Sistemi di Telecomunicazione - Telecommunications … I valori di questi parametri, detti costanti...

Sistemi di TelecomunicazioneCaratteristiche dei cavi a coppie simmetriche

(prima parte)

Universita’ Politecnica delle Marche

A.A. 2013-2014

A.A. 2013-2014 Sistemi di Telecomunicazione 1/38

Rete di accessoI La rete di accesso e’ la parte di una rete di telecomunicazioni

(apparati e collegamenti) che raggiunge gli utenti finaliI Si distingue dalla rete di dorsale, o backbone, che interconnette le

sedi (PoP) di un fornitore di servizi di telecomunicazioniI Rete di accesso:

I molti collegamenti (anche milioni)I bassa velocita’ (≈ Mbit/s)I brevi distanze (< 50 Km)I frequenti riconfigurazioni

I Rete di dorsale:I pochi collegamentiI alta velocita’ (≈ Gbit/s)I lunghe distanze (> 100 Km)I limitate riconfigurazioni


Aspetti di interesse e tecnologie nelle reti di accesso

I Architettura e requisiti delle reti backbone sono abbastanzaconsolidati. La tecnologia dominante e’ la fibra ottica

I La rete di accesso “tocca” l’utente finale e determina lecaratteristiche dei servizi di cui esso puo’ usufruire. Le caratteristichedella rete di accesso vincolano le tipologie di contenuti che possonoessere trasferiti tra gli elementi terminali della rete

I Molteplici tecnologie disponibili per realizzare l’ultimo miglio, condifferenti prestazioni e aree di copertura

I Sistemi in rame: legacy (trasmissione analogica o numerica inbanda stretta), xDSL, onde convogliate

I Sistemi in fibra ottica: sistemi SDH, sistemi DWDM, metroEthernet, PON/GPON

I Sistemi radio (wireless): ponti radio SDH, fixed wireless (WiFi,WiMAX), mobile wireless (GPRS, EDGE, UMTS, HSDPA, LTE)


Tecnologie per l’ultimo miglio


Linee di trasmissione - I

I Una linea a radiofrequenza nella sua interezza non puo’ essereconsiderata come un solo elemento circuitale, come si fa nello studiodelle linee a bassa frequenza, ove viene sostituita, nel suo modellomatematico, da una sola impedenza concentrata in un solo punto, dainserire in serie al circuito costituito dal generatore e dall’utilizzatore.

I Una linea a radiofrequenza va invece studiata con la teoria dellecostanti distribuite, mediante le equazioni differenziali dette deitelegrafisti.

I Quando la linea e’ molto piu’ corta di un quarto di lunghezza d’onda(alla frequenza di lavoro), viene considerata a bassa frequenza e lostudio viene effettuato con le costanti concentrate.

I Se la lunghezza della linea e’ uguale o maggiore di un quarto dilunghezza d’onda, la linea viene considerata ad alta frequenza e lostudio si effettua con la teoria delle costanti distribuite.


Linee di trasmissione - II

I Per esaminare il comportamento di una linea di trasmissione occorre partire dallaconoscenza del circuito elettrico equivalente per unita’ di lunghezza e dalleproprieta’ elettriche dei componenti che la costituiscono e che possiamoschematizzare come: resistenza, induttanza, capacita’, conduttanza.

I Diversamente da quanto avviene nei circuiti elettrici classici, questi componentiper le linee fisiche non sono entita’ concentrate in qualche punto della linea, masono distribuite uniformemente sui due conduttori della stessa. Tuttavia, senzacommettere un grosso errore, potremo sempre immaginarle come grandezzeconcentrate per unita’ di lunghezza della linea.

I I valori di questi parametri, detti costanti primarie della linea, dipendono dallecaratteristiche costruttive e fisiche della linea e, piu’ precisamente, dalledimensioni dei conduttori, dalla loro reciproca distanza, dal materiale isolanteutilizzato e dalle proprieta’ elettriche e magnetiche dello spazio circostante.

I La resistenza e’ quella presentata dai conduttori metallici al passaggio dellacorrente; l’induttanza e’ dovuta al campo magnetico che circonda i conduttoripercorsi dalla corrente; la capacita’ e’ dovuta alle superfici metalliche dei dueconduttori e al dielettrico interposto; la conduttanza tiene conto delle correnti didispersione dovute all’imperfezione dell’isolante presente fra i conduttori.


