INDICE - thegiorgio...VII PRESENTAZIONE La nuova edizione del Corso di Telecomunicazioniè motivata...

III

INDICE

MODULO 1 INTRODUZIONE AI SISTEMI DI TRASMISSIONE

UNITÀ 1 Concetti fondamentali ................ 2

1 Introduzione....................................................................................... 3

2 Organismi internazionali.............................................................. 3

3 Schema a blocchi di un sistema di telecomunicazioni ... 63.1 Sorgenti informative............................................................ 63.2 Rappresentazione dei segnali .......................................... 73.3 Trasmettitore e ricevitore .................................................. 11

4 Degradazione del segnale trasmesso ...................................... 14

In sintesi..................................................................................................... 15Verifica dell’unità .................................................................................. 16

UNITÀ 2 Teoria dei quadripoli ..................... 17

1 Blocchi funzionali........................................................................... 181.1 Classificazione dei blocchi funzionali ........................ 18

2 Bipoli .................................................................................................... 19

3 Quadripoli........................................................................................... 213.1 Impedenze caratteristiche di un quadripolo.............. 23

4 Unità logaritmiche di trasmissione.......................................... 27

5 Quadripoli in cascata ..................................................................... 29

6 Attenuazioni caratteristiche di un quadripolo passivo.... 31

7 Condizioni di adattamento in una cascata di quadripoli....................................................................................... 37

8 Livelli ................................................................................................... 37


MODULO 2 ONDE ELETTROMAGNETICHE

UNITÀ 1 Proprietà delle ondeelettromagnetiche ............................. 46

1 Teoria elettromagnetica di Maxwell ....................................... 47

1.1 Velocità delle onde elettromagnetiche ........................ 49

2 Propagazione delle onde elettromagnetiche ........................ 50

2.1 Propagazione delle onde elettromagnetiche

in un mezzo illimitato privo di perdite ...................... 50

2.2 Propagazione delle onde elettromagnetiche

in un mezzo illimitato con perdite ............................... 53

3 Fronte d’onda.................................................................................... 53

4 Ottica geometrica e teoria elettromagnetica........................ 54

4.1 Onda piana incidente normalmente

su un conduttore piano...................................................... 54

4.2 Impedenza d’onda............................................................... 56

4.3 Onda piana incidente normalmente

su un dielettrico.................................................................... 56

4.4 Onda piana obliqua incidente

su un conduttore piano...................................................... 59

4.5 Onda piana obliqua incidente

su un dielettrico piano....................................................... 60

5 Polarizzazione, diffrazione e interferenza

delle onde elettromagnetiche piane......................................... 63

6 Energia di un’onda elettromagnetica...................................... 65

In sintesi..................................................................................................... 67

Verifica dell’unità .................................................................................. 68

UNITÀ 2 Propagazione delle ondeguidate ................................................................ 69

1 Tipi d’onda guidate fondamentali ............................................ 70

2 Linee di trasmissione..................................................................... 712.1 Modello elettrico di una linea

di trasmissione reale........................................................... 722.2 Corrente e tensione in una linea

di trasmissione ...................................................................... 752.3 Linea di lunghezza infinita. Regime

progressivo ............................................................................. 762.4 Linea ideale............................................................................ 782.5 Linea di lunghezza finita chiusa su un carico

qualunque................................................................................ 802.6 Impedenza in un punto qualsiasi

della linea................................................................................ 852.7 Regime stazionario ............................................................. 872.8 Rapporto d’onda stazionaria (R.O.S.) ........................ 892.9 Linea adattata ........................................................................ 922.10 Linea in cortocircuito ..................................................... 922.11 Linea aperta ........................................................................ 942.12 Diagramma di Smith....................................................... 962.13 Adattamento di impedenza .......................................... 1022.14 Adattamento con trasformatore in quarto d’onda 1032.15 Adattamento con stub..................................................... 103

3 Guide d’onda..................................................................................... 1053.1 Guida d’onda rettangolare ............................................... 1073.2 Propagazione nelle guide d’onda

rettangolari.............................................................................. 1083.3 Velocità di gruppo e velocità di fase .......................... 1133.4 Modi di propagazione superiori nelle

guide d’onda rettangolari ................................................. 1143.5 Dimensionamento delle guide d’onda rettangolari 1163.6 Guide d’onde circolari ...................................................... 1173.7 Analogia di una guida d’onda con una linea

di trasmissione ...................................................................... 1183.8 Sistemi di eccitazione e prelievo per guide

d’onda....................................................................................... 1223.9 Componenti per guide d’onda ....................................... 123


UNITÀ 3 Antenne ............................................................. 132

1 Introduzione....................................................................................... 133

2 Diagrammi di radiazione ............................................................. 134

3 Parametri delle antenne trasmittenti ....................................... 1363.1 Direttività ................................................................................ 1363.2 Guadagno ................................................................................ 1363.3 Efficienza ................................................................................ 1373.4 Resistenza di radiazione................................................... 138

4 Effetto del suolo e principio delle immagini ...................... 139

5 Dipolo hertziano .............................................................................. 1405.1 Alimentazione del dipolo hertziano ............................ 1435.2 Dipolo ripiegato ................................................................... 144

6 Dipolo marconiano ......................................................................... 1456.1 Antenne ground-plane....................................................... 151

7 Larghezza di banda di un’antenna........................................... 152

8 Antenne riceventi ............................................................................ 153

9 Antenne direttive ............................................................................. 1549.1 Allineamento di dipoli ...................................................... 1569.2 Superficie riflettente........................................................... 1609.3 Cortina di dipoli ................................................................... 1619.4 Antenne a diedro.................................................................. 1629.5 Antenne a elica ..................................................................... 163

