Mezzi trasmissivi

Materie:	Tesina
Categoria:	Sistemi
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Data:	19.06.2007
Numero di pagine:	10
Formato di file:	.doc (Microsoft Word)

INTRODUZIONE
Per codificare e trasportare i dati possono essere usati diversi mezzi di trasmissione ( o mezzi trasmissivi) che servono a guidare e a proteggere la loro propagazione; i mezzi di trasmissione classici ( mezzi elettrici) sfruttano la propietà dei metalli di condurre energia elettrica; altri mezzi di trasmissione sono quelli ottici, che trasportano onde luminose e i mezzi di trasmissione wireless che utilizzano onde radio o raggi infrarossi.
Alcuni mezzi permettono la comunicazione in un solo senso, altri in entrambi i sensi. Le linee di comunicazione si distinguono in : linee simplex, duplex e half-duplex:le linee simplex permettono la comunicazione in un solo senso; una delle sue stazioni collegate in questo modo funziona semnpre da trasmettitore, l’altra sempre da ricevitore;
le linee half-duplex permettono la comunicazione nei due sensi ma soltanto alternativamente; le linee duplex permettono la comunicazione nei due sensi anche contemporaneamente.
Mezzi trasmissiovi diversi ammettono tipi di impiego dieversi: punto a punto ( un mezzo collega due sole stazioni) o broadcast ( molte stazioni sono collegate a un unico mezzo).

MEZZI ELETTRICI
I mezzi elettrici si differenziano per le loro proprietà elettriche:
resistenza, capacità e induttanza.
I cavi ottimali sono caratterizzati da bassa resistenza, bassa capacità e bassa induttanza, cioè sono poco dispersivi e dissipativi (tutta la potenza inviata sul canale arriva al ricevitore e il segnale non viene distorto).
Il parametro più importante di un cavo è l’impedenza, espressa in Ohm, che sintetizza in un solo valore resistenze, capacità e induttanze presenti sul cavo.
Altri parametri che caratterizzano un cavo sono:
- velocità di propagazione, espressa come percentuale della velocità della luce nel vuoto;
- attenuazione, espressa in dB (decibel), cioè in scala logaritmica; per raggiungere elevate frequenze bisogna avere bassa attenuazione;
- diafonia, è una misura in dB di quanto un cavo disturba un cavo vicino.
I parametri elettrici e le caratteristiche dei cavi dipendono dalla loro geometria, dal numero dei conduttori e dal diametro, dalla distanza tra i conduttori, dal tipo di isolante, dalla presenza di schermi e così via.
Una geometria regolare è importante perché offre parametri elettrici costanti lungo il cavo.
Il diametro dei cavi viene espresso in mm o pollici o con l’unità di misura AWG, essa è una scala con valori compresi tra 0 Gauge (0.460 pollici di diametro) e 36 Gauge (0.005 pollici di diametro); più bassa è la misura del AWG più grosso è il cavo. La schermatura protegge dalle interferenze dei campi magnetici. Un cavo può contenere molti conduttori;
la schermatura può essere applicata all’interno cavo o ad ogni conduttore singolarmente.
Può essere a foglio (uno strato di lamina metallica) o a calza (fili metallici intrecciati a formare una maglia).
La presenza di uno schermo può attenuare la presenza di disturbi esterni, ma può anche peggiorare le prestazioni: protegge da interferenza elettromagnetiche dell’ambiente ma riflette la radiazione che può provocare l’autoimpedenza di un segnale.
CAVO COASSIALE

il tutto rivestito da una guaina protettiva esterna in PVC o Teflon.
Era molto usato nel sistema telefonico per le tratte a lunga distanza, ma in tale ambito è ormai sostituito quasi ovunque dalla fibra ottica. Rimane in uso per la TV via cavo e in molte LAN.
Esistono tipi di cavi con livelli di impedenza diversi, classificati secondo una scala RG (Radio Grande).
Baseband coaxial cable o RG58(50 ohm): il cavo baseband è usato per la trasmissione digitale, e consente velocità da 1 a 2 Gbps fino a circa 1 km. Per distanze superiori si devono interporre amplificatori.
Broadband coaxial cable o RG213 (50-75 ohm): è usato per la trasmissione analogica. E' il cavo standard della TV. Offre una banda di 300 MHz e può estendersi fino a quasi 100 km. La banda totale è suddivisa in canali di banda più piccola (ad es. 6 MHz per ciascun segnale TV) indipendenti gli uni dagli altri. Mentre un canale porta un segnale TV, un altro può portare una trasmissione dati (ovviamente con apparecchiature di conversione digitale/analogica e viceversa), tipicamente a 3 Mbps.
Il cavo coassiale è un cavo bidirezionale;di solito si usa con una tecnologia broadcast.
DOPPINO TELEFONICO

