livello fisico

I SEGNALI E IL LIVELLO FISICO
Paolo Macchi
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I SEGNALI E IL LIVELLO FISICO
Sommario
Trasmissione dell’informazione
Mezzi trasmissivi
I segnali
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Baud Rate
Trasmissione analogica e digitale
Trasmissione seriale
Modalità di trasmissione
Conversione Parallelo/Seriale
Tecniche di Codifica
Allocazione del canale
Primo Livello (fisico): Modem e ADSL
Cenni sulla Modulazione
Modem Fonici
Introduzione
Modem intelligenti
Modem fonico
Normative internazionali
Asymmetrical Digital Subscriber Lines
Introduzione
Architettura
Spettro
Modulazione DMT
Telefonia mobile
Generalità
Comandi AT per la gestione di SMS
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I SEGNALI E IL LIVELLO FISICO
1Trasmissione
dell’informazione
Prima di addentrarci nello studio dei livelli riguardanti i protocolli di Internet, occorre fare una breve
panoramica sulle tecniche che permettono la trasmissione dell’informazione in una rete. Partendo dai
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I SEGNALI E IL LIVELLO FISICO
mezzi fisici e dai segnali che li percorrono, arriveremo ai codici trasmessivi e al modo in cui il canale
fisico è allocato.
Mezzi trasmissivi
Molti sono i tipi di mezzo trasmissivo che è stato utilizzato e si utilizzano in una rete. In alcuni casi una
rete utilizzerà un tipo di cavo, in altri casi sono usate onde radio o fibra ottica. La scelta del mezzo è
correlata alla topologia, al protocollo e all'estensione della rete.
Il canale trasmissivo è molto importante poiché i segnali per essere trasmessi dipendono dalla sua
natura: un canale deve consentire il trasferimento di segnali che appartengono a un certo campo di
frequenze.
CANALI
Supporti fisici a onde guidate
Supporti metallici
Ponti radio a onde irradiate
Supporti
metallici
non Terrestri
(Antenne)
Spaziali
(satelliti)
Linee in cavo:
Doppini di rame
(ad
ex.
cavo
telefonico,
cavi
per
LAN Fibre ottiche
STP,UTP)
Coppie simmetriche
Coppie coassiali
Cavi Marini
le onde
In tutti i casi di propagazione di energia è possibile schematizzare il fenomeno in 3 parti; deve esistere:
una sorgente dell’energia
un mezzo di propagazione
un ricevitore
In molti fenomeni naturali, la sorgente imprime impulsi periodicamente, con continuità ad intervalli
regolari.
Il mezzo di propagazione è sede di una successione d’impulsi tutti separati dallo stesso intervallo di
tempo.
Un’onda è una rappresentazione matematica di un fenomeno fisico.
Perché un mezzo sia sede di propagazione di un’onda, la sorgente deve compiere un moto
periodico.
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I SEGNALI E IL LIVELLO FISICO
Un particolare moto periodico è il moto armonico.
MOTO ARMONICO
Un punto P si muove di moto uniforme su di una circonferenza.
Si definisce armonico il moto del punto M, proiezione di P sul diametro BD
http://phet.colorado.edu/sims/wave-on-a-string/wave-on-a-string_en.html
Sia A la posizione iniziale di P e O la posizione di M sul diametro verticale.
Mentre P si muove sulla circonferenza, M si muove su BD
Sia T il periodo del moto di P, cioè il tempo impiegato a descrivere una circonferenza. Poniamo in un
diagramma le distanze di m da O in funzione di T: grafico del moto armonico rappresentato da una
sinusoide.
OSCILLAZIONE COMPLETA
il movimento descritto in un T.
FREQUENZA numero di oscillazioni complete descritte in un s e si misura in Hz
1 Hz 1 oscillazione al secondo
λ=v T
f = 1/t
ES: se T=1/5s
lunghezza d’onda
λ=v/f (m/s) / (1/s) = m/s*s =m
5 oscillazioni / s f = 5 Hz
ONDE ELETTROMAGNETICHE
Una carica elettrica che oscilla genera onde elettromagnetiche.
Una carica elettrica ferma crea un campo elettrico, una in movimento crea un campo magnetico. Si
propagano anche nel vuoto (300.000 km/s). Nel vuoto tutte le onde elettromagnetiche viaggiano alla
stessa velocità. Nei cavi in rame e in fibra ottica la velocità scende e può dipendere dalla frequenza
λf=c. La radio e la televisione, i telefoni cellulari, i computer e il radar, il forno a microonde e le
radiografie: gli utilizzi tecnologici della radiazione elettromagnetica sono così diffusi che non vi facciamo
nemmeno più caso. Le applicazioni possono essere divise in due macrofamiglie: nella prima le onde
elettromagnetiche vengono utilizzate per trasportare informazioni ( radio, televisione), nella seconda
per trasportare energia ( forno a microonde ).
http://phet.colorado.edu/simulations/sims.php?sim=Radio_Waves_and_Electromagnetic_Fields
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I SEGNALI E IL LIVELLO FISICO
spettro frequenze elettromagnetiche - http://www.arcetri.astro.it/~comore/campiem/radiofaq/faq1.html Angolo limite di rifrazione nelle fibre ottiche :
http://www.itislanciano.it/web/lavori/ottica/otticageometrica1.html
I segnali
Jean Baptiste Fourier 1768-1830 , fisico e matematico francese. Partecipò alla Rivoluzione
francese, rischiando di essere ghigliottinato durante il Terrore, ma fu salvato dalla caduta di
Robespierre. Fourier partecipò alla campagna d'Egitto di Napoleone nel 1798. Fu nella città di
Grenoble, che condusse i suoi esperimenti sulla propagazione del calore che gli consentirono di
modellizzare l'evoluzione della temperatura per mezzo di serie trigonometriche. Nel 1817
entrò a far parte dell'Accademia delle Scienze. A lui è stato intitolato l'omonimo cratere sulla
Luna. (wikipedia)
I segnali possono essere di varia natura e normalmente sono rappresentati da variazioni grandezze
fisiche, che non avvengono in modo casuale, ma secondo alcune regole che le vincolano all’evoluzione
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I SEGNALI E IL LIVELLO FISICO
temporale.
Nel nostro contesto, il segnale può essere rappresentato nel dominio del tempo o nel dominio della
frequenza ( spettro ): la trasformata di Fourier fa passare da un domino all'altro e viceversa (anti
trasformata).
L'estensione del segnale nel tempo si chiama DURATA, quella in frequenza invece BANDA.
Fourier sviluppa una nuova disciplina matematica, l’analisi armonica che ha avuto uno sviluppo enorme.
L’idea è che seganali di tipo diverso, immagini, onde radio, suoni..) possono essere considerati come
vere e proprie somme di segnali elementari. Ciò apre campi enormi che vanno dalla elaborazione del
segnale dal suono alle immagini, alla compressione del segnale (MP3,JPEG,..), alla sintetizzazione di
nuovi segnali (ad ex. MIDI) .
In particolare se il segnale, di forma qualunque, è un segnale periodico è possibile decomporlo nella
somma di segnali sinusoidali ottenendo lo sviluppo in serie di Fourier :
Il contenuto spettrale di un segnali dati, non è, per Fourier, limitato i quanto le frequenze si estendono
all'infinito, ma la ricostruzione del segnale originale (nella figura sottostante un’onda quadra) , è già
possibile sommando le prime due o tre armoniche:
http://phet.colorado.edu/en/simulation/fourier
Ora, se disegniamo lo spettro, possiamo vedere come l'ampiezza passa dal valore massimo, a 1/3 di
esso, a 1/5 e così via per numeri dispari, mentre la su Frequenza passa dall’armonica fondamentale (x) a
3x, 5x e così via per numeri dispari, dando origine a uno spettro a righe:
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I SEGNALI E IL LIVELLO FISICO
I segnali digitali a livelli discreti sono perciò, secondo Fourier, solo un’idealizzazione del segnale che
effettivamente viaggia in linea. Questo segnale, infatti, è composto di un insieme di onde sinusoidali di
frequenza e ampiezza diverse (armoniche) la cui somma costituisce la forma d'onda effettiva, istante per
istante, dal segnale stesso.
