La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

1 Linformazione ed i Segnali Elettrici. 2 Definizione di Informazione: Cosa si intende per informazione ? E un termine piuttosto vago Non è semplice definire.

Presentazioni simili


Presentazione sul tema: "1 Linformazione ed i Segnali Elettrici. 2 Definizione di Informazione: Cosa si intende per informazione ? E un termine piuttosto vago Non è semplice definire."— Transcript della presentazione:

1 1 Linformazione ed i Segnali Elettrici

2 2 Definizione di Informazione: Cosa si intende per informazione ? E un termine piuttosto vago Non è semplice definire linformazione: possiamo parlare di un entità o un fenomeno che assume importanza e significato secondo il contesto in cui viene considerato dalluomo. Dato invece è la rappresentazione di unentità che viene codificata per essere comprensibile allesecutore (computer, area di memoria)

3 3 Fonti di Informazione: Da dove nasce linformazione? Ambiente circostante… Tutto ciò che ci circonda stimola i nostri sensi ed è fonte di informazione per il nostro cervello. Luomo mira a conoscere lambiente che lo circonda, osservandolo, misurandolo e modificandolo Uomo Frutto di ricerca e osservazione, acquisizione, comprensione e trasmissione (…studio, lavoro, interessi, affetti, spiritualità …)… Cervello… E prodotta anche dal nostro cervello che elabora linformazione sensoriale (esperienza) per produrne di nuova (comportamento, pensiero). E un prodotto-conseguenza dellattività umana !

4 4 Schema generale di comunicazione SORGENTE TRASMETTITORE CANALE RICEVITORE DESTINATARIO Sistema di trasmissione

5 5 I segnali sono variazioni di grandezze fisiche che trasportano informazioni. Le telecomunicazioni studiano la trasmissione di informazioni a distanza per mezzo di segnali che possono essere di vario tipo: acustico, elettrico, luminoso, elettromagnetico, ecc. Esaminiamo, quale esempio, un sistema tipo di trasmissione telefonica. I segnali

6 6 Sistemi di Elaborazione: Che legame ha tutto ciò con lelettronica ? Lelettronica si occupa dello studio e della realizzazione di sistemi (elettronici) in grado di acquisire, di elaborare, di produrre informazione nonché di trasmetterla a distanza. Esempi Le Telecomunicazioni (Radio, Televisione, Telefonia, Trasmissione dati) LAutomazione (Misura e controllo di Impianti) I Sistemi di calcolo programmabili Un circuito elettronico può acquisire, elaborare, generare e trasmettere informazione Ogni sistema elettronico è pur sempre un insieme di circuiti elettrici più o meno complessi, in cui si osservano (misurano) grandezze elettriche (tensioni e correnti) variamente legate fra di loro (relazioni causa-effetto)

7 7 Segnale elettrico informativo: Diamo alcune definizioni! SEGNALE ELETTRICO: Si definisce segnale elettrico una grandezza elettrica (tensione o corrente) che varia in funzione del tempo secondo una legge matematica I(t), U(t). SEGNALE ELETTRICO INFORMATIVO: Si definisce segnale elettrico informativo un segnale elettrico a cui è associata una informazione. Un segnale elettrico può trasportare informazione

8 8 Classificazione dei Segnali elettrici: Segnali CostantiVariabili PeriodiciAperiodici Onda Sinusoidale Onda Quadra Onda Triangolare Rispetto alla forma

9 9 Classificazione dei Segnali elettrici: Segnali Analogici Digitali o Numerici Rispetto allinformazione

10 10 Parametri dei Segnali elettrici: Segnali Periodici Ampiezza: Massima Minima Picco-Picco Caratteristiche misurabili dei Segnali elettrici Periodici Periodo T Fequenza f Pulsazione ω=2 f

11 11 I segnali Segnale = Una qualunque grandezza fisica variabile nel tempo a cui e associata uninformazione Segnale elettrico: variazione nel tempo di una propriet à fisica come la tensione o la corrente nel caso di trasmissione di segnali elettrici su linea metallica. I Rappresentando il valore di questa propriet à come una funzione s(t) del tempo, è possibile modellare il comportamento del segnale ed analizzarlo matematicamente Lo stesso segnale può essere però descritto nel dominio delle frequenze S(f), cosa che risulta essere spesso più facile oltre che più utile

