Villa Orlandi 16 ottobre 2002 L'evoluzione delle tecnologie nelle telecomunicazioni 1 Levoluzione delle tecnologie nelle telecomunicazioni Luigi Paura Università di Napoli, Federico II Facoltà di Ingegneria Dip. di Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni

Villa Orlandi 16 ottobre 2002 L'evoluzione delle tecnologie nelle telecomunicazioni 2 Introduzione 18° secolo – Sistemi meccanici e la rivoluzione industriale 19° secolo - Il vapore 20° secolo – Società dellInformazione Tecnologie dellInformazione e della Comunicazione (ICT) –Rete telefonica –Radio e Televisione –Internet –Satelliti per telecomunicazioni

Villa Orlandi 16 ottobre 2002 L'evoluzione delle tecnologie nelle telecomunicazioni 3 Introduzione 1835 – Telegrafo (Morse) 1876 – Telefono ( Bell, Meucci) 1895 – Radiotrasmissione (Marconi) 1939 – Televisione 1980 – Telefonia mobile cellulare analogica 1992 – Telefonia digitale: GSM, ISDN 1992 – Word Wide Web 2003 – IMT- 2000, UMTS

Villa Orlandi 16 ottobre 2002 L'evoluzione delle tecnologie nelle telecomunicazioni 4 Introduzione Esigenza di comunicazione: –Anyone –Anywhere –Anytime ICT può dare una risposta adeguata a questa domanda

Villa Orlandi 16 ottobre 2002 L'evoluzione delle tecnologie nelle telecomunicazioni 5 Introduzione Domanda crescente di servizi avanzati di comunicazione –telelavoro –telecommercio –telemedicina –teleformazione –teledidattica –intrattenimento

Villa Orlandi 16 ottobre 2002 L'evoluzione delle tecnologie nelle telecomunicazioni 6 Introduzione Quale è la risposta tecnologica? –Utilizzare al meglio le infrastrutture esistenti: Integrazione delle reti esistenti Convergenza delle reti Interoperatività delle reti esistenti

Villa Orlandi 16 ottobre 2002 L'evoluzione delle tecnologie nelle telecomunicazioni 7 Introduzione –Realizzazione di nuove infrastrutture che siano in grado di: Integrarsi alle esistenti Introdurre nuovi servizi avanzati di comunicazione

Villa Orlandi 16 ottobre 2002 L'evoluzione delle tecnologie nelle telecomunicazioni 8 Introduzione Requisiti per raggiungere questi obiettivi: 1.Trasparenza dellinformazione rispetto allinfrastruttura 2.Copertura globale 3.Elevate capacità di trasmissione 4.Semplicità per laccesso alle risorse di comunicazione e di elaborazione 5.Complessità hardware e software accettabile

Villa Orlandi 16 ottobre 2002 L'evoluzione delle tecnologie nelle telecomunicazioni 9 Introduzione Come perseguire questi requisiti: Rappresentazione univoca dellinformazione Convergenza delle tecnologie Convergenza dei servizi di telecomunicazione

Villa Orlandi 16 ottobre 2002 L'evoluzione delle tecnologie nelle telecomunicazioni 10 Introduzione Quali tecnologie per ottenere questi requisiti? La tecnologia digitale per la rappresentazione univoca dellinformazione Il bit (binary unit) è la parte elementare dellinformazione Ogni tipo di flusso informativo può essere rappresentato da una sequenza di simboli binari

Villa Orlandi 16 ottobre 2002 L'evoluzione delle tecnologie nelle telecomunicazioni 11 Introduzione Per la copertura globale si ricorre allintegrazione delle tecnologie di trasmissione : –terrestre : propagazione guidata –cavo coassiale – doppino in rame –fibra ottica Propagazione radio – satellitare

