Corso di “Telecomunicazioni” · Slide del corso (disponibili in formato pdf) ... lineare, sono...

Università degli Studi di Cassino e del Lazio Meridionale

Laurea in Scienze della Comunicazione

Corso di “Telecomunicazioni”

Emanuele Grossi, [email protected]

Luca Venturino, [email protected]

Anno Accademico 2011-2012

ORGANIZZAZIONE DEL CORSO

2Corso di Telecomunicazioni - AA 2011/2012Grossi/Venturino

Informazioni generali

12 CFU Orario lezioni

Lunedì 15:00 – 18:00 Martedì 15:00 – 18:00 Giovedì 15:00 – 18:00

Modalità d’esame: prova scritta (90 minuti) Ricevimento

dopo le lezioni per appuntamento

Corso di Telecomunicazioni - AA 2011/2012 3Grossi/Venturino

Informazioni generali

Sito WEB del corso avvisi, programma, appelli, materiale didattico http://webuser2.unicas.it/venturino/

Slide del corso (disponibili in formato pdf)

Siti WEB per consultazione (vedi sito corso)


Cosa studieremo?

Introduzione e storia delle telecomunicazioni Studio dei segnali analogici e digitali Conversione analogico digitale (A/D) Misura dell’informazione Mezzi trasmissivi Reti e sistemi di telecomunicazioni Mezzi di comunicazione di massa Sicurezza nelle telecomunicazioni


PREMESSA


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Cosa significa la parola “Telecomunicazioni”?

La parola telecomunicazione è composta del prefisso greco tele (lontano da) e del latino communicare (condividere).

Le telecomunicazioni nascono dall’esigenza dell’uomo di diffondere le proprie idee e le proprie conoscenze nello spazio e nel tempo.

Corso di Telecomunicazioni - AA 2011/2012Grossi/Venturino

Apparati naturali di comunicazione

Il nostro organismo è dotato di apparati naturali per trasmettere e ricevere a distanza delle informazioni: apparato uditivo / apparato vocale movimento arti / apparato visivo


Apparati naturali di comunicazione

I nostri apparati naturali presentano dei limiti: popoli diversi non parlano la stessa lingua,

oppure non usano gli stessi gesti; non ci permettono di comunicare a grande

distanza (solo qualche decina di metri); la sicurezza della comunicazione non è

garantita; non resta traccia della comunicazione; non ci permettono di conservare

l’informazione in modo stabile nel tempo.

Grossi/Venturino Corso di Telecomunicazioni - AA 2011/2012 9

10

Sistemi di telecomunicazioni


Telecomunicazioni e società

La realizzazione di sistemi di telecomunicazione è indispensabile in una società organizzata al fine di soddisfare i bisogni individuali dei cittadini e le esigenze dei pubblici poteri.

L’avanzamento dei sistemi di telecomunicazione è indice dello sviluppo raggiunto da una società organizzata.

L’introduzione di nuovi e più efficienti sistemi di telecomunicazioni è spesso accompagnato da un crescita economica e da un cambiamento (progresso ?) generale della società.


STORIA DELLE TELECOMUNICAZIONI


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Comunicazione scritta

L’introduzione della scrittura permette di fissare e tramandare con precisione eventi storici ed informazioni personali.

Le prime forme di scrittura risalgono ai Sumeri nel 3500 AC ed agli Egizi nel 3000 AC.


Comunicazione scritta

La nascita della scrittura è da ricondursi all’esigenza di catalogare i prodotti agricoli per facilitare gli scambi commerciali con altri popoli.

L'invenzione della scrittura segue da vicino altre innovazioni del neolitico, quali la costruzione di città, l'uso del bronzo, l'invenzione della ruota, l'invenzione del tornio e l'invenzione del telaio per tessere.


Classificazione delle forme di scrittura

Pittografica

Ideografica

Sillabica

Alfabetica


Scrittura pittografica

E’ costituita da disegni che riproducono oggetti, animali o persone.

Serie di immagini, organizzate in sequenza lineare, sono utilizzate per raccontare una storia, lasciare un messaggio o annotare informazioni utili in avvenire.

Il sistema è utile per gli elenchi di cose concrete e facilmente raffigurabili.

La scrittura per mezzo del disegno è lunga e faticosa.

Oggi è ancora usata per rappresentare luoghi di interesse come chiese, aeroporti, stazioni, etc.


Scrittura pittografica

Grossi/Venturino 17Corso di Telecomunicazioni - AA 2011/2012

Scrittura ideografica

Nasce per sostituire la scrittura pittografica (lenta e ambigua dato che lo stesso oggetto può essere rappresentato con disegni differenti).

E’ fatta di simboli che, oltre a rappresentare un oggetto concreto, possono rappresentare idee e concetti astratti (ideogramma).

Poco adatta ad esprimere idee complesse e per la narrativa, perché richiederebbe decine di migliaia di segni.

Gli unici ad usare ancor oggi una scrittura ideografica sono i Cinesi. La scrittura cinese, assai più della lingua parlata che differisce dal nord al sud del paese, è l'elemento di unità linguistica della Cina.

Gli ideogrammi resistono anche presso chi utilizza scritture alfabetiche. Noi, per esempio, ne facciamo uso quando scriviamo numeri, segni convenzionali sulle carte geografiche, insegne di farmacie, posti telefonici, tabaccherie, etc.


Scrittura sillabica

Le parole sono divise in sillabe, ad ogni sillaba corrisponde un suono, ad ogni suono viene associato un diverso simbolo.

L'astuzia dei Sumeri e poi quella degli Egizi fu di utilizzare un procedimento semplice simile a un rebus. Essi ebbero l'idea di servirsi di pittogrammi che designavano non gli oggetti direttamente rappresentati, ma altri oggetti dal nome foneticamente simile.

ESEMPIO: il disegno di un amo e quello di un re non hanno nulla a che vedere con la pesca e con la monarchia, ma significano amore.

