Networks: Data Encoding

Richiamo: la rete telefonica

Tecniche di codifica Digital Data, Analog Signals [modem] Digital Data, Digital Signals [LAN] Analog Data, Digital Signals [codec] Frequency Division Multiplexing (FDM) Wave Division Multiplexing (WDM) [fibra] Time Division Multiplexing (TDM) Modulazione a codifica d’impulsi o Pulse Code (PCM) [T1] Modulazione Delta

Digital Data, Analog Signals [modem] Base: una sinusoide a frequenza costante detta carrier o portante. La modulazione varia l’ampiezza, frequenza, la fase della sinusoide o una loro combinazione

Modulazione d’ampiezza Modulazione di frequenza Segnale binario Modulazione d’ampiezza Modulazione di frequenza Modulazione di fase

Modem I modem usano una combinazione di modulazioni per trasmettere più bits per baud. QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) usa diverse variazioni di fase, una per simbolo. I modem usano Quadrature Amplitude Modulation (QAM). Questi concetti sono illustrati tramite constellation point : ogni punto è una combinazione ampiezza/fase.

Constellation Diagram (a) QPSK. (b) QAM-16. (c) QAM-64.

Dati e Segnali Digitali [LAN] Segnale digitale – sequenza discreta di impulsi di tensione. Durata del bit: tempo necessario al trasmittente per inviare un bit Problemi Bit timing Estrazione dei bit dal segnale Rumore

Codici NRZ (Non-Return-to-Zero) Due livelli di tensione (uno positivo e uno negativo) per rappresentare le due cifre binarie NRZ-L ( Non-Return-to-Zero-Level) Tensione costante durante la durata del bit   NRZ-L usato per brevi distanze  negative voltage 0  positive voltage

Codici NRZ (Non-Return-to-Zero) NRZ-I ( Non-Return-to-Zero-Invert on ones) Tensione costante durante la durata del bit NRZI è differenziale (i.e., il segnale è decodificato paragonando la polarità di impulsi adiacenti.) 1  transizione all’inizio della cella di bit (alto->basso o basso->alto)   0  niente transizione all’inizio della cella di bit

Codifica Manchester Sempre una transizione al centro della cella di bit{clock}. La direzione della transizione rappresenta la cifra binaria Nel caso peggiore due baud per bit. Usato con il coax e il doppino 802.3. 1  basso-alto 0  alto-basso

Codifica Manchester differenziale Transizione al centro cella (clock). Differenziale e bi-fase. Usato nel 802.5 (token ring) su doppino * Baud rate doppio del bit rate  poco efficiente 1  niente transizione all’inizio della cella 0  transizione all’inizio della cella

1  alterna tensioni +1/2 , -1/2 Bi-Polare 1  alterna tensioni +1/2 , -1/2 0  tensione nulla 0 Caso peggiore simile a Manchester

1 1 1 1 1 Unipolar NRZ Polar NRZ NRZ-Inverted (Differential Encoding) 1 1 1 1 Unipolar NRZ Polar NRZ NRZ-Inverted (Differential Encoding) Bipolar Encoding Manchester Encoding Differential Manchester Encoding

Dati Analogici, Segnali Digitali [PCM (Pulse Code Modulation)] Tecnica più comune: PCM. Esempio: La rete telefonica usa codec per convertire la voce sul local loop analogico in segnale digitale per le centrali Frequenza limitata a 4000 HZ, il codec prende 8000 campioni/sec. (i.e., 125 microsec/campione).

Multiplexing (a) (b) A A A Trunk group A B B B MUX MUX B C C C C

Frequency-division Multiplexing (a) Individual signals occupy H Hz C f B A H (b) Combined signal fits into channel bandwidth A C B f

Frequency-division Multiplexing (a) Spettro dei segnali originali. (b) Traslazione in frequenza (c) Canale multiplexato.

Wavelength Division Multiplexing

Time-division Multiplexing (a) Ogni segnale manda 1 unità ogni 3T secondi t A1 A2 B1 B2 C1 C2 3T 0T 6T (b) Segnale combinatotrasmette 1 unità ogni T secondi t B1 C1 A2 C2 B2 A1 0T 1T 2T 3T 4T 5T 6T

Time-division Multiplexing

Statistical Multiplexing - Concentratore

Pulse Code Modulation (PCM) Segnale analogico viene campionato. Convertito in un treno d’impulsi modulati in ampiezza (Pulse Amplitude Modulation) Impulsi sono quantizzati, ad ogni valore quantizzato è associato un numero binario 128 livelli: un numero di 7 bit per campione

Pulse Code Modulation (PCM) PCM è una codifica non lineare, i canali di quantizzazione non sono uguali Risoluzione maggiore per ampiezze basse Riduzione della distorsione, ma errore di quantizzazione alle ampiezze alte. 8000 campioni/sec x 8 bit/campione= 64 Kbps per un canale voce digitale

Nonlinear Quantization Levels PCM Nonlinear Quantization Levels

Sistema T1 1 1 2 MUX MUX 2 . . . . . . 22 23 24 b 1 2 . . . 24 b 24 frame 24

TDM The T1 carrier (1.544 Mbps).