LA TRASMISSIONE DEI DATI

 

1)  GENERALITÀ

 

La trasmissione a distanza delle informazioni insite nei segnali di tipo analogico o digitale assume notevole rilevanza per la vastità dei campi applicativi e per l'eterogeneità delle tecniche adottate.

Queste problematiche assumono pertanto grande importanza per il settore elettronico, anche prescindendo dalle implicazioni sociali, peraltro di grande portata, che comportano nella realtà di tutti i giorni. In linea generale un sistema di trasmissione è schematizzabile come in fig. 1.                                      

 

FIG. 1       

                                  

Il segnale di ingresso viene applicato al trasmettitore che lo adatta alle caratteristiche del canale di trasmissione; attraverso questo canale il segnale viene trasferito al ricevitore, che svolge il compito di estrarre l'informazione da inviare in uscita.

Si noti come lungo il canale al segnale si sovrappongono i disturbi.

 

La tecnica di trasmissione dipende da molte variabili, in particolare la distanza tra il trasmettitore e il ricevitore assume notevole influenza nella scelta.

Per distanze brevi basta attuare tecniche di desensibilizzazione del segnale dai disturbi che si introducono lungo il canale.

 

È quindi possibile nei casi più semplici usare un cavo schermato o attuare la conversione tensione corrente, la conversione tensione frequenza, o la conversione analogico-digitale: in ricezione si procede poi alla conversione inversa.

Altre variabili che influenzano la tecnica di trasmissione sono le caratteristiche del mezzo trasmissivo (cavo elettrico, aria, fibre ottiche ecc.), la velocità di trasmissione e l'esigenza di trasmettere più informazioni contemporaneamente su un unico canale trasmissivo.

 

Sebbene le problematiche connesse con la trasmissione dell’informazione assumano rilevanza in molteplici settori, in questo capitolo si vogliono evidenziare solo gli aspetti connessi con la trasmissione a distanza che coinvolge elaboratori, che chiameremo semplicemente trasmissione dati. Si demanda a testi specifici di Comunicazioni elettriche per approfondimenti di più ampia portata.

 

2) TRASMISSIONE DATI

 

Con trasmissione dati si intende uno scambio di informazioni di tipo digitale tra elaboratori e dispositivi periferici o anche tra elaboratori e trasduttori, attuatori ecc.

Naturalmente, qualora siano presenti dispositivi analogici, si dovranno attuare tecniche di conversione A/D e D/A. In un sistema di questo tipo i segnali risultano codificati secondo opportuni standards.

 

3) CONFIGURAZIONI DI UN SISTEMA DI TRASMISSIONE DATI

 

I dati digitali si configurano come un insieme di bit codificati in vari modi. I canali di trasmissione attualmente più diffusi sono però concepiti per la trasmissione analogica (si pensi ad esempio al canale telefonico), si devono quindi attuare degli adattamenti del segnale digitale per renderlo trasmissibile sui canali analogici.

Prescindendo comunque da questi problemi, che verranno affrontati successivamente, un sistema di trasmissione dati può presentare diverse configurazioni base.

 

Configurazione punto a punto

 

È la con figurazione più semplice e viene schematizzata in fig. 2.

 

FIG. 2

 

In pratica la singola stazione di trasmissione/ricezione (RX/TX) è individualmente collegata a coppie con tutte le altre.

Un esempio classico è quello di un elaboratore collegato a diverse periferiche, ma può assumere validità più generale in un collegamento a distanza tra più elaboratori.

 

Configurazione multipla

 

In questa configurazione esiste una stazione principale collegata a più stazioni secondarie tramite un unico canale di trasmissione (fig. 3).

 

FIG. 3

Una rete di trasmissione di questo tipo risulta conveniente con diversi terminali di elaborazione localizzati nella stessa zona.

L'elaboratore principale deve disporre di una struttura a multiplexer per poter dirigere il flusso di informazioni sul canale trasmissivo.

Questa struttura può essere di tipo centralizzato in cui solo la stazione principale dirige la rete o di tipo decentralizzato dove qualsiasi stazione può assumere il controllo della rete.

 

 

4) MODALITA' DI TRASMISSIONE

 

La trasmissione dei dati può essere unidirezionale o più compiutamente bidirezionale.

Tra le possibili modalità di trasmissione si ricordano le seguenti:

 

· simplex;

· half-duplex (semi-duplex);

· fuIl-duplex (duplex completo).

 

La modalità simplex (fig. 4a) corrisponde a una trasmissione unidirezionale.

La modalità half-duplex (fig. 4b) permette di trasferire le informazioni in entrambi i sensi ma non simultaneamente.