Ciò fa si che si minimizzino le interferenze fra coppie adiacenti. E' usato, in particolare, per le connessioni terminali del sistema telefonico (da casa alla centrale più vicina).
La larghezza di banda dipende dalla lunghezza, ma comunque si può trasmettere a diversi Mbps su distanze fino a qualche km.
La binatura serve per eliminare le interferenze elettromagnetiche provenienti da altre coppie (due fili paralleli costituiscono una semplice antenna mentre due fili intrecciati no); nel caso di cavi con più coppie i passi di binatura sono diversi da coppia a coppia per ridurre la diafonia tra coppie.
Categorie cavi UDP:
- Cat.1, cavi adatti univocamente a telefonia analogica;
- Cat 2, cavi adatti univocamente a telefonia analogicae digitale ISDN e trasmissione dati a bassa velocità;
- Cat 3, cavi adatti per reti locali; ampiezza di banda di 16 MHz, cioè velocità di 10Mbps per 100m di distanza;
- Cat4, cavi migliori della cat3, ma in pratica non utilizzati;
- Cat5, cavi migliori con ampiezza di banda fino a 100MHz che permettono di raggiungere 100,155 o 256 Mbps in base alle distanze.
- Doppini schermati presentano sotto la superficie della guaina uno strato di lamina metallica o di filo metallico a maglia che avvolge le coppie ritorte; ci sono due tipi di doppini schermati:

I doppini vengono usati nella tecnologia punto a punto. In telefonia sono usati in modo bidirezionali, nelle reti vengono usati in modalità monodirezionali o in alf-duplex.

FIBRE OTTICHE
Le fibre ottiche sono poco ingombranti, sottili, leggere, non sono soggette a interferenze elettromagnetiche, sono sicure e hanno una notevole larghezza di banda,cioè possono portare una grande quantità di informazioni; però sono costose e l’istallazione richiede personale specializzato.
La velocità di propagazione è del 60%+65% rispetto alla velocià della luce nel vuoto.
I sistemi di trasmissione ottici sono formati da tre componenti: la sorgente di luce, il mezzo di trasmissione e il rilevatore.
La sorgente accetta un segnale elettrico, lo converte e lo trasmette mediante impulsi. I valori 1 e 0 sono rappresentati da un impulso di luce o dall’assenza di luce.
Il rilevatore è un fotodiodo che genera un impulso elettrico quando è colpito dalla luce.
Una fibra ottica è costituita da un lungo cilindro interno trasparente ("core") ricoperto esternamente da un rivestimento ("cladding") di materiale opaco di indice di rifrazione minore di quello del materiale interno. Il tutto è in genere fasciato da una spessa pellicola di plastica esterna ("coating") per proteggere la fibra ottica da danni e abrasioni.
Le fibre sono contraddistinte da due numeri: il primo indica lo spessore del nucleo, il secondo il diametro del rivestimento di protezione.
Le fibre possono essere connesse tra di loro in tre modi:
• Possono terminare in connettori ed essere inserite in prese per fibre;
• Possono essere unite meccanicamente;
• Possono essere fuse per formare una connessione solida.
Le fibre sono adatte a collegamenti punto a punto; sono canali monodirezionali, sono richieste due fibre, una per la trasmissione e una per la ricezione (in genere i fasci contengono due o piu’ coppie).
Le fibre multimodali hanno ampiezza di banda minore di quelle monomodali ma sono meno costose e i cavi sono piu’ grandi e quindi è piu’ facile l’istallazione dei connettori.
Nelle fibre multimodali la sorgente è un diodo a emissione di luce(led); la luce non è molto concentrata e quindi è soggetta a dispersione. La luce tende a sfuggire dalla fibra ma per le leggi della rifrazione i raggi oltre ad un certo angolo di incidenza vengono riflessi di nuovo al nucleo. In questo modo la luce viene mantenuta nel nucleo, il raggio rimbalza interamente e si può propagare per distanze molto lunghe. La fibra viene detta multimodale poiché raggi diversi rimbalzano con angoli diversi.
Il fatto che raggi diversi attraversino la fibra causa attenuazione (i raggi riflessi collidono con la parte del fascio sull asse) e dispersione (raggi che si propagano con modi diversi percorrono cammini di lunghezza diversa e quindi arrivano in tempi diversi). Il fenomeno della dispersione modale è molto più accentuato nelle fibre step index rispetto alle fibre a profilo di indice graduale o graded-index.
Le fibre step index hanno un indice di rifrazione costante nel core, che decresce bruscamente con un gradino entrando nel cladding e i raggi luminosi hanno un andamento tipicamente a zig zag.
Le fibre graded index hanno un indice di rifrazione che decresce gradualmente dal centro alla periferia del core; in questo modo si diminuisce la velocità dei raggi che hanno cammino più breve (quelli centrali) e i raggi ogni tanto si rifasano riducendo la dispersione multimodale.

