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Trasmissione e ricezione dell’informazione

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Presentazione sul tema: "Trasmissione e ricezione dell’informazione"— Transcript della presentazione:

1 Trasmissione e ricezione dell’informazione
Università di Trieste Trasmissione e ricezione dell’informazione Sorgente Codifica di canale Modem Utente Demodem Canale fisico Decodifica di canale Data stream Code stream Canale digitale La codifica/decodifica di canale permette di diminuire (con un certo grado di libertà) il tasso di errore del canale, aggiungendo informazioni, oltre a quelle trasmesse, che permettono di rilevare e/o ricostruire simboli errati. Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

2 All’inizio del XIX secolo Jean-Baptiste Fourier ha dimostrato che:
Università di Trieste Serie di Fourier All’inizio del XIX secolo Jean-Baptiste Fourier ha dimostrato che: Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

3 Serie di Fourier Università di Trieste
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4 Serie di Fourier Università di Trieste
Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

5 Università di Trieste Capacità del mezzo Nel 1924 H. Nyquist dimostrò che un segnale a larghezza di banda B può essere ricostruito a partire dai 2B campioni del segnale stesso. Con l’ausilio di questa relazione riuscì a stabilire che la massima quantità di informazione trasmessa in un canale non rumoroso, dato un segnale costituito da V livelli, è di: Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

6 Università di Trieste Capacità del mezzo Nel 1948 C. Shannon estese il lavoro di Nyquist a canali soggetti a rumore casuale (termico). Se indichiamo con S la potenza del segnale e con N la potenza del rumore, la massima informazione trasmessa è: quindi, in un canale telefonico la banda è di circa 3 Khz, il rapporto S/N è di circa 30 dB (cioè 10 log101000=30 dB), allora la quantità massima di bit trasmessi è di circa bps. Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

7 Categoria 3: Rappresentato da 4 coppie raggruppate in una guaina
Università di Trieste Mezzi di trasmissione Mezzi magnetici: Nastri magnetici e floppy disk che hanno una banda passante molto varia (dipende dalla destinazione) Il doppino: Consiste in due fili di rame isolati, dello spessore di un 1mm La larghezza di banda dipende dallo spessore e dalla distanza percorsa, ma molte volte può raggiungere diversi megabit/s per distanze di chilometri. Esistono vari tipi di doppino: Categoria 3: Rappresentato da 4 coppie raggruppate in una guaina Categoria 5: Come Cat. 3 ma con più intrecciamenti per cm ed isolamento di qualità superiore Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

8 L’impedenza tipica dei cavi coassiali (coax) è di 50.
Università di Trieste Mezzi di trasmissione Cavo coassiale a banda base: Consiste in un filo di rame rigido circondato da una garza metallica che funge da schermo: L’impedenza tipica dei cavi coassiali (coax) è di 50. La larghezza di banda dipende dalla lunghezza del cavo: per lunghezze di 1 km sono possibili velocità che variano da 1 a 2 Gbps. Si possono avere anche cavi più lunghi, ma occorre ridurre la velocità di trasmissione e frammezzare ai tratti di cavo degli amplificatori di segnale. Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

9 Università di Trieste Mezzi di trasmissione Cavo coassiale a larga banda: Consiste in un cavo identico a quello in banda base, ma con un sistema di trasmissione diverso. Su coassiale in banda larga, la trasmissione avviene in analogico, cioè in maniera del tutto simile alla trasmissione televisiva. La larghezza di banda in questo caso è di 300 Mhz, con lunghezze anche di 100 km. I sistemi a banda larga suddividono il canale totale in canali da 6 Mhz, che possono essere utilizzati per la trasmissione di emittenti TV, audio ad alta qualità (1,4 Mbps) o un flusso digitale a 3 Mbps. Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

10 La larghezza di banda in questo caso è di oltre 30.000 GHz.
Università di Trieste Mezzi di trasmissione Fibra ottica: Consiste in un cavo composto da un anima trasparente di silicio avvolto in un rivestimento di vetro con indice di rifrazione diverso. Tutta la parte in vetro è ricoperta da una guaina di plastica nera. Le fibre sono normalmente raggruppate insieme intorno ad un filo di metallo che facilita la posa del cavo. La larghezza di banda in questo caso è di oltre GHz. L’attuale limite di trasmissione è dovuto semplicemente al fatto che un sistema a fibra ottica necessita di due conversioni: la prima da elettrico a luce, e la seconda luce ad elettrico. Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