Oserviamo, però, che queste onde non viaggiano tutte alla stessa velocità e, dopo aver compiuto un
certo percorso rispetto al punto di origine, possono essere sfasate. La somma viene ad assumere un
inviluppo che può presentare anche notevoli distorsioni rispetto alla forma d'onda originale del segnale.
Allontanandosi dalla sorgente lo spostamento progressivo aumenta e lo sviluppo diventa sempre più
distorto fino a non permettere la ricostruzione corretta del segnale originario.
Tre cose, quindi, influenzano la trasmissione del segnale:
ATTENUAZIONE (perdita di energia),
DISTORSIONE (velocità diversa delle armoniche),
RUMORE (eventi esterni indipendenti, di solito, ad alta frequenza, che influenzano e corrompono il
segnale).
Per quanto riguarda l’attenuazione, un doppino di rame che trasporta un segnale, si può rappresentare
come un quadripolo dotato di una certa impedenza (R, C, L) che limita il segnale in funzione della
frequenza di trasmissione, comportandosi come un filtro passa-basso: taglia le alte frequenze in
funzione di L e C.
La corrente risulta:
- RLC Low-Pass Filter http://sim.okawa-denshi.jp/en/RLClowkeisan.htm
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I SEGNALI E IL LIVELLO FISICO
Che cosa passa in tubo?
Consideriamo il caso di un segnale (onda quadra) con velocità pari a 4800bps che è immessa in un
canale telefonico. La prima armonica (fondamentale) f0= 1/T =1/2Tb =2400Hz , e quelle successive: :
f1=7200Hz, f2=12000Hz....
Ciò significa che nella banda fino a 3400 Hz è SOLO presente la sinusoide con frequenza f0. Quindi il
segnale, al ricevitore, NON è più ricostruibile. Infatti, occorrono almeno 2 o 3 armoniche per ricostruire
il segnale!
Per far passare più informazione tenendo uguale il BAUD RATE, cioè il numero di simboli che viene
trasmesso in un secondo, si utilizza la tecnica del MULTILIVELLO, ovvero utilizzo più livelli (più bit)
nello stesso tempo di trasmissione:
Se ho più di due livelli, il BAUD RATE è diverso dalla quantità di informazione trasmessa:
Vm= BAUD RATE (velocità di modulazione), S= Numero di stati,
Vt=
Velocità di trasmissione
Baud Rate
BAUDE RATE
Stati
Vt
2400
2
2400
2400
4
4800
2400
8
7200
2400
16
9600
2400
32
12000
Capacità di un canale
Claude Elwood Shannon (1916 –2001) è stato un matematico e ingegnere
statunitense, spesso definito "il padre della teoria dell'informazione".
Con la tesi del 1938 (Un'analisi simbolica dei relè e dei circuiti), Shannon dimostrò,
utilizzando un circuito elettrico dotato di interruttori - "accesi/spenti" - segue
esattamente le regole dell'algebra di Boole. Shannon pose così la base teorica dei
sistemi di codificazione, elaborazione e trasmissione digitale dell'informazione.
Nel 1948 pubblicò Una teoria matematica della comunicazione, In questo lavoro si
concentrava sul problema di ricostruire, con un certo grado di certezza, le
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I SEGNALI E IL LIVELLO FISICO
informazioni trasmesse da un mittente. Fu in questa ricerca che Shannon coniò la
parola "bit", per designare l'unità elementare d'informazione. La sua teoria
dell'informazione pose le basi per progettare sistemi informatici, partendo dal
presupposto che l'importante era cercare di memorizzare le informazioni in modo da
poterle trasferire e collegare tra loro.
Nel 1949 pubblicò La teoria della comunicazione nei sistemi crittografici, con il quale
praticamente fondò la teoria matematica della crittografia. Shannon è, inoltre,
riconosciuto come il "padre" del teorema del campionamento, che studia la
rappresentazione di un segnale continuo (analogico) mediante un insieme discreto di
campioni ad intervalli regolari (digitalizzazione). (wikipedia)
Teoricamente, portando all'infinito il numero di stati si otterrebbe una velocità infinita di trasmissione,
ma bisogna tenere conto del fattore rumore, che influenza la qualità di trasmissione.
Infatti, secondo Shannon la capacità di un canale è determinata da:
dove B è la banda passante del segnale e S/N è il rapporto segnale/rumore espresso come numero puro.
Se S/N viene misurato in dB si ha:
db = 10 * LOG S/N
(dove LOG è il logaritmo in base 10 del rapporto S/N: S è di fatto la potenza del segnale, mentre
N è la potenza del rumore (noise)).
Ad esempio se si dovesse calcolare il rapporto in S/N conoscendo che il valore è pari a 30dB si dovrebbe
procedere come di seguito indicato:
30=10*LOG (S/N) 30/10=LOG(S/N)
10^3=S/N
S/N=1000
Nello stesso modo, per determinare la Capacità di un canale la cui B= 138KHz e S/N=35db, si opera in
questo modo:
C= 138*10^3 log2 (1+ 10^(35/10)) =1600.8 Kbps
Trasmissione analogica e digitale
Storicamente la trasmissione dati si è servita delle linee telefoniche per ovvi motivi di presenza della
rete sull'intero globo con costi accessibili. Di conseguenza il segnale digitale presente nel computer è
stato convertito in segnale analogico necessario per transitare sulle linee telefoniche. La conversione
avveniva tramite MODEM (Modulatore/Demodulatore) che usava una portante analogica (onda
sinusoidale).
La trasmissione digitale è certamente migliore:
Il segnale del computer è già digitale
Il segnale digitale (due livelli!) è più facile da amplificare e ha un più basso tasso
d'errore.
La trasmissione può essere molto più veloce.
Tuttavia i segnali del mondo reale sono analogici (ad esempio la voce), mentre un
elaboratore digitale è in grado di memorizzare e trattare esclusivamente sequenze finite
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I SEGNALI E IL LIVELLO FISICO
di bit. Per trattare con tecniche digitali i segnali analogici sono allora necessari, in via
preliminare, approssimare questi ultimi con segnali digitali, campionando il segnale
analogico.
Campionamento e quantizzazione
Il campionamento di un segnale è indispensabile nel caso in cui debba essere trasmesso in formato
digitale attraverso una rete di trasmissione dati.
I sistemi che trasformano un segnale analogico nel corrispondente digitale sono detti convertitori
analogico-digitali (ADC), mentre quelli che realizzano l'operazione inversa di trasformare un segnale
digitale in un segnale analogico sono detti convertitori digitali-analogici (DAC).
I principi di base per la conversione sono quelli riguardanti le operazioni di campionamento e di
quantizzazione.
Campionare un segnale a tempo continuo significa rilevare le ampiezze del segnale su un insieme
discreto di tempi: i “frame" catturati da una telecamera che inquadra una scena reale, ne costituiscono
un esempio.
La frequenza di campionamento di un segnale deve sempre essere almeno doppia della massima
frequenza contenuta nel segnale da campionare (TEOREMA DI NYQUIST)
Il significato fisico di questo limite inferiore è dovuto al fatto di perdere informazioni contenute nel
segnale se lo si campiona a frequenze troppo basse.
La quantizzazione permette di trasformare un segnale a valori continui in un segnale a valori su un
insieme defnito (ad ex usando 7 o 8 bit (pari a 128/256 livelli)). Quest’operazione in generale introduce
un errore irreversibile nel segnale quantizzato: dato il segnale quantizzato, non è in generale possibile
ricostruire il segnale originale. E’ tuttavia possibile controllare come il segnale quantizzato risulti una
buona approssimazione di quello analogico: un tipico indice di qualità è il rapporto segnale-rumore. I
sistemi che realizzano l'operazione di quantizzazione sono chiamati quantizzatori.
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I SEGNALI E IL LIVELLO FISICO
Campionamento e quantizzazione uniforme a quattro livelli di un segnale f(t).