12 12 I segnali sinusoidali La grandezza A esprime lampiezza della sinusoide La variabile f è detta frequenza –Dimensionalmente è linverso di un tempo e viene misurata in Hertz (Hz), (cicli al secondo) –Esprime il numero di oscillazioni che la sinusoide compie nel periodo [0,2 ] La grandezza T=1/f e definita Periodo cioè il tempo che la sinusoide impiega per compiere una oscillazione completa. Infatti per t=T allora x(T) = sin 2

13 13 I segnali sinusoidali f=1Hzf=3Hz

14 14 Caratteristiche di un segnale Segnale: una qualunque grandezza fisica variabile nel tempo a cui e associata uninformazione. Di un segnale (ad esempio un segnale elettrico utilizzato per la trasmissione dati) ci interessa: - Lampiezza del segnale (misurata in Volt) - La frequenza (misurata in Hertz); numero di oscillazioni al secondo - La fase: traslazione del segnale rispetto al tempo - Il periodo: T = 1/f; quanto tempo impiega la forma donda a ripetersi (in secondi) - La lunghezza donda: distanza tra due punti uguali della forma donda Segnale analogico: Funzione del tempo definita su di un insieme continuo di valori. Segnale digitale: Funzione del tempo che può assumere solo un insieme discreto di valori. Se questo insieme è costituito da due soli valori, il segnale viene definito binario.

15 15 Ampiezza e lunghezza donda (distanza tra due punti uguali della forma donda) Frequenza (misurata in Hertz) = numero di oscillazioni al secondo y= sen x

16 16 Fase: traslazione del segnale rispetto al tempo Ampiezza Tempo

17 17 Segnali periodici Nella trasmissione dati hanno particolare importanza i segnali periodici Caratteristiche: –ampiezza (A): livello massimo del segnale –fase (φ): misura della posizione relativa allorigine del segnale in un dato istante –periodo (T): intervallo temporale della periodicita –frequenza (f): inverso del periodo

18 18 Caratteristiche dei segnali periodici

19 19 Altre caratteristiche Per i segnali sinusoidali si definiscono anche: –lunghezza donda (λ): la distanza in metri tra due punti di uguale fase in periodi adiacenti (la distanza tra due creste donda) –velocita di propagazione (v): la velocita con cui si sposta una cresta donda nello spazio In base alle definizioni si ha: Velocita delle onde elettromagneliche: Per la luce si ha velocità=spazio / tempo

20 20 Caratteristiche fondamentali delle funzioni armoniche Principali grandezze fisiche associate Ampiezza (modulo, valore di picco) A; Fase rad ; Pulsazione (frequenza angolare) (rad/sec) Frequenza f= /(2 ) (Hz) Periodo T=1/f (sec) y(t)=Asin( t)y(t)= Acos( t) 0T/4 T/23/4 T T -A - A/2 0 A/2 A 0T/4 T/23/4 T T -A - A/2 0 A/2 A 0T/4 T/23/4 T T -A - A/2 0 A/2 A T/8 y(t)= Asin( t- )

21 21 Trasmissione delle informazioni Le informazioni nella trasmissione dati vengono inviate tramite propagazione di segnali elettromagnetici (tensioni, onde radio, luce, ecc…) utilizzando diversi mezzi trasmissivi (cavi in rame, fibre ottiche, aria, spazio vuoto) Linformazione trasmessa viene codificata tramite la variazione di caratteristiche del segnale trasmesso, ed interpretata (decodificata) in ricezione secondo le stesse regole.

22 22 Esempio Possiamo ad esempio pensare di trasmettere la sequenza di bit tramite un segnale ad impulsi quadri di lunghezza T in modo che al bit 0 corrisponda un valore di tensione 0, al bit 1 corrisponda un valore di tensione V

23 23 Un sistema di comunicazione digitale può utilizzare: Segnali digitali (tensioni o correnti); utilizzando ad esempio un valore di - tensione di +5V per il valore logico 1 e 0V per il valore logico 0. Segnali analogici per trasmettere informazioni digitali, come ad esempio - utilizzare una sinusoide a frequenze: f=1000 Hz per il valore logico 1 f= 500 Hz per il valore logico 0 Trasmissione di Segnali digitali e analogici

24 Servizi di Telecomunicazione Obiettivo primario di un servizio di telecomunicazione è il trasferimento dell'informazione emessa da una sorgente agli utilizzatori a cui essa è rivolta, nell'ambito di una particolare applicazione. Rete di telecomunicazione è il complesso di mezzi che, attraverso le risorse tecniche ed operative necessarie, consente ai suoi utenti il trasferimento dell'informazione.