11 Università di Trieste Mezzi di trasmissione La trasmissione all’interno dell’anima di vetro può avvenire con modalità diverse: Fibra multimodale: È una fibra il cui nucleo è abbastanza ampio da permettere diversi angoli di rimbalzo della luce trasmessa Fibra monomodale: È una fibra il cui nucleo permette il passaggio di poche lunghezze d’onda. Questo fa comportare la fibra come una semplice guida d’onda Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

12 Università di Trieste Mezzi di trasmissione L’aria: L’aria è un buon mezzo di trasmissione, in particolare le onde radio sono facili da generare, possono viaggiare per lunghe distanze e penetrano facilmente negli edifici. Inoltre sono omnidirezionali, quindi il trasmettitore e il ricevitore non devono essere allineati. Radio Microonde Infrarosso Raggi X UV Raggi Gamma 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016 TV Doppino Coax Fibre Satellite Radio FM Microonde Radio AM Marittima LF MF HF VHF UHF SHF EHF THF Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

13 Università di Trieste Canale digitale È costituito dall’insieme modulatore, canale fisico di comunicazione e demodulatore. Viene chiamato così perché sia in ingresso che in uscita del canale si hanno simboli digitali. Discrete q-aty input, Q-ary output channel BSC (Binary Symmetric Channel) x0 y0 x1 y1 x2 y2 xj yk 1 q q = 1 - p p …… …… Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

14 1876: Inizio della nuova era
Università di Trieste 1876: Inizio della nuova era 1876: Alexander Graham Bell brevetta il telefono 1878: Fonda la Bell Telephone Company Apre il primo ufficio di commutazione a New Haven nel Connecticut Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

15 Il sistema telefonico moderno
Università di Trieste Il sistema telefonico moderno DIGITAL PSTN Linea Analogica Nella trasmissione PCM, in corrispondenza di ciascun campione vengono emessi n impulsi binari rappresentanti in codice il valore quantizzato dell’ampiezza istantanea del segnale campionato. Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

16 Evoluzione della topologia di rete
Università di Trieste Evoluzione della topologia di rete 1876 1878 1890 Switching office End office Toll office ... Local Loop Local Loop Toll connecting trunk ... VHB interc. trunk ... Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

17 Il canale telefonico vocale ha banda in 300Hz - 3.4KHz
Università di Trieste Mezzi di trasmissione Il canale telefonico vocale ha banda in 300Hz - 3.4KHz I circuiti locali sono doppini in rame Tra gli uffici di commutazione si usano cavi coassiali, microonde e fibre ottiche Si sta passando dal sistema analogico al digitale (è più facile rigenerare il segnale; permette trasmissione di voce, dati, video; la frma d’onda non deve essere accurata; manutenzione più semplice). Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

18 Componenti del sistema
Università di Trieste Componenti del sistema Circuiti locali - analogici I dati devono essere convertiti in forma analogica con un modem Ufficio di pedaggio Ufficio terminale Ufficio terminale Dorsali Centralini Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

19 Distorsione d’ampiezza
Università di Trieste Distorsione d’ampiezza L’attenuazione è la perdita di energia del segnale durante la sua propagazione. La perdita è espressa in dB per Km. La Distorsione d’ampiezza deriva dalla diversa attenuazione che subiscono nella propagazione le varie componenti spettrali del segnale, il quale risulta così deformato rendendo più difficile la sua ricezione. Ad ogni distorsione dello spettro provoca un cambiamento sull’andamento del segnale nel dominio del tempo. Questo provoca effetti coda con conseguente interferenza intersimbolica. Soglia di decisione Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

20 Distorsioni della fase
Università di Trieste Distorsioni della fase La Distorsione di fase è provocata dalla differente velocità con la quale si propagano le diverse componenti del segnale trasmesso. In genere sono costanti per un mezzo trasmissivo e si riflettono nel dominio del tempo provocando una traslazione in ritardo del segnale. Il Jitter di fase è un fenomeno molto simile alla distorsione di fase, con l’unica differenza che questo disturbo non è costante nel tempo, ma varia in maniera casuale. Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

21 È importante distinguere tra rumore di fondo e rumore impulsivo:
Università di Trieste Il rumore di linea È importante distinguere tra rumore di fondo e rumore impulsivo: Rumore di fondo (Rumore bianco): È un rumore la cui potenza è uniformemente distribuita nella banda di frequenze utilizzata. Rumore impulsivo: È un rumore costituito da picchi che superano una determinata soglia, in genere non raggiungibile dal rumore di fondo. Ha origine dai transitori delle centrali, da correnti parassite industriali e atmosferiche e da qualunque altra causa che possa indurre disturbi di breve durata ma di forte intensità. Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

