Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC TEORIA SU FDM E TDM D.U. Ing EO 9 Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO 9.1 MULTIPLEXING TECNICA CHE CONSENTE DI CONDIVIDERE UN UNICO CANALE DI TRASMISSIONE TRA PIU’ UTENTI. SI PUO’ DISTINGUERE TRA : • FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING (FDM) • TIME DIVISION MULTIPLEXING (TDM) Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO 9.2 FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING E’ UNA TECNICA CHE CONSENTE DI INTEGRARE PIU’ COMUNICAZIONI SU DI UN UNICO SUPPORTO FISICO. SUPPONIAMO DI VOLER INVIARE I SEGNALI GENERATI DA 3 MICROFONI SU DI UN UNICO CANALE. COME SI PUO’ FARE ? x1 t x2 t x3 t L.P.F. L.P.F. x1' t x 2' t x 3' t xt t CANALE Xi f L.P.F. 0 3.5 f Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO 9.3 I 3 SEGNALI OCCUPANO LA STESSA BANDA SE VENGONO SOMMATI GLI SPETTRI VENGONO IRRIMEDIABILMENTE CONFUSI ! POSSIBILE SOLUZIONE : SI PUO’ EFFETTUARE UNA TRASLAZIONE IN FREQUENZA DEGLI SPETTRI DEI SINGOLI CANALI PRIMA DI EFFETTUARE LA SOMMA. Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO LO SCHEMA DI UN SISTEMA FDM E’ IL SEGUENTE : x1 t x2 t L.P.F. L.P.F. xc1 t xc2 t cos1t x3 t xc3 t L.P.F. cos 2 t xt t CANALE 9.4 Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO 9.5 LA TRASLAZIONE IN FREQUENZA DEI SINGOLI SEGNALI VIENE EFFETTUATA FACENDO IL PRODOTTO PER UN COSENO. VEDIAMO IN DETTAGLIO COSA ACCADE: x t xc t cos 0 t xc t x t cos 0 t Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC IN FREQUENZA SI HA : D.U. Ing EO X c 1 X cos 0 t 2 LA TRASFORMATA DI FOURIER DEL COSENO E’ DATA DA : cos 0 t 0 0 QUINDI : 1 X c X 0 0 2 9.6 Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO 9.7 VEDIAMO TUTTO DAL PUNTO DI VISTA GRAFICO : X X c x x 0 0 x cos 0 t 0 0 0 1 X 0 2 0 0 x Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO x t 9.8 ABBIAMO TRASLATO LO SPETTRO DEL SEGNALE IN 0 GRAZIE AL SEGNALE PORTANTE. ABBIAMO EFFETTUATO UNA MODULAZIONE . L’OPERAZIONE DI MODULAZIONE HA PERO’ RADDOPPIATO LA BANDA DEL SEGNALE: 0 0 x 2x NEL NOSTRO CASO LO SPETTRO IN FREQUENZA DEL SEGNALE SEGUENTE : xt t E’ IL XT f f x =3.5 KHz f1 =8 KHz f 2 =16 KHz fx f f f1 f1 f x f2 f2 f x LE FREQUENZE E DEVONO ESSERE SCELTE IN MODO DA GARANTIRE UNA 1 2 BANDA DI GUARDIA TRA GLI SPETTRI DEI SINGOLI SEGNALI. f Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO 9.9 IN QUESTO CASO E’ STATA EFFETTUATA UN MODULAZIONE DSB (DOUBLE SIDE BAND). E’ POSSIBILE EFFETTUARE LA TRASLAZIONE IN FREQUENZA DEI SINGOLI SEGNALI SENZA RADDOPPIARE LA BANDA SFRUTTANDO UNA TECNICA DI MODULAZIONE LINEARE PIU’ COMPLESSA DENOMINATA SSB (SINGLE SIDE