Lezione 2 Codifica dei segnali digitali Sistemi di

Lezione 2 – Codifica dei segnali digitali Sistemi di elaborazione dell’informazione Modulo - Tecniche di comunicazione digitale Unità didattica – Standard di rete locale Ernesto Damiani Networks: Data Encoding Università di Milano 1

Richiamo: la rete telefonica 2

Tecniche di codifica Digital Data, Analog Signals [modem] Digital Data, Digital Signals [LAN] Analog Data, Digital Signals [codec] • Frequency Division Multiplexing (FDM) • Wave Division Multiplexing (WDM) [fibra] • Time Division Multiplexing (TDM) • Modulazione a codifica d’impulsi o Pulse Code (PCM) [T 1] • Modulazione Delta 3

Digital Data, Analog Signals [modem] Base: una sinusoide a frequenza costante detta carrier o portante. La modulazione varia l’ampiezza, frequenza, la fase della sinusoide o una loro combinazione 4

Segnale binario Modulazione d’ampiezza Modulazione di frequenza Modulazione di fase 5

Modem I modem usano una combinazione di modulazioni per trasmettere più bits per baud. QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) usa diverse variazioni di fase, una per simbolo. I modem usano Quadrature Amplitude Modulation (QAM). Questi concetti sono illustrati tramite constellation point : ogni punto è una combinazione ampiezza/fase. 6

Constellation Diagram (a) QPSK. (b) QAM-16. (c) QAM-64. 7

Dati e Segnali Digitali [LAN] Segnale digitale – sequenza discreta di impulsi di tensione. Durata del bit: tempo necessario al trasmittente per inviare un bit Problemi • Bit timing • Estrazione dei bit dal segnale • Rumore 8

Codici NRZ (Non-Return-to. Zero) Due livelli di tensione (uno positivo e uno negativo) per rappresentare le due cifre binarie NRZ-L ( Non-Return-to-Zero-Level) Tensione costante durante la durata del bit 1 negative voltage 0 positive voltage NRZ-L usato per brevi distanze 9

Codici NRZ (Non-Return-to. Zero) NRZ-I ( Non-Return-to-Zero-Invert on ones) Tensione costante durante la durata del bit 1 transizione all’inizio della cella di bit (alto->basso o basso->alto) 0 niente transizione all’inizio della cella di bit NRZI è differenziale (i. e. , il segnale è decodificato paragonando la polarità di impulsi adiacenti. ) 10

Codifica Manchester Sempre una transizione al centro della cella di bit{clock}. La direzione della transizione rappresenta la cifra binaria 1 basso-alto 0 alto-basso Nel caso peggiore due baud per bit. Usato con il coax e il doppino 802. 3. 11

Codifica Manchester differenziale Transizione al centro cella (clock). 1 niente transizione all’inizio della cella 0 transizione all’inizio della cella Differenziale e bi-fase. Usato nel 802. 5 (token ring) su doppino * Baud rate doppio del bit rate poco efficiente 12

Bi-Polare 1 alterna tensioni +1/2 , -1/2 0 tensione nulla 0 Caso peggiore simile a Manchester 13

1 Unipolar NRZ Polar NRZ-Inverted (Differential Encoding) Bipolar Encoding Manchester Encoding Differential Manchester Encoding 0 1 1 1 0 0

Dati Analogici, Segnali Digitali [PCM (Pulse Code Modulation)] Tecnica più comune: PCM. Esempio: La rete telefonica usa codec per convertire la voce sul local loop analogico in segnale digitale per le centrali Frequenza limitata a 4000 HZ, il codec prende 8000 campioni/sec. (i. e. , 125 microsec/campione). 15

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

Frequency-division Multiplexing (a) Individual signals occupy H Hz A f H 0 B 0 f H C 0 f H (b) Combined signal fits into channel bandwidth A B C f

Frequency-division Multiplexing (a) Spettro dei segnali originali. (b) Traslazione in frequenza (c) Canale multiplexato. 18

Wavelength Division Multiplexing 19

Time-division Multiplexing (a) Ogni segnale manda 1 unità ogni 3 T secondi A 1 A 2 0 T t 6 T 3 T B 1 B 2 6 T 3 T 0 T t C 1 C 2 0 T t 6 T 3 T (b) Segnale combinatotrasmette 1 unità ogni T secondi A 1 B 1 0 T 1 T 2 T C 1 A 2 3 T 4 T B 2 C 2 t 5 T 6 T 20

Time-division Multiplexing

Statistical Multiplexing - Concentratore

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

Pulse Code Modulation (PCM) PCM è una codifica non lineare, i canali di quantizzazione non sono uguali • Risoluzione maggiore per ampiezze basse • Riduzione della distorsione, ma errore di quantizzazione alle ampiezze alte. 8000 campioni/sec x 8 bit/campione= 64 Kbps per un canale voce digitale 24

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PCM Nonlinear Quantization Levels 26

Sistema T 1 1 24 MUX 22 23 24 b 1 2 frame . . . 24 b 2. . . 2 1 24 27

TDM The T 1 carrier (1. 544 Mbps). 28