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
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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
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dipende dal segnale e dal mezzo
tasso di trasmissione e distanza da coprire
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importante per mezzi guidati e canali multi-point
ogni ricevitore introduce attenuazione
Spettro elettromagnetico
Mezzi di Trasmissione Guidati
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Linea bifilare
Doppino
Cavo coassiale
Fibra ottica
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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
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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
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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
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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
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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
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rivestimento metallico riduce interferenze
costoso e difficile da lavorarci
poco diffuso
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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)
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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
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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
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repeater ogni km
più vicini per alti tassi
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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in funzione del materiale e della larghezza della fibra
in laboratorio sono stati costruiti prototipi con larghezza di
banda dell’ordine dei THz
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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
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diminuisce
verso
le
zone
meno differenze tra i tempi di attraversamento della
fibra dei vari segnali
aumenta il tasso di trasmissione
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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
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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
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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
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30MHz to 1GHz
Omnidirezionali
tramissioni radio
Infrarossi
Omnidirezionale
2GHz to 40GHz
altamente direzionali
usate per collegamenti punto-punto e satellitari
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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
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ripetitori per compensare curvatura della Terra
non serve licenza per trasmettere
frequenze diverse per uplink e downlink
nuove frequenze tra 12 e 14 GHz
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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
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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
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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
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telecomandi
collegamenti periferiche senza fili