PCM
“Un sistema PCM (Pulse Code Modulation, modulazione ad impulsi codificati) converte un segnale
analogico in ingresso in una sequenza di simboli codificati su nb bit che possono poi essere trasmessi con
un qualsiasi sistema di trasmissione numerica e quindi riconvertiti in una replica simile al segnale
originario”. La PCM è ampiamente utilizzata nei sistemi di telefonia, ma si basano su questo principio
anche molti standard video. Il valore n è ricavato sulla base del precedente teorema di campionamento,
quantizzato e infine codificato, permettendo la trasmissione del dato in formato binario sulla linea.
http://it.wikipedia.org/wiki/Immagine:Convertitore_analogico_digitale.JPG
Campionare la voce
Se dovessimo campionare un segnale vocale (la cui frequenza massima è di 3600Hz) non dobbiamo far
altro che campionare a 7200Hz per ottenere un messaggio comprensibile. In questo caso, il risultato di
una conversione esprime il valore dell’onda in quel preciso istante; la qualità della campionatura
dipende, oltre che dalla velocità di campionamento, anche dalla quantità di bit utilizzati (solitamente 8
divisi in 7 per il dato e 1 di controllo).
Un fantastico trasduttore: la retina
La funzione della retina nella visione non si limita solo alla trasformazione di un
segnale luminoso in uno elettrico. In essa si ha già una prima elaborazione dell’immagine.
Un segnale analogico in ingresso (la luce percepita) è trasformato in un segnale digitale in uscita diretto
verso il cervello. I fotorecettori svolgono l'importante funzione di trasduzione, sono cioè cellule (coni e i
bastoncelli) sensibili alla luce in grado di trasformare il segnale luminoso in informazione chimica e
quindi elettrica. Il cavo di collegamento tra la retina e il cervello è il nervo ottico su cui viaggia il segnale
digitale costituito da une serie di impulsi elettrici (spikes). Il nervo ottico è formato da fibre nervose
(assoni), che sono un sottile prolungamento della cellula nervosa, il neurone.
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I SEGNALI E IL LIVELLO FISICO
Trasmissione seriale
Nella Trasmissione seriale Il dato è trasmesso come "sequenze di bit" uno alla volta (serialmente) dal bit
D0 al D7 (al contrario della trasmissione parallla in cui i dati sono inviati contemporaneamente)
Ad ex. il dato: 10110010 = B2h viene cosi' trasmesso in linea:
Il punto critico è la frequenza di trasmissione (bit per second =bps) e della relativa sincronizazzione dei
caratteri trasmessi e ricevuti: infatti il dato ricevuto deve poter essere interpretato (cioè deve capire
dove incomincia e finisce). Si potrebbe, oltre al file di trasmissione (piu' il filo di massa) disporre anche
del filo di clock, ma la cosa sarebbe troppo dispendiosa.
Trasmissione asincrona
Per questo nella TRASMISSIONE ASINCRONA occorre un bit di partenza che viene automaticamente
fatto precedere al dato vero e proprio.
Il problema è quello della sincronizzazione tra trasmettitore e ricevitore.
Trasmissione asincrona: (La stessa presente in modo standard sui PC) Il primo bit è il bit di start:
Mark= mlinea a riposo
Alcune volte, per gli errori di trasmissione, il bit di stop è preceduto dal bit di parità (PARITY BIT). La
parità puo' essere:
EVEN ( pari ) il numero di bit a 1 deve essere pari (ex. 55h ha il bit di Par.=0, mentre
54H ha il bit. di par.=1 (entrambe le parole hanno 4 bit a 1)
ODD ( dispari ) il numero di bit a 1 deve essere dispari
Alla fine del treno di vit ci deve NECESSARIAMENTE essere il bit di STOP
Ad esempio: 7,EVEN,1STOP = 10 bit di carattere
lo START, STOP, EVEN, sono bit di ridondanza.
8 bit di dato, Parità EVEN, 1 bit di Stop
Ogni bit viene campionato piu' volte nell'intorno del centro bit in modo da evitare false in terpretazioni
ed errori.
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I SEGNALI E IL LIVELLO FISICO
Si tenta di campionare a metà del bit time.
TABELLA con alcuni TEMPI BIT / CARATTERE / FILE
Vb(bps)
Tb (s)
Carattere ( 8,N,1)
600
1 mS
10 mS
1200
800 µS
8mS
2400
400 µS
4 mS
4800
200 µS
2 mS
9600
100 µS
1mS
14400
69 µS
690 µs
28800
34 µs
340 µs
33600
29 µs
290 µs
Tempo di file (s) (100KByte)
10^5xx10^-3=100
300x10^-6x10^5=30
Trasmissione sincrona
Nella TRASMISSIONE SINCRONA trasmettiamo il dato uno dietro l'altro, solitamente formato da 8 bit.
Il ricevitore è capace di "autosincronizzare" il proprio clock sfruttando le transizioni 1->0 presenti nel
MESSAGGIO inviato.
Non c'è piu' nè il bit di start nè quello di stop come nella trasm. Asincrona ma semplicemente un
carattere o uno o piu' bit per la sincronizzazione del messaggio.Cioè la sincronizzazione è a livello di
messaggio (si vedano i protocolli sincroni BSC,SDLC,HDLC...)
Ad Ex. bisogna procedere il messaggio con carattere di sincronismo SYN (16h codice ASCII).
SYN SYN C1 C2 ............... Checksum
il vantaggio è che la ridondanza è percentualmente molto ridotta(20,30% della trasmissione asincrona!)
e quindi una velocità globale superiore. Lo svantaggio è un hardware piu' complicato.
Modalità di trasmissione
SIMPLEX = unico senso di percorrenza.
HALF DUPLEX = doppio senso di percorrenza alternato
FULL DUPLEX = doppio senso di percorrenza contemporaneo
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I SEGNALI E IL LIVELLO FISICO
frame
L’intelaiatura delle finestre : 8 bit : frame
I bit difficilmente possono vivere da soli: hanno bisogno di compagnia, proprio come noi umani.
Quando intraprendono un viaggio si mettono in fila indiana, spesso, ma non necessariamente,
in otto. Ma non basta. Per paura di essere annientati o assaliti durante il percorso si aggregano
formando una specie di treno: tanti ottetti che si organizzano: ci sono i bit che aprono il
convoglio, poi ci possono essere quelli che posseggono l’indirizzo di dove andare , ci sono i
controllori , i bit passeggeri che leggono il giornale e infine i bit che chiudono il convoglio e
controllano.
Conversione Parallelo/Seriale
La conversione parallelo/seriale e viceversa è attuata tramite un dispositivo (UART) il cui cuore è uno
shift register. Scopo dell'UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) è quello di convertire i
dati paralleli presenti sul bus del PC, in dati seriali Asincroni da trasmettere in linea e viceversa.
Cuore dell'UART è lo shiftt-register che svolge appunto la funzione di conversione paralleo-seriale (PI-SO
= parallel Input, Serial Output) e viceversa (SI-PO).
Lo shift register non basta per una gestione efficiente del dispositivo: la velocità di trasferimento dei dati
dipende dal clock di shift ed è , comunque, lenta rispetto alla velocità di esecuzione di una CPU. Cosi',
mentre il dato viene trasmesso dal PISO, sarebbe interessante disporre di un registro di appoggio (
buffer) per l'inserimento del dato da trasmettere. (La cosa è analoga per la ricezione).
(Per la trasmissione Sincrona e asincrona si ha a disposizione l’USART).
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I SEGNALI E IL LIVELLO FISICO
Tecniche di Codifica
Codificare un segnale significa alterarne le caratteristiche per renderlo adatto alla trasmissione su uno
specifico canale, in modo da ottimizzare la trasmissione migliorando qualità e affidabilità,
modificandone lo spettro.
La codifica associa ad un livello di tensione un determinato numero binario.
http://infocom.uniroma1.it/alef/libro/html/libro/img1154.png
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I SEGNALI E IL LIVELLO FISICO
Allocazione del canale
Nella trasmissione dei dati all’interno di una rete si evidenziano due possibili alternative:
Commutazione di circuito (circuit switching) in cui le risorse della comunicazione da
utente a utente sono assegnata in modo esclusivo per tutta la durata della connessione
Commutazione di pacchetto (packet switching) in una via di comunicazione da nodo a
nodo è assegnata per il tempo strettamente necessario a trasferire i pacchetti riferiti ad
un singolo messaggio. La commutazione di pacchetto puo’ essere di due tipi:
Connection oriented
Connection less
Condivisione del canale
Ci sono sostanzialmente tre modi per la gestione del canale :
Protocolli di suddivisione o allocazione del canale
Protocolli di accesso casuale
Protocolli a turni (di accesso deterministico)
Degli ultimi due tipi si accennerà nel capitolo dedicato alle LAN.