25 La comunicazione Nello studio dei sistemi di telecomunicazione si è soliti fare riferimento a tre entità fondamentali: il messaggio, che rappresenta loggetto della comunicazione la sorgente del messaggio il destinatario del messaggio In generale nel modellare il comportamento della sorgente si possono individuare tre momenti concettualmente distinti: La formulazione del messaggio da trasmettere e lindividuazione del destinatario. La concretizzazione del messaggio astratto in una forma fisica adeguata affinché possa pervenire al destinatario il segnale. La codifica e la decodifica del messaggio CODIFICA DECODIFI CA

26 26 E necessario uno studio accurato del segnale per individuarne tutte le caratteristiche informative in esso contenute, perché rimangano inalterate lungo la trasmissione fino a destinazione. LElettronica è la disciplina che si occupa dello studio dei segnali. Essi vengono amplificati, attenuati, elaborati Lo studio si effettua esaminandone la forma nel dominio del tempo, ma anche esaminandone lo spettro nel dominio della frequenza, basandoci sui teoremi di Fourier sui segnali periodici ed aperiodici: Serie di Fourier e Trasformata di Fourier

27 27 CLASSIFICAZIONE DEI SEGNALI Per approfondire lo studio dei segnali è opportuno iniziare con il proporre una prima generale classificazione che consentirà una migliore comprensione delle caratteristiche e delle applicazioni. Segnali analogici Segnali numerici o digitali Segnali determinati Segnali aleatori Segnali periodici Segnali aperiodici Segnali impulsivi: Delta di Dirac, Gradino, Rampa, ecc.

28 28 Segnali deterministici - noti a priori e studiabili con i metodi dellanalisi matematica Aleatori - non sono noti a priori e devono essere studiati con metodi statistici periodici - si ripetono ciclicamente Aperiodici - non si ripetono ciclicamente pseudocasuali - hanno proprietà statistiche definite che si ripetono ciclicamente armonici - esprimibili con funzioni sinusuidali Quasi periodici - esprimibili come somma di componenti armoniche con frequenze incommensurabili tra loro transitori -si annullano dopo un certo tempo Stazionari - le loro proprietà statistiche non dipendono dallo stato iniziale non stazionari - le loro proprietà statistiche dipendono dallo stato iniziale Ergodici - un processo stocastico si dice ergodico quando le medie statistiche coincidono con le medie temporali (processo stazionario) Non ergodici - non godono della proprietà dei segnali ergodici Classificazione fenomenologica dei segnali

29 Classificazione dei Segnali I segnali vengono classificati in varie categorie, a seconda delle loro proprietà. In riferimento al tempo si definisce segnale a tempo continuo: l'asse dei tempi può assumere un qualsiasi valore reale, segnale a tempo discreto: l'asse dei tempi assume solo valori discreti, ad esempio 1, 2, 3... In riferimento alla variabile dipendente (ampiezza) si distinguono: segnale ad ampiezza continua: i valori assunti dall'ampiezza del segnale sono ··numeri reali appartenenti ad un intervallo, cioè possono assumere uno qualsiasi degli infiniti valori compresi tra un minimo ed un massimo; segnale ad ampiezza quantizzata: i valori assunti dall'ampiezza del segnale sono numeri naturali [con segno], cioè appartengono ad un insieme finito di valori precisi. segnale bipolare o bidirezionale: assume nel tempo sia valori di tensione negativi che valori positivi. segnale unipolare o monodirezionale: assume nel tempo valori di tensione solo negativi o positivi.

