitore può estrarre i dati mediante un’analoga operazione di EXOR tra i segnale
ricevuto ed il segnale di clock riprodotto tramite circuito PLL.
Esempio di codifica Manchester
Clock
Dati
Dati ⊕ Clock
Comunicazione in rete
La comunicazione all’interno di una rete avviene tra un sistema sorgente ed uno di destinazione. Per
comunicare un computer (sorgente) invia informazioni sulla rete ad un altro computer
(destinatario). L’informazione che viaggia sulla rete consiste di cifre binarie (bit) ed è chiamata dati,
pacchetti o pacchetti di dati.
Un pacchetto di dati quindi è un’unità di informazione raggruppata logicamente che si sposta tra
sistemi di computer.
Un pacchetto di dati comprende alcuni elementi che sono essenziali nella comunicazione come
l’indirizzo sorgente (source address), che identifica il computer che invia il pacchetto, e l’indirizzo
destinazione (destination address), che identifica il computer che alla fine riceve il pacchetto.
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