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
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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
d’ampiezza
Modulazione di
frequenza
Modulazione di fase
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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.
(c) QAM-64.
(b) QAM-16.
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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 bit
Problemi
• Bit timing
• Estrazione dei bit dal segnale
• Rumore
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Codici NRZ (Non-Return-toZero)
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
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Codici NRZ (Non-Return-toZero)
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.)
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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.
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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
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Bi-Polare
1  alterna tensioni +1/2 , -1/2
0  tensione nulla 0
Caso peggiore simile a Manchester
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1
Unipolar
NRZ
Polar NRZ
NRZ-Inverted
(Differential
Encoding)
Bipolar
Encoding
Manchester
Encoding
Differential
Manchester
Encoding
0
1
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).
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Multiplexing
(a)
(b)
A
A
A
B
B
B
C
C
C
A
Trunk
group
MUX
MUX
B
C
Frequency-division Multiplexing
(a) Individual signals occupy H Hz
A
f
H
0
B
0
f
H
C
f
0
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.
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Wavelength Division Multiplexing
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Time-division Multiplexing
(a)
Ogni segnale manda 1 unità ogni 3T secondi
A1
A2
0T
6T
3T
B1
t
B2
6T
3T
0T
C1
t
C2
0T
t
6T
3T
(b) Segnale combinatotrasmette 1 unità ogni T secondi
A1 B1
0T 1T 2T
C1
A2
3T 4T
B2
5T
C2
t
6T
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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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PCM
Nonlinear Quantization Levels
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Sistema T1
1
24
MUX
MUX
22
23
24
b
1
2
frame
...
24
b
2
...
...
2
1
24
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TDM
The T1 carrier (1.544 Mbps).
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