Linee di trasmissione - III

I In dipendenza di queste caratteristiche elettriche, legate allatecnologia con cui la linea e’ stata costruita, i segnali che percorronola stessa incontrano nel loro cammino delle cause di perdita dienergia la cui entita’ solitamente cresce all’aumentare dellafrequenza. Naturalmente queste perdite aumentano ancheall’aumentare della lunghezza della linea.

I Esaminando il comportamento di una linea dal punto di vistaelettrico, la resistenza e l’induttanza provocano, lungo la linea,cadute di tensione proporzionali alla corrente longitudinale, ma inquadratura tra loro, mentre la capacita’ e la conduttanza dannoluogo a due correnti trasversali, pure in quadratura tra loro, eproporzionali alla tensione esistente in ciascuno dei vari punti dellalinea in cui si suppone di concentrare i componenti elettriciequivalenti ad una sezione unitaria di linea.


Linee di trasmissione - IV

I Una linea puo’ essere considerata come il limite a cui tende unasuccessione di cellule elementari, equivalenti ciascuna ad un tratto dilinea di lunghezza dx tendente a zero, di numero infinito, collegatefra loro in successione.

I La teoria delle linee uniformi definisce, oltre alle costanti primarie,due grandezze derivate da esse: l’impedenza caratteristica Z0(f ) e lacostante di propagazione γ(f ).

I Immaginando di misurare l’impedenza d’ingresso di questa linea nelpunto di origine e per una determinata frequenza, si otterra’ il valoredi impedenza caratteristica Z0. Tale valore, se la linea e’infinitamente lunga, rimane costante in ogni punto a distanza xdall’origine, e pari al rapporto tra la tensione e la corrente in quelpunto. Trattandosi di valori complessi per Vx e Ix , il valore di Z0 e’riferito ad uno specifico valore di frequenza, quindi indicato comeZ0(f ).

I Se la linea viene terminata su un carico avente impedenza pari a Z0,permangono le condizioni di linea infinita (regime progressivo).


Parametri di una linea trasmissiva - ILa figura mostra una linea di lunghezza d , costituita semplicemente da due conduttoriisolati tra loro, collegata in ingresso ad un generatore (che schematizza gli apparatid’utente lato emissione) ed in uscita ad un carico (che schematizza gli apparatid’utente lato ricezione).

I Impedenza caratteristica: rappresenta il rapporto tra V (f ) e I (f ) in un generico

punto del cavo: Z0(f ) = R0(f ) + jX0(f ) =√

r+j2πflg+j2πfc

da cui si puo’ scrivere

I (f ) = V (f )/Z0(f )

I Costante di propagazione: γ(f ) = α(f ) + jβ(f ) =√

(r + j2πfl)(g + j2πfc). Lacostante di attenuazione α(f ) esprime l’attenuazione introdotta sul segnale (inNeper/m); la costante di fase β(f ) esprime il ritardo dovuto alla propagazione(in rad/m).

I La grandezza e−γ(f )d rappresenta il rapporto dei valori di tensione presenti tradue punti di un cavo di lunghezza infinita, distanti d , permettendo di scrivere:V (f , x + d) = e−γ(f )d · V (f , x)


Parametri di una linea trasmissiva - III Qualora il cavo di lunghezza d sia chiuso ai suoi estremi su di un generatore con

impedenza Zg (f ) e su di un carico Zc (f ), risultano definiti i coefficienti diriflessione del generatore e del carico:

rg (f ) =Zg (f )− Z0(f )

Zg (f ) + Z0(f )

e

rc (f ) =Zc (f )− Z0(f )

Zc (f ) + Z0(f )

Nel caso Zg (f ) = Zc (f ) = Z0(f ), risulta rg (f ) = rc (f ) = 0

I L’impedenza vista dai morsetti di ingresso e di uscita di un cavo, interposto trageneratore e carico, vale rispettivamente:

Zi (f ) = Z0(f ) ·1 + rc (f )e−2dγ(f )

1− rc (f )e−2dγ(f )

e

Zu(f ) = Z0(f ) ·1 + rg (f )e−2dγ(f )

1− rg (f )e−2dγ(f )

I Funzione di trasferimento intrinseca:

Hq(f ) = 2 ·e−dγ(f )

1− rg (f )rc (f )e−2dγ(f )


Condizioni ideali - I

I Condizione di adattamento: Zg (f ) = Zc (f ) = Z0(f ), da cui rg (f ) = rc (f ) = 0.Si ottiene Zu(f ) = Zi (f ) = Z0(f ) e Hq(f ) = 2e−dγ(f ). Il modulo della f.d.t.intrinseca diminuisce esponenzialmente con la lunghezza della linea, mentre lafase, in valore assoluto, cresce linearmente.