10 Antenne per radiocollegamenti................................................ 16310.1 Antenna a paraboloide ................................................... 16410.2 Antenne a tromba – Antenna Horn

reflector – Antenna Cassegrain .................................. 165


UNITÀ 4 Onde radio ..................................................... 169

1 Classificazione delle onde radio............................................... 170

2 Propragazione delle onde radio................................................. 1712.1 Onde terrestri superficiali ................................................ 1722.2 Onde spaziali ......................................................................... 173


MODULO 3 SEGNALI ACUSTICI E OTTICI

UNITÀ 1 Trasduzione di segnali acustici ................................................................ 180

1 Il suono ................................................................................................ 1811.1 Caratteristiche fisiche del suono................................... 182

2 Trasmissione della voce umana ................................................ 1862.1 Propagazione del suono.................................................... 186

3 Trasduzione acustico-elettrica ................................................... 1873.1 Classificazione dei microfoni ........................................ 1873.2 Parametri caratteristici dei microfoni ......................... 1883.3 Microfoni a spostamento.................................................. 1913.4 Microfoni a velocità ........................................................... 1943.5 Microfono a carbone.......................................................... 1953.6 Radiomicrofoni..................................................................... 199

4 Trasduzione elettro-acustica ....................................................... 1994.1 Altoparlante............................................................................ 1994.2 Altoparlante magnetodinamico

a bobina mobile.................................................................... 201

INDICE

IV

4.3 Altoparlante a tromba........................................................ 2014.4 Altoparlante elettrostatico................................................ 204


UNITÀ 2 Trasduzione di segnali ottici ....................................................................... 208

1 La luce.................................................................................................. 2091.1 Velocità, lunghezza d’onda e frequenza

della luce ................................................................................. 209

2 Caratteristiche fisiologiche dell’occhio umano ................. 210

3 Trasduzione ottico-elettrica ........................................................ 2113.1 Tubi da ripresa televisiva................................................. 2113.2 Sensori CCD.......................................................................... 214

4 Trasduzione elettro-ottica ............................................................ 2194.1 Tubo a raggi catodici ......................................................... 2194.2 Schermi al plasma............................................................... 2214.3 Shermi LCD........................................................................... 224


MODULO 4 MEZZI TRASMISSIVI FISICI

UNITÀ 1 Cavi in rame ................................................ 232

1 Introduzione....................................................................................... 233

2 Cavi in rame a coppie ................................................................... 2332.1 Parametri caratteristici di un cavo in rame

a coppie o a quarte in rame............................................. 235

3 Cavi coassiali .................................................................................... 238


UNITÀ 2 Fibre ottiche ................................................ 242

1 La luce come portante trasmissivo .......................................... 243

2 Collegamento in fibra ottica....................................................... 243

3 Richiami sulla teoria della propagazione guidatadella luce ............................................................................................. 244

4 Struttura e principio di funzionamento della trasmissione su fibra ottica .............................................. 245

5 Attenuazione nelle fibre ottiche................................................ 2485.1 Perdite intrinseche............................................................... 2485.2 Perdite estrinseche .............................................................. 250

6 Fibre ottiche per telecomunicazioni........................................ 2546.1 Fibre ottiche multimodo................................................... 2546.2 Fibre ottiche monomodo .................................................. 256

7 Dispersione nelle fibre ottiche................................................... 2587.1 Dispersione di guida d’onda........................................... 2587.2 Dispersione del materiale ................................................ 2587.3 Dispersione cromatica....................................................... 259

8 Larghezza di banda......................................................................... 260

9 Tecnologia delle fibre ottiche .................................................... 2639.1 Materiali impiagati.............................................................. 2639.2 Tecniche di costruzione di una fibra ottica .............. 2639.3 Processo di filatura e di protezione primaria .......... 2669.4 Protezione secondaria........................................................ 2669.5 Cavi ottici................................................................................ 267


UNITÀ 3 Dispositivi optoelettronici per fibre ottiche ................................... 271

1 Generalità............................................................................................ 272

2 Dispositivi fotoemettitori............................................................. 2722.1 Richiami di fisica dei semiconduttori ........................ 2722.2 Emissione spontanea e stimolata.................................. 2742.3 Diodo LED............................................................................. 2752.4 Diodo laser ............................................................................. 278

3 Amplificatori ottici ......................................................................... 2853.1 Parametri caratteristici di un amplificatore

ottico.......................................................................................... 2853.2 Tipi di amplificatori ottici ............................................... 2863.3 Amplificatori a non linearità in fibra.......................... 287

4 Dispositivi fotorivelatori .............................................................. 2884.1 Fotorivelatori PIN ............................................................... 2884.2 Fotorivelatori APD.............................................................. 290


MODULO 5 FONDAMENTI DI TELEFONIA

UNITÀ 1 Principi generali .................................... 294

1 Principio di funzionamento del telefono di Meucci ........ 295

2 L’apparecchio telefonico.............................................................. 296

3 Caratteristiche dei collegamenti telefonici........................... 2993.1 Equivalente............................................................................. 3003.2 Tempo di propagazione .................................................... 3013.3 Distorsioni .............................................................................. 3013.4 Rumore..................................................................................... 3023.5 Psofometro.............................................................................. 3063.6 Diafonia ................................................................................... 306


INDICE

V

INDICE

VI

UNITÀ 2 Rete telefonica nazionale .......................................................... 313

1 Generalità sulle reti di telecomunicazioni............................ 314

2 Commutazione.................................................................................. 3152.1 Operazioni svolte da una centrale

di commutazione.................................................................. 3152.2 Struttura di un autocommutatore.................................. 3162.3 Evoluzione degli autocommutatori.............................. 3182.4 Segnalazione.......................................................................... 319