Protocolli di allocazione del canale (Tecniche di Multiplexaggio )
Un canale di connessione (link) tra piu’ stazioni è realizzato mediante la multiplazione a divisione di
frequenza (FDM) o a divisione di tempo (TDM).
Nel primo caso l’ intera banda del canale è divisa in varie sottobande di frequenze diverse (l’ampiezza
tipica di una banda telefonica è di circa 4KHz). Nel secondo caso l’intera banda del canale è assegnata
per un tempo prefissato (un frame o intervallo) a una comunicazione singola, in modo che il canale è
preso, a turno, pwer uno slot di tempo, da ciascuna connessione.
In particolare ,per utilizzare un numero di canali, per ogni collegamento fisico, esistono diverse tecniche:
FDM ( Frequency Division Multiplexing )
Con questo metodo la banda totale del canale viene divisa in più sottobande, ad ognuna
di è assegnato un diverso canale:
Solitamente questa tecnica è utilizzata nelle trasmissioni analogiche.
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I SEGNALI E IL LIVELLO FISICO
TDM ( Time Division Multiplexing )
Con questo
metodo il collegamento fisico viene assegnato ad un canale per un certo tempo. Queto
metodo è molto utilizzato per le trasmissioni digitali.
Ulteriori tecniche sono:
Multiplexer a divisione di onda (WDM): largamente utilizzata nelle fibre ottiche, si basa
sulla possibilità di poter “fondere” in un unico fascio luminoso un insieme di onde.
Questa tecnica in effetti è uguale alla FDM utilizzata però nelle fibre ottiche. Si può
pensare di avere due prismi che da un lato convogliano i fasci luminosi, dall’altro li
dividono, in modo che i fasci luminosi presenti in ingresso sono ancora presenti in uscita
al secondo prisma.
Accesso multiplo a divisione di codice (CDMA): si basa sul fatto che ogni stazione
codifica l’informazione in modo diverso dalle altre; vengono usate speciali tecniche di
codifica e di decodifica in modo che in ricezione si riesca a riottenere l’informazione
desiderata. Viene usata quando il problema delle interferenze riveste particolare
importanza.
Multipexing e Portante T1
Sono presenti una botte di vino ed un rubinetto d'acqua, entrambe sono collegate ad una canna a
doppia entrata, e devono arrivare rispettivamente a marco, noto ubriacone e ad una pianta.
Come si può risolvere il problema?? Esistono varie tecniche di
multiplexaggio:
- FDM divisione di frequenza : la banda totale è divisa in più sottobande, si può quindi immaginare come
una strada che è divisa in più corsie, ad esempio un'autostrada, divisa in più carreggiate e con diversi
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I SEGNALI E IL LIVELLO FISICO
sensi di marcia.
- TDM divisione di tempo: la banda viene assegnata interamente per un certo tempo ad un canale, si
può immaginare come una rotaia singola della ferrovia, è assegnata per un certo periodo ad un preciso
treno che la percorrerà, non possono viaggiare più di un treno in un determinato tempo.
- CDMA accesso multiplo a divisione di codice. Ogni stazione codifica in maniera diversa, si può vedere
l'esempio di un condominio e di un mazzo di chiavi, ogni chiave aprirà una ed una sola porta.
Uno dei metodi inizialmente usati (USA e Giappone ) è quello con portante "T1":
considerando 4KHz di banda, occorre campionare a 8000 campionamenti./s pari a un tempo di 125
micro secondi.
Se si dispone di 24 canali multiplexati (standard Bell T1) da campionare con risoluzione 7 bit per dato
piu' un bit di segnalazione (=8 bitn totali), significa che devo trasmettere (24x8) 192 bit + 1 bit all'inizio
di ogni pacchetto =193 bit totali in 125 microsec. , pari a una velocità di 1.544Mbps (125 microsec. /
193= 647 nano s (Tb) ).
Per avere un’idea, un segnale di qualità CD è campionato in codifica PCM ad una velocità di 44100Hz e
con una risoluzione di 16 bit.
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I SEGNALI E IL LIVELLO FISICO
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Primo Livello (fisico):
Modem e ADSL
“Il livello fisico è il livello 1 del modello ISO/OSI.
Questo livello riceve dal livello datalink la sequenza di bit da trasmettere e la converte in segnali adatti
al mezzo trasmissivo, per esempio, cavo coassiale, doppino STP o UTP, fibre ottiche o onde radio. Uno
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I SEGNALI E IL LIVELLO FISICO
standard di livello fisico definisce:
le caratteristiche fisiche del mezzo trasmissivo, come forma, dimensioni, numero di piedini di un
connettore, specifiche meccaniche;
le caratteristiche funzionali, come il significato dei pin di un componente;
le caratteristiche elettriche, come i valori di tensione per i livelli logici, la codifica, la durata di ogni bit;
la codifica del segnale digitale su un mezzo trasmissivo che è inerentemente analogico (modulazione). “
[http://it.wikipedia.org/wiki/Livello_fisico]
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I SEGNALI E IL LIVELLO FISICO
Cenni sulla Modulazione
Della modulazione del segnale si occupano due apparecchi che esercitano una funzione l'una l'inversa
dell'altro: modulatore - demodulatore.
La modulazione si attua per:
Adattare il segnale alla banda del canale.
Adeguare le potenze di Tx ed Rx.
Distinguere tra Tx e Rx
Nella modulazione entrano in gioco tre segnali:
Segnale modulante
Segnale portante ( carrier )
Segnale modulato
AM Amplitude Modulation FM Frequency Modulation PM Phase Modulation ASK Amplitude Shift Key
FSK Frequency Shift Key PSK Phase Shift Key DPSK Differential Phase Shift Key
22
I SEGNALI E IL LIVELLO FISICO
Modem Fonici
Introduzione
MODEM è una sigla che sta per MOdulator - DEModulator. Si tratta di strumenti essenziali per la
trasmissione dei dati, in quanto oggigiorno sono diventati uno strumento indispensabile per la
trasmissione dei dati a sistemi remoti. I MODEM infatti ci consentono di interfacciare i computer con le
linee di trasmissione analogiche e digitali che formano le reti su cui viaggiano i dati.
I MODEM sono a tutti gli effetti dei DCE (Data Comunication Equipement), e vengono collegati al DTE
(Data Terminal Equipement) tramite una serie di circuiti che vanno a costituire, come vedremo più
avanti, l’interfaccia V.24. La connessione avviene tramite una porta seriale (COM), da ciò possiamo
dedurre che i dati saranno trasmessi serialmente, in modo asincrono, con tutti i vantaggi e gli svantaggi
che questo comporta.
Dal DTE sarà possibile controllare le operazioni svolte dal MODEM, e operare le opportune modifiche
quando necessario. Ciò avviene tramite una serie di istruzioni dette comandi AT, che, nei particolari,
variano a seconda del modello di MODEM a cui si riferiscono, pur essendo a grandi linee sempre le
stesse.
Diversi tipi di MODEM sono stati adattati a differenti usi, sviluppando le caratteristiche ad essi più
consone, a volte a scapito di altre. Abbiamo così sistemi diversi di comunicazione, con diverse
caratteristiche di modulazione, velocità e banda passante dei segnali.
Modem intelligenti
A prescindere da questa classificazione standard, possiamo suddividere i MODEM in due grandi famiglie.
I MODEM non intelligenti appartengono alla vecchia generazione, e non effettuano nessun tipo di
controllo sui dati, limitandosi a codificarli e decodificarli. I nuovi MODEM invece possono essere definiti
intelligenti poiché contengono al loro interno un microprocessore e possono svolgere non solo
procedure di codifica ma anche di controllo sui dati, a prescindere dal DTE.