Questo passaggio evolutivo si rese necessario con lo sviluppo del commercio che richiese l’impiego di parole straniere.


Scrittura sumerica

Con la scrittura sillabica i Sumeri poterono stendere leggi e redigere documenti di Stato, scrivere lettere e comporre poemi.

Ai segni che componevano ciascun sillabogramma diedero la forma di un chiodo o cuneo; sotto l’aspetto grafico la scrittura sillabica sumerica è chiamata anche scrittura cuneiforme.

Imparare a leggere, scrivere e a comporre testi richiedeva circa vent’anni di studio intenso e faticoso e solo i nobili potevano permetterselo.

Si formò la ristretta e potentissima categoria degli scribi, che amministravano le ricchezze dello Stato, curavano i templi degli dèi e assistevano il re nelle sue decisioni.


Scrittura sumerica


Scrittura egizia

La particolarità della scrittura Egizia è la sua natura in parte pittografica, in parte ideografica e in parte fonetica.

Egizi considerano la scrittura dotata di poteri magici. I segni che la costituiscono sono detti geroglifici, cioè segni sacri.

I geroglifici sono: in parte pittogrammi (un disegno = un oggetto); in parte ideogrammi (un disegno = un’idea

astratta, per esempio un verbo o un concetto); in parte semplici fonemi.


Scrittura egizia: esempio di geroglifico


Scrittura alfabetica

L'invenzione dell'alfabeto fonetico è attribuita ai Fenici nel 1500 AC. L’alfabeto fenicio ha la particolarità di non far uso di vocali.

Ogni segno rappresenta il suono di una singola lettera concatenando più lettere si ottengono sillabe e parole.

Grazie ai navigatori fenici l'alfabeto si diffuse in tutto il Mediterraneo occidentale. Nel IX secolo AC fu adottato dai Greci che, per primi, introdussero le vocali. Dai Greci la scrittura fonetica passò ad Etruschi e Latini.

Oggi le lingue alfabetiche sono diffuse quasi universalmente, ad eccezione dell‘estremo oriente, specialmente Cina e Giappone.


Scrittura alfabetica

Corso di Telecomunicazioni - AA 2011/2012 27

Greco Latino

Grossi/Venturino

La diffusione dell’alfabeto latino

I romani capiscono l’importanza delle comunicazioni per mantenere il controllo del territorio. Viene costruita una fitta rete di strade per

collegare Roma con le zone periferiche dell’Impero.

I popoli sottomessi sono obbligati ad imparare la lingua latina.

L’espansione romana porta nel I secolo A.C.all’unificazione linguistica dei popoli che entrano a far parte del mondo romano.


La diffusione dell’alfabeto latino

29Corso di Telecomunicazioni - AA 2011/2012

ESPANSIONE DELL’IMPERO ROMANO NEL I SECOLO AC

Grossi/Venturino

Cifrario di Cesare (I sec. AC)

Giulio Cesare usa per le sue corrispondenze riservate un algoritmo crittografico molto

semplice: ogni lettera del messaggio è sostituita dalla

lettera che la segue di “d” posti nell'alfabeto.

(Svetonio, Vita dei dodici Cesari)

30Corso di Telecomunicazioni - AA 2011/2012

Gaio Giulio Cesare 13 luglio 100 AC – 15 marzo 44 AC)

Grossi/Venturino


1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z

D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C

CHIAVE SEGRETA “d=3”



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z

D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z A B C

CHIAVE SEGRETA “d=3”

ESEMPIOTESTO IN CHIARO C A S S I N OTESTO CIFRATO F D V V L Q R


Messaggio cifrato: LJULRX



CHIAVE 1 K I T K Q W CHIAVE 14 X V G X D JCHIAVE 2 J H S J P V CHIAVE 15 W U F W C ICHIAVE 3 I G R I O U CHIAVE 16 V T E V B HCHIAVE 4 H F Q H N T CHIAVE 17 U S D U A GCHIAVE 5 G E P G M S CHIAVE 18 T R C T Z FCHIAVE 6 F D O F L R CHIAVE 19 S Q B S Y ECHIAVE 7 E C N E K Q CHIAVE 20 R P A R X DCHIAVE 8 D B M D J P CHIAVE 21 Q O Z Q W CCHIAVE 9 C A L C I O CHIAVE 22 P N Y P V B

CHIAVE 10 B Z K B H N CHIAVE 23 O M X O U ACHIAVE 11 A Y J A G M CHIAVE 24 N L W N T ZCHIAVE 12 Z X I Z F L CHIAVE 25 M K V M S YCHIAVE 13 Y W H Y E K CHIAVE 26 L J U L R X


Messaggio cifrato: VRFFHU

CHIAVE 1 U Q E E G T CHIAVE 14 H D R R T GCHIAVE 2 T P D D F S CHIAVE 15 G C Q Q S FCHIAVE 3 S O C C E R CHIAVE 16 F B P P R ECHIAVE 4 R N B B D Q CHIAVE 17 E A O O Q DCHIAVE 5 Q M A A C P CHIAVE 18 D Z N N P CCHIAVE 6 P L Z Z B O CHIAVE 19 C Y M M O BCHIAVE 7 O K Y Y A N CHIAVE 20 B X L L N ACHIAVE 8 N J X X Z M CHIAVE 21 A W K K M ZCHIAVE 9 M I W W Y L CHIAVE 22 Z V J J L Y

CHIAVE 10 L H V V X K CHIAVE 23 Y U I I K XCHIAVE 11 K G U U W J CHIAVE 24 X T H H J WCHIAVE 12 J F T T V I CHIAVE 25 W S G G I VCHIAVE 13 I E S S U H CHIAVE 26 V R F F H U


Attacco a forza bruta

Il codice di Cesare è poco sicuro: ci sono 26 possibili chiavi.