I Modulo e fase dipendono dalla frequenza e danno luogo a distorsione lineare.

I Il cavo si comporta come se avesse lunghezza infinita.

I Il guadagno disponibile, ovvero il rapporto tra potenza disponibile in uscita epotenza disponibile del generatore, risulta: Gd = e−2dα(f ), da cui la attenuazionedisponibile (inverso del guadagno): Ad = e2dα(f ), che espressa in dB diventa:Ad,dB = 10log10Ad ≈ 8.68 · α(f ) · d , avendo convertito da Neper in dB.

I Si puo’ definire una attenuazione per unita’ di lunghezza Ad,dB/Km data da:Ad,dB/Km = 8.68 · α(f )Neper/Km. Si vede che l’attenuazione introdotta dallalinea, ed espressa in dB, e’ proporzionale ad α(f ) e cresce linearmente con ladistanza di propagazione, ovvero la lunghezza della linea d .


Condizioni ideali - II

I Condizione di Heaviside: i valori delle costanti primarie sono tali da risultarer · c = l · g , da cui:

γ(f ) =√

rg + j2πf√

lc e Z0(f ) =√

rg

=√

lc

= R0

I Ovvero risulta: α(f ) costante, e β(f ) linearmente crescente con la frequenza, lecosiddette condizioni di canale perfetto: la linea si comporta come un sempliceoperatore di ritardo e non introduce distorsioni.

I L’impedenza caratteristica risulta Z0(f ) = R0, puramente resistiva eindipendente dalla frequenza. Diventa semplice ottenere la condizione diadattamento Zg (f ) = Zc (f ) = R0 che corrisponde al massimo trasferimento dipotenza, ed implica rg (f ) = rc (f ) = 0.

I La funzione di trasferimento intrinseca diventa:Hq(f ) = 2e−dα(f )e−jdβ(f ) = 2e−d

√rg e−jd2πf

√lc

I Il canale perfetto presenta un ritardo tR = d√

lc ed una attenuazione disponibileAd (f ) = e2d

√rg

I Questa condizione non e’ mai verificata nei doppini perche’ la componentecapacitiva prevale nettamente a causa della vicinanza dei conduttori.


Condizioni reali in cavi di rame: impedenza caratteristicadella linea

I Il valore dell’impedenza lungo tutto il cavo puo’ variare entrodeterminati limiti rispetto al valore nominale

I Variazioni di impedenza comportano riflessione di segnale,attenuazione ed interferenze

I Cause di variazione della corretta impedenza del cavo:I difetti di fabbricazione in fase di cordaturaI stiramento del cavo in fase di installazione

I In generale, le costanti primarie del cavo non soddisfano lecondizioni di Heaviside, e le impedenze di chiusura non sonoadattate. In tal caso si ha rc (f ) 6= 0 e rg (f ) 6= 0.


Condizioni reali in cavi di rame: caratteristiche elettrichedei cavi a coppie simmetriche

Le caratteristiche elettriche dei cavi a coppie simmetriche sono:

I La costante di attenuazione (detta anche attenuazionechilometrica), misurata in dB al Km, che ha un andamento infrequenza tale da diminuire l’ampiezza del segnale man mano cheaumenta la frequenza, con un andamento proporzionale alla radicedella frequenza.

I La costante di fase, misurata in radianti al Km, la quale ha unandamento pressoche’ lineare in frequenza.

I L’impedenza caratteristica: essa dipende dalla frequenza concaratteristica inversamente proporzionale, alle basse frequenze;risulta invece essere pressoche’ costante oltre i 100 KHz.

In ogni modo l’effetto che la linea produce su un segnale elettrico e’simile a quello prodotto da un quadripolo di tipo passa-basso.