Di solito si usano fibre ottiche multimodali da 62,5 /125 micron o 50/125 micron. Le fibre monomodali sono molto più sottili; la luce si propaga in linea retta senza rimbalzare (modo singolo). Sono più costose ma hanno elevata ampiezza di banda su distanze più lunghe.
Come sorgente si usa un diodo laser a iniezione; è molto più costoso ma a differenza dei LED emette un fascio di luce molto concentrata che rimane allineato con l’asse.
WIRELESS
Il termine wireless viene usato per indicare trasmissioni senza cavi. Un’antenna trasmette onde elettromagnatiche che possono essere ricevute da un ricevitore a una certa distanza.
Le onde si propagano eseguendo delle oscillazioni;il numero di oscillazioni al secondo si chiama frequenza e si misura in Herz(Hz).
La distanza tra due valori massimi dell’onda consecutivi si chiama lunghezza d’onda, indicata dalla lettera greca lambda (λ).
La velocità delle onde elettromagnetiche è costante e uguale al prodotto tra la lunghezza d’onda e la frequenza.
La lunghezza d’onda è inversamente proporzionale alla frequenza:al crescere della frequenza diminuisce la lunghezza d’onda e vicerversa.
Le onde elettromagnetiche sono descritte dallo spettro elettromagnetico che rappresenta le onde al variare della frequenza.
Lo spettro di frequenze va da 0 Hz a 1020;per le onde a frequenza più alta si indica la lunghezza d’onda al posto della frequenza.
Nello spettro ci sono prima le onde con frequenza più bassa, poi si passa alle frequenze percepibili dall’orecchio umano (le vibrazioni acustiche percepibili vanno da 20 Hz a 16.000/20.000 Hz; l’orecchio umano è adattato alla ricezione delle vibrazioni vocali intorno ai 3000/4000 Hz); si passa poi alle varie forme di luce (infrarossi, luce visibile, ultravioletti, laser) per arrivare ai raggi x e ai raggi gamma.

Le caratteristiche fisiche delle onde e le modalità di propagazione dipendono dalle frequenze utilizzate.
Le caratteristiche più importanti per l’uso delle onde nella trasmissione dati per le reti sono:
• La persistenza, cioè la possibilità di superare pareti e altri ostacoli senza attenuazione;
• La direzionalità, cioè la possibilità di orientare in una direzione la loro propagazione;
• La velocità massima di trasmissione (ampiezza di banda)
• La distanza efficace per la trasmissione (può dipendere dalla natura dell’onda, ma anche dalle limitazioni imposte).
Le frequenze più basse (onde radio) sono in grado di attraversare gli ostacoli, si propagano in tutte le direzioni; le frequenze più alte invece possono essere attenuate facilmente anche da un materiale non molto denso (per esempio i raggi luminosi possono essere fermati dalla nebbia), sono concentrate in una direzione e permettono di trasportare una maggior quantità di dati.