Se conosco l’algoritmo di codifica e la lingua usata (italiano/latino/inglese etc.), è sufficiente provare tutte le possibili chiavi.

Al tempo di Cesare era sicuro perché gli avversari spesso non erano neanche in grado di leggere un testo in chiaro, meno che mai uno cifrato.


Il sistema postale

La comunicazione scritta richiede due fasi: incisione di un opportuno supporto (tavoletta di argilla

o di legno, pergamena, carta, etc), e invio del supporto al destinatario mediante corrieri.

Nell‘antica Roma operava una fitta rete di corrieri per trasportare lungo le strade consolari tavolette di cera con messaggi incisi.

Negli Stati Uniti, in seguito alla scoperta dell'oro in California nel 1848, si sviluppò un sistema di corrieri specializzati nel collegamento tra le due coste, atlantica e pacifica: il Pony Express, istituito nel 1860.


Pony Express

La tratta di circa 3000 km partiva da St. Joseph, in Missouri per poi seguire quella che oggi-giorno è la U.S. Route 36 (soprannominata, infatti, "Pony Express Highway"), da Marysville, nel Kansas, passando per Nebraska, Colorado e Wyoming. Da lì seguiva la linea geografica del fiume Sweetwater fino a Salt Lake City seguendo poi la Central Nevada Route, che attraversava Nevada e Utah arrivando fino a Sacramento. Da lì la posta era spedita a San Francisco navigando il fiume Sacramento con un battello.


Pony Express

Circa 190 stazioni Pony Express furono messe ad intervalli di circa 16km (10 miglia) lungo tutto il percorso. 16km sono la massima distanza che un cavallo possa fare al galoppo.

Il cavallerizzo sostituiva il cavallo ad ogni stazione, portando con se solamente il sacco con le lettere.

Il sacco poteva contenere fino a 10 Kg di posta. Il peso del cavallerizzo non poteva superare i 56 Kg. I cavallerizzi portavano degli oggetti che reputavano necessari per il

viaggio fino ad un massimo di 10 Kg. Tra questi c'erano: una borraccia d'acqua, una Bibbia, un corno per avvertire i responsabili delle stazioni di preparare un cavallo, una pistola od un fucile.

I cavallerizzi si davano il cambio ogni 120-160 km e ricevevano 25$ a settimana per il loro lavoro.

In caso di emergenze, ci sono diversi casi documentati in cui alcuni cavallerizzi fecero due tappe di seguito senza fermarsi (oltre 20 ore di galoppo). Il servizio era in funzione giorno e notte tutto l'anno.

La distanza totale era coperta in circa 10 giorni.


Limiti della corrispondenza postale

Richiede un trasporto di materia fra due punti lontani.

Lentezza della comunicazione (legata alla velocità del mezzo di trasporto usato dai corrieri).

Elevato costo dei corrieri. La comunicazione può andare persa. Difficoltà ad inviare lo stesso messaggio a più

persone in luoghi diversi.


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Altre forme di comunicazione

Segnali sonori (tamburi) e visivi (falò, bandiere, etc.). Permettono di comunicare a distanza l’informazioni

mediante onde acustiche e luminose.


Esempio: bandiere usate nelle regate


Esempio: Segnalazioni con bandiere


Esempio: bandiere di gara in F1


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Esempio: La caduta di Troia (1200 AC)

Eschilo narra che la caduta di Troia fu

annunciata ad Argo (a 400 Km di distanza)

mediante una catena di falò. La tratta fu scelta

in modo da evitare ostacoli terrestri.

Se oggi dovessimo coprire lo stesso percorso con dei moderni ponti radio sceglieremmo lo stesso percorso

individuato dai Greci per accendere i loro falòCorso di Telecomunicazioni - AA 2011/2012Grossi/Venturino

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Il telegrafo ottico di Polibio(Grecia, 203 A.C.)

A B Γ Δ Ε

Z H Θ I K

Λ M N Ξ O

Π Ρ Σ T Υ

Φ Χ Ψ Ω

Si usano 10 fiaccole (5 a sinistra ed 5 a destra). Si alza un numero di torce a sx corrispondente al numero di riga e un numero di torce a dx corrispondente al numero di

colonna, individuando così una lettera precisa.


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Elementi base del telegrafo ottico di Polibio

Alfabeto di sorgente L’insieme delle lettere/simboli che possono essere trasmesse

Codifica dell’informazione Ogni lettera corrisponde ad un numero univoco di torce

Trasmettitore La persona che manovrare le torce

Canale di propagazione La luce si propaga nell’etere sotto forma di onde elettromagnetiche

Ricevitore La persona che osserva ad occhio nudo il numero di fiaccole

Decodificatore Il ricevente associa un simbolo alla configurazione di torce osservata


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Il telegrafo ottico di Chappe (Francia, 1793)

Su una torre è installato un braccio rotante che assume diverse

configurazioni corrispondenti a lettere, numeri e ordini di servizio.


Diffusione del telegrafo ottico di Chappe in Francia Grazie all’uso di cannocchiali, due diverse stazioni

potevano essere distanti anche 30 Km. Ogni stazione richiede la presenza di un operatore. La prima linea fu aperta nel 1794 tra Parigi e Lille. Nei decenni seguenti si sviluppò una rete di centinaia

di segnalatori telegrafici che collegavano Parigi con le zone periferiche della Francia e oltre, seguendo l'espansione dell'impero napoleonico.

Napoleone era consapevole dell'importanza delle comunicazioni in campo militare e faceva installare stazioni telegrafiche mobili sui campi di battaglia.

Tempo di trasmissione di un dispaccio da Parigi a Tolone ridotto da parecchi giorni a venti minuti.