BAND). VEDIAMO ORA COME SI POSSONO RICAVARE I SEGNALI ORIGINALI IN RICEZIONE ALLA DSB : xt t CANALE x1 t L.P.F. x2 d t B.P.F. B.P.F. x3d t L.P.F. x2 t L.P.F. x3 t cos 1t cos 2 t Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO 9.10 IL SEGNALE x1 t VIENE RICOSTRUITO DIRETTAMENTE EFFETTUANDO UN FILTRAGGIO PASSA-BASSO CON FREQUENZA DI TAGLIO PARI A 4KHz . PER ISOLARE I SEGNALI x 2 t E x3 t OCCORRE INNANZITUTTO EFFETTUARE UN FILTRAGGIO PASSA-BANDA SUL SEGNALE xt t UTILIZZANDO FREQUENZE DI TAGLIO OPPORTUNE. IN PARTICOLARE NEL NOSTRO CASO : x2 t 4 12 KHz x3 t 12 30 KHz IN USCITA DAI SINGOLI FILTRI SI HA IL SEGNALE ORIGINALE TRASLATO IN FREQUENZA . OCCORRE ANCORA RITRASLARE IL SEGNALE IN BANDA-BASE . PER FARE CIO’ SI DEVE MOLTIPLICARE IL SEGNALE PER UN COSENO DI FREQUENZA UGUALE A QUELLA UTILIZZATA IN FASE DI MULTIPLEXING . Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO VEDIAMO UN ESEMPIO DI DEMODULAZIONE DI UN SEGNALE (SI RIPORTA IL SEGNALE IN BANDA BASE ) x t xc t cos 0 t xd t x t L.P.F. cos 0 t 1 cos 20 t x d t x t cos 0 t cos 0 t x t 2 x t x t cos 20 t 2 2 9.11 Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC LO SPETTRO DI D.U. Ing EO 9.12 x d t E’ IL SEGUENTE : X d 20 x x 20 20 x IL FILTRO PASSA-BASSO CONSENTE DI ISOLARE LA COMPONENTE DELLO SPETTRO IN BANDA BASE. IN REALTA’ PER RICOSTRUIRE ESATTAMENTE x(t) OCCORRE ANCORA AMPLIFICARE PER UN FATTTORE 2. L’ OPERAZIONE DI MODULAZIONE NON E’ LEGATA SOLO AL MULTIPLEXING. Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO 9.13 ESEMPIO : SE SI HA UN CANALE CON CARATTERISTICHE DI TIPO PASSA-BANDA (AD ESEMPIO B50 KHz300KHz) SI DEVE TRASLARE IN FREQUENZA IL SEGNALE PER POTER ESEGUIRE LA TRASMISIONE. IN GENERALE SI PUO’ EFFETTUARE IL MULTIPLEXAGGIO DI UN NUMERO DI CANALI N QUALSIASI AVENTI ANCHE DIFFERENTI CARATTERISTICHE SPETTRALI. IL CONCETTO DI FDM E’ SEMPLICE MA I TIPICI SISTEMI CHE NE FANNO USO POSSONO ESSERE ANCHE MOLTO COMPLESSI. LE NORMATIVE PER LA TRASMISSIONE SONO STANDARDIZZATE CCITT (COMITATO CONSULTIVO INTERNAZIONALE PER LA TELEFONIA E LA TELEGRAFIA). VEDIAMO UN ESEMPIO DI UNA CONFIGURAZIONEUTILIZZATA NEL CAMPO DELLA TELEFONIA. Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO 9.14 ESEMPIO : GERARCHIA FDM AT&T SI VOGLIONO TRASMETTERE 3600 CANALI VOCALI (B=4KHz) MULTIPLEXATI SU DI UN UNICO CAVO COASSIALE. SI PUO’ UTILIZZARE UN APPROCCIO GERARCHICO DI QUESTO TIPO : GRUPPO 1 2 12 L.P.F. L.P.F. L.P.F. 1 12 1 64 2 68 60 1 2 12 f 4 64 68 420 468 (*) 108 5 0 2 612 SUPER GRUPPO 108 f Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO Gruppo 1 (*) 12 Gruppo 2 Gruppo 5 1 f 312 DENOMIN. GRUPPO SUPERGR. MASTERGR. JUMBOGR. 