Condizioni reali: cavo molto lungo

I Se il cavo e’ sufficientemente lungo da poter porre e−2dγ(f ) << 1,ossia

∣∣e−2dγ(f )∣∣ = e−2dα(f ) << 1, le equazioni viste in precedenza

forniscono: Zi (f ) = Zu(f ) ∼= Z0(f ).

I La funzione di trasferimento intrinseca diventa: Hq(f ) = e−2dγ(f ).

I Se le impedenze di ingresso e uscita sono adattate, l’attenuazionedisponibile e’ data da Ad (f ) = 1/Gd (f ) = e2dα(f )

I Il comportamento non perfetto di Hq(f ) determina una distorsionelineare, che potrebbe essere corretta soltanto se fossero soddisfate lecondizioni di Heaviside, che nella realta’, pero’, non si realizzano.

I L’ipotesi di linea lunga puo’ non valere in particolari applicazioni, peresempio nei collegamenti tra antenne ed apparati riceventi otrasmittenti. In questi casi, le condizioni di disadattamento possonoprodurre gravi condizioni di distorsione poiche’ e’ presente in uscitail segnale del generatore, piu’ le sue copie ritardate, e pocoattenuate a causa della breve lunghezza del cavo.


Condizioni reali: effetto pelle

I Si tratta di un fenomeno legato all’addensamento del moto degli elettroni versola superficie del cavo, al crescere della frequenza. La corrente tende sempre piu’a distribuirsi ai bordi del conduttore, diminuendone di fatto la sezione eaumentandone quindi la resistenza per unita’ di lunghezza r . Si puo’ mostrareche, per frequenze maggiori di 50-100 KHz, la resistenza per unita’ di lunghezzar aumenta proporzionalmente a

√f e quindi si puo’ scrivere α(f ) = α0

√f , in cui

la costante α0 dipende dal tipo di cavo.

I In tali condizioni, l’attenuazione disponibile in dB diventa:A(f )d,dB = A0 · d ·

√f .

I Il valore A0 riassume in se’ tutte le costanti coinvolte, e prende il nome diattenuazione chilometrica. E’ espresso in dB/Km, ad una determinata frequenza(ad es. 1 MHz). Pertanto, poiche’ nell’applicare la formula occorre mantenere

congruenza dimensionale, si ottiene in definitiva: A(f )d,dB = A0(fR ) · dKm ·√

ffR

.

in cui fR rappresenta la frequenza di riferimento per la quale e’ disponibile ilvalore di A0.

I Questo risultato puo’ essere usato come formula di progetto, e mette in evidenzacome l’attenuazione in dB dei cavi sia linearmente proporzionale alla lunghezza.


Condizioni reali: equalizzazione

I In presenza di effetto pelle, la funzione di trasferimento intrinsecapresenta una dipendenza da f tutt’altro che perfetta, causandopotenzialmente distorsioni lineari sui segnali in transito. Unproblema analogo sorge, anche in assenza di effetto pelle, qualora simanifesti un disadattamento di impedenze ed il cavo non siasufficentemente lungo.

I Se la banda di segnale e’ sufficientemente estesa da causare unadistorsione lineare non trascurabile, o se la particolare natura delsegnale (ad es. numerico) richiede la presenza di un ritardostrettamente costante con f , e’ necessario prevedere uno stadio diequalizzazione.


Condizioni reali: cavo a basse perdite

I E’ un modello applicabile per tutte quelle frequenze per cui risulti:r << 2πfl e g << 2πfc

I In tal caso si ha: Z0(f ) = R0 =√

lc , reale, e γ(f ) = j2πf

√lc

I E’ quindi facile realizzare Zg = Zc = R0 che determina:

Hq(f ) = 2e−jd2πf√

lc , quindi il cavo non presenta distorsioni diampiezza, ha una attenuazione trascurabile, e manifesta unadistorsione di fase lineare in f , realizzando quindi le condizioni dicanale perfetto.


