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1 Canali e Multiplazione (da materiale preparato da Antonio Capone- Politecnico di Milano) Corso di Reti.

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Presentazione sul tema: "1 Canali e Multiplazione (da materiale preparato da Antonio Capone- Politecnico di Milano) Corso di Reti."— Transcript della presentazione:

1 1 Canali e Multiplazione (da materiale preparato da Antonio Capone- Politecnico di Milano) Corso di Reti

2 2 Canali punto-punto n collegamenti permanenti tra un trasmettitore ed un ricevitore n il ricevitore può essere ottimizzato sulla base dellunico segnale da ricevere n trasmissione continua o in trame (può cambiare il sincronismo) trasmettitorericevitore

3 3 Cenno sul sincronismo n se gli orologi non sono allineati: ritmo di trasm. ritmo di ricezione

4 4 Metodi per garantire il sincronismo n sincronismo continuo: n grazie a della ridondanza della codifica è possibile derivare direttamente linformazione di sincronismo: T

5 5 Sincronismo mediante preambolo n prima della trasmissione vera e propria si trasmette un preambolo di sincronismo che consente al ricevitore di agganciarsi preambolo di sincronismo informazione 100 T

6 6 Canali broadcast n sono canali nei quali più stazioni possono accedere in parallelo n il segnale emesso da una stazione raggiunge tutte le altre

7 7 Canali broadcast n Il ricevitore può ricevere molti segnali diversi in livello e sincronismo e deve essere in grado di adattarsi n le trasmissioni sono sempre precedute da un preambolo di sincronismo n esempi: reti locali ethernet, sistemi cellulari

8 8 La multiplazione n la capacita dei mezzi trasmissivi fisici può essere divisa per ottenere più canali di velocità più bassa

9 9 La multiplazione fisica n la distinzione tra i flussi avviene solo sulla base di parametri del livello fisico come frequenza, tempo, codice, lunghezza donda, ecc. livello fisico sotto-livello multiplazione sotto-livello trasporto bit nodo 1 nodo 2 multiplatore

10 10 Multiplazione a divisione di frequenza FDM (Frequency Division Multiplexing) n Il mezzo trasmissivo può essere caratterizzato da una banda di frequenze utilizzabili n la banda complessiva può essere divisa in sotto-bande cui associare un canale f min f max f min f max

11 11 Multiplazione a divisione di frequenza FDM (Frequency Division Multiplexing) n il segnale relativo ad un canale viene trattato mediante tecniche di modulazione in modo da associarlo a ciascuna sotto banda f min f max mod. f

12 12 Multiplazione a divisione di frequenza FDM (Frequency Division Multiplexing) modulatore AM SSB modulatore AM SSB + canale 1 canale n f f ff1f1 f2f2 fnfn f1f1 fnfn bsbs B bgbg n=B/( b s.+ b g )

13 13 FDM telefonico n in passato lFDM veniva come tecnica di multiplazione dei canali vocali tra centrali telefoniche n banda segnale vocale: circa 4 kHz 300 Hz 3600 Hz n multiplazione di 12 canali da 4 kHz su una banda di 48 kHz n multiplazione successiva del segnale multiplo di 48 kHz con altri segnali multipli (multiplazione a livelli gerarchici)

14 14 Multiplazione a divisione di tempo TDM (Time Division Multiplexing) n E una tecnica usata per segnali digitali (…) n Dato un canale numerico a velocità C (bit/s) si costruiscono intervalli di tempo di canale costituiti da multipli del tempo di bit t b =1/C t... intervallo di canale o slot tempo di bit

15 15 TDM (Time Division Multiplexing) n Un canale può usare un intervallo di canale (slot) ogni N n si definisce una struttura a trame consecutive costituite da N slot consecutivi n se si numerano ciclicamente gli slot delle trame, un canale è associato a un numero di slot trama... slot