ONDE RADIO
Le onde radio sono facili da generare e possono viaggiare per lunghe distanze, ma sono soggette ad interferenze da parte di motori e apparecchiature eletriche.
Alle freguenze più basse (VLF, LF e MF) attraversano facilmente gli ostacoli e si propagano in tutte le direzioni. Ad alte freguenze (HF e VHF) viaggiano in linea retta e rimbalzano sugli ostacoli; tendendo ad essere assorbite dal suolo, ma rimbalzano sulla ionosfera arrivano a grandi distanze (sono usate per le comunicazioni dei radioamatori).
MICROONDE
Le microonde sono radioonde ad alta freguenza.
L’uso è regolamentato da appositi meccanismi.
Negli USA è l’FCC che definisce le bande e le loro applicazioni alle comunicazioni.
Sono poco costose e non richiedono diritti di passaggio; un problema è che la radio non consente comunicazioni full-duplex su un’unica frequenza; si possono usare due frequenze distinte una per la trasmissione e una per la ricezione.
Si utilizzano con due modalità: a divisione di spettro e a banda singola.
RADIOFREQUENZA A DIVISIONE
DI SPETTRO
Usano delle bande di trasmissione (chiamate bande ISM – per uso industriale, scientifico e medico – assegnate dall’FCC) che possono essere usate liberamente, senza licenze particolari; le bande disponibili sono da 902 a 928 MHz, da 2,4 a 2,4835 GHz e da 5,725 a 5,850 GHz.
Sono in grado di attraversare gli ostacoli e si propagano in tutte le direzioni ma le distanze di trasmissione sono regolamentate (bisogna usare potenze di trasmissione molto basse).
Dato che sono liberamente utilizzabili si possono facilmente verificare interferenze tra più segnali che condividono la stessa banda.
Per ridurre questo problema si usa una tecnica nota come modulazione Spread Spectrum ( a divisione di spettro).
La modulazione Spread Spectrum suddivide l’ampiezza di banda in più sottocanali, che vengono usati uno alla volta per sostenere la trasmissione dei segnali; in questo modo vengono ridotte le interferenze che di solito per una sorgente sono limitate a una frequenza abbastanza costante.
Si possono usare due tecniche: a sequenza diretta o a salto di frequenza.La sequenza diretta usa in successione i sottocanali disponibili; nel salto di frequenza invece, il segnale salta da un canale ad un altro secondo una sequenza pseudocasuale.
Il metodo a salto di frequenza è migliore perché riduce ulteriormente la possibilità di interferenze e garantisce una maggiore sicurezza.
RADIOFREQUENZA A BANDA SINGOLA
Usano un unico canale nella fascia delle microonde; è necessario ottenere una frequenza dedicata con una licenza.
Sopra i 100 MHz le onde viaggiano in linea retta e possono essere direzionate; poiché viaggiano in linea retta la terra è un ostacolo.
Per trasmissioni a lunga distanza servono dei ripetitori; la distanza tra i ripetitori dipende dalla loro altezza del suolo.
Si usano comunemente frequenze fino a 10 GHz; alle frequenze più elevate le onde sono lunghe solo pochi centimetri, non attraversano bene gli ostacoli e sono assorbite dalla pioggia; l’unica soluzione è trovare un percorso alternativo.
Sono strutturate per esempio per telefoni cellulari e trasmissioni televisive.
INFRAROSSI
I raggi infrarossi sono onde di lunghezza millimetrica; sono relativamente direzionabili e non passano attraverso i solidi.
Esistono due tecnologie: a infrarossi diretti e a diffusione.
Nella modalità a infrarossi diretti, trasmettitore e ricevitore devono essere perfettamente allineati per potersi illuminare reciprocamente con un fascio di luce; la trasmissione è punto a punto.
LASER
La trasmissione LASER è più costosa di quella infrarossi, richiede maggior potenza e disperde più calore.
La luce può essere direzionata producendo un fascio molto stretto e usata a distanze maggiori degli infrarossi.
I raggi non possono attraversare gli ostacoli; se usati all’esterno non possono attraversare pioggia e nebbia.
Poiché la tecnologia è costosa, di solito si collegano più stazioni ad un’unica unità d’accesso che trasmette e riceve i segnali laser per tutto il gruppo di stazioni. I laser vengono di solito montati vicino al soffitto per evitare danni agli occhi per le persone e per ridurre la possibilità di ridurre il segnale.