3 Piano Regolatore delle Telecomunicazioni.......................... 319

4 Evoluzione della rete di telecomunicazioni......................... 3224.1 Rete di accesso ..................................................................... 3224.2 Architettura della rete di commutazione................... 3244.3 Rete di trasporto................................................................... 3264.4 Disciplina della numerazione

delle telecomunicazioni .................................................... 326


UNITÀ 3 Nozioni di traffico telefonico..... 331

1 Introduzione....................................................................................... 332

2 Utenti e risorse ................................................................................. 332

3 La congestione.................................................................................. 332

4 Criteri di dimensionamento di una rete

di telecomunicazioni ...................................................................... 333

5 Generazione del traffico............................................................... 333

5.1 Intensità di traffico.............................................................. 334

In sintesi..................................................................................................... 341

Verifica dell’unità .................................................................................. 342

SOLUZIONI ..................................................................................... 343

INDICE ANALITICO ............................................................... 356

VII

PRESENTAZIONE

La nuova edizione del Corso di Telecomunicazioni è motivata sia dalla necessità di aggiornare e rinnovarei contenuti per rispondere alla costante evoluzione del sistema delle telecomunicazioni, sia dalla scelta di pro-porre un testo in edizione mista (volumi + materiale in formato digitale), in aderenza alle recenti indicazioniministeriali.Il corso, strutturato in due volumi e in un CD-ROM, propone un percorso formativo che evidenzia gli aspettifondanti della disciplina e ne mette in luce i caratteri più innovativi, attraverso una didattica attenta ai ritmi diapprendimento degli studenti. Il primo volume tratta gli argomenti basilari delle telecomunicazioni, il secondo ha l’obiettivo di fornire aglistudenti una guida per lo studio dei principi e delle tecniche su cui si basano i moderni sistemi di telecomuni-cazioni.La nuova edizione ripropone la suddivisione in Moduli e Unità del testo precedente. L’apparato didattico, giàconsistente nella prima edizione, è stato ulteriormente potenziato. Ciascuna Unità si apre con una pagina in cui sono esplicitati prerequisiti e obiettivi e si chiude con una sinte-si e un breve test di verifica; una ricca sezione di esercizi risolti e proposti relativi ai contenuti trattati nell’u-nità è riportata nel CD-ROM.

Il CD-ROM è parte integrante del corso e contiene materiale utile per il consolidamento e la verifica dell’ap-prendimento. È suddiviso in:

• una sezione di Esercizi e Verifiche in cui sono riportati gli esercizi risolti e proposti di ciascuna unità, eser-cizi riepilogativi di modulo, test e verifiche di modulo, temi d’Esame svolti e simulati;

• una sezione di Approfondimenti, in cui vengono approfonditi aspetti tecnici, storici e normativi, che con-sente agli studenti di personalizzare i percorsi di apprendimento;

• una sezione di Laboratorio che propone una serie di approfondimenti tecnico pratici (laboratorio di misu-re, laboratorio CISCO, laboratorio di radiotecnica) e le tradizionali Esercitazioni di laboratorio da svolge-re secondo due diverse metodologie: il laboratorio reale e il laboratorio virtuale che utilizza il programmadi simulazione VisSimm/Comm, mediante il quale è possibile effettuare l’analisi dei circuiti attraverso mo-delli che ne simulano il comportamento.

PRESENTAZIONE

VIII

A Simone e Michela

“Il progresso oggi percorre rapidissimo la sua strada, lasciando alle spalle chi non lo segue o chi crede di essere arrivato al massimo del suo sapere.Guai a chi si ferma. Da quell’istante l’uomo, anche se giovane, invecchia rapidamente, mentre si manterrà sempre giovane, anche in tarda età, chi avrà saputo costantemente aggiornarsi.”

Il Volume 1 tratta gli argomenti basilari delle telecomunicazioni ed è strutturato in 5 Moduli, a loro voltasuddivisi complessivamente in 14 Unità.

Il primo Modulo, dopo un’introduzione sulle telecomunicazioni, illustra i compiti delle principali organizza-zioni internazionali che regolano il settore e tratta i blocchi funzionali utilizzati per rappresentare i sistemi ditelecomunicazioni (bipoli e quadripoli) e i parametri che li caratterizzano.

Nel secondo Modulo vengono trattate la teoria generale delle onde elettromagnetiche, le linee di trasmissio-ne e le guide d’onda, le antenne e la propagazione del campo elettromagnetico nello spazio libero.

Nel terzo Modulo, dopo un’introduzione di carattere generale sul suono, sono trattate le trasduzioni acustico-elettrica ed elettro-acustica, analizzando gli altoparlanti e i microfoni di più comune interesse.La seconda parte del Modulo è dedicata alla trasduzione ottico-elettrica ed elettro-ottica, con descrizione deitrasduttori più importanti utilizzati nella ripresa e nella riproduzione delle immagini.

Il quarto Modulo descrive i portanti fisici in rame e in fibra ottica. In particolare è sviluppata l’analisi delle fi-bre ottiche con approfondimenti sui parametri che le caratterizzano e i relativi processi di produzione. Sonoinoltre trattati i dispositivi optoelettronici, in modo da avere adeguata visibilità sui moderni sistemi di trasmis-sione a grande capacità che utilizzano le fibre ottiche.

Infine nel quinto Modulo sono introdotti i princìpi generali e i parametri che caratterizzano i collegamenti te-lefonici ed è illustrata la nuova architettura della Rete di Telecomunicazioni realizzata a seguito dell’evoluzio-ne tecnologica (tecniche numeriche), normativa (nuovo Piano Regolatore Nazionale delle Telecomunicazio-ni e nuovo Piano di Numerazione Nazionale) e di mercato (presenza di nuovi gestori). Conclude il Modulo lateoria generale del traffico con particolare riferimento a quello telefonico.

