Una rete telefonica Una rete telefonica - TNG Presentation .ÿ LE RETI TELEFONICHE - 13 Lo...
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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
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Il telefono analogico
Come fatto un telefono Trasmissione tra utente e centrale
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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Schema a blocchicomplessivo
selettore
allacentrale
inte
rrut
tore
dilin
ea
conversione 2/4e circuitoanti-ecosu
oner
ia
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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
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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
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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
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Codifica e pacchettizzazione dellavoce
PCM (G.711) ADPCM Algoritmi LPC-LTP (GSM)
Algoritmi CELP (G.729, G.723,Enhanced GSM)
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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
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Campionamento eQuantizzazione
tempo
ampi
ezza
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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)
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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
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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
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Legge di compressione A
( )( )( ) ( )
++
+=
law A
-1
-0.5
0
0.5
1
-1 -0.5 0 0.5 1
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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
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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
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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
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Codificatori a blocco
Trasmettere a pacchetto implica ritardo... Considerando un segmento vocale (es. un
fonema di durata 10-500 ms) possibileusare