22 La modulazione dei dati sulla linea di trasmissione può essere:
Università di Trieste Le modulazioni La modulazione dei dati sulla linea di trasmissione può essere: Pulse Code Modulation (PCM) Modulazione a Frequency Shift Keying (FSK) Modulazione a Phase Shift Keying (PSK) Modulazione a Quadrature Amplitude Modulation (QAM) Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

23 Università di Trieste La codifica PAM/PCM Per trasformare una sequenza di bit in un segnale analogico è necessario associare ad ogni valore binario una curva chiamata kernel. Il problema è che non è possibile avvicinare troppo due simboli consecutivi, perché questi potrebbero interferire tra loro. Inoltre non è possibile ridurre troppo l’ occupazione in tempo della curva kernel a causa del conseguente allargamento della banda di canale nel dominio della frequenza. Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

24 Frequency Shift Keying
Università di Trieste Frequency Shift Keying Nella modulazione FSK a ciascuna delle due cifre binarie è associato un valore diverso di frequenza. Precisamente: Requisito importante nella FSK è la continuità di fase negli istanti di transizione da una frequenza all’altra. Il mancato rispetto di questa condizione comporta un allargamento della banda del segnale modulato. Per ottenere questo generalmente si scelgono le frequenze di livello in modo che la loro frequenza risulti pari ad un multiplo della frequenza fondamentale di modulazione. Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

25 Università di Trieste Phase Shift Keying Nella modulazione PSK bifase, a ciascuna delle due cifre binarie è associato un valore diverso di fase. Precisamente: La modulazione polifase si realizza effettuando una codifica preliminare dei bit provenienti dal terminale, raggruppandoli in parole di n bit e facendo corrispondere a ciascuna delle 2n parole possibili una determinata fase della frequenza portante. Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

26 Università di Trieste Esempio di PSK 3 bit = 4800 bit/s 2 bit = 2400 bit/s 001 0 000 45 010 90 00 45 10 135 11 225 01 315 Non si può aumentare indefinitamente il numero di bit per campione perché entrano in gioco fattori di distorsione o rotazione del segnale, detto anche phase jitter. Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

27 Quadrature Amplitude Modulation
Università di Trieste Quadrature Amplitude Modulation Nella QAM si utilizzano congiuntamente le modulazioni di ampiezza e fase. Quindi la codifica dei bit non viene solo affidata alla variazione di fase, ma anche a quella di ampiezza. 3 bit/baud 001 000 101 1111 0000 1010 1101 0010 4 bit/baud Schemi di costellazione Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

28 Esempio di costellazione QAM
Università di Trieste Esempio di costellazione QAM 0001 0100 0101 0011 0000 0010 0110 0111 1100 1111 1001 1000 1101 1110 1010 1011 4 bit/baud = 9600 bps Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

29 Esempio di costellazione QAM
Università di Trieste Esempio di costellazione QAM Velocità di trasmissione: bps Costellazione a 64 punti Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

30 Banda di frequenza dei segnali trasmessi (banda base o traslata)
Università di Trieste I Modem I modem vengono classificati in base alle loro principali caratteristiche di funzionamento: Banda di frequenza dei segnali trasmessi (banda base o traslata) Tipo di collegamento consentito (half duplex o full duplex) Procedura di trasmissione (sincrona o asincrona) Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

31 Caratteristiche dei Modem
Università di Trieste Caratteristiche dei Modem Modem in banda traslata: Se la via di trasmissione del collegamento dati è un canale telefonico con banda Hz, è necessario effettuare, mediante il modem, una traslazione di frequenza di adattamento. Modem in banda base: Se il collegamento è una rete dedicata in ambito urbano con supporto trasmissivo costituito da coppie di cavo senza limitazioni (o quasi) di banda, è possibile trasmettere dati in banda base. In questo modo il modem risulta semplificato. Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