Desidero ringraziare la Casa Editrice per la cura posta nella realizzazione del volume e tutti coloro che, consuggerimenti e osservazioni, intenderanno contribuire al miglioramento dell’opera.

L’Autore

1 INTRODUZIONEAI SISTEMIDI TRASMISSIONE

M O D U L O

C O M P E T E N Z EComprendere le problematiche generalidelle telecomunicazioni.

UN PO’ D I STOR IACon il termine telecomunicazioni si intende l’insieme delletecnologie e dei processi di trasmissione delle informazioni a distanza, sotto forma di segnali elettrici.Anche se la tecnologia che ha portato alla realizzazione della retetelefonica è abbastanza recente (risale a poco più di un secolofa), oggi è possibile entro pochi secondi stabilire un collegamentocon persone dall’altro capo del globo. Dall’invenzione deltelefono, a opera di Meucci, sono seguite varie tappe che hannocondotto all’attuale assetto delle telecomunicazioni:

nel 1901 Guglielmo Marconi dimostrò che le onde radiopotevano essere utilizzate per trasmettere informazioni a lungadistanza, inviando un messaggio oltre l’Oceano Atlantico;nel 1910 Almon Strowger mise a punto un sistema di commutazione automatica in grado di stabilire unacomunicazione telefonica senza l’aiuto di un operatore;nel 1948 William Shockley, John Bardeen e Walter Brattaininventarono il transistor; nel 1965 Charles Kao formulò la teoria secondo la quale le informazioni possono essere trasmesse mediante fibreottiche, oggi impiegate per trasferire enormi quantità di dati ad altissima velocità e che pertanto costituisconol’infrastruttura fondamentale della rete di telecomunicazioni.

Unità 1 Concetti fondamentaliUnità 2 Teoria dei quadripoli

C O N T E N U T I 1. Introduzione

2. Organismi internazionali

3. Schema a blocchi di un sistema di telecomunicazioni

4. Degradazione del segnale trasmesso

P R E R E Q U I S I T I • Saper leggere uno schema a blocchi.

• Essere in grado di individuare i concetti generali di un testo tecnico.

• Conoscere le funzioni trigonometriche.

• Saper operare su un piano cartesiano e su un sistema di riferimento tridimensionale.

O B I E T T I V ISapere • Conoscere gli organismi nazionali e internazionali

che governano le telecomunicazioni.

• Conoscere il concetto di segnale (tipi e caratteristiche) in relazione alla banda occupata.

• Conoscere le parti di un sistema di telecomunicazioni.

• Conoscere gli aspetti generali di degradazione di un segnalenelle telecomunicazioni.

Sapere fare • Individuare i blocchi, i parametri, le relazioni che descrivono un sistema di telecomunicazioni.

• Saper calcolare i parametri di un segnale e la banda occupata.

1U N I T À

CONCETTIFONDAMENTALI

CONCETTI FONDAMENTALI UNITÀ 1

3

Introduzione

Con il termine telecomunicazioni si intende lo scambio di informazioni a distanza trasingoli individui o raggruppamenti di essi.Le telecomunicazioni hanno avuto origine con la telegrafia, quando si cominciò a tra-smettere dati codificati (lettere e numeri) sotto forma di impulsi elettrici; nello stessoperiodo venne inventato anche il telefono, mediante il quale prese il via la trasmissionevocale che diede origine alla telefonia.Ben presto sia la telefonia sia la telegrafia, diffondendosi in tutto il mondo, resero possi-bile lo scambio di informazioni anche tra Paesi lontanissimi tra loro, contribuendo note-volmente allo sviluppo della civiltà umana e delle relazioni tra i popoli.In seguito alle brillanti esperienze di Guglielmo Marconi, nasceva successivamenteanche la radio, grazie alla quale le telecomunicazioni ebbero una diffusione di massa,soprattutto per quanto riguarda la radiodiffusione.Negli ultimi anni, inoltre, l’impiego di satelliti artificiali, prima al solo scopo di studia-re le caratteristiche fisiche dello spazio intorno alla Terra, poi per effettuare veri e propricollegamenti, ha segnato una svolta nello sviluppo delle telecomunicazioni a grandedistanza, dimostrando di poter competere con i mezzi tradizionali.Il lancio nello spazio di sonde su altri pianeti, oltre ad aprire orizzonti che qualchedecennio prima erano considerati irraggiungibili, ha consentito di collaudare e svilup-pare le telecomunicazioni interplanetarie, aprendo all’uomo la conquista dello spazio.

Organismi internazionali

La gestione delle telecomunicazioni costituisce un tema di particolare importanza a li-vello internazionale, tanto che tutte le Nazioni hanno sentito la necessità di definirne,nelle sedi opportune (per esempio Nazioni Unite e Comunità Europea), un’adeguata re-golamentazione. Le telecomunicazioni, infatti, costituiscono la risorsa fondamentale delle società postin-dustriali come fu il terreno coltivabile per le società agricole e l’energia per quelle indu-striali.L’organizzazione più autorevole a livello internazionale in materia di telecomunicazio-ni è rappresentata dall’International Telecommunication Union (ITU), la qualecostituisce una delle più antiche agenzie delle Nazioni Unite, essendo stata fondata nel1865 come International Telegraph Union e trasformata nel 1947 in agenziadelle Nazioni Unite.Le funzioni essenziali dell’ITU sono diverse:

– la regolamentazione e la pianificazione delle telecomunicazioni a livello mondiale,definendo gli standard operativi degli apparati e dei sistemi;

– il coordinamento degli studi sulle tecnologie e la relativa diffusione;

– la promozione e lo sviluppo delle telecomunicazioni in tutte le Nazioni Unite e in par-ticolare nei Paesi in via di sviluppo.

