Mezzi di Trasmissione - Dipartimento di Informatica
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I semestre 03/04 Livello fisico Mezzi di Trasmissione 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 Prof. Vincenzo Auletta [email protected] http://www.dia.unisa.it/professori/auletta/ Università degli studi di Salerno Laurea in Informatica 2 Mezzi trasmissivi Fattori di Progetto Guidati Non guidati caratteristiche e qualità determinate da mezzo e Larghezza di banda attenuazione, distorsione, rumore Interferenze Numero di ricevitori per mezzi guidati il mezzo è preponderante per mezzi non guidati il segnale è preponderante elementi chiave banda più larga consente tassi di trasmissione più alti Alterazioni del segnale segnale 3 dipende dal segnale e dal mezzo tasso di trasmissione e distanza da coprire 4 importante per mezzi guidati e canali multi-point ogni ricevitore introduce attenuazione Spettro elettromagnetico Mezzi di Trasmissione Guidati 5 Linea bifilare Doppino Cavo coassiale Fibra ottica 6 Linea Bifilare Caratteristiche di Trasmissione Due fili isolati posti l’uno sull’altro nello spazio trasmissione basata sul rapporto tra tensione sul filo e tensione di riferimento Su un filo c’è segnale (tensione o corrente) Sull’altro c’è un segnale di riferimento è molto sensibile a pertubazioni esterne è possibile anche usare n fili se si altera il rapporto si verifica un errore di trasmissione n-1 fili portano segnali e l’ultimo un segnale di riferimento interferenze tra linee vicine rumore esterno attenuazione Utilizzabile solo per trasmettere su brevi distanze con basso tasso di trasmissione 7 8 Distanza <= 50 mt. e velocità <= 19200 bps usato per collegare un dispositivo con le periferiche Doppino Utilizzi del Doppino Mezzo di comunicazione economico Rete telefonica Linea bifilare con fili intrecciati più resistente al rumore più coppie inserite in un unico cavo intreccio riduce diafonia tra linee vicine più diffuso ed 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 9 10 Caratteristiche di Trasmissione Pro e Contro del Doppino Usato sia per trasmissione analogica che digitale Forte attenuazione Pro cresce rapidamente con la frequenza necessario ricostruire il segnale Contro Trasmissione analogica 11 copre brevi distanze con basso tasso di trasmissione larghezza di banda limitata 1 MHz per segnali analogici Amplificatori ogni 5km o 6km alcuni Mbps per segnali digitali Trasmissione digitale economico e semplice da installare e utilizzare in molte situazioni nessuna spesa di cablaggio repeater ogni 2km o 3km usa sia segnali analogici che digitali 12 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) Diafonia UTP e STP Noto anche come Near End Crosstalk Accoppiamento dei segnali tra due linee vicine Unshielded Twisted Pair (UTP) in collegamenti simplex e half duplex con due linee distinte per trasmettere e ricevere il segnale trasmesso su una linea viene raccolto dalla linea in ricezione adiacente Shielded Twisted Pair (STP) comune in rete telefonica 13 rivestimento metallico riduce interferenze costoso e difficile da lavorarci poco diffuso 14 Categorie di Cavi UTP Cavo coassiale Categoria 3 (voice grade) Nucleo formato da fili di rame ricoperto da un dielettrico (isolante) Intorno c’è un conduttore magliato Poi un altro strato isolante Questi strati sono coassiali 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) 15 Normale filo del telefono economico e semplice da installare soggetto a interferenze lunghezza dell'intrecciatura da 0.6 cm a 0.85 cm miglior rivestimento protettivo tassi fino a 100MHz normalmente installati in nuovi edifici 16 concentrici Utilizzi del Cavo Coassiale Caratteristiche di Trasmissione molto versatile segnale TV maggiore protezione da diafonia e effetto pelle trasmissione con segnali analogici e digitali analogico (75 Ω) 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 digitale (50 Ω) collegamenti di periferiche a breve distanza reti locali 17 repeater ogni km più vicini per alti tassi 18 Trasmissione su Cavo Coassiale Pro e Contro del Cavo Coassiale banda utilizzabile superiore ai 350 MHz utilizzabile in Pro 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 19 amplificatori ogni 4-5 km più vicini per alti tassi di trasmissione larghezza di banda fino a 500MHz larghezza di banda suddivisa per (condivisione a frequenze) segnali analogici utilizzato in trasmissioni televisive ottenere vari canali 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 20 Difficile installazione Soggetto a rumore termico Fibra Ottica Utilizzi della Fibra Ottica Informazione sotto forma di fascio di luce Una fibra di vetro per ogni segnale da telecomunicazioni a lunga distanza da 20.000 a 60.000 canali vocali per 1500 km cablaggio aree metropolitane trasmettere Fibre inserite in un rivestimento protettivo che protegge da sorgenti luminose esterne fino a 100.000 canali vocali senza repeater