32 Caratteristiche dei Modem
Università di Trieste Caratteristiche dei Modem Modem in half-duplex: In questo tipo di funzionamento, per consentire il flusso dei dati in entrambe le direzioni di trasmissione, i modem devono passare alternativamente dallo stato di trasmissione a quello di ricezione e viceversa. Questa commutazione richiede un certo tempo dell’ordine di qualche millisecondo (turn around time). Modem in full-duplex: In questo tipo di funzionamento il flusso dei dati può avvenire contemporaneamente nei due sensi di trasmissione: non è richesta quindi la commutazione trasmissione-ricezione da parte del modem, e ciò consente di eliminare i tempi morti relativi a questa operazione. Questa modalità pone dei problemi nel caso di circuiti a 2 fili, perché la banda passante telefonica deve essere divisa in due canali che limitano di fatto la velocità di trasmissione. Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

33 Caratteristiche dei Modem
Università di Trieste Caratteristiche dei Modem Modem sincroni: Nel modo sincrono la temporizzazione dei dati è eseguita dal modem. Questo preleva i dati, lato trasmissione, dal terminale secondo una cadenza scandita da un proprio clock. In ricezione, il clock viene estratto dai segnali in arrivo. In questo caso la velocità di trasmissione è rigidamente stabilita dal clock del modem. Modem asincroni: Nel modo asincrono il modem non ha componenti di temporizzazione, ed accetta dalla sorgente i dati con qualsiasi cadenza, purché non superiori ad un massimo consentito. Questi vengono poi restituiti al terminale ricevente senza alterazioni temporali; si dice che i modem asincroni sono trasparenti ai dati. Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

34 Caratteristiche dei Modem
Università di Trieste Caratteristiche dei Modem Altri elementi di classificazione: Intelligenza Equalizzazione automatica o manuale Modem a multiporta Sicurezza Capacità Voice/Data Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

35 Circuito di trasmissione
Università di Trieste Circuito di trasmissione Data Encoder Scrambler Modulatore Circuito di controllo Filtro Clock Driver Request To Send Transmit Data Transmit Clock Clear To Send Canale fisico Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

36 Circuito di ricezione Università di Trieste Data Decoder Descrambler
Demodulatore Equalizzatore Clock Driver Data Carrier Detect Received Data Receive Clock Canale fisico Filtro e Amplificatore Circuito di Carrier Detect Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

37 Università di Trieste Elementi del Modem Data Encoder: Viene impiegato in sinergia con schemi di modulazione, per aumentare il rapporto bit/baud. Scrambler/Descrambler: Quando il flusso di bit che arrivano dal DTE non è sufficiente all’estrazione del clock di trasmissione, è necessario aggiungere uno scrambler che modifica le sequenze di bit in modo da aggiungere le transizioni necessarie. Equalizzatore: Gli equalizzatori vengono utilizzati per adattare le singole componenti del segnale ricevuto, in modo da minimizzare interferenze, attenuazioni, ecc. Filtro: È un dispositivo che accoppia la banda del segnale emesso dal modem alla banda del canale fisico. Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

38 Clock:Il generatore di clock interno è necessario nei modem sincroni.
Università di Trieste Elementi del Modem Clock:Il generatore di clock interno è necessario nei modem sincroni. Driver: Il driver è un dispositivo che adatta il livello del segnale al canale fisico. Modulatore/Demodulatore: Questi circuiti trasformano le sequenze di bit digitali in segnali analogici aventi particolari caratteristiche che dipendono dal tipo di modulazione impiegata. Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

39 Università di Trieste Baud/sec e Bps I Bps (Bits Per Second) di un modem rappresentano la capacità di trasmissione in bit di sorgente. Il Baud rate o Baud/sec rappresentano il numero di campioni analogici trasmessi dal modem. Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

40 Codifica/Decodifica di canale
Università di Trieste Codifica/Decodifica di canale In generale una codifica di canale si indica con (n, k): dove k rappresenta il numero di simboli di sorgente utilizzati per la formazione di un blocco, mentre n (n > k) indica il numero di simboli utilizzati dal codificatore per rappresentare il blocco codificato. Il numero n viene detto anche lunghezza della parola di codice, mentre gli n - k simboli si dicono simboli di ridondanza. Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

41 Classificazione dei Codici
Università di Trieste Classificazione dei Codici Possiamo dividere i codici in due classi distinte: Codici a rilevazione d’errore: che permettono di rilevare la presenza di un errore all’interno di una parola di codice ma che non permettono la sua correzione. Codici a correzione d’errore: che permettono, oltre ad una rilevazione dell’errore in un parola di codice, anche la sua l’individuazione e correzione. Un codice (n, k) viene detto in forma sistematica se la parola di codice è formata dai k simboli di sorgente (rimasti invariati), uniti agli n - k simboli di ridondanza. Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