Villa Orlandi 16 ottobre 2002 L'evoluzione delle tecnologie nelle telecomunicazioni 12 Introduzione Per conseguire elevate capacità di trasmissione si utilizza per le dorsali la tecnologia ottica Labbattimento della complessità e quindi dei costi si persegue con tecnologie digitali di elaborazione e di trasmissione

Villa Orlandi 16 ottobre 2002 L'evoluzione delle tecnologie nelle telecomunicazioni 13 Scopo della presentazione –Le principali problematiche nellambito delle reti di telecomunicazioni Rappresentazione numerica e compressione delle sorgenti di informazione Lesigenza della larga banda Convergenza e neutralità delle reti a larga banda

Villa Orlandi 16 ottobre 2002 L'evoluzione delle tecnologie nelle telecomunicazioni 14 Scopo della presentazione –Le risposte a breve termine in ambito tecnologico alle esigenze di comunicazione nella Società dellInformazione Le nuove piattaforme di comunicazione (TV digitale, UMTS, Internet) e i servizi di telecomunicazione

Villa Orlandi 16 ottobre 2002 L'evoluzione delle tecnologie nelle telecomunicazioni 15 Rappresentazione numerica e compressione delle sorgenti di informazione –Le principali sorgenti di informazione: Segnale audio Segnale di immagine Segnale video Dati

Villa Orlandi 16 ottobre 2002 L'evoluzione delle tecnologie nelle telecomunicazioni 16 Rappresentazione numerica e compressione delle sorgenti di informazione –Problemi: Caratteristiche molto differenti Requisiti di trasmissione molto differenti Qualità di servizio molto differenti –Risposta naturale: Infrastrutture di comunicazione differenziati

Villa Orlandi 16 ottobre 2002 L'evoluzione delle tecnologie nelle telecomunicazioni 17 Rappresentazione numerica e compressione delle sorgenti di informazione –Domanda primaria: Unica infrastruttura di rete capace di fornire servizi multimediali di TLC –Risposta tecnologica: Rappresentare in maniera univoca le differenti tipologie di informazione Introdurre la rappresentazione numerica: linformazione è associata a insiemi di cifre binarie Bit - unità di misura dellinformazione- corrisponde allinformazione associata al lancio di una moneta

Villa Orlandi 16 ottobre 2002 L'evoluzione delle tecnologie nelle telecomunicazioni 18 Rappresentazione numerica e compressione delle sorgenti di informazione –Come ottenere questa rappresentazione? Segnale audio: campionamento temporale e quantizzazione Immagine : campionamento spaziale e quantizzazione Segnale video: campionamento temporale e spaziale e quantizzazione

Villa Orlandi 16 ottobre 2002 L'evoluzione delle tecnologie nelle telecomunicazioni 19 Caratteristiche delle principali sorgenti Sorgente multimediale Dimensione/ durata Bit/pixel o Bit/campione Dati non compressi Pagina di testo 11x 8.5Risoluzione variabile Kbits Segnale telefonico 1 sec8 bps64 Kbits Immagine B/N 512 x 5128 bpp2.1 Mbits Immagine a colori 512 x bpp6.29 Mbits Immagine medicale 2048 x bpp41.3 Mbits Immagine SHD 2048 x bpp100 Mbits Segnale video Full-motion 640 x sec 24 bpp2.21 Gbits

Villa Orlandi 16 ottobre 2002 L'evoluzione delle tecnologie nelle telecomunicazioni 20 Rappresentazione numerica e compressione delle sorgenti di informazione –Perché comprimere? Risparmiare in risorse di memoria Risparmiare in risorse di comunicazione – Cosa significa comprimere? Eliminare la ridondanza presente nellinformazione –Quale ridondanza? temporale spaziale spettrale psicofisica

Villa Orlandi 16 ottobre 2002 L'evoluzione delle tecnologie nelle telecomunicazioni 21 Rappresentazione numerica e compressione delle sorgenti di informazione –Classificazione degli algoritmi di codifica Codifica con perdita Codifica senza perdita Codifica predittiva Codifica con trasformata ESEMPIO DI CODIFICATORE JPEG Codificatore di sorgente Quantizzatore Codifica entropica

