Sistemi di elaborazione dell’informazione

Modulo - Tecniche di comunicazione digitale

Unità didattica – Standard di rete locale

Ernesto Damiani

Università di Milano

Lezione 2 – Codifica dei segnali digitali

Networks: Data Encoding 1

Richiamo: la rete telefonica

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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) [T1]• Modulazione Delta

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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

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Segnale binario

Modulazione di frequenza

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Modulazione d’ampiezza

Modulazione di fase

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.

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Constellation Diagram

(a) QPSK. (b) QAM-16. (c) QAM-64.

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Dati e Segnali Digitali[LAN]

Segnale digitale – sequenza discreta di impulsi di tensione.Durata del bit: tempo necessario al trasmittente per inviare un bitProblemi

• Bit timing• Estrazione dei bit dal segnale• Rumore

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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

 

NRZ-L usato per brevi distanze9

1 negative voltage

0 positive voltage

Codici NRZ (Non-Return-to-Zero)

NRZ-I ( Non-Return-to-Zero-Invert on ones)

Tensione costante durante la durata del bit

 

NRZI è differenziale (i.e., il segnale è decodificato paragonando la polarità di impulsi adiacenti.)

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1 transizione all’inizio della cella di bit (alto->basso o basso->alto)

 

0 niente transizione all’inizio della cella di bit

Codifica Manchester

Sempre una transizione al centro della cella di bit{clock}.La direzione della transizione rappresenta la cifra binaria

Nel caso peggiore due baud per bit.

Usato con il coax e il doppino 802.3.11

1 basso-alto

0 alto-basso

Codifica Manchester differenziale

Transizione al centro cella (clock).

Differenziale e bi-fase.Usato nel 802.5 (token ring) su doppino* Baud rate doppio del bit rate poco efficiente

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1 niente transizione all’inizio della cella

0 transizione all’inizio della cella

Bi-Polare

Caso peggiore simile a Manchester

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1 alterna tensioni +1/2 , -1/2

0 tensione nulla 0

1 0 1 0 1 1 0 01UnipolarNRZ

NRZ-Inverted(DifferentialEncoding)

BipolarEncoding

DifferentialManchesterEncoding

Polar NRZ

ManchesterEncoding

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 centraliFrequenza limitata a 4000 HZ, il codec prende 8000 campioni/sec. (i.e., 125 microsec/campione).

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B B

C C

A A

B

C

A

B

C

A

MUXMUX

(a) (b)

Trunkgroup

Multiplexing

A CBf

Cf

Bf

Af

H

H

H

0

0

0

(a) Individual signals occupy H Hz

(b) Combined signal fits into channel bandwidth

Frequency-division Multiplexing

(a) Spettro dei segnali originali. (b) Traslazione in frequenza (c) Canale multiplexato.

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Frequency-division Multiplexing

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Wavelength Division Multiplexing

(a) Ogni segnale manda 1 unità ogni 3T secondi

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(b) Segnale combinatotrasmette 1 unità ogni T secondi

tA1 A2

tB1 B2

tC1 C2

3T0T 6T

3T0T 6T

3T0T 6T

tB1 C1 A2 C2B2A1

0T 1T 2T 3T 4T 5T 6T

Time-division Multiplexing

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

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25

26

PCMNonlinear Quantization Levels

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2

24

1

MUXMUX

1

2

24

24 b1 2 . . .b2322

frame

24 . . .

. . .

Sistema T1

The T1 carrier (1.544 Mbps).

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TDM