42 Codici a rilevazione d’errore Vantaggi
Università di Trieste Vantaggi e svantaggi Codici a rilevazione d’errore Vantaggi Sono codici molto semplici e quindi molto veloci. In questo modo possono lavorare ad alte velocità Hanno probabilità di errore più piccole rispetto ai codici a correzione Svantaggi Presentano più basse prestazioni in trasmissione perché è necessario ritrasmettere la parola di codice sbagliata Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

43 Codici a correzione d’errore Vantaggi
Università di Trieste Vantaggi e svantaggi Codici a correzione d’errore Vantaggi Hanno prestazioni elevate in trasmissione perché possono correggere le parole di codice sbagliate Svantaggi I decodificatori sono sempre molto complessi Quando sono presenti più errori di quelli che il codice può correggere, in genere il decodificatore introduce nuovi errori. Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

44 Università di Trieste La Codifica Trellis Nei modem a modulazione QAM, il limite imposto alla velocità è dovuto principalmente alle distorsioni introdotte dal canale fisico. Quindi è stata introdotta una codifica di canale, chiamata Codifica Trellis (TCM) che tende a massimizzare la rilevazione degli errori. S to P Data Signal Point Mapper C.E. 4 bit 2 bit 3 bit Trasmettitore QAM Fase Livello Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

45 Standard dei modem Università di Trieste
Modalità Modulazione Trasmissione Velocità max. Modem Half, Full TCM Asincrona 56000 V. 90 28800 V. 34 19200 V. 32 terbo Sincrona 14400 V. 33 TCM/QAM V. 32 bis 9600 V. 32 QAM V. 29 PSK 4800 V. 27 Half 2400 1200 V. 26 FSK Asincrona/Sincrona 600 V. 23 V. 22 bis V. 22 300 V. 21 Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

46 Università di Trieste Non-linear encoding La Non Linear-Encoding è una tecnica utilizzata per distribuire i punti della costellazione in maniera non uniforme. S to P Data Signal Point Mapper C.E. 4 bit 2 bit 3 bit Trasm. QAM Fase Livello Questo sistema rende il modem immune agli effetti della PCM su linee analogiche normali Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

47 Università di Trieste Modem a 300 bit/s (V. 21) Caratteristiche generali di un modem a 300 bit/s: Velocità di trasmissione: 300 bit/s Modulazione: FSK Tipo di trasmissione: asincrona Mezzo trasmissivo: rete commutata Servizio: full-duplex Frequenze di trasmissione: Bit Canale inferiore Canale superiore Canale inf. (Bell) Canale sup. (Bell) Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

48 Costellazione V. 32 Università di Trieste 9600 bps
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49 Costellazione V. 32 bis Università di Trieste 14400 bps
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50 Costellazione V. 32 terbo Università di Trieste 19200 bps
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51 I baud di trasmissione fissati dallo standard sono: 2400, 3000, 3200
Università di Trieste Modem V. 34 I modem basati sullo standard V. 34 sono di gran lunga i modem più complessi realizzati perché incorporano una vasta gamma di possibili configurazioni I baud di trasmissione fissati dallo standard sono: 2400, 3000, 3200 La massima velocità di trasmissione è: 3200 × 9 bits/baud = bps Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

52 Alla massima velocità, la costellazione è formata da 960 punti
Università di Trieste Modem V. 34 Alla massima velocità, la costellazione è formata da 960 punti Per discriminare tra tutti i punti della costellazione, vengono utilizzati tutti i sistemi di codifica già introdotti (Codifica non lineare, Trellis) Sono stati aggiunti baud rate sotto i 3000 (2743, 2800) per consentire anche la trasmissione su reti ADPCM (Adaptive Differential Pulse Code Modulation) normalmente utilizzate per comunicazioni via satellite Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

53 Università di Trieste Modem V. 34 È stato aggiunto un concetto di canale di trasmissione/ricezione asimmetrico Viene utilizzato un canale ausiliare per la trasmissione a bassissima velocità di informazioni sulla qualità della linea e su informazioni di servizio Capacità di aggiornamento del firmware Successivamente alla sua standardizzazione, il V. 34 viene modificato dalla Rockwell Semiconductor Systems per raggiungere bps Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