Condizioni reali: cavo cortoI E’ il caso di collegamenti interni agli apparati, o tra un trasmettitore/ricevitore e

la relativa antenna. La ridotta lunghezza del cavo permette di scrivere:e−dγ(f ) = e−dα(f )e−jdβ(f ) ∼= e−jdβ(f )

I Qualora si verifichi un disadattamento di impedenze, i coefficienti di riflessione

rg (f ) e rc (f ) risultano diversi da zero, rendendo: Hq(f ) = 2 · e−jdβ(f )

1−rg (f )rc (f )e−j2dβ(f )

periodica con d e con f (in assenza di effetto pelle)

I In particolare, se il carico viene sconnesso, o l’uscita del cavo posta in corto

circuito, risulta rc (f ) = ±1, e si ha: Zi (f ) = Z0(f ) · 1±e−j2dβ(f )

1∓e−j2dβ(f ) e si vede che per

quei valori (ricorrenti) di frequenza f che rendono e−jdβ(f ) = ±1,l’impedenza diingresso del cavo puo’ risultare infinita (≈ sconnessione della linea dalgeneratore) o nulla (≈ cortocircuito).

I Evidentemente, le distorsioni lineari prodotte in questo caso hanno un andamentodel tutto dipendente dalle particolari condizioni operative, e dunque la loroequalizzazione deve prevedere componenti in grado di adattarsi alla Hq(f ).

I D’altra parte, una volta equalizzato il cavo, non sono necessari ulterioriaggiustamenti, a parte problemi di deriva termica. Diverso e’ il caso dal punto divista di un terminale di rete, per il quale il cavo effettivamente utilizzato puo’essere diverso da collegamento a collegamento, e pertanto i dispositivi modem avelocita’ piu’ elevate devono disporre di un componente di equalizzazioneadattiva, da regolare ogni volta ad inizio del collegamento.


Utilizzo linee simmetricheI Il campo di frequenze in cui le linee simmetriche sono utilizzate dipende in modo

essenziale dalla lunghezza del collegamento, oltre che dalle esigenze di qualita’richieste, a causa dei peggioramenti che introducono sul segnale in transito, eche aumentano con la banda e con la lunghezza d del collegamento.

I Per ragioni di costo e d’ingombro, le linee aeree sono ormai confinate ad essereutilizzate solo in particolari condizioni in cui e’ sfruttata la loro proprieta’ di bassaattenuazione; i doppini, all’opposto, sono utilizzati ampiamente nella telefonia,soprattutto per realizzare i collegamenti tra utente telefonico e centrale.

I In tali applicazioni, i doppini sono utilizzati per la trasmissione del segnaletelefonico, che com’e’ noto occupa una banda tra 100÷ 300 e ≈ 3500 Hz, edanche per segnali ben al di fuori di tale banda, utilizzati per fornire all’utenteservizi di tipo numerico (come xDSL).

I La tabella riporta alcuni valori tipici delle costanti primarie per linea aerea edoppino:


Caratteristica di un doppino 4/10 (sezione 0.4 mm)


Attenuazione al variare della frequenza, per differentisezioni di cavo

Maggiore e’ la sezione del cavo, minore la attenuazione


Esempi di cavi a coppie simmetriche


Peggioramenti introdotti dalle linee - IDa quanto visto, un segnale che transita attraverso una linea adattatasubisce una serie di peggioramenti:

I Presenza di rumore termico e(t), membro di un processo gaussiano, con spettrodi densita’ di potenza bilatero η0 = 2R0(f )FKT0, essendo F il fattore di rumoredel ricevitore

I Presenza di distorsione lineare che, in condizioni d’adattamento, e’ rappresentatadalla funzione di trasferimento Hd (f ) = e−dγ(f ) e che produce, sulle componentispettrali del segnale, un’attenuazione (in dB) ed una fase proporzionali allalunghezza della linea e funzioni della frequenza.

I La distorsione lineare puo’ eliminarsi, se e’ nota Hd (f ), con un procedimento diequalizzazione, consistente nell’introduzione di filtri a monte dell’ingresso e/o avalle della linea, aventi complessivamente una funzione di trasferimento inversaad Hd (f ) nella banda di frequenza occupata dal segnale, di modo che la funzionedi trasferimento complessiva HT (f ) · Hd (f ) · HR (f ) sia piatta nella banda woccupata dal segnale trasmesso. Si mostra lo schema di una tratta, inclusa lapresenza di un amplificatore che ha lo scopo di immettere nella linea un segnaledi sufficiente potenza WT :


Peggioramenti introdotti dalle linee - I

I Con la presenza di filtri equalizzatori il collegamento diventa uguale a quello diriferimento, e l’aspetto di interesse e’ il calcolo del rapporto segnale/rumore infunzione della potenza immessa nella linea, della sua lunghezza e del rumore.