1

2

La struttura dell’ITU prevede i seguenti principali organi direttivi (fig. 1):

– ITU-PC: Conferenza dei Plenipotenziari, che rappresenta l’organo supremodell’ITU e ha la facoltà di definire la politica generale dell’Unione e il potere di modi-ficare la Convenzione Internazionale delle Telecomunicazioni, che costituisce il trat-tato base dell’ITU;

– ITU-AC: Consiglio d’Amministrazione, che ha compiti di coordinamentodell’Unione, con particolare riferimento agli aspetti amministrativi e finanziari;

– ITU-GS: Segretariato Generale, con compiti di gestione delle tematiche ammini-strative e finanziarie dell’Unione e di diffusione delle informazioni tecniche all’inter-no dell’ITU;

– ITU-T (Telecommunications Standardization Bureau): effettua studi ed emette racco-mandazioni sulla telefonia, telegrafia, trasmissione dati e telematica (ex CCITT, Co-mité Consultatif International Télégraphique et Téléphonique);

– ITU-R (Radiocommunications Bureau): effettua studi ed emana normative per l’eserci-zio delle radiocomunicazioni (ex CCIR, Comité Consultatif International des Radio-communications);

– ITU-IFRB (International Frequencies Registration Board): assegna le frequenze radioe le posizioni orbitali dei satelliti per telecomunicazioni notificati dalle Amministrazio-ni che ne fanno parte, sulla base di procedure definite nel Regolamento delle Comuni-cazioni (RR), il quale contiene l’insieme delle regole che disciplinano l’utilizzo dellospettro radio e delle orbite dei satelliti geostazionari;

– ITU-TD (Telecommunications Development Bureau): si occupa della cooperazione tec-nica nei Paesi in via di sviluppo.

Altri organismi internazionali di rilievo sono i seguenti:

– ANSI (American National Standards Institute): organismo che formula gli standardamericani;

– ISO (International Standards Organization): organismo per la definizione deglistandard internazionali, di cui è membro l’UNI (Ente Nazionale Italiano di Unifica-zione);

– IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers): organizzazione professionaledegli Stati Uniti;

– IEC (International Electrotechnical Commission): commissione elettrotecnica interna-zionale, di cui è membro il CEI (Comitato Elettrotecnico Italiano);

ITU-GSITU-AC

ITU-T ITU-TD ITU-IFRB

ITU-PC

ITU-R


4

FIGURA 1Struttura dell’ITU.

– ETSI (European Telecommunications Standards Institute): organismo per la definizio-ne degli standard europei;

– EIA (Electronic Industries Association): associazione delle industrie americane;

– EEA (Electrical Engineering Association): associazione delle industrie inglesi;

– ECMA (European Computer Manufacturers Association): associazione dei costruttorieuropei di computer;

– CEPT (Conferenza Europea delle Amministrazioni P.T.): comprende le amministrazio-ni europee delle Poste e Telecomunicazioni;

– CEN (Comitato Europeo per la Normalizzazione): organizzazione europea corrispon-dente all’ISO.

Gli argomenti trattati nel presente corso, sia nel primo sia nel secondo volume, fannoquasi sempre riferimento a raccomandazioni emesse dal CCITT (attualmente ITU-T),pertanto è importante conoscerne la struttura, la quale è composta da una lettera che indi-vidua la serie, seguita da un numero di una o più cifre che definisce l’argomento speci-fico. Per esempio, la raccomandazione V.kz, dove k e z sono due cifre, si riferisce al seg-mento trasmissione dati (V) e all’argomento specifico individuato dal numero kz. Nellatabella 1 sono riportate le serie più importanti.

In Italia la regolamentazione del settore delle telecomunicazioni è di competenza del Mi-nistero delle Poste e Telecomunicazioni che, oltre a definire il Piano Regolatore Naziona-le delle Telecomunicazioni e il Piano Nazionale di Ripartizione delle Radiofrequenze,emana, tramite l’Istituto Superiore delle Poste e Telecomunicazioni, le normative relativealla funzionalità e qualità degli impianti e dei materiali di telecomunicazioni, in coerenzacon le norme internazionali.


5

Serie Argomento specifico

D Tariffe

E Traffico, esercizio e gestione della rete telefonica

F Esercizio telegrafico, tariffe e servizi telematici

G Trasmissione analogica e numerica

J Trasmissione di suoni e immagini

K Protezione dalle interferenze

L Protezione delle guaine dei cavi e dei pali

M Manutenzione

O Strumenti di misura

P Qualità di trasmissione nella telefonia

Q Commutazione e segnalazione telefonica

S-T Terminali telegrafici e telematici

V Trasmissione dati

X Reti per dati

TABELLA 1 Principali serie delle raccomandazioni CCITT (ITU-T).

Schema a blocchi di un sistema di telecomunicazioni

Le informazioni sono trasmesse utilizzando come mezzo di trasporto una grandezza elettri-ca variabile nel tempo denominata segnale: si può pertanto affermare che l’informazioneviene in qualche modo “caricata” su un segnale elettrico che funge da mezzo di trasporto.Per comprendere l’architettura di base di un sistema di telecomunicazioni, occorre effet-tuare sia l’analisi di tutti gli elementi che costituiscono il sistema stesso, sia lo studio del-le tecniche e delle metodologie impiegate in tutti gli elementi della catena.Lo schema di principio di un sistema di telecomunicazioni è riportato nella figura 2.