54 Lo standard V. 90 utilizza il V. 34 nei collegamenti modem-modem
Università di Trieste Il V. 90 a 56kbps Lo standard V. 90 utilizza il V. 34 nei collegamenti modem-modem Per poter utilizzare queste velocità è stato necessario eliminare una conversione D/A: questo ha ridotto il rumore di quantizzazione che limitava il V. 34: Modem DIGITAL PSTN ADC DAC Linea Analogica Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

55 Trasmissione digitale su linea analogica: problemi
Università di Trieste Trasmissione digitale su linea analogica: problemi Il soppressore di eco Parla A Parla B Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

56 Trasmissione digitale su linea analogica: problemi
Università di Trieste Trasmissione digitale su linea analogica: problemi Il cancellatore di eco Predittore eco -1 + Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

57 Interfaccie DTE/DCE Università di Trieste RS-232
Data Terminal Equipment (DTE) Data Communication Equipment (DCE) Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

58 La RS-232-C nasce nel 1969 e si diffonde rapidamente.
Università di Trieste Breve storia La RS-232-C nasce nel 1969 e si diffonde rapidamente. Negli anni 70 vengono fatte varie revisioni, tra cui la RS-449 (parte elettrica), la RS-423 (a collegamento sbilanciato) e la RS-422 a collegamento bilanciato che raggiunge i 2Mbps con cavi fino a 60m Nel 1987 viene revisionata e viene pubblicata la RS-232-D che aggiunge funzionalità di test locali e una schermatura del cavo Nel 1991 viene pubblicata la RS-232-E che aggiunge un cavo più piccolo Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

59 Ufficialmente può trasmettere 20kbps su linee lunghe fino a 15m
Università di Trieste Caratteristiche La RS-232-C utilizza un connettore a 25 (o a 9) pin largo 47,0413mm con i pin disposti su due file numerate da 1-13 (superiore) e (inferiore) +15 +3 -3 -15 Livello 0 Livello 1 I livelli elettrici sono: Ufficialmente può trasmettere 20kbps su linee lunghe fino a 15m Con le attuali lunghezze dei cavi si può trasmettere anche fino a 56kbps, ma raramente si può arrivare a 115.2kbps a causa della degradazione del segnale Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

60 I segnali della RS-232-C Università di Trieste Modem Terminal Power
supply Transmit circuits Receive Test and control Protective gnd Transmitted data Signal gnd RTS CTS Carrier detect Received data Dataset ready Ring indicator Data terminal ready Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

61 Università di Trieste I segnali della RS-232-C protective GrouND (GND, 1): Questo segnale viene utilizzato per delle masse tra i due circuiti DTE e DCE. Nella RS-232-D questo segnale è stato modificato per fornire una schermatura al cavo in ambienti altamente rumorosi Signal Ground (SG, 7): Questa linea è stata inclusa per fornire un potenziale di riferimento a tutti gli altri segnali dell’interfaccia Trasmitted Data (TD, 2): Quando nessun dato viene trasmesso dal DTE al DCE, questo segnale viene forzato ad 1. Altrimenti il flusso di bit in uscita viene incanalato su questa linea Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

62 Università di Trieste I segnali della RS-232-C Receive Data (RD, 3): Questo segnale viene utilizzato per trasferire dati dal DCE al DTE Request To Send (RTS, 4): Questo segnale viene mandato al DCE dal DTE per preparare il modem alla trasmissione Clear To Send (CTS, 5): Questo segnale viene utilizzato dal DCE per comunicare al DTE che è pronto alla trasmissione Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

63 Università di Trieste I segnali della RS-232-C Carrier Detect (CD, 8): Questo segnale viene utilizzato dal DCE per indicare che sta ricevendo un segnale portante da un modem remoto Data Set Ready (DSR, 6): Questa linea indica al DTE che il modem è collegato alla line atelefonica ed è pronto a trasmettere dati Data Terminal Ready (DTR, 20): Questo segnale è utilizzato dal DTE per preparare il modem alla connessione alla linea telefonica Ring Indicator (RI, 22): Questo segnale viene utilizzato per “svegliare” il DTE in caso di chiamata in arrivo Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

64 RS 232C Università di Trieste Calcolatori Elettronici a.a. 2001-2002
Omero Tuzzi

65 I dati vengono trasmessi TD e ricevuti dal terminale remoto da RD.
Università di Trieste Il NULL-Modem DTR abilita DSR sul computer remoto. In questo modo il computer trasmittente riconosce che il termnale remoto è attivo RTS abilita CD sul computer remoto e il proprio CTS. In questo modo il terminale è convinto che il modem virtuale è stato attivato ed è pronto alla trasmissione I dati vengono trasmessi TD e ricevuti dal terminale remoto da RD. 2 3 4 5 6 8 20 Transmit Data Receive Data Request To Send Clear To Send Data Set Ready Carrier detect Data Terminal Ready Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