Questi MODEM sono dotati di memorie permanenti di tipo EPROM e/o EEPROM, e possono
comunicando utilizzando più di una normativa, adattandosi così a una vasta gamma di situazioni. A
livello logico, possiamo scomporre un MODEM intelligente in cinque blocchi fondamentali :l’interfaccia
V.24 con il DTE, il sistema di correzione e compressione dei dati, un blocco di controllo e un DSP che
costituisce il vero e proprio cervello del DCE. La quinta parte viene chiamata data pump, e comprende
tutti i sistemi necessari al MODEM per elaborare i dati da gestire e convertirli opportunamente.
La sezione dedicata più avanti alla programmazione via software del MODEM si riferisce proprio a
questo tipo di DCE, ormai divenuti il nuovo standard.
Della modulazione del segnale si occupano due apparecchi che esercitano una funzione l'una
inversa all'altro: modulatore-demodulatore
La modulazione si attua per:
Adattare il segnale alla banda del canale.
Adeguare le potenze di Tx e Rx
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I SEGNALI E IL LIVELLO FISICO
Distinguere tra Tx e Rx. Nella modulazione entrano in gioco tre segnali:
Segnale modulante.
Segnale portante (carrier)
Segnale modulato
Di seguito ecco lo schema riepilogativo:
AM: Amplitude Modulation.
FM: Frequency Modulation.
PM: Phase Modulation.
MODULAZIONE
modulante analogica
per i modem:
ASK:Amplitude Shift Key
FSK:Frquency Shift Key
PSK:Phase Shift Key
modulante digitale
Numerica
AM
FM
PM
ASK
QAM
Impulsiva
FSK
PSK
PAM
DPSK analogico DPSK digitale
PCM
Modem fonico
Lo schema seguente, relativo a un MODEM TRADIZIONALE (cio' non intelligente) è schematizzabile in 4
unità:
interfaccia (circuiti digradanti la trasmissione e la ricezione dei dati sul canale principale e sul canale
supervisore);
mo-demodulazione(modulatore-demodulatore del segnale);
linea(comprende una serie di filtri per adattare il segnale da trasmettere alle caratteristiche del
supporto trasmissivo);
comando, controllo e di alimentazione( circuiti di alimentazione, dispositivi di comando e di controllo).
Un modem intelligente (capace cioè di "parlare" con un DTE (PC) con un suo specifico linguaggio (AT) ,
ingloba il modem tradizionale e ad esso aggiunge i blocchi di controllo e le altre funzioni di
compressione(correzione . In pratica il modem contiene un sistema a microprocessore capace di gestire
tutte queste funzioni
24
I SEGNALI E IL LIVELLO FISICO
Oltre alle funzioni svolte dal modem, si dicono intelligenti quelli capaci di rilevare errori e comprimere
dati.
Il modem può essere rappresentato con il seguente diagramma a stati, dove vengono rappresentati tutti
i singoli stati in cui il modem si può trovare in vari istanti.
Secondo questo schema, il MODEM può assumere tre differenti stati :
- OFF LINE :In questo stato il MODEM è scollegato dalla linea di comunicazione. I dati ricevuti dal DTE
vengono considerati comandi e interpretati come tali.
- ON LINE (OFF HOOK) :Quando la comunicazione viene avviata, in seguito ad un comando del DTE o ad
una risposta automatica ad una chiamata, il MODEM entra in questo stato. Ora i dati in ingresso e uscita
sono considerate informazioni e vengono trasmesse nella direzione appropriata in modo trasparente.
Quando la comunicazione viene abbattuta (vedi stato ESCAPE o , ad ex., mancanza di portante o
DTR=OFF) il MODEM ritorna in stato OFF LINE.
- ESCAPE :Per poter fornire comandi ad un MODEM senza interrompere la trasmissione è necessario
porsi in questo stato. Per farlo bisogna inviare al MODEM una sequenza di caratteri separati da pause
prestabilite, che una volta riconosciute porranno il MODEM in stato di ESCAPE. Ora il modem
interpreterà i dati comunicatigli dal DTE come comandi e li riconoscerà come tali. Il DTE potrà riprendere
a trasmettere terminando la procedura di ESCAPE (ATO) o abbatterà la comunicazione ATH.
Fino a qui ci siamo occupati del funzionamento dei MODEM dal punto di vista dell’hardware e dei
segnali che essi si scambiano fra di loro e con il DTE. Ora vedremo come sia possibile per il DTE
controllare il suo MODEM.
Programmazione del modem intelligente
Il DTE può comunicare a livello di software con il MODEM tramite i comandi AT. Questi comandi sono
una serie di istruzioni basilari contraddistinte proprio dall’AT iniziale. I comandi AT fanno riferimento ad
uno scema logico del funzionamento del MODEM.
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I SEGNALI E IL LIVELLO FISICO
Normative internazionali
I modem fonici si utilizzano per trasmettere dati sulla rete telefonica o su qualsiasi circuito telefonico la
cui banda passante è compresa tra 300 e 3400 Hz. Il loro compito è quello di trasformare il segale
digitale, caratterizzato da uno spettro di frequenza esteso, in un segnale analogico con spettro
compreso nei valori della banda fonica. In questi tipi di modem si ha una corrispondenza tra velocità dei
dati che arrivano all'ingresso del modulatore (bit al secondo) e la rapidità di modulazione (baud). Questa
tecnica di modulazione, però, non consente il raggiungimento di velocità elevate in considerazione della
banda a disposizione (circa 3000 Hz per la banda fonica).
Il loro compito è quello di trasformare il segnale digitale, caratterizzato da uno spettro di frequenze
esteso, in un segnale analogico con spettro compreso nei valori della banda fonica.
Questi modem hanno delle precise caratteristiche definite dal CCITT mediante la raccomandazione della
Serie V: è proprio per questo che i modem fonici o qualsiasi altro dispositivo che utilizza la linea
telefonica viene denominato con la sigla V (ad esempio V90, V32, ecc…).
Le caratteristiche riportate nella tabella identificano le caratteristiche della velocità, esercizio e di linea
dei modem fonici.
RACC CCITT
VEL. DI TRASM. (bit/s)
TIPO DI LINEA
N° FILI ESERCIZIO
V.21
<=300
commutata
2
Full duplex
V.21
<=300
dedicata
2
Full duplex
V.23
1200 / 600
commutata
2
Half duplex
V.23
1200 / 600
dedicata
2/4
Half/Full duplex
V.22
2400
commutata
2
Full duplex
V.22
2400
dedicata
2
Full duplex
V.22bis
2400
commutata
2
Full duplex
V.22bis
2400
dedicata
2
Full duplex
V.32
9600
commutata
2
Full duplex
V.32bis
14400
commutata
2
Full duplex
V.90
56600
commutata
2
Full duplex
Le raccomandazioni della Serie V riguardano inoltre:
il tipo di trasmissione (asincrona, sincrona);
il tipo di modulazione (FSK, PSK, ecc..);
la frequenza delle portanti;
il livello dei segnali;
i circuiti di interfaccia utilizzati.
Nei modem fonici si utilizza una tecnica di modulazione che associa a 0 o a 1 un diverso stato della
portante, ottenendo una corrispondenza tra la velocità dei dati che arrivano in INPUT al modulatore (bit
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I SEGNALI E IL LIVELLO FISICO
al secondo) e la velocità di modulazione (baud rate).
Questa tecnica di modulazione però non consente il raggiungimento di velocità elevate utilizzando la
banda fonica.
L'aumento della velocità di trasmissione si ottiene adottando un modulazione multi-livello.La forma più
semplice di questa tecnica prevede la suddivisione in coppie di bit (dibit) del segnale trasmesso dal DTE
e l'assegnazione delle quattro combinazioni possibili (00, 01, 10, 11) a uno dei quattro livelli disponibili
(figura). Il segnale ottenuto viene inviato al modulatore e misurato in baud. In generale i livelli ammessi
sono 2n dove n è il numero di bit codificati nell'istante di modulazione.
Modem V.21
velocità trasmissiva: 300 bit/s in modalità asincrona, tipo di linea: commutata o dedicata, esercizio: full
duplex, numero di fili: 2, tipo di modulazione: FSK
La banda fonica viene suddivisa in 2 canali di comunicazione ognuno con una frequenza portante
differente.
Modem V.22
velocità trasmissiva: 1200/600 bit/s in modalità asincrona, tipo di linea:, commutata o dedicata,
esercizio: full duplex, numero di fili: 2, tipo di modulazione: DPSK.