30 Classificazione dei Segnali - segnale analogico: segnale a tempo continuo e ad ampiezza continua - segnale numerico (o digitale): segnale a tempo discreto e ad ampiezza quantizzata. Inoltre, in base alla possibilità di prevedere l'ampiezza futura, i segnali si distinguono in: - segnale deterministico: segnale di cui si conosce esattamente l'andamento dell'ampiezza in funzione del tempo; - segnale aleatorio o stocastico: l'andamento dell'ampiezza è caratterizzabile solo in termini statistici, cioè l'ampiezza del segnale è una variabile aleatoria;

31 31

32 32 Schema di un sistema di telecomunicazioni

33 33 Introduzione ai principali concetti di teoria delle reti e delle telecomunicazioni Rete di Telecomunicazione. Definizione: Un insieme di nodi e canali che fornisce un collegamento tra due o più punti per permettere la telecomunicazione tra essi - Si chiama nodo un punto in cui avviene il trasferimento dei segnali - Si chiama canale un mezzo fisico di trasmissione Il canale può essere unidirezionale o bidirezionale Sistema di comunicazione digitale Sistema che trasferisce informazione da una sorgente digitale ad un ricevitore digitale. Sistema di comunicazione analogico Sistema che trasferisce informazione da una sorgente analogica a un ricevitore analogico. N.B. Quando si trasmette da una sorgente analogica ad un ricevitore digitale o vice versa è necessario prevedere nel nostro sistema di telecomunicazione una conversione analogico / digitale (A/D Converter o D/A Converter).

34 34 Sorgente di informazione analogica Apparato che produce un insieme di messaggi definiti su un insieme continuo (es.: il microfono di un telefono, il suono amplificato di un giradischi, il suono delle casse acustiche ). Ampiezza di banda analogica per le comunicazioni analogiche la banda si misura in modo indiretto, ed è data dall'intervallo di frequenze occupato dal segnale: per esempio, una comunicazione telefonica analogica occupa le frequenze che vanno da 300 a 3400 Hz, quindi ha una banda di 3100 Hz (cioè ). Sorgente di informazione digitale Apparato che emette un insieme finito di possibili messaggi (es.: tastiera di un PC o di un telefono). Ampiezza di banda digitale Quantita di informazione che un canale digitale puo trasportare nellunita di tempo (ad esempio bit per secondo) N.B. In telecomunicazioni la capacita di un canale digitale viene espressa in bit per secondo a differenza dellinformatica generale dove la capacita (memoria, disco) di un sistema viene espressa in Byte.

35 35 Throughput (bit/s) Ampiezza di banda digitale istantanea (ovvero misurata in un determinato istante di tempo) di un sistema di telecomunicazione digitale; il termine viene utilizzato anche per indicare la performance di un calcolatore o di una rete di calcolatori.

36 36 Misura della qualita di un sistema di trasmissione dati Se la trasmissione e di tipo analogico il parametro caratteristico che viene misurato e il rapporto segnale-rumore (S/N o signal to noise ratio); nel caso dei sistemi digitali la misura piu diffusa e la probabilita di errore chiamata anche BER (Bit Error Rate). - Il Rapporto Segnale/Rumore (S/N) e espresso in deciBel (dB) (S/N)dB = 10 * log10 * (Potenza segnale / Potenza rumore) con la potenza espressa in Watt - Se invece della potenza utilizziamo lampiezza la formula diventa: (S/N)dB = 20 * log10 * (Ampiezza segnale / Ampiezza rumore) con lampiezza espressa in Volt Ricordiamo che la potenza è definita: W = U * I (dove I e la corrente in Ampere e U la tensione in Volt),

37 37 BER (Bit Error Rate) – Sistemi digitali Il tasso di errore sul bit e il rapporto tra il numero di bit ricevuti in maniera errata rispetto al numero totale di bit inviati in uno specifico intervallo di tempo. Il rapporto di errore e generalmente espresso in notazione scientifica, ovvero 2.5 errati su corrispondono ad un BER =2.5 × Su di una connessione di buona qualita il BER < 10 -9, ovvero un meno di un bit errato ogni miliardo di bit spediti.