16 16 TDM (Time Division Multiplexing) t durata di trama T=N n i /C numero di bit: n i durata interv.: Ti=n i /C... numero di intervalli N trama intervallo di canale velocità di ciascun canale c=C/N (bit/s)

17 17 TDM (Time Division Multiplexing) n Scelta della durata di slot: n n i numero di bit per slot n T i durata di uno slot (T i =n i /C) n la velocità del canale c non dipende da T i ma solo da N (c=C/N) n tempo di adattamento: T a = n i /c c (bit/s) C (bit/s)

18 18 Esercizio n Si consideri un canale di velocità C=2,048 Mbit/s n si vogliano ricavare canali di velocità c=64 kbit/s con un ritardo di adattamento massimo di 10 ms n si calcoli: n il numero di canali ottenibili n la durata massima di slot n il numero di bit per slot n N = C/c = 2048/64 = 32 n T a = n i /c = 10 ms; n n i = T a c = 0, =640; n T i = n i /C = 0,3125 ms

19 19 Esercizio n Si consideri un canale di velocità C=900 kbit/s n si vogliano ricavare 4 canali di velocità c=200 kbit/s e un canale di velocità 100 kbit/s n si definisca allo scopo una struttura di trama TDM da fare a casa

20 20 Multiplazione a divisione di codice CDM (Code Division Multiplexing) n La tecnica CDM consiste nel miscelare N flussi di bit previa moltiplicazione di ciascuno di questi con una parola di codice C i scelta fra le N parole di un codice ortogonale n le parole del codice sono costituite da N simboli binari, chiamati chip per distinguerli dai bit di informazione, di durata N volte inferiore al bit di informazione

21 21 Codici ortogonali n segnali ortogonali: n sequenze ortogonali: C 1 (t) C 2 (t)

22 22 Codici ortogonali matrici di Hadamart:Esempio N=4

23 23 CDM (Code Division Multiplexing) + s1s1 sNsN s2s2 N s N N s 2 N s 1 C1C1 C1C1 C2C2 C2C2 CNCN CNCN

24 24 Multiplazione a divisione di lunghezza donda WDM (Wavelength Division Multiplexing) n è la stessa cosa che FDM, si chiama WDM per ragioni storiche legate allo sviluppo della fibra ottica n le diverse portanti ottiche alle diverse lunghezze donda sono gestite con dispositivi ottici n ciascuna portante ottica viene modulata ai limiti delle velocità elettroniche (5-10 Gbit/s) n il limite tecnologico è dovuto alla stabilità dei laser in frequenza e alla scarsa risoluzione dei filtri ottici n dispositivi commerciali con 16 lunghezze donda, ma presto avremo 128 lunghezze donda n ad esempio la capacità dei cavi trasoceanici viene moltiplicata dal numero di lunghezze donda

25 25 Accesso Multiplo n E lanalogo della multiplazione ma per canali broadcast n le stazioni che accedono sono distanti e devono coordinarsi per accedere al canale broadcast canale 1 canale 2 canale 3

26 26 Accesso multiplo fisico livello fisico sotto-livello di accesso multiplo sotto-livello di trasporto bit nodo 1nodo 2nodo 3nodo 4

27 27 FDMA Frequency Division Multiple Access n E analogo a FDM n la necessità del coordinamento delle stazioni non crea problemi nel caso di divisione di frequenza n esempi: n trasmissioni radiofoniche e televisive n sistema cellulare TACS (Total Access Cellular System) utilizza una portante modulata FM con banda 25 kHz per ciascun canale

28 28 TDMA Time Division Multiple Access n è lanalogo del TDM n è necessario un coordinamento per trovare una base temporale comune alle stazioni (sincronismo di trama) n il sincronismo non può essere perfetto: tempi di guardia

29 29 Sincronismo di trama canali broadcast centrali canali broadcast non-centrali