Villa Orlandi 16 ottobre 2002 L'evoluzione delle tecnologie nelle telecomunicazioni 22 Rappresentazione numerica e compressione delle sorgenti di informazione – Gli standard: JPEG (Joint Photographic Expert Group nasce da ISO e IEC) è introdotto nel 1992 per immagini fisse Assume che il codec e il decodec siano basati sulla Discrete Cosine Transform (DCT)

Villa Orlandi 16 ottobre 2002 L'evoluzione delle tecnologie nelle telecomunicazioni 23 Rappresentazione numerica e compressione delle sorgenti di informazione –Problemi con JPEG: Distorsioni non accettabili per elevati rapporti di compressione ( bassi bit rate) Codifica con e senza perdita non integrate La DCT non consente la trasmissione progressiva Lo standard JPEG è una lista di algoritmi di codifica e decodifica. Nessun tentativo di integrazione

Villa Orlandi 16 ottobre 2002 L'evoluzione delle tecnologie nelle telecomunicazioni 24 Rappresentazione numerica e compressione delle sorgenti di informazione Lo standard JPEG-2000: –Risponde ai problemi di JPEG –Risponde alle nuove esigenze –E basato sulla trasformata wavelet scalabilità (bit rate variabile) approccio unitario per codifica con e senza perdita

Villa Orlandi 16 ottobre 2002 L'evoluzione delle tecnologie nelle telecomunicazioni 25 Rappresentazione numerica e compressione delle sorgenti di informazione –Caratteristiche: costruzione progressiva dellimmagine individuazione di regioni di interesse possibilità di inserire marker per risincronizzazione accettabile qualità di riproduzione per bassi bit rate (0.1 bit/pixel)

Villa Orlandi 16 ottobre 2002 L'evoluzione delle tecnologie nelle telecomunicazioni 26 Rappresentazione numerica e compressione delle sorgenti di informazione possibilità di realizzare codec con ridotta risorsa di memoria per specifiche applicazioni accesso e elaborazione random alla codestream possibilità d elaborazioni con elevata qualità e fedeltà di riproduzione di immagini a colore Possibilità di soddisfare le future richieste di arti grafiche e di Internet Possibilità di introdurre strategie di sicurezza

Villa Orlandi 16 ottobre 2002 L'evoluzione delle tecnologie nelle telecomunicazioni 27 Rappresentazione numerica e compressione delle sorgenti di informazione JPEG 2000 è costituito da 5 parti: 1.JPEG 2000 Immage Coding System 2.Extensions 3.Motion JPEG Conformance 5.Reference software Maggiori dettagli nei documenti reperibili in: /JPEG2000.htm

Villa Orlandi 16 ottobre 2002 L'evoluzione delle tecnologie nelle telecomunicazioni 28 Rappresentazione numerica e compressione delle sorgenti di informazione Rapporti di compressione: Il successo di JPEG 2000 è dovuto principalmente alla sua natura royalty-free

Villa Orlandi 16 ottobre 2002 L'evoluzione delle tecnologie nelle telecomunicazioni 29 Lesigenza della larga banda Perché la larga banda? La banda di un canale è una misura del massimo bit rate (bit/sec) che il canale può trasferire Esempio: Canale telefonico tradizionale – 4 K Hz 64 K bit/sec Segnale video - 6 Mbit/s

Villa Orlandi 16 ottobre 2002 L'evoluzione delle tecnologie nelle telecomunicazioni 30 Lesigenza della larga banda Il trasferimento in tempo reale di grandi quantità di informazioni richiede limpiego di canali a larga banda –servizi multimediali – TV digitale on demand – Internet down-load, ecc.)