Gli elementi che compongono il sistema sono i seguenti:

– la sorgente dell’informazione, cioè l’entità che produce l’informazione che deveessere trasmessa;

– il trasmettitore, la cui funzione è quella di trasformare l’informazione nella formapiù consona per essere trasmessa, convertendola in un segnale adatto a essere inviatosu un mezzo trasmissivo;

– il mezzo trasmissivo, o canale trasmissivo, cioè il supporto (linea bifilare, cavocoassiale, fibra ottica, ponte radio ecc.) su cui viaggia l’informazione opportunamenteconvertita dal trasmettitore;

– il ricevitore, la cui funzione è quella di ricevere il segnale trasmesso e riconvertirlonella sua forma originale, così come generato dalla sorgente;

– la destinazione, cioè l’entità cui è destinato il messaggio.

Sorgenti informative

Le sorgenti informative sono entità che generano informazioni che possono esserediscrete, se costituite da una serie di simboli emessi in corrispondenza di prefissati inter-valli temporali, oppure continue (o analogiche), se rappresentano una funzione continuanel tempo.Per esempio, un apparecchio telefonico genera un’informazione di tipo analogico, costi-tuita da un segnale elettrico che varia nel tempo con continuità, mentre un personal com-puter genera un segnale di tipo numerico, cioè formato da una serie di impulsi opportuna-mente codificati (è proprio nella codifica che risiede l’informazione).Anche la trasmissione, cioè il trasporto dell’informazione al destinatario, può essere effet-tuata con sistemi sia analogici sia numerici.

Un sistema di telecomunicazioni è un insieme di elementi (apparati ecollegamenti) mediante i quali è possibile comunicare a distanza, cioèscambiare informazioni tra due o più interlocutori lontani tra loro.


6

FIGURA 2

Trasmettitore

Informazione

Distorsione

Ricevitore DestinazioneSorgente

Segnale Segnale Informazione

Rumore Distorsione

Mezzo trasmissivo

3.1

3

In Inglesesignalsegnale

Nel caso di una trasmissione analogica il segnale informativo riproduce fedelmentel’informazione, così come generata dalla sorgente, mentre in una trasmissione numerical’informazione viene codificata, cioè trasformata in una sequenza di impulsi corrispon-denti a ben precisi intervalli temporali.Nel caso più comune, un segnale numerico assume solo due livelli ai quali può essere as-sociata una cifra binaria, denominata bit (abbreviazione dall’inglese di binary digit), cheassume i valori 1 e 0.Mediante un bit è quindi possibile rappresentare due distinti stati chiamati “Mark” (1) e“Space” (0), entrambi di uguale durata Tc (intervallo di cifra).

Rappresentazione dei segnali

Qualsiasi segnale, numerico o analogico, può essere rappresentato nel dominio deltempo e nel dominio della frequenza.Nel dominio del tempo un segnale viene rappresentato mediante un grafico cartesiano,denominato forma d’onda, il quale riporta i valori istantanei s(t) che il segnale assu-me in funzione del tempo. Nella figura 3 è riportato un esempio di rappresentazione nel dominio del tempo di unsegnale analogico (fig. 3a) e di un segnale numerico binario (fig. 3b).

Il segnale analogico rappresentato nella figura 3a è particolare in quanto, a intervalli ditempo regolari di durata T, ricomincia a variare con le stesse modalità, cioè si ha:

s(t) � s(t � T) � s(t � 2T) � s(t � 3T) � s(t � nT) [1]

In questo caso il segnale è detto segnale periodico e l’intervallo temporale T prende ilnome di periodo del segnale, la cui unità di misura è il secondo (s).L’inverso del periodo definisce la frequenza, cioè:

[2]

e si misura in hertz (Hz).La grandezza:

ω � 2π f [3]

costituisce la pulsazione del segnale (o frequenza angolare) e si misura in ra-dianti al secondo (rad/s).

Un segnale numerico binario (fig. 3b) è invece caratterizzato dalla frequenza di cifra(Fc), definita come il numero di cifre binarie nell’unità di tempo (bit/s); se Tc è l’interval-lo di cifra, la frequenza di cifra Fc risulta:

[4]FTc

c

�1

fT

�1


7

In Inglesebit (binary digit)cifra binaria

3.2

s(t) T

a)

t

s(t)

1 0 1 0

b)

0 1 tFIGURA 3 Segnale analogico (a),segnale numerico binario (b).

Lo studio nel dominio della frequenza consiste, invece, nel rappresentare in un grafico, de-nominato spettro, i valori istantanei s(f) che il segnale assume in funzione della frequenza.Nella figura 4 è riportato un esempio di rappresentazione nel dominio della frequenza: sinoti come lo spettro sia delimitato da due frequenze, indicate con fM e fm, che rappresen-tano rispettivamente la massima e la minima frequenza del segnale.

L’intervallo:

B � fM � fm [5]

è detto larghezza di banda o semplicemente banda del segnale.

Le rappresentazioni nel dominio del tempo e della frequenza sono strettamente connessetra loro, al punto che è possibile ricavare la composizione spettrale di un segnale, nota lasua forma d’onda e viceversa.L’operazione che consente di passare da un dominio all’altro è lo sviluppo in serie diFourier, secondo il quale ogni segnale periodico può essere scomposto nella somma diun determinato numero di segnali sinusoidali, denominati armoniche, e di un eventua-le termine costante che ne rappresenta il valore medio.Ogni armonica viene rappresentata con un segmento (riga) di lunghezza proporzionalealla sua ampiezza in corrispondenza del proprio valore di frequenza: l’insieme delle righecostituisce lo spettro del segnale, il quale è quindi costituito da tante righe quante sono learmoniche che lo compongono.Un segnale sinusoidale ha dunque uno spettro composto da una sola riga (essendo carat-terizzato da una sola frequenza). Quanto sopra detto sarà ripreso e trattato in maniera piùapprofondita nell’Unità 1 del Volume 2.Nella figura 5 è mostrato un esempio di segnale costituito solo dalle prime due armoni-che, rappresentato sia nel dominio del tempo sia in quello della frequenza in un graficotridimensionale.