I Nel caso semplificato in cui l’impedenza caratteristica e’ un semplice resistore divalore R0 (come nei doppini usati per trasmissioni a larga banda), e lo spettro didensita’ di potenza del segnale s(t) e’ uniforme e di banda w - unica ipotesipossibile se non si conosce il tipo di segnale in transito, coerente con molti casieffettivi - si ottiene, dopo qualche passaggio, la seguente espressione:

SNR =WU

WN=

WT

FKT0 · 2w

11

2w

∫ w−w |HT (f )|2 df · 1

2w

∫ w−w |HR (f )|2 df

=WT

FKT0 · 2w·

1

a(d)

dove:

I WU e WN sono la potenza del segnale e del rumore ricevuti,rispettivamente

I a(d) ≡ 12w

∫ w

−w|HT (f )|2 df · 1

2w

∫ w

−w|HR (f )|2 df

I η0 = 2R0(f )FKT0, KT0 = −174 dBm/HzI a(d) dipende da Hd (f ) attraverso le funzioni HT (f ) e HR (f ), per la condizione

di perfetta equalizzazione che comporta: |HT (f ) · Hd (f ) · HR (f )| = 1


Peggioramenti introdotti dalle linee - II

I Il termine WT /FKT02w ha l’evidente significato fisico di rapportosegnale/rumore all’ingresso della linea, e dunque la quantita’ a(d) costituiscel’attenuazione equivalente della linea equalizzata, dipendente da come si scelgonoi filtri HT (f ) e HR (f ), nel rispetto della condizione |HT (f ) · Hd (f ) · HR (f )| = 1.

I La loro scelta migliore e’ naturalmente quella che minimizza a(d); questo portaad una relazione di proporzionalita’ tra HT (f ) e HR (f ), e infine al seguenteminimo valore per a(d):

a(d)min∼=

16 · ex

x2

con x = A04.34· dKm ·

√wMHz

I L’uso di due filtri d’equalizzazione (a monte e a valle della linea) conduce ad unsensibile miglioramento rispetto all’uso, piu’ semplice ed economico, di un solofiltro equalizzatore, da disporsi all’uscita della linea e di funzione di trasferimentoHR (f ) = 1/Hd (f ). In questo caso, va posto HT (f ) = 1, e a(d) assume laseguente espressione:

a(d)sempl ≡1

2w

∫ w

−w

1

|Hd (f )|2df ∼=

2ex

x

I Tale caso produce un peggioramento del rapporto segnale/rumore rispetto al

caso ottimo cosi’ valutabile: 10log10a(d)sempl

a(d)min= 10log10(x/8)


Peggioramenti introdotti dalle linee - IIII Un terzo peggioramento, tipico dei doppini, e’ prodotto dal fatto che, molto

spesso, essi vengono affasciati insieme in un unico cavo. Cio’ e’ sempre verificatonella rete d’accesso in rame del sistema telefonico pubblico, in cui le centrali dicommutazione sono collegate ai singoli utenti da doppini. In effetti, sonoutilizzati cavi comprendenti 50÷ 200 doppini affasciati insieme; tali cavi, o loroulteriori affasciamenti, collegano ogni centrale con una molteplicita’ di puntiintermedi chiamati armadi, da cui si dipartono altri cavi verso i singoli utenti.

I Cio’ puo’ provocare accoppiamenti elettrici tra segnali convogliati da coppiedifferenti, e quindi la presenza, all’uscita di una coppia, di un ulteriore rumore,detto di DIAFONIA, costituito da una copia (di solito molto attenuata edistorta) del segnale che transita attraverso una coppia adiacente. Quindi ladiafonia, o Cross-Talk, misura l’entita’ di scambio di energia tra due caviadiacenti, ed e’ espressa in dB.