Limite tecnologici del telegrafo ottico di Chappe

Uso di "ripetitori" umani, con ovvi limiti di percezione e di identificazione dei segnali. La linea Parigi-Tolone aveva 116 ripetitori, che

costituivano altrettante fonti di errore. Tempo medio di utilizzo di sei ore al giorno a

causa dell'oscurità e delle intemperie. Rischio di manomissioni fraudolente dei

messaggi trasmessi.


Vulnerabilità del telegrafo ottico di Chappe

Uno degli episodi del romanzo di Alessandro Dumas padre, Il Conte di Montecristo (Cap. LX e LXI), fa entrare in gioco il telegrafo di Chappe.

Il Conte di Montecristo corrompe l'addetto di una delle torri sulla linea che collega Parigi con la Spagna e gli fa inviare dei segni diversi da quelli del dispaccio proveniente dalla Spagna: alla Borsa di Parigi la falsa notizia così pervenuta provoca un breve panico ed il suo nemico Danglars perde una forte somma (classico caso di aggiotaggio, reato vecchio quanto le Borse).


Sicurezza nelle telecomunicazioni

Un buon sistema di telecomunicazione deve garantire che la connessione non abbia interferenze, ovvero che

un terzo possa fingersi una delle due parti legittime per trasmettere o ricevere informazioni (autenticazione);

che i dati ricevuti siano esattamente quelli trasmessi dall’entità autorizzata, ovvero non siano stati modificati in alcun modo (integrità dei dati);

la segretezza della connessione e/o dei dati contro ogni ascolto non autorizzato (segretezza);

un controllo degli accessi al sistema di comunicazione; che una delle due entità coinvolte in una comunicazione

neghi di aver partecipato, in toto o in parte, a detta comunicazione (non ripudiabilità).


Il telegrafo elettrico (1840)


Morse scopre che è possibile usare la corrente elettrica per trasmettere

messaggi fra postazioni remote collegate da un filo conduttore.

Samuel Finley Breese Morse 27 aprile 1791 - 2 aprile 1872)

Cos’è la corrente elettrica?

La materia è costituita da atomi.

L’atomo è costituito da Elettroni (carica negativa) Protoni (carica positiva) Neutroni (carica neutra)

In condizioni normali, gli elettroni si muovono in maniera caotica attorno al nucleo centrale e non producono alcuna corrente.


Cos’è la corrente elettrica?

Nei metalli è possibile far muovere gli elettroni lungo una stessa direzione.

Per mettere in movimento gli elettroni è necessario collegare il filo conduttore (ad esempio di rame) ad un generatore di forza elettromotrice (ad esempio una pila).


Come funziona il telegrafo elettrico?

Ad ogni lettera è assegnata una sequenze di impulsi elettrici di diversa lunghezza (punti e linee).


Il codice Morse


Sono usati 5 possibili stati:1) punto (•) impulso

elettrico breve2) linea (—) impulso

elettrico lungo3) intervallo breve (tra lettere)4) intervallo medio (tra parole) 5) intervallo lungo (tra frasi)

Grossi/Venturino

Il codice Morse


Frequenze relative delle lettere nella lingua inglese

Il codice Morse associa a lettere più usate una stringa più corta

Grossi/Venturino

Diffusione del telegrafo elettrico

In breve tempo il sistema si diffonde in ogni continente formando una fitta rete.

Operatori specializzati digitano il codice Morse ad una velocità di 80-100 caratteri al minuto.

Gli uffici telegrafici intermedi instradano i messaggi sulle giuste tratte fino a destinazione.

Il lavoro è svolto a mano: i messaggi ricevuti sono letti e consegnati all'impiegato per ritrasmetterli sul tratto successivo.

Inizialmente i governi si fanno carico dello sviluppo delle reti telegrafiche.

A partire dalla fine del XIX secolo una grossa parte delle nuovi reti telegrafiche sono finanziare da privati.


Diffusione del telegrafo elettrico

Il telegrafo viene utilizzato soprattutto nell'ambito lavorativo e commerciale. Gli operatori di Borsa usano il telegrafo per scambiarsi

informazioni sull'andamento dei prezzi e dei titoli. I giornalisti usano il telegrafo per trasmettere

rapidamente le notizie ai redattori nascono le prime agenzie di stampa.

I gestori delle reti ferroviere usano il telegrafo per migliorare la comunicazione fra le varie stazioni.

Lo sviluppo del telegrafo accompagna il boom del trasporto ferroviario.

Il traffico relativo alla comunicazione familiare è una parte minoritaria del totale dei messaggi inviati.


La rete telegrafica in Italia

1847 primo esperimento tra Pisa e Livorno. 1849 linea Innsbruck - Verona (inizialmente per uso

militare e poi resa disponibile all'uso civile dal 1850). 1851 linea Verona-Mantova-Modena-Reggio Emilia. 1851 linea Caserta-Capua. 1851 linea Torino-Genova1852 linea Firenze-Lucca-Pisa-Livorno e Firenze-

Siena. 1853 linea Torino-Chambery (collegata alla rete

francese, inglese, belga, tedesca). 1861 355 uffici telegrafici per 16.000 km di linee; 1871 1.237 uffici telegrafici per 50.000 km di linee.

Corso di Telecomunicazioni - AA 2011/201263

Grossi/Venturino

Diffusione dei cavi sottomarini


Diffusione dei cavi sottomarini

Grazie alla posa dei cavi sottomarini i governi possono scambiare rapidamente informazioni con le proprie colonie oltreoceano.

Nel 1896 in Inghilterra viene riportato dalla stampa questo messaggio:


“ Esso [il telegrafo] ha grandemente rafforzato i contatti tra le colonie più distanti dell'Impero e la madrepatria;

anche se non è atto certo che le assidue ingerenze dei ministeri britannici nell'amministrazione delle colonie

siano di qualche utilità. (...) Il telegramma, d'altro canto, ha conferito al governo

centrale un potere ben maggiore nel reprimere le insurrezioni, tutelare la proprietà e punire il crimine. ”

Grossi/Venturino

Verso il telegrafo senza fili (1846)

James Clerk Maxwell (fisico e matematico scozzese) scopre che l'elettricità, il magnetismo e la luce sono tutte manifestazioni del medesimo fenomeno: il campo elettromagnetico.