8

In Ingleseband widthlarghezza di banda

Am

piez

za

Tempo

Frequenza

(Analizzatoredi spettro)

(Oscilloscopio)

FIGURA 5Rappresentazione neldominio del tempo e dellafrequenza di un segnaleperiodico composto dadue armoniche.

s( f )

ffMfm

FIGURA 4 Rappresentazione di unsegnale nel dominio dellafrequenza (spettro).


9

FIGURA 6Segnale sinusoidaleottenuto dallaproiezione, sull’assedelle ordinate, di unsegmento ruotante convelocità angolare ω.

A

ω

t = 0O O

s(t)y

tx

T

AMAM sen θθ

PERAPPROFONDIRE

Un segnale continuo estremamente importante nella pratica è il segnale sinusoidale (fig. 6), costitui-to da una pura oscillazione armonica la cui espressione matematica è:

s(t) � AM sen ωt

dove AM rappresenta l’ampiezza o valore massimo e ω la pulsazione.

Dalla figura 6 si può osservare che, considerato un sistema di assi coordinati xy, i valori istantanei delsegnale possono essere ottenuti proiettando sull’asse y il segmento AO di lunghezza pari ad AM, ruo-tante in senso antiorario con velocità angolare uguale alla pulsazione ω.Infatti, se per t � 0 il segmento si trova sull’asse x, in corrispondenza di un generico istante t ha de-scritto un angolo θ � ωt, la cui proiezione sull’asse delle ordinate vale:

s(t) � AM sen θ � AM sen ωt

Nel caso in cui, nell’istante t � 0, il segmento formi un angolo φ con l’asse x (fig. 7), la sua proiezio-ne sull’asse delle ordinate è:

s(t) � AM sen (ωt � φ)

dalla quale si può osservare che nell’argomento del seno compare l’angolo φ, e quindi per t � 0 il segna-le assume un valore non più nullo, corrispondente al segmento OZ intercettato sull’asse delle ordinate.L’angolo φ viene denominato angolo di fase o più semplicemente fase del segnale sinusoidale.

Anche in questo caso i valori istantanei assunti dal segnale possono essere ottenuti proiettando sul-l’asse y un segmento di ampiezza AM ruotante in senso antiorario con velocità angolare ω ; per t � 0tale segmento però non si trova più sull’asse x, ma forma con quest’ultimo un angolo φ. Il segmentoO′O rappresenta l’intervallo di tempo, frazione del periodo T, necessario affinché il segnale si portidal valore nullo (punto O′) al valore che deve avere nell’istante iniziale t � 0 (punto O).Da quanto detto si evince che un segnale sinusoidale è completamente definito quando sono noti treparametri: l’ampiezza AM (valore massimo), la pulsazione ω (oppure la frequenza f o il periodo T) e

FIGURA 7Segnale sinusoidaleavente fase non nulla,ottenuto dallaproiezione, sull’assedelle ordinate, di unsegmento ruotante convelocità angolare ω.

A Zω

ω

ωtt = 0

O OO'

s(t)y

tx

T

⎯

AM sen φφ

φ

AM


10

la fase φ. Allo scopo di semplificare la trattazione matematica, anziché con un segmento convienerappresentare il segnale con un vettore, denominato fasore, ruotante con velocità angolare ω in sen-so antiorario, avente modulo uguale all’ampiezza del segnale e formante con l’asse orizzontale x unangolo che ne rappresenta la fase nell’istante t � 0.Un vettore può essere infatti rappresentato in un sistema di assi coordinati ortogonali, di cui quelloorizzontale è graduato in unità reali (1, 2, 3, … n) e per tale motivo viene denominato asse reale (in-dicato con �1 anziché con x), mentre quello verticale in unità immaginarie j1, j2, j3, … jn, e per ta-le ragione viene denominato asse immaginario (indicato con �j anziché con y).In questo sistema di riferimento un vettore v� è univocamente determinato dall’espressione:

v� � v1 � jv2

essendo v1 e v2 rispettivamente le componenti reale e immaginaria (fig. 8).

Il vettore v�, definito dall’espressione v1 � jv2, prende ilnome di numero complesso in forma binomia; ilmodulo vale (fig. 8):

Mentre la fase φ vale:

φ � arctg

È importante notare che le quantità v1 e v2 sono grandezze reali e che il simbolo j è per definizione laradice quadrata dell’unità negativa, cioè:

L’operatore j è denominato unità immaginaria e gode della proprietà di trasformare in un nume-ro immaginario un qualsiasi numero reale (sia positivo sia negativo) al quale è preposto; questo signi-fica che un numero reale k si trova sull’asse reale, mentre se scritto come jk diventa una quantità im-maginaria e quindi si trova sull’asse immaginario. Poiché k può essere considerato come un vettore, di ampiezza pari a k e fase nulla (cioè giacente sul-l’asse reale), il simbolo j può essere interpretato come un operatore che ha la proprietà di far ruotareil vettore al quale è applicato di π/2 in senso antiorario. Inoltre, elevando al quadrato l’unità immagi-naria si ottiene:

j2 � j � j � �1

il cui effetto è quindi quello di far ruotare di π (cioè due volte π/2) in senso antiorario il vettore cui èapplicato (essendo il vettore �1 giacente sulla parte negativa dell’asse reale).Dalla figura 8 si deduce che le componenti v1 e jv2 valgono:

v1 �⏐v�⏐cos φ � AM cos φ jv2 � j⏐v�⏐ sen φ � jAM sen φ

L’espressione del vettore v� quindi diventa:

v� � v1 � jv2 � AM cos φ � jAM sen φ � AM (cos φ � jsen φ)

che è detta forma trigonometrica del numero complesso v�. Ricordando la formula di Eulero:

e�jφ � cos φ � jsen φ

l’espressione precedente si può così riscrivere:

v� � AM (cos φ � jsen φ) � AMe�jφ

la quale costituisce la forma esponenziale del numero complesso.In definitiva, si può quindi affermare che un segnale sinusoidale del tipo v(t) � AM sen (ω t � φ) puòessere rappresentato analiticamente dall’espressione:

v� � AMej(ω t�φ)

j � �1

vv

2

1

v A v vM� � �12

22

FIGURA 8Rappresentazione in forma complessa di un vettore.

