La Comunicazione dal punto di vista Fisico

Materie:Riassunto
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Testo

La comunicazione dal punto di vista fisico

Sappiamo dallo studio dell’eletttronica che una qualsiasi funzione periodica può essere approssimata attraverso una somma (finita o infinita) di funzioni trigonometriche, analogamente nella trasmissione dei dati possiamo rappresentare un qualsiasi segnale elettrico come la somma di armoniche la cui ampiezza è legata alla quantità di energia trasmessa.
Nel processo di trasmissione l’energia del segnale viene dispersa e questo accade in maniera generalmente crescente man mano che aumenta la frequenza del segnale trasmesso. Ogni mezzo trasmissivo ha una sua caratteristica frequenza di taglio che influenza e definisce la larghezza di banda cioè l’intervallo di frequenze entro le quali la trasmissione avviene senza distorsioni apprezzabili.
Tutti questi concetti emergono con chiarezza dai teoremi di Nyquist e di Shannon: in particolare se una segnale trasmesso è sottoposto ad un filtro passa-basso di larghezza di banda paria a n, per essere questo segnale correttamente ricostruito è necessario che il segnale originario sia campionato (misurato) esattamente 2n volte al secondo. Se il segnale è caratterizzato dall’avere k livelli discreti => la velocità massima di trasmissione in bit/sec. è pari a:

per esempio:su una linea telefonica che ha tipicamente larghezza di banda pari a 3000 Hz il numero massimo di bit trasmissibile è dato da Vmax=2*(3000)*log2 (2) = 6000 Hz

mentre tenendo in considerazione la potenza S del segnale trasmesso e la potenza R del rumore, il numero massimo di bit trasmissibili può essere espresso da

Il mezzo trasmissivo più economico è il doppino telefonico, che ha una banda passante teorica abbastanza elevata ma anche una grande sensibilità al rumore che ne limita l’impiego su grandi distanze. I cavi coassiali (in banda base, in banda larga) hanno una banda passante più ampia e sono più insensibili al rumore. Trasmissioni ancora più affidabili sono quelle a fibre ottiche, che trasportano segnali luminosi prodotti da diodi laser coprendo lunghissime distanze ma con alti costi. Invece è possibile coprire distanze molto elevate a bassi costi mediante le trasmissioni ad onde radio e a microonde con o senza l’ausilio di satelliti

La trasmissione analogica

Ciascun computer per comunicare con le periferiche (ad esempio un modem) dispone di una porta seriale che segue il protocollo RS232C indicato con la sigla V.24. Il protocollo RS232C è stato considerato lo standard di comunicazione per molti anni, ma non risulta più adeguato alle velocità dei nuovi dispositivi esterni, per questo motivo è stato predisposto un nuovo protocollo chiamato RS449) che riunisce due standard differenti, lo standard RS422A (trasmissione bilanciata con massa comune) e l’RS423A (trasmissione sbilanciata con singole masse)

La trasmissione digitale

La trasmissione diretta di segnali digitali, specie su lunghe distanze offre maggiori garanzie in termini di velocità, costo e affidabilità. Sono infatti più semplici le operazione di trasmissione, riproduzione (ripetitori) e ricezione del segnale digitale, dato che sono noti a priori i valori corrispondenti all’uno e allo zero logico, non ci sono quindi problemi di decadimento del segnale e di distorsioni alle alte frequenze. Inoltre la trasmissione digitale rende possibile effettuare varie operazione di decodifica sul segnale, come ad esempio il multiplexaggio, la compressione dei dati, ecc… Lo standard di interfaccia che viene utilizzato tra il computer (DTE) e la centrale telefonica (DCE), fu messo a punto nel 1969 e fu denominato X21.

