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  • LE RETI TELEFONICHE - 1

    Le reti telefoniche

    Gruppo Reti TLCnome.cognome@polito.it

    http://www.telematica.polito.it/

    LE RETI TELEFONICHE - 2

    Reti telefoniche

    Codifica della voce Telefonia fissa tradizionale Segnalazione a canale comune (SS7) Reti cellulari

    LE RETI TELEFONICHE - 3

    Una rete telefonica ...

    ... composta di terminali, sistemitrasmissivi, di commutazione e disegnalazione e controllo

    ... finalizzata alla trasmissione vocale(terminali specifici, orientata al circuitopunto-punto)

    ... organizzata in modo gerarchico ... una collezione di reti di operatori

    diversi

    LE RETI TELEFONICHE - 4

    Una rete telefonica...

    centraledi

    commutazione

    centraledi

    commutazione segnalazione

    trasmissione

    LE RETI TELEFONICHE - 5

    Organizzazione gerarchica

    Il numero di livelli,la nomenclaturadelle centrali edegli apparativariano da nazionea nazione.Riflettono sia ledimensioni delpaese sia lastoria dellatelefonia nellanazione centrale

    locale

    centraleregionale

    centralenazionale

    centraleinternazionale

    centralelocale

    centraleregionale

    centralenazionale

    LE RETI TELEFONICHE - 6

    Il telefono analogico

    Come fatto un telefono Trasmissione tra utente e centrale

  • LE RETI TELEFONICHE - 7

    Il telefono di Bell

    Fino alla met degli anni 60 il telefono rimastosostanzialmente uguale allinvenzione di Bell,ancora oggi i telefoni analogici sonosostanzialmente uguali

    Alexander Graham Bell deposit il brevetto il 14febbraio 1876 ... qualche ora prima di Elisha Gray... mentre in Italia Meucci sperimentava un sistemaanalogo

    Il 10 marzo 1876 Bell presenta il primo telefonofunzionante

    LE RETI TELEFONICHE - 8

    Il telefono di Bell

    Consiste di un microfono dettotrasmettitore e un altoparlante dettoricevitore collegati da un circuito elettricocon una batteria in serie

    Il trasmettitore una resistenza variabile Il ricevitore vibra al variare della corrente

    trasmettitore ricevitore

    LE RETI TELEFONICHE - 9

    Il trasmettitore a grani dicarbone

    Nel 1878 viene inventato il microfono a granulidi carbone... con qualche miglioria in usoancora oggi

    I granuli di carbone, inseriti in una cavitmetallica chiusa da un diaframma, fornisconomolti percorsi elettrici possibili

    Il diaframma vibrando fa variare il numero dipossibili percorsi e quindi la corrente

    LE RETI TELEFONICHE - 10

    Il trasmettitore a grani dicarbone

    diaframma

    accoppiamentiflessibili

    cavitmetallica

    granulidi carbone

    segnaleelettricoin uscita

    LE RETI TELEFONICHE - 11

    Il ricevitore

    Il ricevitore unaltoparlantebasato su unelettromagnetecollegato ad unamembrana

    Il segnale iningresso favibrare il magnetepermanente

    diaframma

    correntevariabile

    LE RETI TELEFONICHE - 12

    Lo squillo

    E pilotato direttamentedalla centrale con unsegnale sinusoidale

    Due avvolgimenti incontrofase su un nucleodi ferrite fanno vibrareun martello suicampanelli (il magnetepermanente amplificaleffetto)

  • LE RETI TELEFONICHE - 13

    Lo squillo Gli avvolgimenti sono in

    serie Un condensatore

    impedisce che lacorrente continua dialimentazione fluisca (incorto circuito) attraversogli avvolgimenti

    Il campanello collegatoin paralleloallapparecchio dirice/trasmissione

    ricetrasmettitore

    condensatore

    allacentrale

    LE RETI TELEFONICHE - 14

    Tecnica di duplex

    Il circuito verso la centrale bifilare (doppino) Trasmettitore e ricevitore sono su un circuito a 4 fili

    (2Tx, 2Rx) Necessita una conversione da 2 a 4 fili e viceversa

    (forchetta telefonica)

    parlo

    conversioneda 2 a 4 fili

    allacentrale

    sento

    LE RETI TELEFONICHE - 15

    Tecnica di duplex La forchetta

    realizzata con untrasformatorebilanciato, che attenualaccoppiamento localetra microfono ericevitore a un livelloconfortevole

    La rete dibilanciamento presentaunimpedenza analogaalla linea verso lacentrale

    allacentrale

    rete dibilanciamento

    LE RETI TELEFONICHE - 16

    Attivazione e selezione

    La linea viene attivata sganciando ilmicrotelefono, che chiude linterruttore di linea

    Il selettore (disco o tastiera) inserito in serie alcircuito del telefono

    selettore

    allacentrale

    interruttoredi linea

    LE RETI TELEFONICHE - 17

    Attivazione e selezione

    Chiudendo linterruttore la corrente di alimentazionepu fluire nei circuiti del telefono