66 Fibra nel circuito locale
Università di Trieste Fibra nel circuito locale Doppino di rame Dorsali in fibra Fibra Scatola di giunzione Centrale Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

67 Fibra nel circuito locale
Università di Trieste Fibra nel circuito locale Dorsali in fibra Filo di rame per TV via cavo Fibra Scatola di giunzione Commutatore Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

68 Traffico sulle dorsali
Università di Trieste Traffico sulle dorsali C1 C2 C3 Frequenza (kHz) Multiplexing a divisione di frequenza (FDM) 4KHz/Canale (3Khz segnale + 2 x 500Hz guardia) C1 C2 Lunghezza d’onda Multiplexing a divisione di lunghezza d’onda (WDM) Multiplexing a divisione di tempo (TDM) Linee digitali (audio PCM) Campionamento voce a 8KHz (125 s/campione) Quantizzazione 7/8 bit campione C1 C2 Tempo C3 T Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

69 24 canali vocali multiplexati
Università di Trieste Portante T1 24 canali vocali multiplexati 193 bit / frame (125 s) 1 canale 2 3 4 24 bit 24 x 8 + 1 Codice di pacchetto 7 bit campione bit disegnalazione Velocità = 193 x 8000 = 1,544 Mbps Il bit aggiuntivo è usato per la sincronizzazione ( ….) Per uso dati: 23 canali + 1 per la sincronizzazione Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

70 T1 T2 T3 ….. Si possono multiplexare più portanti T1 in un canale T2
Università di Trieste T1 T2 T3 ….. Si possono multiplexare più portanti T1 in un canale T2 4 flussi T1 6 flussi T2 4 5 1 4:1 7 6 5 4 3 2 1 6:1 6 2 7 3 44,736 Mbps T3 1,544 Mbps T1 6,312 Mbps T2 4 canali T1 corrispondono a 6,176 Mbps I bit in più sono per suddividere i frame e per il controllo Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

71 Ufficio di commutazione di portante
Università di Trieste Commutazione Commutazione di circuito Connessione fisica stabilita su richiesta Richiede l’inizializzazione del cammino Spreco di banda Ufficio di commutazione di portante Commutazione di messaggio Spedizione di un messaggio intero Pacchetti accodati ed instradati Commutazione di pacchetto Suddivisione del messaggio in pacchetti Maggiore efficienza nella correzione di errori Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

72 crescita elevata della complessità con l’aumento delle linee
Università di Trieste Commutatori crossbar 1 2 3 4 5 6 7 Input n linee di input e output n2 punti di incrocio n (n-1)/2 se full-duplex Output crescita elevata della complessità con l’aumento delle linee Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

73 Divisione di spazio k percorsi per ogni ingresso verso un’uscita
Università di Trieste Divisione di spazio N/n crossbar N/n crossbar k crossbar n × k n × k n { N/n × N/n n × k n × k n × k n × k N/n × N/n n × k n × k N = 16, n = 4, k= 2 k percorsi per ogni ingresso verso un’uscita numero di punti di incrocio = 2kN+(N/n)2 sono possibili solo kN/n connessioni contemporanee Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

74 Divisione di tempo Università di Trieste Scambiatore degli
slot temporali n linee di input n linee di output contatore 1 2 3 4 5 6 7 Buffer di RAM n parole da k bit 7 6 5 4 3 2 1 1 2 5 3 6 7 4 Tabella di commutazione degli slot Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

75 Universal Serial Bus (USB)
Università di Trieste Universal Serial Bus (USB) • Standard per la connessione di periferiche al personal computer (proposto verso la metà degli anni ‘90 da un pool di società tra cui Intel, IBM,Microsoft,..) • Obiettivi principali: – connessione al pc dall’esterno del case – unico tipo di cavo, in grado di distribuire anche l’alimentazione – connessione di fino a 127 dispositivi ad un unico computer – supporto per dispositivi real-time (audio, video) Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