Maxwell dimostra che il campo elettromagnetico si propaga attraverso l’etere sotto forma di onde alla velocità di circa 300000 Km/s.


James Clerk Maxwell 13 giugno 1831 – 5 novembre 1879

Grossi/Venturino

Cos’è un’onda?

Un onda è una perturbazione che si propaga nello spazio e che può trasportare energia

da un punto all'altro.

Tale perturbazione è costituita dalla variazione di qualunque grandezza fisica (es. pressione, temperatura, intensità del

campo elettrico, posizione, ...)


Esempio: corda vibrante


http://fisicaondemusica.unimore.it



Si definisce frequenza dell’onda il numero di

oscillazioni compiute dal pallino blu in un secondo

Si defisce periodo il tempo necessario al pallino blu a compiere un’oscillazione

completa

FP

RER

EQIODO 1

UENZA=



LUNGHEZZA D’ONDA

CRESTA (DORSO O SOMMITA’)

GOLA (CAVO O VALLE)

AMPIEZZA MASSIMA (DI PICCO)

LUNGHEZZA D’ONDA


Qual’è la velocità con cui si propaga l’onda?



Qual’è la velocità con cui si propaga l’onda?


LUNGHEZZA D'ONDA [metri]VELOCITA' [metri al secondo]PERIODO [secondi]

oppure

VELOCITA' LUNGHEZZA D'ONDA FREQUENZA

=

= ×

Esempio: onda marina


Cos’è un onda elettromagnetica?


E’ una perturbazione di natura elettrica e magnetica che si propaga nello spazio e che può trasportare energia da un punto all'altro.

Tale perturbazione è costituita dalla vibrazione simultanea di due enti immateriali detti campo

elettrico e magnetico attorno alla loro posizione di equilibrio.

Esempi di onde elettromagnetiche

La luce emessa dal sole o da qualunque sorgente in grado di illuminare gli oggetti (è ciò che chiamiamo luce visibile).

Le radiazioni infrarosse emesse dal termosifone o dai nostri corpi per il solo fatto di essere ad una certa temperatura.

Le microonde usate per scaldare rapidamente le vivande.

Le onde radio per mezzo delle quali sono possibili tutte le moderne telecomunicazioni (radio, televisione, cellulari...).

I raggi ultravioletti responsabili della "tintarella" estiva.

I raggi X utilizzati in medicina per la radiografia delle ossa.


Esempi di sorgenti elettromagnetiche


Campo elettrico

Si prenda una penna di plastica e la si strofini su della lana per qualche secondo. Avvicinando la penna ad alcuni pezzetti di carta questi verranno attratti già quando sono a 4-5 centimetri di distanza dalla penna.

Attorno alla plastica strofinata si è creato un Campo Elettrico il cui effetto è attrarre un qualsiasi pezzetto di carta posto nelle sue vicinanze.

L’azione di “attrazione” esercitata dal campo elettrico sul pezzo di carta diminuisce al crescere della distanza con legge quadratica (legge di Coulomb).

Il campo elettrico si misura in “volt/metro”.


Campo elettrico


Cariche dello stesso segno si respingono

Cariche di segno opposto si attraggono

Grossi/Venturino

Campo elettrico


Il panno perde elettroni e si carica positivamente, mentre la penna ne acquista e si carica negativamente.

La penna carica negativamente induce una carica positiva sul

foglio di carta. Siccome cariche opposte si attraggono, la carta

viene attratta dalla penna.

Grossi/Venturino

Campo magnetico

Si prenda una calamita e si disponga della limatura di ferro intorno la calamita. Si osserva che la limatura di ferro è attratta dalla calamita posta al centro.

Attorno alla calamita è presente un Campo Magnetico il cui effetto è attrarre pezzi di metallo posti nelle vicinanze.

L’azione di “attrazione” esercitata dal campo magnetico sui pezzi di metallo diminuisce al crescere della distanza con legge quadratica (legge di Coulomb).

Il campo magnetico si misura in “Tesla”.Corso di Telecomunicazioni - AA 2011/2012 81Grossi/Venturino

Campo magnetico


Esempio: la bussola magnetica

La bussola è uno strumento per l'individuazione dei punti cardinali.

È provvista di un ago calamitato che, libero di girare su di un perno, si allinea lungo le linee magnetiche del campo terrestre indicando così la direzione nord-sud.


Come si genera un onda elettromagnetica?

Una carica elettrica in movimento produce sia un campo elettrico (blu) che un campo magnetico (rosso) perpendicolari tra loro.

Il campo elettromagnetico oscilla alla stessa frequenza della carica elettrica, e si propaga nello spazio circostante.


Carica elettrica che oscilla a frequenza f su un’antenna filiforme

Onda elettromagnetica che si propaga nello spazio

Grossi/Venturino

Caratteristiche di un onda EM


1periodo=frequenza

lunghezza d'ondavelocità = =lunghezza d'onda x frequenza periodo

Grossi/Venturino

Lo spettro elettromagnetico


Caratteristiche di un onda EM


Si può pensare l'onda elettromagnetica come un flusso di energia, che si propaga sotto forma di campi elettrici e magnetici.

L'intensità di un'onda elettromagnetica è l'energia che attraversa in ogni secondo una superficie di un metro quadrato.

L'intensità è proporzionale al prodotto delle ampiezze del campo elettrico e del campo magnetico.