Il multiplexing e la commutazione

La tecnica del multiplexing consente la trasmissione di segnali provenienti da diverse sorgenti su un’unica linea di trasmissione, in modo da ridurre fortemente i costi per la creazione delle linee. Questa tecnica viene posta in essere secondo due modalità diverse:
- multiplexing a divisione di frequenza (FDM), è una tecnica molto utilizzata nelle trasmissioni analogiche, in cui lo spettro delle frequenze relativo ad un canale a larga banda viene suddiviso in diversi canali logici ciascuno assegnato a utenti diversi. Nella stessa unità di tempo quindi viaggiano più segnali all’interno delle diverse (sotto) bande senza interferire tra di loro.
- multiplexing a divisione di tempo (TDM), è una tecnica utilizzata nelle trasmissioni digitali, in cui l’intera banda di frequenze viene assegnata ciclicamente ai singoli utenti, ma per un periodo di tempo limitato (slot di tempo), quindi la trasmissione dei dati relativi a ciascun utente non avviene contemporaneamente sul canale, ma intervalli regolari di tempo

Poiché le reti di comunicazione possono essere molto articolate, con una struttura reticolare molto ramificata, nel momento della trasmissione dei dati tra due nodi della rete è necessario che si determini il percorso che i dati devono effettuare, si parla in questo caso di commutazione.
- Nella commutazione di circuito, quando viene effettuata una trasmissione fra due nodi, si viene a formare in modo permanente, per tutta la durata della comunicazione, un vero e proprio circuito fisico di collegamento sfruttando i vari nodi e le centrali di smistamento presenti nella rete. Si utilizza prevalentemente per trasmissioni di tipo analogico.
- La comunicazione di pacchetto è una modalità di trasmissione utilizzata solo per dati digitali e si basa sulla suddivisione del messaggio in pacchetti più piccoli ciascuno dei quali può venire instradato lungo percorsi diversi che portano dal nodo trasmettitore al nodo ricevitore. Contrariamente a prima si viene a creare un percorso fisico soltanto tra il nodo trasmettitore e la centrale di commutazione che ha il compito di decidere, in base al traffico esistente nella rete, la “strada” più idonea per effettuare il collegamento. E’ abbastanza normale che i singoli pacchetti, viaggiando autonomamente lungo “strade” diverse, giungano al destinatario in ordine diverso da quello in cui sono stati spediti, ma il nodo destinatario è in grado di ricostruire il messaggio originario perché all’interno di ciascun pacchetto viene inserito un numero di identificazione.

La modulazione dei segnali (vedere pag 57-58)

Per evitare per quanto possibile che i segnali trasmessi all’interno di una rete subiscano distorsioni e degradazioni si ricorre alle tecniche di modulazione del segnale. Si utilizza cioè come segnale elettrico una portante sinusoidale che ha un andamento elettrico regolare e noto e questo viene modulato sulla base del segnale digitale che viene chiamato modulante. La modulazione consiste nel modificare un parametro dell’onda sinusoidale (ampiezza, frequenza o fase) sulla base del valore binario (0 o 1) del segnale digitale.
1. modulazione di ampiezza: l’ampiezza della portante viene lasciata inalterata per tutto il tempo di permanenza di un livello alto (1), mentre viene ridotta quando viene rilevato un livello basso (0) del segnale digitale modulante.
2. modulazione di frequenza(FSK): la frequenza di oscillazione della portante viene innalzata rispetto al livello di regime in presenza di un 1 logico sulla modulante e viene ridotta in presenza di uno 0.
3. modulazione di fase(PSK): consiste nello spostare la fase della portante rispetto al livello di regime, dando origine a un’inversione di fase in presenza di un 1 logico sul segnale modulante.

La velocità di trasmissione

Le unità di misura per definire la velocità di trasmissione è il baud/sec o baud/rate che rappresenta il numero di modulazioni che vengono effettuate in un secondo. Modulando opportunamente la portante è possibile trasferire più di un bit alla volta, per esempio associando insieme modulazione di fase e modulazione di ampiezza (QAM - Quadrature Amplitude Modulation). Il numero di bit trasmessi allora è dato da:

con N è appunto il numero di bit che vengono trasmessi contemporaneamente sulla portante.

Esempio



  



Come usare