I Paradiafonia (Near End Cross - Talk o NEXT): misura del segnale indotto dallostesso lato del trasmettitore

I Telediafonia (Far End Cross - Talk o FEXT): misura del segnale indottoall’estremita’ opposta del trasmettitore


Diafonia (Cross Talk)

I L’accoppiamento puo’ avvenire lungo tutto il percorso comune alla coppiadisturbante e alle coppie disturbate

I L’entita’ dell’accoppiamento viene di solito misurata attraverso l’attenuazione dipotenza tra l’ingresso della coppia disturbante e l’uscita della coppia disturbata.Puo’ accadere che l’uscita della coppia disturbata sia allocata in prossimita’ delpunto d’ingresso della coppia disturbante (NEXT) oppure in prossimita’ delpunto d’uscita (FEXT), per modo che possono definirsi due tipi d’attenuazionedi potenza, ANEXT (f ) nel primo caso e AFEXT (f ) nell’altro

I E’ possibile dimostrare, sotto opportune ipotesi semplificatrici, che icorrispondenti guadagni disponibili di potenza GNEXT (f ) e GFEXT (f ) valgono:

GNEXT (f ) = χ · f 3/2,GFEXT (f ) = ψ · d · f 2 · |Hd (f )|2

in cui le costanti χ e ψ dipendono da vari fattori caratterizzanti il cavo e dalnumero e posizione delle coppie disturbanti/disturbate.

I Valori medi sono: χ = 4.4 · 10−14 Hz−3/2, ψ = 3.28 · 10−16 Hz−2Km−1


Andamento relativo di attenuazione e diafonia


Rete di distribuzione con derivazioni - I

I Le coppie in cavo possono essere rese utilizzabili da uno solo oppureda piu’ punti di distribuzione.

I Il secondo caso si verifica quando, per motivi di utilizzo ottimale, lecoppie sono collegate in parallelo, modalita’ chiamata derivazione oBridge Tap, fra piu’ armadi di distribuzione.

I Ovviamente una coppia connessa in derivazione a piu’ armadi, potra’essere utilizzata presso uno soltanto di essi.

I Questo sistema consente di raggiungere con i doppini piu’ zoneresidenziali in fase di posa dei cavi. In seguito, tali doppini verrannoutilizzati nelle zone residenziali in proporzione al numero di utentiche richiederanno il servizio.

I In Italia questa elasticita’ in rete di distribuzione e’ stataampiamente utilizzata in tutte le regioni escluso il Piemonte. Ancheall’estero, se si esclude la Norvegia, le reti di distribuzione in ramesono state realizzate con derivazioni in parallelo.


Rete di distribuzione con derivazioni - II


Disequalizzazioni dovute a derivazioni - I

I Le derivazioni di linee presenti in rete di distribuzione causano deiproblemi nel momento in cui si decide di utilizzare le coppie consistemi xDSL i quali sono caratterizzati da un ampio spettro.

I Infatti i tronchi di linea lasciati aperti all’estremo opposto,presentano una impedenza sulla coppia variabile in funzione dellafrequenza e della lunghezza della derivazione stessa. In particolaretale derivazione, che si comporta come uno stub, presenta unaimpedenza nulla (attenuazione infinita) alla frequenzacorrispondente ad un multiplo intero di l/4.

I L’effetto delle derivazioni in parallelo e’ rappresentato da picchi diattenuazione selettivi sulla curva di attenuazione del cavo.


Disequalizzazioni dovute a derivazioni - II


Attenuazione d’eco - I

I Il circuito analogico e’ ottenuto sul doppino mediante un unico segnale elettrico,somma dei segnali generati dai due utenti che parlano (per mezzo della tecnicaFDM). Questi segnali sono trasmessi contemporaneamente nei due versi opposti.Questo tipo di trasmissione e’ chiamato a due fili.

I Nei collegamenti a lunga distanza occorre inserire degli amplificatori sulle linee digiunzione, e questi richiedono che i segnali nei due versi siano fisicamenteseparati. Anche in centrali che effettuano la commutazione usando circuitielettronici (non meccanici), e’ necessario separare i due versi di percorrenza deisegnali telefonici generati dai due utenti.

I Per far cio’ viene inserito nel punto in cui l’utente e’ connesso alla centrale uncircuito detto ibrido o forchetta, che opera la separazione fisica dei due canalitrasmissivi. Sul doppino di abbonato, la trasmissione bidirezionale avviene suun’unica coppia bilanciata, per mezzo di forchette poste sui terminali. Taleforchetta effettua la trasformazione da 2 fili a 4 fili, mediante trasformatori(forchetta induttiva bilanciata o sbilanciata) oppure mediante resistenze(forchetta resistiva), estraendo da un unico segnale composto due segnali singoli.