Grossi/Venturino

Propagazione del campo EM

Il campo elettromagnetico si propaga nel vuoto con la velocità di circa 300000 Km/s


Tragitto Distanza Tempo di percorrenza

Roma – Napoli 220 Km 0.0007 secondiRoma – New York 6640 Km 0.021 secondi

Terra – Luna 384.400 Km 1.28 secondiTerra – Marte 56.000.000 Km 3.11 minutiTerra – Sole 149.597.870 km 8.13 minuti

Grossi/Venturino

NOTA: Conversione Km/s, m/s, Km/h


3

8

8

1 Km = 1000 m = 10 m300000 Km/s = 300000×1000 m/s

= 300000000 m/s = 3×10 m/s

1 h = 3600 s300000 Km/s =300000×3600 Km/h

= 1080000000 Km/h = 10.8×10 Km/h

Propagazione del campo EM

La velocità di propagazione in un mezzo materiale è inferiore a quella del vuoto (intuitivamente, un mezzo materiale oppone una resistenza al passaggio dell’onda elettromagnetica).

L’indice di rifrazione è una proprietà specifica del mezzo e può variare con la frequenza

Nell’aria l’indice di rifrazione è circa 1.0003.


1materiale mezzo nel velocità

vuotonel velocitàrifrazione indice ≥=

Grossi/Venturino

Ricezione del campo EM

L’intensità del campo elettromagnetico si attenua con legge quadratica al crescere della distanza.

Se un campo elettromagnetico colpisce un’antenna ricevente (un pezzo di ferro), è in grado di far oscillare gli elettroni presenti.

Sull’antenna ricevente si osserva una corrente, la cui intensità è proporzionale all’intensità del campo elettro-magnetico incidente.


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Il telegrafo senza fili di Marconi (1897)

La prima trasmissione di un segnale Morse su onde radio è realizzata a

Pontecchio (Bologna). Nell’esperimento è telegrafata una “s” (“...” secondo il codice Morse)

dalla stazione trasmittente in figura ad una stazione ricevente posta

dietro una collina.


Guglielmo Marconi 25 aprile 1874 – 20 luglio 1937

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Vantaggi del radiotelegrafo

Possibilità di installare una stazione telegrafica in luoghi isolati o sulle navi.

L’uso del radiotelegrafo ha permesso la trasmissione della richiesta di soccorso da parte del Titanic, consentendo ad altre navi di venire in soccorso dei naufraghi.

Il disastro del Titanic (Aprile 1912) ha reso evidente l'utilità del mezzo radiotelegrafico in mare, il cui uso è stato disciplinato per la prima volta dalla conferenza internazionale di Londra del 1914 sulla sicurezza marittima.


La nascita della radio

Il principio alla base del radiotelegrafo fu esteso ed adattato alla trasmissione della voce.

Il 23 Dicembre 1900, l’inventore canadese Reginald Fessenden riesce a trasmettere a circa un chilometro e mezzo di distanza, un breve messaggio vocale: "Uno, due, tre, quattro, nevica lì dove siete voi signor Thiesen? Se sì, volete telegrafarmi?".

Il 24 dicembre 1906 Fessenden trasmette il primo programma radiofonico della storia: parole e musica vennero udite nel raggio di 25 km dalla stazione trasmittente situata a Brant Rock sulla costa del Massachusetts.


Modulazione di ampiezza


La voce viene usata per variare l’ampiezza del campo elettromagnetico trasmesso.

In ricezione, osservando le variazioni del campo elettromagnetico è possibile riprodurre il segnale vocale trasmesso.

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Vantaggi della radio

E’ possibile trasmettere informazioni in tempo reale anche in zone non raggiunte dal telegrafo.

E’ possibile raggiungere simultaneamente un gran numero di persone (broadcast).

I terminali riceventi sono economici e di dimensioni contenute.


Lo spettro radio


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Il telefono di Meucci (1856)

Le vibrazioni di una membrana possono variare l’intensità di corrente. Gli impulsi elettrici sono condotti ad un

apparato gemello che riproduce le vibrazioni originali.


Antonio Santi Giuseppe Meucci13 aprile 1808 – 18 ottobre 1889

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Curiosità storica

Nel 1849 Antonio Meucci realizza il primo vero apparecchio telefonico alimentato a batteria, dotato di auricolare, ricevitore e microfono.

Meucci era troppo povero per brevettare immediatamente l'invenzione. Nel 1871, grazie al suo lavoro come elettricista presso un teatro di New

York, trova i soldi per perfezionare il suo apparecchio e grazie ad un prestito di 20 dollari ottiene un brevetto provvisorio.

Nel 1876 l'americano Alexander Graham Bell realizza e brevetta un apparecchio molto simile a quello di Meucci.

Bell trova finanziatori e fondi sufficienti a fare del suo apparecchio uno strumento ambito e della Compagnia Bell un vero impero economico.

Nel 1878 a New York venne realizzata la prima piccolissima rete telefonica tra diversi utenti basata su un centralino da cui un'operatrice instradava le diverse chiamate.

Nel 2002 il Congresso degli Stati Uniti, con la risoluzione 269, ha dichiarato che se Meucci avesse avuto i soldi per pagare il brevetto, Alexander Graham Bell non avrebbe potuto acquistare il brevetto e che il lavoro di Antonio Meucci nell'invenzione del telefono deve essere riconosciuto.


Diffusione del telefono

Il telefono fu un mezzo di comunicazione rivoluzionario per i nostri antenati quando cominciò a diffondersi.

Sentire arrivare lontano la propria voce parlando normalmente sembrò quasi una magia, tanto da suscitare inizialmente diffidenza e perplessità, anche da parte degli esperti.

Seguono due episodi riportati da riviste tecniche, i cui protagonisti sono persone che si avvicinano per la prima volta a questa tecnologia.



Il primo racconta di un agricoltore, che si trova costretto suo malgrado a servirsi del telefono. Gli si avvicina timidamente, lo scruta con cautela, poi prende una matita e scrive qualcosa su un pezzo di carta.