Villa Orlandi 16 ottobre 2002 L'evoluzione delle tecnologie nelle telecomunicazioni 31 TV digitale 1939 – Passaggio dalla radio alla TV B/N Fine anni 50 – TV a colori + sistemi di videoregistrazione Anni 60 – transistor e in seguito tecnologia VLSI consentono la digitalizzazione Il servizio analogico sarà garantito finché la transizione alla tecnologia digitale non sarà completata

Villa Orlandi 16 ottobre 2002 L'evoluzione delle tecnologie nelle telecomunicazioni 32 TV digitale Questa transizione è simile a quella che caratterizzò il passaggio dal B/N al colore? –Si fissa lo standard –Si realizzano ed istallano le apparecchiature –Si eroga il servizio di diffusione Differenze rispetto alla transizione TV B/N TVC: –LA DTV non è compatibile con il sistema analogico –La presenza di INTERNET, connessioni a larga banda –(XDSL) Convergenza delle tecnologie:satellite+cavo +radio terrestre

Villa Orlandi 16 ottobre 2002 L'evoluzione delle tecnologie nelle telecomunicazioni 33 TV digitale TV interattiva: –Ruolo cooperativo dellutenza utenza come sorgente di informazione –TV on demand Convergenza tra INTERNET e tecnologia broadcasting: –AOL (american on line) ha cominciato a fornire TV on demand

Villa Orlandi 16 ottobre 2002 L'evoluzione delle tecnologie nelle telecomunicazioni 34 TV digitale Grandi distanze dorsali con fibra ottica per elevate velocità Brevi distanze tecnologia wireless COFDM (compressed orthogonal frequency division multiplexing)

Villa Orlandi 16 ottobre 2002 L'evoluzione delle tecnologie nelle telecomunicazioni 35 IMT-2000 UMTS IMT (International Mobile Telecomuncations): Sistemi RM di 3G in ambito ITU. UMTS (Universal Mobile Telecomunication System) è uno standard dellETSI per telecomunicazioni mobili di 3G. Obiettivo: Definizione di un sistema integrato di comunicazioni multimediali personali con copertura globale. Velocità di trasmissione: fino a 2 Mbit/sec. Qualità comparabile con quella dei servizi forniti dalla rete fissa

Villa Orlandi 16 ottobre 2002 L'evoluzione delle tecnologie nelle telecomunicazioni 36 UMTS Specifiche: –Data rate Indoor – Mbps Outdoor-to-indoor – 384Kbps Outdoor – 144 Kbps Satellite (mobilità globale) – 9.6Kbp

Villa Orlandi 16 ottobre 2002 L'evoluzione delle tecnologie nelle telecomunicazioni 37 UMTS Fonia - Video Dati - Internet Always on 144 Kbps 2 Mbps UMTSG3 + Video 3D>100 MbpsG4-G5 Fonia - Video Dati - Internet Always on KbpsGPRSG2.5 Fonia Dati (sms) Dial up 9.5 Kbps GSMG2 FoniaDial upAnalogicoE-TacsG1 ServiziConnessioneVelocitàTipoGenerazione

Villa Orlandi 16 ottobre 2002 L'evoluzione delle tecnologie nelle telecomunicazioni 38 UMTS Tecnologia di accesso radio terrestre : UTRA – UMTS Terrestrial Radio Access –W-CDMA – Wideband Coding Division Multiplexing Access per trasmissione di fonia –TD/ CDMA per trasmissione dati Unione delle due tecnologie conferisce allo standard UMTS una maggiore versatilità La tecnica ODMA (Opportunity Driven Multiple Access) che attribuisca anche ai terminali un ruolo attivo (ritrasmissione di pacchetti della Base station ai terminali più distanti) I terminali sono relay intermedi.

Villa Orlandi 16 ottobre 2002 L'evoluzione delle tecnologie nelle telecomunicazioni 39 Open Problems Nonostante tutte queste soluzioni tecnologiche, saremo noi uomini in grado di scambiare davvero informazione ? Quanta di questa tecnologia sarà davvero al servizio della Società ? La nostra vita di tutti i giorni migliorerà ?