76 Universal Serial Bus (USB)
Università di Trieste Universal Serial Bus (USB) • Banda passante di 1.5 MB/s (12 Mb/s) • Cavo a 4 fili: D+, D- per il segnale (differenziale), VBUS (alimentazione a +5 V), ground. • Encoding: NRZI (Non Return to Zero Invert): – 1: conserva il valore logico precedente – 0: commuta rispetto al valore logico precedente • Clock estratto dalla linea dati; per evitare perdita di sincronismo, è inserito uno 0 ogni sei 1 consecutivi (bit stuffing) Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

77 Un USB device è un dispositivo in grado di connettersi al bus USB
Università di Trieste Un USB device è un dispositivo in grado di connettersi al bus USB • Un USB hub è un ripetitore con un ingresso e N (tipicamente 4, 7, 8) uscite; a ciascuna delle uscite può essere connesso un USB device o un altro USB hub Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

78 Università di Trieste USB • Ciascun device ha un identificatore Î 1-127; a un device appena connesso è associato di default l’identificatore 0, in modo che possa essere indirizzabile dalla root che gli invia il suo identificatore definitivo (non c’è ambiguità se non sono connessi contemporaneamente più dispositivi) • Da un punto di vista logico il bus USB è un insieme di bit pipe (pipe di larghezza 1 bit) tra la root e I device. NB: Nessuna connessione tra i device!, tutto centralizzato attraverso la root. Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

79 • Root: ogni 1.00 ± 0.0005 ms si ha un nuovo frame.
Università di Trieste • In realtà, su ciascun device possono essere presenti fino a 16 endpoint (sorgenti o destinazioni della connessione). Endpoint 0: sempre disponibile a default all’atto della connessione. • Root: ogni 1.00 ± ms si ha un nuovo frame. Il frame può contenere più trasferimenti. Ogni trasferimento è indirizzato a un device. • Il frame è composto di pacchetti, che possono andare da root a device o viceversa. Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

80 • 4 tipi di trasferimenti: – controllo – isocroni – bulk – interrupt
Università di Trieste USB transfer types • 4 tipi di trasferimenti: – controllo – isocroni – bulk – interrupt • controllo: per configurare i dispositivi, inviare comandi e richiedere lo stato: se fallisce, viene reinviato (non è detto nello stesso frame). Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

81 • bulk: per dati non real-time quali file per le stampanti
Università di Trieste • isocroni: per dispositivi real-time quali microfoni e telecamere; hanno un ritardo massimo altamente predicibile e non prevedono ritrasmissione in caso di errori • bulk: per dati non real-time quali file per le stampanti • interrupt: per dati con feedback di utente, tipo digitazione da tastiera o coordinate del mouse; sono in realtà inviati a polling perché non esistono linee fisiche di interrupt nel bus Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

82 • ogni pacchetto è formato da campi: – SYNC: sincronizzazione
Università di Trieste USB packet • I trasferimenti consistono di pacchetti (packets); si hanno 4 tipi di pacchetti: – token – data – handshake – special • ogni pacchetto è formato da campi: – SYNC: sincronizzazione – PID: tipo del pacchetto (SOF, IN, OUT, DATA...) – parte variabile – CRC: Cyclic Redundancy Code Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

83 • token: dalla root al device per controllo
Università di Trieste • token: dalla root al device per controllo – SOF: Start of Frame (“clock del frame”); se non c’è nulla da fare al momento, questo è l’unico pacchetto del frame; la parte variabile è il frame number – IN: chiede dati al dispositivo (lettura) e OUT: avvisa il dispositivo che stanno per arrivargli dati (scrittura); la parte variabile è device identifier + endpoint – SETUP: per configurazione • data: la parte variabile (PAYLOAD) sono i dati veri e propri (fino a 1023 byte per trasferimenti tipo isocrono e 64 per gli altri) • handshake: ACK, NACK, STALL (“wait, i’m busy”) Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

84 Esempi di trasferimenti
Università di Trieste Esempi di trasferimenti Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi

85 Università di Trieste USB bandwidth • Non è possibile raggiungere la banda passante limite del bus di 1.5 MB/s per le informazioni, a causa dell’overhead del protocollo: pacchetti token, ACK e NACK nei casi non isocroni, SYNC, PID, CRC nei pacchetti dati, ... • maggiore è la lunghezza del payload nel pacchetto dati, migliore è lo sfruttamento della banda passante (che dipende ovviamente dall’overhead introdotto dal protocollo) • In una situazione tipica è possibile eseguire circa trasferimenti con payload da 64 byte per frame, per una banda utile di circa MB/s; per payload più piccoli, questa si riduce a poche decine di KB/s. Calcolatori Elettronici a.a Omero Tuzzi


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