38 38 Trasformata e Serie di Fourier - Dal punto di vista formale, la formula della trasformata di Fourier mostrano il passaggio dal dominio del tempo, x(t), al dominio della frequenza X(f), e viceversa. - Se partiamo per esempio da un segnale sonoro, che è descritto istante per istante da una forma d'onda come funzione x(t), grazie alla Trasformata di Fourier possiamo scomporre il segnale in tutte le sue armoniche ed ottenerne una funzione X(f) che rappresenta lo stesso segnale di partenza descritto in funzione delle frequenze presenti nel segnale. - Queste formule possono essere liberamente utilizzate per passare da un dominio all'altro a seconda del tipo di calcoli che si vogliono effettuare, ed il segnale, nell'una o nell'altra forma, resta sempre il medesimo!

39 39 Esempio. - Quando noi parliamo o emettiamo dei suoni, utilizziamo delle frequenze che variano fra i 20 ed i Hz (gli animali arrivano a frequenze molto più alte). - Con la Trasformata di Fourier potremmo per esempio pensare di registrare la nostra voce, passare nel dominio della frequenza, quindi cancellare tutte le frequenze al di sopra diciamo dei Hz. - Riascoltando (nel dominio del tempo) la nostra voce modificata in questo modo la sentiremmo allora con un tono molto più basso e cupo, e questo proprio in virtù dell eliminazione delle frequenze alte nel dominio della frequenza. - I campi di applicazione della Trasformata di Fourier varcano i confini del signal processing, infatti essa viene utilizzata per la progettazione di circuiti elettronici, dispositivi di controllo, per la codifica di suoni e immagini, ecc... Esempio di Trasformata di Fourrier

40 40 - Esponiamo una formula che è una semplificazione della Trasformata, la Serie di Fourier, che permette di scomporre un qualunque segnale periodico x(t) in una somma di infinite sinusoidi di ampiezza diversa: Serie di Fourier -Legge di Fourier: una qualsiasi funzione periodica continua si può scomporre nella somma di un termine costante A 0, che rappresenta il valore medio dell ampiezza della funzione in un periodo e di infinite sinusoidi di frequenza multipla della frequenza della funzione. - La sinusoide che si ottiene per n=1 è detta fondamentale, le sinusoidi di frequenza multipla della fondamentale sono definite armoniche. - L'ampiezza delle armoniche è decrescente e tendente a zero con il crescere della frequenza.

41 41 Approssimazione di unonda quadra tramite armoniche successive

42 42 Come può essere studiato un segnale ? Nel dominio del tempo, attraverso la sua forma d'onda. Lo strumento idoneo per questo studio è l'oscilloscopio. Nel dominio della frequenza attraverso il suo spettro. Lo strumento idoneo in questo caso è l'analizzatore di spettro.

43 43 Somma di due armoniche analizzate sia nel dominio del tempo che delle frequenze.

44 44 Dal dominio del tempo al dominio delle frequenze. Si prescinde dallo sviluppo temporale del segnale sinusoidale e si rappresentano solo le sue tre proprietà fondamentali: ampiezza, frequenza e fase Nello spettro delle ampiezze si disegna una riga verticale, collocata alla frequenza f del segnale, di altezza pari alla sua ampiezza. Nello spettro delle fasi si disegna una riga verticale, sempre in corrispondenza della frequenza f, di altezza pari alla sua fase. Sullasse delle ascisse non è più presente la variabile tempo, bensì la frequenza o la fase Dominio del tempo Dominio delle frequenze (Spettro)

45 45 Larghezza di banda di un segnale La larghezza di banda di un segnale e data dallintervallo delle frequenze di cui e composto il suo spettro Generalmente un segnale ha banda infinita (infinite armoniche) In pratica la potenza del segnale e contenuta in un insieme limitato di frequenze. Questo intervallo limitato di frequenze si dice banda efficace del segnale

46 46 Limitazione della banda in trasmissione Nella trasmissione dei segnali e impossibile trasmettere tutte le frequenze di cui e composto il segnale stesso Il mezzo trasmissivo, la tecnologia che genera il segnale o scelte volontarie impongono una limitazione alla banda utilizzabile La trasmissione di un numero limitato delle armoniche del segnale fa si che in ricezione il segnale apparira differente Maggiore e il numero di armoniche trasmesse, migliore risultera la qualità del segnale in ricezione

47 47 Fine


Scaricare ppt "1 Linformazione ed i Segnali Elettrici. 2 Definizione di Informazione: Cosa si intende per informazione ? E un termine piuttosto vago Non è semplice definire."

Presentazioni simili


Annunci Google