“… quindi arrotolò il foglio di carta cercando di spingerlo nell'apertura del microfono. Non riuscendoci con le dita, prese

la matita e lo spinse dentro a forza danneggiando la lamina vibrante e poi, tutto compiaciuto, si sedette in attesa di una risposta. Dopo una decina di minuti iniziò a scoraggiarsi, e

pensando di aver trasmesso il messaggio sulla linea sbagliata ne scrisse un altro e lo spinse dentro il ricevitore, premendo

sino in fondo come se stesse infilando una pallottola nel fucile, per essere ben certo che funzionasse.”

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Il secondo episodio vede protagonista il fattorino di un'azienda di Aberdeen a cui è stato chiesto di badare al telefono in assenza del padrone.


“ Rispondendo alla consueta domanda ...Pronto?..., egli fece un cenno di assenso con il capo. La domanda fu riformulata una seconda volta, e poi un'altra, e ogni volta il ragazzo rispondeva facendo cenno con il capo. Sentendosi ripetere la domanda per la quarta volta, il ragazzo perse la pazienza e strillò nell'apparecchio: ...E che, sei cieco? E' mezz'ora che faccio si con la

testa!...”

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Come per il telegrafo, gli usi del telefono alla fine del diciannovesimo secolo sono sostanzialmente professionali.

All'inizio del ventesimo secolo l'uso comincia ad estendersi all'ambito familiare, dapprima con gli uomini d'affari che vogliono essere collegati con l'ufficio anche nella casa di vacanza, poi per permettere alla padrona di casa di mettersi in contatto rapidamente con commercianti e fornitori.

Lentamente cominciano a prendere piede anche le chiamate di cortesia o di chiacchiere (un uso inizialmente considerato superfluo e secondario dalle compagnie telefoniche).



Nel 1881 negli Stati Uniti si contano già 123 mila apparecchi telefonici.

Oggi il sistema telefonico mondiale consta di cavi per milioni di chilometri che raggiungono ogni lato del pianeta.

Il telefono è stato il primo strumento di telecomunicazione personale.


Diffusione del telefono in Italia


Fonte ISTAT (numeri in migliaia)

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Esempi di apparecchi telefonici degli inizi del ‘900


Centrale telefonica di New York nel 1910


Centralino telefonico a commutazione manuale


Le comunicazioni satellitari

Nel 1960, gli USA lanciano il primo satellite per telecomunicazioni, Echo 1A, con il quale i ricercatori dei Bell Lab sperimentano la trasmissione intercontinentale di segnali radio con riflessione satellitare.

Due anni dopo viene messo in orbita Telstar 1, il primo satellite per telecomunicazioni commerciali, in grado di trasmettere 600 conversazioni telefoniche.


TELSTAR 1

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Claude Shannon: il padre delle moderne telecomunicazioni (1948)


Claude Shannon intuisce che un segnale può essere rappresentato mediante una sequenza di bit (ovvero 0 e 1).

Si associa ad ogni bit un segnale elettrico (modulazione) che viene poi trasmesso con un normale apparato telefonico.

In ricezione, un circuito di demodulazione ``ascolta’’ il segnale ricevuto e ricostruisce i bit trasmessi.

Oggi la rete telefonica/telegrafica è usata per trasmettere dati, video, immagini, voce, etc.

COME ?

Claude Elwood Shannon30 aprile 1916 – 24 febbraio 2001

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Come è fatto un apparato di telecomunicazione digitale?


Conversione analogico/digitale

Crittografia & Codifica

Conversione digitale/analogico

Decodifica & Decifrazione Demodulazione

Chiave Crittografica

Canale di Trasmissione

Modulazione

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Le telecomunicazioni digitali

Il trasferimento di informazione avviene attraverso: il trasporto di flussi di energia come la corrente

elettrica o le radiazioni elettromagnetiche di varia frequenza (onde radio, microonde, raggi infrarossi, onde luminose);

un mezzo che può essere fisico (un cavo) o immateriale (l’etere).


Le telecomunicazioni digitali

Vantaggi Portata molto ampia: pensiamo alle comunicazioni

con le lontanissime sonde in giro per il nostro sistema solare.

Velocità: l'energia viaggia molto più rapidamente della materia ed, in alcune forme, è in grado di superare molti ostacoli.

Flessibilità: permettono di veicolare su uno stesso canale dati fra loro diversi (immagini, suoni, testo).

Robustezza: vengono trasmesse informazioni binarie, ed eventuali errori di trasmissioni sono facili da rilevare e correggere.

Sicurezza: è possile garantire l’integrità e la segretezza delle informazioni trasmesse.


Esempi di sistemi di telecomunicazioni digitale

I sistemi di telefonia mobile di seconda generazione (GSM) e di terza generazione (UMTS, HSDPA)

I sistemi di telefonia satellitare I sistemi di navigazione satellitare (GPS) La televisione digitale satellitare La televisione digitale terrestre Internet (web browsing, email, chat, blog, etc) CD audio, DVD video


Telecomunicazioni & Informatica

La rivoluzione delle comunicazione digitali è stata possibile grazie allo sviluppo delle tecnologie microelettroniche (micro-processore, memorie, e sistemi di elaborazione dell’informazioni) e allo sviluppo delle tecnologie informatiche (sistemi operativi, applicativi software).

L’incontro fra le “telecomunicazioni” e gli elaboratori elettronici avviene intorno al 1960.

Oggi il mondo delle telecomunicazioni e dell’informatica sono inscindibili.


Information and CommunicationTecnology (ICT) Con ICT si è soliti indicare l'insieme delle tecnologie

che consentono di elaborare e comunicare l'informazione attraverso mezzi digitali.

Rientrano in quest'ambito lo studio, la progettazione, lo sviluppo, la realizzazione, il supporto e la gestione dei sistemi informativi e di telecomunicazione computerizzati, anche con attenzione alle applicazioni software e ai componenti hardware che le ospitano.