La modalità full-duplex permette invece la trasmissione in contemporanea nei due sensi, aumentando quindi la velocità rispetto al caso precedente. Questo può avvenire con due distinti canali trasmissivi. (fig. 4c) o usandone uno solo (fig. 4d), ma attuando una qualche tecnica che permetta la separazione del segnale in trasmissione da quello in ricezione, ad es., operando a due frequenze portanti diverse (vedere par. 7).

 

 

Trasmissione in serie e in parallelo

 

La trasmissione delle informazioni digitali può avvenire trasmettendo i singoli bit in sequenza uno dopo l'altro, con una cadenza imposta dalla frequenza del clock Una trasmissione di questo tipo e detta di tipo seriale. Se invece i singoli bit, che formano un carattere, vengono trasmessi contemporaneamente si parla di trasmissione di tipo parallelo.

 

FIG.4

 

La trasmissione seriale è la più diffusa perché semplifica notevolmente le caratteristiche del canale di trasmissione.

La trasmissione in parallelo salvo che per collegamenti a brevissima distanza (es.: computer con stampante), viene attuata solo quando la velocità di trasmissione assume primaria importanza.

Trasmissione asincrona e sincrona

 

Quando si trasmette una sequenza di bit è importante che questi risultino correttamente sincronizzati con il sistema, per permettere al ricevitore la corretta interpretazione degli stessi.

Una tecnica di sincronizzazione è quella detta asincrona.

 

FIG.5

 

Per la sua comprensione ci si riferisca alla fig. 5: ogni sequenza di bit, relativi al singolo carattere, trasmessi in modo seriale, è preceduta da un bit di start che appena arriva al ricevitore lo predispone alla ricezione, sincronizzando il suo clock, che deve essere sufficientemente stabile da mantenere il sincronismo per la durata dei bit del singolo carattere; conclusa la trasmissione dei bit, vengono trasmessi uno o due bit di stop: fino a quando non inizia la trasmissione di un nuovo carattere, con un nuovo bit di start, la linea rimane inattiva a livello fisso. Il tempo che intercorre tra una sequenza di bit e la successiva è variabile (si pensi alla trasmissione di caratteri tramite tastiera).

 

La trasmissione asincrona, richiedendo la continua inserzione di bit di start e di stop, ben si adatta a una trasmissione discontinua, ma presenta dei limiti nella velocità di trasmissione: anche eliminando i tempi morti tra un carattere e l'altro, i bit aggiunti rallentano comunque il flusso di informazioni.

 

La tecnica di trasmissione che permette una maggiore velocità è quella sincrona

In questo caso i caratteri costituenti un messaggio vengono trasmessi in sequenza e in sincronismo con il clock del trasmettitore: il clock del ricevitore viene normalmente ottenuto direttamente dalla sequenza di bit in arrivo, tramite un circuito ad aggancio di fase, ottenendo così una perfetta sincronizzazione.

Per permettere al ricevitore di riconoscere i singoli caratteri, il messaggio da trasmettere viene diviso in blocchi che contengono un numero ben determinato di caratteri: ogni blocco è preceduto da una sequenza di bit di sincronismo, detta carattere di sincronismo, che permette al ricevitore di stabilire l'inizio del primo carattere del blocco.

 

FIG.6

  

La fig. 6 riporta un esempio di trasmissione seriale sincrona: per evitare che eventuali disturbi possano creare erronei caratteri di sincronismo, questi vengono trasmessi due volte (il ricevitore solo se ne riconosce due in sequenza li considera tali).

 

 

Velocità di trasmissione

 

Un parametro già nominato che assume notevole rilevanza è la velocità di trasmissione.

Questa viene normalmente espressa in bit/s, ma in alcuni casi viene anche indicata in baud (Bd), che indica la velocità alla quale vengono trasmessi gli elementi del segnale, ovvero i singoli stati che il segnale può assumere. Nel caso più semplice, il singolo elemento di segnale è un bit perché il segnale può assumere solo due stati e quindi un baud corrisponde a un bit/s. Più in generale, però, si tende a riunire in un singolo elemento di segnale più bit. Se, ad esempio, il segnale può assumere quattro diversi stati a ognuno di questi si fa corrispondere le combinazioni in bit 00-01-10-11 e quindi a un elemento di segnale corrispondono due bit e allora la velocità in bit/s è doppia di quella in baud.

 

La capacità C del canale, ovvero la massima velocità di trasmissione, espressa in bit/s, se si prescinde dal rumore e dalla distorsione, risulta:

 

                                                            C= 2 B n                                                     (1)

 

dove B è la larghezza di banda del canale e n il numero di bit che può gestire l'elemento di segnale. Nel caso frequente di n =1 si ha C=2B.

Se il canale utilizza tutta la banda del mezzo si ha la massima velocità.