La banda fonica viene suddivisa in 2 canali di comunicazione divisi in frequenza ognuno con una
frequenza portante differente. Al canale 1 è associata una portante di 1200 Hz al canale 2 una frequenza
di 2400 Hz.
Quando trasmette a 1200 bit/s si ha la modulazione di 1 dibit quindi la velocità di modulazione è di 600
bit/s, se invece la velocità di trasmissione è 600 bit/s la modulazione avviene su 1 solo bit per volta.
Un ex. di 11 00 10 in psk
Modem V.22 BIS
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I SEGNALI E IL LIVELLO FISICO
velocità trasmissiva: 2400/1200 bit/s in modalità asincrona, tipo di linea: commutata o dedicata,
esercizio: full duplex, numero di fili: 2, tipo di modulazione: QAM
La banda fonica viene suddivisa in 2 canali di comunicazione ognuno con una frequenza portante
(1200Hz per il basso e 2400Hz per quello alto). Quando trasmette a 2400 bit/s si ha la modulazione di 1
quadribit quindi la velocità di modulazione è di 600 baud.
Gli stati di modulazione sono 16 suddivisi in 4 quadranti; i primi due bit del quadribit controllano il
cambiamento del quadrante di fase rispetto al quadrante di fase rispetto al quadrante occupato dal
quadribit precedente. Gli ultimi due bit rappresentano uno dei quattro punti di modulazione associati a
ciascun quadrante.
Quando lavora a 1200 bit/s la sequenza viene suddivisa in dibit.
V.90 modem standard (asimmetrico) (1999)
La domanda a cui risponde questo modem è la seguente: " perchè prendere un segnale digitale,
modularlo su un segnale analogico, per poi riconvertirlo in digitale? Non è più semplice interfacciarsi
direttamente con la rete digitale?" Cosi' si realizza un modem che:
In ricezione si comporta come un modem digitale banda base
vel. modulaz. = 7 kbaud
Vel. Ricezione = 56 kbps (modulazione 256 PAM)
In trasmissione si comporta come un modem analogico standard v.34 con vel. trasm. fino a 33.6 kbps
Nota: il traffico Internet è molto asimmetrico: il collo di bottiglia è sempre il flusso in ricezione!
V92 (agosto 1999)
Il modem V.92 permette 56Kbps in download e 48kbps in upload. Nel V92 PCM è usato sia in upstream
che in downstream ( a differenza della V90 che prevedeva la PCM solo per il downstream).
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I SEGNALI E IL LIVELLO FISICO
Asymmetrical Digital
Subscriber Lines
http://www.superadsl.it/images/2006/verif_cop.jpg
Introduzione
L’accesso residenziale DSL è fornito tipicamente da una compagnia telefonica (ad ex. Telecom o
Infostrada o similare). Questa tecnologia funziona ancora su doppini telefonici esistenti, ma utilizzando
distanze ridotte alla centrale di nuovo tipo, permette di trasmettere e ricevere dati a velocità molto
maggiori e usa un FDM.Questi dati sono spesso asimmetrici (Adsl).
E’ lo stesso gestore della rete telefonica che mette a disposizione il servizio modificando le centrali e
l'accesso dell'utente: in pratica viene sdoppiata la linea locale, la parte per la fonia e la parte per i dati
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I SEGNALI E IL LIVELLO FISICO
Le due parti vengono multiplate in centrale dopo la conversione in numerico (la linea telefonica non
viene usata per i dati ma lo continua a essere per la voce).
Ora il segnale dati non deve più passare attraverso il filtro anti aliasing e la rete porta un traffico ben
superiore ai 64 kbps.
Architettura
Presso l’utente è posto un modem ed un apparato denominato Splitter. Lo Splitter permette di separare
l’accesso a larga banda dei dati digitali dalla comunicazione vocale analogica.
La banda ADSL di 1104 khz, viene ripartita tra dati e voce (i primi 4 KHz). Questa suddivisone della banda
permette di usare contemporaneamente, sulla stessa linea analogica, sia il servizio digitale sia il servizio
telefonico; inoltre qualunque forma prenda l’accesso a larga banda, il cablaggio verso i telefoni analogici
esistenti non deve essere variato. Il blocco, in casa utente, che contiene l’apparato modem ADSL e lo
splitter è chiamato ATU-R (ADSL Transceiver Unit- Remote terminal end) dallo standard ANSI T1.413 [10]
che si occupa delle specifiche ADSL.
Presso l’edificio di centrale (centrale locale), è posto il secondo modem ADSL ed un’altro Splitter, a
formare un apparato ATU-C (ADSL Transceiver Unit- Central office end).
La differenza sostanziale rispetto la tecnologia a modem analogici, è che il circuito locale ADSL termina
in un nodo di accesso ADSL, invece di raggiungere il commutatore PSTN di centrale.
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I SEGNALI E IL LIVELLO FISICO
Il collegamento vocale telefonico continua ad essere una circuito commutato, con tutti problemi relativi
alla commutazione del segnale. Il collegamento ADSL dall’utente alla centrale locale diventa una linea
dedicata con una determinata larghezza di banda. Il segnale digitale non passa più dal commutatore
analogico locale evitando i problemi di sovraccarico dei centralini di commutazione. Il lato fra centrale
locale e ISP sfrutta ora in modo migliore la tecnologia Internet a commutazione di pacchetto.
In ADSL , i diversi apparati ATU-C che servono gli apparati utenti ATU-R di una determinata zona, sono
riuniti in un nodo di accesso in centrale locale, tramite un apparato chiamato DSLAM (Digital Subscriber
Line Adsl Multiplexer). DSLAM, tramite la tecnica TDM (Time Division Multiplexing), combina i flussi di bit
dei canali da e per gli utenti provenienti dal Server, consentendo al tratto di linea fra CO e Server una
gestione a pacchetti della linea stessa. Questo migliora la gestione della banda del traffico a pacchetti,
così come avviene sulle reti geografiche di BackBone.
Spettro
La sudivisione delle banda comprende:
una banda audio in banda base da 0 a 25,875 khz: utilizzata per il segnale telefonico, in
modo da lasciare invariata la banda “analogica” di 4khz.
La banda dedicata alla comunicazione digitale è divisa in due sottobande:
banda upstream di larghezza 138 khz da 25,875 khz a 163,875 khz: l’upstream, ha la
caratteristica di richiedere delle velocità minori rispetto il downstream. Questo
determina una minore richiesta di banda, come facilmente intuibile dal teorema di
Shannon, per la trasmissione da utente a Centrale locale, che dà un limite massimo di
data rate pari a:
bps=138khzlog2 (1+10^(35/10))=1600,8 kbps.
Il canale upstream occupa la parte più bassa dello spettro perché qui l’attenuazione del
segnale è inferiore, in modo da favorire i trasmettitori di segnale utente che sono
usualmente alimentati ad una potenza più bassa dei trasmettitori di centrale.
una banda downstream di larghezza 940,125 khz da 163,875khz a 1104 khz: il data rate
teorico è:
bps=940 khzlog2 (1+10^(35/10))=10,904 Mbps.
31
I SEGNALI E IL LIVELLO FISICO
Lo standard ANSI T1.413 Issue 1, definisce il DMT (Discrete Multi-Tone) la tecnologia di
modulazione per il trasferimento dati in ADSL. Questa modulazione è di tipo a larga banda con
caratteristica multiportante. L’intera banda ADSL è divisa in 256 sottocanali, egualmente spaziati,
partendo da 0 Hz e assegnando a ciascun sottocanale una larghezza di banda di 4,3125 kHz:
256*4,3125 Khz=1104 Khz
Prestazioni dell’ADSL e ADSL2+
Le prestazioni dell'ADSL sono influenzate da vari fattori, tra cui il diametro del doppino, la sua
qualità e la qualità dell'impianto telefonico presente nelle case. Ma, in particolare, sono
inversamente proporzionali alla lunghezza dell'ultimo miglio. Più questa aumenta, più cresce
l'attenuazione del segnale e quindi diminuisce la velocità massima raggiungibile dall'ADSL. In
genere, con un doppino del diametro di 0,5 mm, per ottenere le massime prestazioni non si
dovrebbero superare i 3,5 Km.