Il fine ultimo dell'ICT è la manipolazione dei dati tramite conversione, immagazzinamento, protezione, trasmissione e recupero sicuro delle informazioni.


Informatica

Informatica è l’acronimo di Informazione & Automatica.

L’Informatica si occupa dell’elaborazione automatica delle informazioni e dei dati.

Per l’elaborazione automatica serve : una macchina (hardware) un programma (software) le informazioni


Informatica

Se manca uno di questi componenti non si può parlare di elaborazione automatica delle informazioni. Se manca la macchina viene meno il

componente che elabora. Se manca il programma non si hanno le

istruzioni per automatizzare l’elaborazione. Se mancano le informazioni non si sa cosa

elaborare.


ENIAC (Electronic NumericalIntegrator And Computer)

Progettato e realizzato fra 1943 e il 1946, conteneva 18.000 valvole, 1500 relè, 70.000 resistori, 10.000 condensatori.

Occupava una stanza di grandi dimensioni, 9 x 30 metri, per una superficie complessiva di 180 m2, e pesava 30 tonnellate.

Assorbiva tanta energia elettrica che, alla sua prima messa in funzione, causò un black-out nel quartiere ovest di Filadelfia.

Era prevista una spesa iniziale di $61700, ma a lavori ultimati furono spesi $486804, otto volte la spesa preventivata.

Fu voluto e finanziato dall’esercito degli USA per risolvere i problemi di calcolo balistico per il lancio dei proiettili d'artiglieria.




Relè

Valvola

Resistenze

Condensatore

Il transistor

Il transistor (acronimo di transfer-resistor, «trasferitore di resistenza»), è un dispositivo a stato solido formato da semiconduttori.

Esso è usato per amplificare o modificare segnali elettrici.

Il primo prototipo funzionante fu realizzato nel 1947.


Evoluzione del transistor


Microprocessore

Il microprocessore è utilizzato dalla quasi totalità dei computer e in altri dispositivi digitali (come ad esempio telefoni cellulari, stampanti, scanner).

E’ il "motore" di elaborazione dati, racchiuso in un unico circuito integrato, in grado di leggere, elaborare e scrivere informazioni in memorie o altri dispositivi digitali.

La costruzione dei microprocessori fu resa possibile dall'avvento della tecnologia LSI (Large Scale Integration) che permetteva di istallare più transistori su un unico supporto (chip), riducendo così i costi dei calcolatori.

Dalla loro introduzione ad oggi, l'evoluzione del microprocessore ha seguito con buona approssimazione la legge di Moore, una legge esponenziale che prevede il raddoppio del numero di transistor integrabili sullo stesso chip ogni circa 24 mesi.


Legge di Moore


Esempi di microprocessori


I computer oggi


Computer e telecomunicazioni


ELEMENTI BASE DI UN SISTEMA DI

TELECOMUNICAZIONE


Schema di principio di un sistema di telecomunicazioni


sorgente canale destinatario

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Segnali: fonia

Segnali: dati, video,audio, ecc.

Canale: linea telefonica,fibra ottica, satellite, ecc.

Canale: linea telefonica,fibra ottica, satellite, ecc.

Connessione punto-punto


Connessione punto-multipunto


Segnali: video & audio

Canale: Spazio libero inbande VHF/UHF, canale satellitare, cavo, fibra ottica.

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Connessione multipunto-punto


Segnale: fonia, dati, SMS, ecc.

Canale: spazio liberoin banda UHF.

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Domande

Come descrivere e caratterizzare il messaggio emesso dalla sorgente?

Quali sono i canali di comunicazioni che possiamo usare?

Come trasmettere il messaggio sul canale? Come descrivere gli effetti del canale? Come interpretare l’uscita del canale?


sorgente canale destinatario

Grossi/Venturino

Messaggio sorgente

Il messaggio emesso dalla sorgente descrive un fenomeno fisico che evolve nel tempo e/o nello spazio.

Il messaggio è un segnale che varia nel tempo (voce, suoni, dati immessi con la tastiera di un elaboratore) o nello spazio (immagini, testi scritti) o simultaneamente nel tempo e nello spazio (video).


Classificazione delle sorgenti

Le sorgenti posso essere classificate in base al tipo di segnale che esse producono: sorgenti analogiche emettono un segnale

continuo che può assumere un numero infinito di valori (segnale analogico);

sorgenti digitali emettono una sequenza di simboli ed ogni simbolo può assumere un numero finito di valori (segnale digitale).


Esempio sorgente: termometro


Analogico Digitale

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Trasmettitore/Ricevitore


Il messaggio emesso dalla sorgente in genere non può essere inviato direttamente al canale di comunicazione è necessario “adattare” il messaggio da trasmettere alle caratteristiche fisiche del canale (cf. blocco trasmettitore)

Il segnale in uscita dal canale può non essere intellegibile all’utente finale è necessario “convertire” l’uscita del canale fisico in una forma che sia facilmente comprensibile dall’utente finale (cf. blocco ricevitore)

sorgente canale fisicotrasmettitore

destinatario ricevitoreCANALE LOGICO

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Esempio: comunicazione telefonica

Il canale logico che collega due utenti terminali può essere costituito dalla cascata di più canali fisici disomogenei.

Su ogni tratta sono trasmessi segnali di natura diversa: acustico, elettrico, luminoso, elettromagnetico.

I segnali sono variazioni di grandezze fisiche che trasportano informazioni.


Esempio: comunicazione telefonica

Durante il processo di comunicazione il messaggio emesso dalla sorgente è convertito in segnali di natura diversa in ragione del tipo di canale utilizzato.

Durante questo processo di conversione, il contenuto informativo associato al messaggio deve essere preservato.

La presenza di disturbi esterni, quali interferenze, rumore, diafonie e distorsioni, possono alterare la forma dei segnali trasmessi e quindi il contenuto informativo del messaggio.


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