    La selezione a impulsi avviene interrompendo lacorrente di alimentazione

    telefonoagganciato

    telefonosganciato

    # 4

    1

    09

    8

    76

    543

    2disco diselezione

    LE RETI TELEFONICHE - 18

    Attivazione e selezione

    La selezione tonale avviene trasmettendo perciascuna cifra una combinazione di due diversefrequenze (toni) in banda fonica: DTMF (DualTone Multi Frequency)

    f1f2 1209 1336 1477 1633

    697 1 2 3 A

    770 4 5 6 B

    852 7 8 9 C

    941 */E 0 #/F D

  • LE RETI TELEFONICHE - 19

    Schema a blocchicomplessivo

    selettore

    allacentrale

    inte

    rrut

    tore

    dilin

    ea

    conversione 2/4e circuitoanti-ecosu

    oner

    ia

    LE RETI TELEFONICHE - 20

    La centrale e il local loop Il sensore di sgancio

    un rel a induttanzache sente il passaggiodella corrente dialimentazione e abilitala porta di ingresso incentrale dedicando unconvertitore A/D e unaposizione dicommutazione allalinea attiva

    local loop

    centrale di attestazione

    batteria di alimentazionea 48 V

    sensoredi sgancio

    trasformatoredi linea

    al convertitore A/De ai sistemi dicommutazione

    LE RETI TELEFONICHE - 21

    Toni di centrale

    La centrale invia diversi segnali allutente: Squillo: sinusoide a 20Hz, 75V rms,

    duty cicle [On/Off s - D.C.] ~ 1/1 Selezione:

    (350)+(440)Hz, tono continuo (USA)(440)+(480)Hz, D.C. complesso tu.. tuuu...... (EU)

    Linea disponibile: (440)+(480)Hz, D.C. 2/4

    Linea occupata: (480)+(620)Hz, D.C. 0.5/0.5 Fascio occupato: (480)+(620)Hz, D.C. 0.25/0.25

    LE RETI TELEFONICHE - 22

    Filtri e banda fonica Il segnale analogico tra telefono e centrale locale

    viene filtrato tra 300 e 3400 Hz per consentire ilpassaggio della continua di alimentazione elimitare la banda passante del sistema

    Le centrali moderne convertono immediatamenteil segnale in PCM

    300 3400 f [Hz]

    bandafonica

    LE RETI TELEFONICHE - 23

    Codifica e pacchettizzazione dellavoce

    PCM (G.711) ADPCM Algoritmi LPC-LTP (GSM)

    Algoritmi CELP (G.729, G.723,Enhanced GSM)

    LE RETI TELEFONICHE - 24

    Segnale Vocale

    Un microfono trasforma la voce in unsegnale elettrico analogico

    I sistemi di comunicazione/commutazionesono numerici => serve una co/decodifica

    Le tecniche di codifica si dividono tra quelleche usano la sola conoscenza del segnaleelettrico istantaneo e quelle che sfruttano lecaratteristiche dellapparato di fonazione euditivo

  • LE RETI TELEFONICHE - 25

    Campionamento eQuantizzazione

    tempo

    ampi

    ezza

    LE RETI TELEFONICHE - 26

    PCM lineare ecompanding

    Il PCM (Pulse Code Modulation) unprocesso di campionamento equantizzazione

    La quantizzazione pu essere lineare(intervalli uguali) o non lineare (intervallidiversi a seconda dellampiezza), dettacompanding

    PCM lineare: CD (~44 kHz, 16 bit) PCM companding: telefonia (8kHz, 8 bit)

    LE RETI TELEFONICHE - 27

    PCM lineare ecompanding

    PCM lineare: CD (~44 kHz, 16 bit)qualit eccellente (MOS 5)

    PCM companding: telefonia (8kHz, 8 bit,64 kbit/s) qualit buona (MOS 4+),standard ITU-T G.711

    MOS: Mean Opinion Score

    LE RETI TELEFONICHE - 28

    PCM companding

    Si basa sullosservazione che lasensibilit dellorecchio umano di tipologaritmico

    Definisce un sistema di compressione edecompressione del segnale, pu essererealizzato in forma numerica odistorcendo il segnale analogico

    Legge A: Standard ITU/EU Legge : Standard USA/Giappone

    LE RETI TELEFONICHE - 29

    Legge di compressione A

    ( )( )( ) ( )

    ++

    +=

    law A

    -1

    -0.5

    0

    0.5

    1

    -1 -0.5 0 0.5 1

  • LE RETI TELEFONICHE - 31

    PCM adattativo odifferenziale

    E possibile modificare nel tempolampiezza degli intervalli di quantizzazionein funzione della dinamica del segnale(adattamento)

    E possibile codificare la differenza tra uncampione e il precedente: se ccorrelazione tra i campioni la dinamica delladifferenza minore di quella dei campioni;al posto della differenza si possono usaretecniche pi sofisticate di predizione

    LE RETI TELEFONICHE - 32

    PCM adattativo edifferenziale

    Un PCM adattativo e differenziale di qualitbuona (MOS 4) lADPCM a 32kbit/s(G.721)

    Un altro esempio la modulazione delta, incui il segnale campionato a frequenzaelevata per ottenere alta correlazione tra icampioni e la differenza campionata su unsolo bit, che indica se il segnale cresce odecresce

    LE RETI TELEFONICHE - 33

    Pacchettizzazione

    Il PCM e i suoi derivati codificano il segnalecampione per campione

    Le reti di telefonia tradizionale trasmettonocampione per campione

    In una rete a commutazione di pacchettodevo accumulare campioni fino a riempireun pacchetto (es. payload 80 byte => 80campioni PCM => 10ms di voce)

    RITARDO

    LE RETI TELEFONICHE - 34

    Codificatori a blocco

    Trasmettere a pacchetto implica ritardo... Considerando un segmento vocale (es. un

    fonema di durata 10-500 ms) possibileusare