ADSL 2+
E' un'evoluzione dell'ADSL che raddoppia, da 1.1 a 2.2 MHz, la banda di frequenza. Questo consente
di trasmettere più informazioni nell'unità di tempo, quindi di portare la velocità massima un
downstream fino a 24 Megabit al secondo (1 Megabit in upstream), sempre sul medesimo cavo
telefonico.
Essendo strutturalmente molto simile alla "sorella minore", l'ADSL 2+ è influenzata dagli stessi
fattori (doppino, impianti, distanze ecc...). Anche l'ADSL 2+ richiede l'uso di filtri ADSL.
dafare Tutto quello che dovreste sapere sulle ADSL ma non avete mai pensato di dover chiedere, ma vi
conviene chiedere per non trovarvi con un carciofo
Ci sono un po’ di cose da sapere e da tenere in considerazione, per poter comprare bene una ADSL,
Telecom o No Telecom. E non è solo il low cost o il gratis (se esiste) che ci dicono se quella ADSL va bene
per noi e se ok, il prezzo è giusto.
Per valutare una ADSL (o compararla) è importante sapere che in realtà i parametri di velocità sono 4.
Quello di cui si parla sempre è la velocità (o banda) Massima in download, ovvero la velocità massima
teorica che se fossimo molto fortunati potremmo raggiungere con la nostra ADSL.
La realtà è che normalmente si sta sotto, molto sotto la velocità promessa in pubblicità, essendo un dato
“teorico”, in condizioni ideali. Insomma, non aspettatevi di viaggiare alla velocità che avete letto sulle
comunicazioni pubblicitarie. Una ADSL a 2 Mega di norma non va quasi mai a 2 Mega. Ed è legale,
perché il provider non promette in pubblicità e tantomeno contrattualmente che andrete a 2 Mega; ma
che non andrete mai più veloci di 2 Mega (sempre leggere bene i contratti…).
Bisogna considerare, oltre alla banda massima, anche:
- la Banda Minima Garantita o BMG (se esiste)
- La Banda in Upload Massima
- La Banda in Upload Garantita.
La mia banda ideale è massima e garantita…
Se avete un contratto con una BMG di 1 Mega, non scenderete praticamente mai sotto quella velocità,
anzi, mediamente andrete più veloci. Ma sono pochi i provider che vendono (e sopratutto spingono)
contratti con una BMG esplicita. Perché a loro costano di più, quindi il prezzo è più alto e i clienti che
guardano solo il prezzo si spaventano e vanno da altri (che non hanno una velocità minima garantita) a
comprare un prodotto da cui non si sa cosa si avrà nell’uso normale…
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I SEGNALI E IL LIVELLO FISICO
Ora, se voi fate un uso di Internet più “passivo” che attivo, vi potete fermare qui. Se invece avete
bisogno di trasmettere elevati volumi di dati (upload di video etc), o siete degli appassionati giocatori
online (i famosi hardcore videogamers) avete bisogno che anche la velocità con cui mandate su i dati sia
buona, non solo quella con cui li tirate giù. Ed ecco che la banda in upload massima e quella garantita in
upload sono importanti per voi).
Riassumendo, facciamo un esempio: una nostra 7 mega con 128 kbps di Banda minima garantita è una
ADSL che vi darà:
- 7000 Kbps di banda in download Massima
- 128 Kbps di banda in download Garantita
La banda in upload può variare, potrebbe ad esempio essere:
- 384 kbps di banda in upload Massima
- 128 Kbps di la banda in upload Garantita
Quindi:
La Banda Minima Garantita (BMG) è il parametro fondamentale da prendere in considerazione
nell’acquisto di una linea ADSL. Più è alta la BMG e più andrete mediamente veloci, ma più costerà caro
il contratto.
Ma il mio provider fa schifo…
Al di là di quello che fanno nel bene e nel male i provider, va considerato comunque che non tutto è
colpa loro
C’è da considerare che la tecnologia ADSL è molto sensibile alla distanza che c’è tra la centrale che
eroga il servizio e il luogo dove questo viene usato. Se abitate in un posto un po’ sfigato, insomma, in
relazione al vostro collegamento con la centrale di zona, c’è poco da fare, a meno di non fare un
sostanzioso investimento e farsi tirare una linea dati tutta vostra (invece di comprarvi quella villetta ai
Caraibi che avevate adocchiato…;-).
Un altro fattore problematico potrebbe essere la qualità dei cavi del telefono nel vostro appartamento o
ufficio; se la casa è vecchia e l’impianto non è stato rifatto, potreste ritrovarvi con cavi telefonici
d’antiquariato, che fanno molto elegante ma poca banda anche se avete comprato un’ADSL strafiga, che
viaggia velocissima… fino alla porta di casa vostra, e poi si inchioda. Tutto questo vale per tutti i provider
di ADSL, senza eccezioni.
L’ADSL Rate Adaptive
Dato che la tecnologia ADSL è sensibile alla distanza che c’è tra la centrale che eroga il servizio e il luogo
dove questo viene usato, sono nate le ADSL rate adaptive, che permettono velocità di aggancio
superiore alle vecchie ADSL, quindi sino a 7 mega o a 20 mega. Rate Adaptive significa che la velocità
dipenderà dalla qualità del doppino in rame e di altri fattori ambientali. In questo modo gli apparati di
collegamento (il modem dell’utente e il DSLAM in centrale) potranno stabilire la migliore velocità
disponibile al momento della connessione, in funzione della qualità della linea utilizzata. Nel caso di
profili a 7 Mega la velocità di aggancio dei modem potrà oscillare tra 256-7000 kbit/s in download e tra
200-384 kbit/s in upload. All’interno di questi intervalli, i modem si adatteranno automaticamente alla
massima velocità tecnicamente compatibile con la linea, con il miglior compromesso tra prestazioni e
stabilità.
La velocità non dipende solo dall’ADSL… lo sapevate?
La velocità effettiva a cui va il vostro collegamento può essere influenzata però anche da altri fattori, per
esempio l’impiego di dispositivi scadenti per la connettività wireless (access point, router wi-fi), oppure
l’utilizzo massiccio di programmi peer-to-peer (per capirci, se scaricate a manetta, rischiate di occuparvi
tutta la banda disponibile per Torrent e poi non c’è da sorprendersi se per navigare Internet va a
rilento…) e altro ancora.
Insomma, se ci sono router o access point che costano poco e altri che costano di più, spesso c’è un
motivo.
E allora una domanda sorge naturale: quali solo le condizioni ideali per una ADSL?
33
I SEGNALI E IL LIVELLO FISICO
- Vicinanza alla centrale, il segnale ADSL si attenua con l’aumentare della distanza
- Doppino di rame nuovo in casa, quindi con bassa attenuazione ed alto rapporto segnale/rumore
- Modem/router di qualità, in grado di negoziare la migliore velocità disponibile
- Collegamento dell’hardware alla presa principale, senza prolunghe o derivazioni
- Disponibilità in zona di una centrale che eroghi molta banda
- Comprare una ADSL veloce e possibilmente con una Banda Minima Garantita.
Fine della lezioncina
http://www.linkedin.com/news?viewArticle=&articleID=572703077&gid=124165&type=member&item=58280448&articleURL=http%3A%2F%2F
ehiweb.wordpress.com%2F2011%2F06%2F12%2Fsi-fa-presto-a-dire-adsl%25E2%2580%25A6-ve-la-spieghiamo-noi-diehiweb%2F&urlhash=oOmx&goback=.gde_124165_member_58280448
Modulazione DMT
La modulazione usata in ADSL e' detta DMT (Discrete Multitone)
Nella trasmissione DMT il flusso R (bitls) dei dati viene diviso in N flussi piu' lenti (di velocita' Rk, 1<k<N)
L'intera banda disponibile viene quindi divisa in N sotto-bande ed ogni flusso viene trasmesso in
parallelo su una delle sotto-bande.
I flussi di dati in ogni sotto-banda vengono modulati da portanti ortogonali tra di loro.
L'intera banda disponibile viene quindi divisa in N sotto-bande ed ogni flusso viene trasmesso in
parallelo su una delle sotto-bande.