30 30 Canali broadcast centrali n il punto centrale può essere di riferimento per il sincronismo n le sue trasmissioni regolari possono sincronizzare le trasmissioni delle altre (ad es. una trasm. ogni trama, o ad intervalli multipli) riferimento temporale 2 tempo di propagazione d v d - distanza v - velocità della luce

31 31 Canali broadcast centrali n tempo di guardia:

32 32 Canali broadcast centrali n Timing Advance: n noti i tempi di propagazione le stazioni possono compensarli con una trasmissione anticipata necessità di stimare i (possono essere variabili) n errore di stima: tempi di guardia n tecnica usata in GSM 1) prima trasmissione 3) invio stima ritardo 2) stima ritardo 4) trasmissioni successive

33 33 Canali broadcast non centrali n T g = 2 max[ ij ] n non cè il riferimento n trasmissioni diverse possono combaciare in un punto ed essere distanti in un altro

34 34 Efficienza n dipende dal rapporto T g /T i n lefficienza scende: n allaumentare delle distanze (aumenta T g ) n allaumentare della velocità del canale n al diminuire della durata dello slot

35 35 CDMA Code Division Multiple Access n non è possibile avere trasmissioni sincrone e quindi non si riesce a conservare lortogonalità dei codici n si usano codici a bassa correlazione per qualunque sfasamento temporale n usato nel sistema UMTS (telefonini di 3a generazione)

36 36 Sistemi radiomobili BS MS cella uplink downlink

37 37 Accesso radio n Il problema dellaccesso radio è relativo al modo con il quale gli utenti della stessa cella condividono le risorse radio n downlink: n multiplazione dei canali verso gli utenti n uplink: n accesso multiplo delle stazioni mobili

38 38 Accesso radio n Sistemi di prima generazione: TACS (Europa) AMPS (Stati Uniti) n FDM/FDMA (downlink/uplink) n Sistemi di terza gen.: UMTS (Europa e ???) n CDM/CDMA n Sistemi di seconda gen.: GSM (Europa) D-AMPS (Stati Uniti) n multi-carrier TDM/TDMA

39 39 Riuso di frequenza n I canali disponibili non bastano per tutti gli utenti n soluzione: usare più volte gli stessi canali in celle diverse n il riuso degli stessi canali genera interferenza co-canale n il riuso è possibile in celle sufficientemente distanti da far si che linterferenza sia tollerabile (buona qualità del collegamento)

40 40 Riuso di frequenza n linterferenza è la caratteristica fondamentale dei sistemi cellulari n Di solito si assume che la la qualità sia buona se il rapporto tra potenza del segnale e potenza dellinterferenza SIR (Signal- to-Noise Ratio) sia maggiore di una soglia SIR min

41 41 Cluster n Linsieme delle portanti disponibili viene diviso in K gruppi n ad ogni cella viene assegnato un gruppo in modo tale da massimizzare la distanza tra celle che usano lo stesso gruppo n efficienza di riuso = 1/K n K=1,3,4,7,9,12,13, … K = 7 K = 3

42 42 Cluster n dato il valore di SIR min è possibile stimare lefficienza massima del sistema, ovvero il K minimo n potenza ricevuta:

43 43 Cluster d r D d1d1 d2d2 d3d3 d4d4 d5d5 d6d6 n stesse antenne e stessa potenza n caso peggiore d = r n approssimazione d i = D

44 44 Cluster n Il SIR dipende solo dal rapporto di riuso R=D/r e non dalla potenza assoluta trasmessa e dal raggio della cella n fissato SIR min si può calcolare R min n noto R min si può ottenere K osservando che: n quindi:

45 45 Esercizio n Si dimensioni il cluster di un sistema che tollera SIR min = 18 dB nel caso i cui lesponente di attenuazione della distanza sia pari a 3.9

46 46 Ripasso n dB n scala logaritmica n potenze

47 47 Ripasso n al prodotto in scala lineare corrisponde la somma in dB n al rapporto la differenza

48 48Ripasso n valori notevoli


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