360 408 RANGE f B 60-108KHz 372-612KHz 564-3084KHz 0.5-17.5MHz 504 NUM. CANALI 48KHz 240KHz 2.52MHz 17MHz N.B. : SI UTILIZZA UNA MODULAZIONE DI TIPO SSB. 12 60 600 3600 9.15 Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO 9.16 TIME DIVISION MULTIPLEXING E’ UNA TECNICA DIGITALE CHE CONSENTE DI INTEGRARE PIU’ COMUNICAZIONI SU DI UN UNICO SUPPORTO FISICO. FDM MULTIPLEXING ANALOGICO TDM MULTIPLEXING DIGITALE VEDIAMO UN ESEMPIO CHE CI INTRODUCA AL MULTIPLEXAGGIO DIGITALE. ESEMPIO : SI SUPPONGA DI VOLER TRASMETTERE N CANALI VOCALI SU DI UN UNICO CANALE DI TRASMISSIONE MEDIANTE TECNICA TDM. INNANZITUTTO SI DOVRA’ EFFETTUARE UNA CONVERSIONE A/D DEI SEGNALI PRESENTI SU CIASCUN CANALE VOCALE. A TALE SCOPO SI PUO’ SFRUTTARE IL PCM. Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO L.P.F. QUANTIZ. CODIF. L.P.F. QUANTIZ. CODIF. L.P.F. QUANTIZ. CODIF. f t 4KHz 9.17 f c 8KHz PER LA VOCE SI USA SOLITAMENTE UNA QUANTIZZAZIONE CON 256 LIVELLI IN USCITA AL CODIFICATORE BINARIO SI HANNO 8 BIT PER CAMPIONE. 1 Tc 125 s fc 125 10 6 Tb 15.6 s 8 Tb Tc Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO 9.18 VEDIAMO ADESSO IL MULTIPLEXER : MUX CANALE IL MULTIPLEXER SCANDISCE A “PETTINE” UN CANALE ALLA VOLTA. IL SELETTORE SI FERMA SU CIASCUN CANALE PER IL TEMPO NECESSARIO A “CATTURARE” TUTTI GLI 8 BIT RELATIVI AD UN CAMPIONE (IN ALTERNATIVA SI PUO’ CATTURARE PER CIASCUN CANALE UN SOLO BIT ALLA VOLTA. IN QUESTO CASO PERO’ SI DOVRA’ AVERE UNA SCANSIONE DEL SELETTORE 8 VOLTE PIU’ VALOCE RISPETTO A QUELLO DEL CASO PRECEDENTE). Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO 9.19 IN USCITA DAL MULTIPLEXER SI HANNO GLI N CANALI INTERALLACCIATI TRA LORO. PER IL TEOREMA DEL CAMPIONAMENTO OGNI CANALE DEVE TRASMETTERE UN CAMPIONE (8 BIT) OGNI TC SECONDI. IN USCITA DAL MULTIPLEXER IL TEMPO DI BIT Tbu DOVRA’ QUINDI ESSERE : Tc Tbu 8 N E’ CHIARO QUINDI CHE LA VELOCITA’ DEL FLUSSO DI BIT RISULTERA’ AUMENTATA. Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO 9.20 VEDIAMO ADESSO IN LINEA DI PRINCIPIO LA STRUTTURA DEL DEMULTIPLEXER : 1 2 CANALE DEMUX N LA VELOCITA’ DI SCANSIONE DEL SELETTORE E’ TALE DA CONSENTIRE, PER CIASCUN CANALE, LA RICOSTRUZIONE DELLA SEQUENZA DI CAMPIONI ORIGINALE. E’ EVIDENTE CHE IN USCITA DAL MULTIPLEXER SI AVRA’ UN SEGNALE CHE OCCUPERA’ UNA LARGHEZZA DI BANDA MOLTO MAGGIORE DI QUELLA OCCUPATA DAL SEGNALE ORIGINALE. Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO 9.21 ESEMPIO : SE CIASCUN CANALE DEVE TRASMETTERE UN SEGNALE A VELOCITA’ DI 64Kbit/sec E SI HANNO 30 CANALI IN USCITA DAL MULTIPLEXER SI HA UN SEGNALE A VELOCITA’ 64X30=1921Kbit/sec . IL MULTIPLEXER E IL DEMULTIPLEXER DEVONO ESSERE SINCRONIZZATI IN MANIERA PERFETTA. PER QUESTO MOTIVO OLTRE AI CANALI CHE PORTANO INFORMAZIONE SI INTRODUCONO DEI CANALI DI SERVIZIO. LA TECNICA TDM PUO’ ESSERE UTILIZZATA PER MULTIPLEXARE SEGNALI DI DIVERSA NATURA (ES. AUDIO, VIDEO,DATI..). Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO ESEMPIO : SUPPONIAMO DI VOLER MULTIPLEXARE 24 CANALI VOCALI. VEDIAMO LA STRUTTURA DEL SEGNALE IN USCITA DAL MULTIPLEXER. bit di sincr. 1 8 BIT 2 8 BIT 3 8 BIT TC E’ POSSIBILE REALIZZARE GERARCHIE DI MULTIPLEXER . 24 8 BIT 9.22 Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO ESEMPIO : GERARCHIA TDM CCITT . SI FA RIFERIMENTO AL CANALE VOCALE DOPO PCM (64KHz). PCM MUX 2 LIVELLO 3 LIVELLO MUX MUX 1 LIVELLO MUX 9.23 4 LIVELLO MUX Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC LIVELLO 1 2 3 4 N.INPUTS D.U. Ing EO OUTPUT RATE [Mbps] 30+2 C.D.S. 2,48 4X32+4 C.D.S. 8,448 4X4X32+25 C.D.S. 34,368 4X4X4X32+128 C.D.S 139,264 C.D.S. =CANALE DI SERVIZIO 9.24 Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO 9.25 CONFRONTO TRA FDM E TDM • • • • IL TDM RICHIEDE UNA BANDA MOLTO MAGGIORE DI QUELLA RICHIESTA DAL FDM . IL TDM CONSENTE DI INTERFACCIARSI DIRETTAMENTE CON I DATI IN USCITA DA UN CALCOLATORE. LE TECNICHE DIGITALI CONSENTONO UNA MIGLIORE RESISTENZA AL RUMORE RISPETTO A QUELLE ANALOGICHE. SUL CANALE TRANSITANO DEI SIMBOLI (BIT) CHE POSSONO ESSERE ORIGINATI DA SORGENTE DI NATURA DIFFERENTE (TDM ) Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO 9.26 ESERCIZIO (FDM-TDM) SI CALCOLINO LE AMPIEZZE DI BANDA RICHIESTE PER TRASMETTERE 24 SEGNALI VOCALI (B 3004000Hz) USANDO FDM (MOD.SSB) E TDM (PCM CON 128 LIVELLI DI QUANTIZZAZIONE). NEL CASO TDM SI SUPPONGA DI AGGIUNGERE UN BIT PER PAROLA PER MOTIVI DI SINCRONIZZAZIONE. RISOLUZIONE : 1) FDM : UTILIZZANDO UNA MODULAZIONE SSB OGNI SEGNALE MODULATO HA LARGHEZZA DI BANDA PARI A QUELLA CHE AVEVA UN BANDA BASE. MULTIPLEXANDO 24 SEGNALI SI OTTIENE UN’ OCCUPAZIONE DI BANDA COMPLESSIVA DATA DA : BT 24 4KHz 96KHz Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO 9.27 2) TDM : OCCORRE INNANZITUTTO EFFETTUARE UNA CONVERSIONE ANALOGICO/DIGITALE PER OGNI SEGNALE : si LPF Q COD. CONDIZIONE LIMITE CONVERTITORE A/D f c 2 4 KHz 8 KHz Tc 1 f 125 s c PER RAPPRESENTARE 128 LIVELLI CI VUOLE UN NUMERO n DI BIT DATO DA : 128 2 n n lg 2 128 7 Laurea Ing EO/IN/BIO;TLC D.U. Ing EO A QUESTI 7 BIT OCCORRE AGGIUNGERE 1 BIT DI SINCRONIZZAZIONE. IN DEFINITIVA IL TEMPO DI BIT IN USCITA SARA’ DATO DA : Tc 125 106 Tbu 0.651s 7 1 24 192 NUMERO DI CANALI MULTIPLEXATI SUPPONENDO DI CODIFICARE CIASCUN BIT CON UNA FORMA D’ONDA ELEMENTARE DI TIPO RETTANGOLARE SI HA : Tbu 1 BT 1536 . MHz Tbu 1 f Tbu 9.28