I flussi di dati in ogni sotto-banda vengono modulati da portanti ortogonali tra di loro
Esempio di DMT(Discrete Multitone Modulation)
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I SEGNALI E IL LIVELLO FISICO
Telefonia mobile
Generalità
Scopo: permettere agli utenti che si spostano (Mobile) di comunicare durante il viaggio inviando voce,
dati, fax, e-mail, internet .. => uso delle ONDE RADIO invece di fili di rame o fibre ottiche
USA 1982: AMPS (Advanced Mobile Phone System) by Beh Labs. In inghilterra: TACS!
L'idea è quella di dividere la regione geografica in piccole CELLE di 10-20Km circa di ampiezza con il
riutilizzo delle frequenze in celle NON adiacenti:
Le 7 celle sono disposte ad alveare.
Le potenze in gioco sono basse (il telefono opera a circa 0.6W)
Originalmente la banda usata andava da 824 a 849 MHz per la trasmissione e da 869 a 894 MHz per la
ricezione , ogni canale prendeva 30 KHz di banda in FDM. La modalità trasmissiva era flilì duplex.
Inzialmente la trasmissione era analogica
Il segnale a 800MHz possiede onde lunghe circa 40 cm che viaggiano in linea retta e possono essere
facilmente assorbiti da alberi e rimbalzano su terreno e case causando un possibile effetto di eco.
Il passaggio successivo è stato quello dei telefoni CELLULARI DIGITALI GSM (Global System for Mobile
Comunications).
La trasmissione si effettua su frequenze di 1.8GHz con adattamento alla vecchia banda d 900MHz.
35
I SEGNALI E IL LIVELLO FISICO
GSM opera in FDM + TDM : 50 bande da 200KHz. All'interno di ogno banda viene effettuato il TDM per il
multiplexaggio su piu' utenti
Il passo successivo è UMTS che usa CDMA (CODE DIVISION MULTIPLE ACCESS) (cfr il documento
relativo).
Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) è la tecnologia di telefonia
mobile di terza generazione (3G), successore del GSM. Tale tecnologia impiega lo standard base WCDMA come interfaccia di trasmissione, è compatibile con lo standard
Il sistema UMTS supporta un transfer rate massimo di 1920 kbit/s. Le applicazioni tipiche attualmente
implementate, usate ad esempio dalla reti UMTS in Italia, sono tre: voce, videoconferenza e
trasmissione dati a pacchetto. Ad ognuno di questi tre servizi è assegnato uno specifico transfer rate,
per la voce 12,2 Kbit/s, 64 Kbit/s per la videoconferenza e 384 Kbit/s per trasmissioni di tipo dati (scarico
suonerie, accesso al portale,...). Dal 2004 sono presenti anche in Italia l'UMTS 2 e l'UMTS 2+ (si legge "2
plus"), due estensioni del protocollo UMTS, che funzionano sulle attuali reti UMTS e raggiungono
velocità rispettivamente di 1.8 e 3 megabit/secondo.
( http://it.wikipedia.org/wiki/Universal_Mobile_Telecommunications_System)
Elettrosmog
Elettrosmog = identifica l'inquinamento elletromagnetico . Ilproblema sta nell 'esposizione ai
campi elettrmagnetici . Questi sono determinati dalle onde che si misurano in volt/m per i campi
elettrici e in microtesla per l'induzione elettromagnetica.
Limiti (agosto 2002) max 10 microtesla negli edifici in cui si permane per piu' di 4 ore
(case,scuole,ospedah..). Nuovi impianti max 3 microtela per un obiettivo(?) di 0.5 microtesla (e
0.2 per gli asili!!!).
Rischi (da una indagine di ricercatori inglesi) Depressione, cancro alla pelle, cancro al polmone,
malattie da inquimamento, leucemia infantile.
I cellulariIl telefono cellulare è un dispositivo a bassa potenza (emissione media inferiore a 1
Watt) che riceve e trasmette il segnale per mezzo di un'onda elettromagnetica nella banda delle
microonde. I telefoni cellulari hanno potenze di trasmissione molto inferiori rispetto alle stazioni
radio base (SRB), ma poiché l'antenna del telefonino si trova normalmente molto vicino alla
testa, può comportare un assorbimento di energia "elevato" (esposizione attiva), superiore
rispetto a quella assorbita a causa della presenza di un'antenna.
Comandi AT per la gestione di SMS
Il servizio per l'invio di brevi messaggi di testo dai telefoni cellulari, è stato normalizzato dall'
organizzazione Etsi ,grazie ai documenti: GSM 03.40 e GSM 03.38. Per quanto riguarda i normali
messaggi di testo, chiamati comunemente sms, possono avere una lunghezza massima di 160
caratteri(contenente solo il testo del messaggio), e devono utilizzare caratteri di sette bit
associati alla codifica a sette bit di default alphabet. I messaggi ad otto bit, di massimo 140
caratteri, non sono utilizzati normalmente per il servizio di messaggi di testo tra gli utenti dei
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I SEGNALI E IL LIVELLO FISICO
cellulari, ma sono di norma utilizzati per l'invio d'immagini, suonerie e per l'inizializzazione alla
connessione al servizio wap. I messaggi a sedici bit, di massimo 70 caratteri, sono utilizzati per
l'invio di messaggi di testo Unicode(UCS2), visualizzabili da molti telefoni cellulari. Infine i
messaggi a sedici bit di classe zero, sono utilizzati per i flash sms, in pratica messaggi
lampeggianti o d'avviso.
Codifica a sette bit di default ali,habet:
Questa è una codifica a sette bit di default alphabet, specificata nel documento GSM 03.38
dall'organizzazione Etsi. La codifica decimale corrispondente ISO-8859-1
Collegamento fisico: piedinatura
Gestione software: Alcuni comandi importanti per la gestione del cellulare:
AT+CMGL: fornisce la lettura dei messaggi dalla SIM
sintassi: AT+CMGL=parametro
Parametro:
- lettura dell'ultimo messaggio ricevuto
lettura dalla SIM di tutti i messaggi ricevuti
lettura dalla SIM di tutti i messaggi salvati ma non inviati
lettura dalla SIM di tutti i messaggi salvati inviati
lettura di tutti i messaggi presenti
risposta:
+CMOL<cr><lf>messaggio in pdu<cr><lf>
AT+CLIP: rimane in attesa di una chiamata e nel momento in cui la riceve ne visualizza il
numero, la particolarità è che durante l'attesa il modem può effettuare altre operazioni.
Sintassi: AT+CLIP=parametro
Parametro: 0-1 tipo di risposta
risposta: visualizza il numero di telefono che ha chiamato e il tipo di numero se il parametro
èrmpostato a 1, altrimenti visualizza solo la presenza di una chiamata
ATD:
effettua una chiamata
Sintassi: ATDparamentro
Parametro: numero di telefono da chiamare
Risposta: nessuna
AT+CMSS: invia un messaggio salvato nella SIM
sintassi: AT+CMSS=posizione,numero posizione: posizione in memoria del messaggio
numero: parametro opzionale che contiene il numero del destinatario
risposta: +CMSS: <numero di messaggi inviati>
AT+CMGD: elimina un messaggio in memoria della SIM
sintassi: AT+CMGD=parametro
Parametro: numero del messaggio da eliminare
risposta: OK/ERROR
Controllo delle chiamate ricevute
All'interno del cellulare c'è un modem che invia una stringa "ring" all'Uart del PC attraverso il
cavo dati quando riceve una chiamata.
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I SEGNALI E IL LIVELLO FISICO
Utilizzando il comando at+clip è possibile riconoscere il numero del chiamante impostando il
parametro del comando a uno.
Tale numero viene salvato in una stringa e, se è uguale a uno dei numeri memorizzati nel
programma, consentirà l'apertura del cancello.
Il programma riconosce la chiamata attraverso un ciclo infinito che resta in attesa di essa.
All'interno di questo ciclo, ogni 30 secondi, viene controllato anche se è stato ricevuto un nuovo
messaggio, dòpo di che ritorna al ciclo di controllo degli squilli.
Se il numero 'viene riconosciuto viene inviando un segnale con un comando outport sulla com 2
e quindi dal circuito che comanda l'apertura effettiva del cancello.
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