collegamenti con aree isolate collegamento telefonico casa-centrale a larga banda (subscriber loop) reti locali 21 22 Struttura del Cavo Caratteristiche di Trasmissione L'interfaccia tra core e cladding funziona da riflettore Core = fibra che trasporta il segnale Cladding = fibra con proprietà ottiche differenti dal core Jacket = rivestimento protettivo di plastica 23 24 la luce che incide sull'interfaccia con un angolo piccolo viene riflessa nel core Struttura di Trasmettitore e Ricevitore Wavelength Division Multiplexing Il trasmettitore usa un LED o un diodo laser ( LD) più segnali possono viaggiare contemporaneamente sulla stessa fibra 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 ogni segnale viaggia ad una differente frequenza (lunghezza d'onda) sistema costruito ai Bell Lab. nel '97 100 lunghezze d'onda a 10 Gbps tasso di trasmissione 1 Tbps tecnologia del futuro per telecomunicazioni 25 26 Segnali su Fibra Ottica Tecniche di Trasmissione Segnale a tre livelli Tre diversi tipi di trasmissione su fibra ottica potenza ottica nulla potenza dimezzata potenza totale Fibre multimodo ad indice discreto Fibre multimodo ad indice graduato Fibre monomodo E’ possibile trasmettere centinaia di Gbps 27 in funzione del materiale e della larghezza della fibra in laboratorio sono stati costruiti prototipi con larghezza di banda dell’ordine dei THz 28 Fibra Multimodo a Indice Discreto Fibra Multimodo a Indice Graduato L’indice di rifrazione è costante su tutta la fibra I raggi luminosi hanno la stessa velocità ma seguono L’indice di rifrazione assume valori massimi al centro e poi periferiche. cammini diversi Giungono a destinazione in tempi diversi bisogna inserire pause tra tramissioni successive usate per collegamenti brevi 29 diminuisce verso le zone meno differenze tra i tempi di attraversamento della fibra dei vari segnali aumenta il tasso di trasmissione 30 Fibra Monomodo Vantaggi della Fibra Ottica Il diametro del nucleo uguale alle dimensioni elevata larghezza di banda della lunghezza d’onda Tutta la luce emessa si propaga lungo un singolo cammino senza dispersione tassi di centinaia di Gbps ridotte dimensioni e piccolo peso più costose ma coprono distanze maggiori più cavi nella stessa canalina attenuazione bassissima maggiore distanza tra i repeater (100 km) immune al rumore elettromagnetico 31 32 nessuna diafonia difficile intercettazione economica e resistente alle alte temperature Svantaggi della Fibra Ottica Reti in Fibra Ottica Costi elevati per ricablaggio Basate su collegamenti punto-punto sostituzione di tutti i doppini della rete telefonica necessità di personale specializzato interfacce attive o passive ripetitore attivo Costi elevati per interfacce tra dispositivi e mezzo trasmissivo Giunzioni tra fibre introducono attenuazione segnale sulla fibra in entrata convertito elettromagnetico trasmesso al dispositivo riconvertito e trasmesso sulla fibra in uscita in interfaccia passiva due prese fuse insieme nella fibra una presa usata per trasmettere e l'altra per ricevere 33 34 Trasmissione senza Fili Frequenze Microonde Mezzo non guidato trasmissione e ricezione attraverso un'antenna direzionale o omnidirezionale, in funzione del mezzo Onde radio Direzionale fascio concentrato è necessario allineare trasmettitore e ricevitore segnale diffuso in ogni direzione (TV) può essere ricevuto da molte antenne non si può impedire ad un’antenna di ricevere il segnale non attraversano ostacoli comunicazioni in luogo circoscritto Laser 35 30MHz to 1GHz Omnidirezionali tramissioni radio Infrarossi Omnidirezionale 2GHz to 40GHz altamente direzionali usate per collegamenti punto-punto e satellitari 36 a vista non penetra neve, vegetazione e nebbia Microonde Comunicazioni via Satellite fascio concentrato di microonde Il satellite opera da relay 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 richiede orbite geostazionarie Parabola per ricevere maggiore è la frequenza e minore è la dimensione della parabola 37 ripetitori per compensare curvatura della Terra non serve licenza per trasmettere frequenze diverse per uplink e downlink nuove frequenze tra 12 e 14 GHz 38 Utilizzi del Satellite Onde Radio trasmissioni televisive Omnidirezionali sia broadcast che personalizzate collegamenti telefonici a lunga distanza reti private nessun problema di allineamento semplice antenna non ci devono essere ostacoli tra trasmettitore e ricevitore l'affitto di un canale costa molto in genere montati in alto soggette a riflessione (terra, acqua, oggetti) la tecnologia VSAT consente di condividere il satellite 39 allineamento tra stazioni a terra e satellite frequenze da 4 a 6 GHz (sature) telecomunicazioni a lunga distanza 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) si creano più percorsi tra trasmettitore e ricevitore Usate per 40 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 41 telecomandi collegamenti periferiche senza fili