I L’impedenza di uscita del telefono e’ adattata a quella della linea che lo collegaalla centrale, per evitare riflessioni alle estremita’ della linea, che producono echidel segnale telefonico, sia da parte di chi parla, che da parte di chi ascolta.


Attenuazione d’eco - II

I Le forchette introducono un’eco prodotta da ritorno di forchetta, il quale siverifica quando la forchetta non e’ ben bilanciata e quindi una parte del segnaledi trasmissione entra anche sulla ricezione, all’interno della forchetta stessa.Inoltre e’ presente anche un’eco a causa del disadattamento di impedenza sullalinea, pertanto una parte del segnale trasmesso ritorna in ricezione.

I In genere l’attenuazione d’eco dei sistemi a 2 fili e’ abbastanza limitata.

I L’attenuazione d’eco si puo’ ritenere, in prima approssimazione, indipendentedalla frequenza.

I Le limitazioni alla bit rate ed alla lunghezza della tratta, sul doppino diabbonato, sono dovute pertanto anche all’eco introdotto dalla forchetta.


Attenuazione d’eco - III

I Se le centrali di appartenenza dei due utenti sono vicine tra loro, o coincidono, ilcollegamento tra esse puo’ essere ancora realizzato tramite doppino e, se lacommutazione avviene per via elettromeccanica, la connessione tra i due utentipuo’ essere vista come un’unica linea in cavo

I In questi casi eventuali echi dovuti al disadattamento delle impedenze dei puntiterminali producono un duplice effetto: il suono emesso ritorna in cuffia conritardi multipli del doppio del tempo di propagazione del segnale lungo la linea(effetto stimabile mediante il return loss), e a chi ascolta perviene non solo ilsegnale telefonico, ma anche le sue repliche, ritardate (effetto stimabile mediantel’echo return loss)

I Gli effetti di tali echi non sono fastidiosi per le conversazioni telefoniche, se sitiene conto che la lunghezza delle linee coinvolte e’ solo di qualche Km e che iritardi chilometrici dei doppini sono dell’ordine di 10 microsecondi/Km


Attenuazione d’eco - IVI Si puo’ dimostrare che, supposto Z1(f ) = Z2(f ) = Z3(f ) = Z4(f ), esiste un

opportuno rapporto di spire tra i vari avvolgimenti che consente di realizzare uncompleto disaccoppiamento tra le quattro porte del circuito. In tal modo, isegnali immessi nella porta 2 vengono trasferiti nella porta 3 e non nella 1 ed isegnali immessi nella porta 3 vengono trasferiti nella porta 1 e non nella porta 2.

I Questo accade solo in condizioni di perfetto adattamento, ed in particolare se e’realizzata la condizione Z3(f ) = Z4(f ).

I Se cio’ non accade si ha trasferimento di segnale tra la porta 1 e la porta 2, equindi la generazione di percorsi di eco come evidenziato dalla figura, che mostrai possibili percorsi di eco in un collegamento telefonico.

I La presenza di tali echi puo’ essere molto fastidiosa, se i percorsi sono moltolunghi, e persino disastrosa se l’anello a 4 fili presenta un guadagno complessivomaggiore di 1.


Trasmissione bilanciata e sbilanciata

I Nella trasmissione sbilanciata, si porta il riferimento di tensione dal trasmettitoreal ricevitore tramite un conduttore, e il segnale su un altro conduttore. Dalmomento che il conduttorre che trasporta il segnale si comporta comeun’antenna rispetto ai campi elettromagnetici in cui e’ immerso (altri conduttori,impianti elettrici, tv, radio, cellulari) il risultato e’ quello di sommare le correntiindotte dai disturbi a quella del segnale, rendendo quest’ultimo non piu’distinguibile e non decodificabile a destinazione

I Nella trasmissione bilanciata, detta anche differential mode, si utilizzano dueconduttori perfettamente simmetrici (detti coppia), sui quali viene inviato lostesso segnale elettrico ma in opposizione di fase. La tensione di riferimentodeve quindi essere identica per ricevitore e trasmettitore; il segnale vienericostruito per differenza delle tensioni presenti sui due conduttori della coppia


Sistemi di Telecomunicazione - Telecommunications … I valori di questi parametri, detti costanti...

Documents

Transcript of Sistemi di Telecomunicazione - Telecommunications … I valori di questi parametri, detti costanti...