+j

+1

vv

12 2

2

+

v1

v2

φ


Trasmettitore e ricevitore

Il blocco successivo alla sorgente di informazioni è il trasmettitore, la cui funzione èquella di convertire l’informazione emessa dalla sorgente in un segnale elettrico compa-tibile con le caratteristiche del mezzo trasmissivo. La conversione in segnale elettrico viene eseguita mediante un apparato, denominato tra-sduttore, che è parte integrante del trasmettitore. A seconda del tipo di informazione da convertire, anche i trasduttori si dividono in nume-rici e analogici; esempi di trasduttori numerici sono i tasti Morse impiegati nella trasmis-sione telegrafica e i terminali per la trasmissione dati, mentre trasduttori analogici sono ilmicrofono e i sensori di pressione e di temperatura.Il segnale s(t), così come generato dal trasduttore, non è idoneo a essere trasmesso inquanto le proprie caratteristiche sono in genere incompatibili con quelle del mezzo tra-smissivo.È quindi necessario sottoporre s(t) a processi di elaborazione che lo trasformino in unnuovo segnale S(t) avente lo stesso contenuto informativo, ma compatibile con il mezzotrasmissivo.Se a seguito di tale elaborazione lo spettro di S(t) risulta traslato su frequenze più elevaterispetto a quello di s(t), la trasmissione è detta in banda traslata, mentre se la sua al-locazione non subisce modifiche è detta in banda base.Il segnale S(t) così ottenuto, previa opportuna amplificazione, viene inviato attraverso ilmezzo trasmissivo al destinatario, il quale, affinché possa interpretare correttamente equindi utilizzare l’informazione in esso contenuta, deve effettuarne l’estrazione e la ricon-versione nella sua forma originaria. A tale operazione provvede il trasduttore del ricevitore il quale, affinché l’informazionesia ricostruita così come generata dalla sorgente, deve presentare caratteristiche comple-mentari a quelle del trasduttore in trasmissione.

Storicamente la trasmissione in banda base (della quale nella figura 9 è riportato lo sche-ma di principio) si può far risalire alla nascita della telefonia, quando su un cavo in rame(il classico doppino) veniva trasmesso il segnale fonico di un solo utente.

Poiché la banda di un doppino è molto più estesa di quella necessaria per una comunica-zione fonica, ben presto si iniziò a pensare di sfruttare la banda non utilizzata per convo-gliarvi contemporaneamente più comunicazioni telefoniche; nacquero così i sistemi te-lefonici di trasmissione analogica multicanale, tramite i quali fu possibile trasmetterecontemporaneamente più segnali fonici sullo stesso mezzo trasmissivo, mentre la tra-smissione in banda base era progressivamente abbandonata per i collegamenti a lungadistanza, rimanendo solo nella telefonia urbana, cioè nei collegamenti tra l’utente e la re-lativa centrale.La trasmissione multicanale rappresenta un esempio di trasmissione in banda traslata: sele bande vocali (o frequenze vocali) corrispondenti a più conversazioni vengono traslateverso bande a frequenza più elevata, in modo tale che i relativi spettri si dispongano l’u-no accanto all’altro senza sovrapporsi, sullo stesso mezzo trasmissivo possono essere tra-smesse contemporaneamente più conversazioni senza che queste interferiscano tra loro.

3.3

In Inglesetransmittertrasmettitore

In Inglesetransducertrasduttore

Trasduttore

Trasmettitore

DestinazioneSorgente Mezzo trasmissivo Trasduttore

RicevitoreFIGURA 9

11

All’estremità ricevente, impiegando opportuni filtri, è possibile separare le bande di fre-quenza relative alle varie comunicazioni, e tramite particolari circuiti che eseguono l’o-perazione inversa della traslazione, ciascuna banda può essere riportata nella sua posi-zione originale.Il processo mediante il quale viene effettuata la traslazione in frequenza delle varie ban-de vocali prende il nome di modulazione e gli apparati tramite i quali è realizzata so-no denominati modulatori: con tale operazione, l’informazione generata dalla sorgen-te e convertita nel segnale elettrico s(t) (detto modulante) viene trasferita a un segnale afrequenza più elevata, dando luogo a un nuovo segnale S(t) (detto segnale modulato) cheha lo stesso contenuto informativo del modulante, ma caratteristiche compatibili conquelle del mezzo trasmissivo.L’operazione inversa della modulazione, mediante la quale è possibile riottenere dal se-gnale modulato il segnale modulante originario, è detta demodulazione e gli appara-ti tramite i quali è realizzata sono detti demodulatori. Proprio per evidenziare che la trasmissione analogica multicanale consiste nel suddivi-dere l’intera banda del mezzo trasmissivo in più “sottobande” da assegnare a bande vo-cali, essa viene denominata trasmissione a divisione di frequenza (FDM, Fre-quency Division Multiplexing), della quale nella figura 10 è mostrato lo schema di prin-cipio per tre comunicazioni contemporanee. Attualmente l’FDM è stata quasi completa-mente abbandonata in quanto sostituita dalle moderne trasmissioni numeriche, di cui sa-ranno successivamente descritti i principi e le tecniche realizzative. Tuttavia, anche sesuperata, l’FDM costituisce un valido supporto didattico, utile per comprendere il prin-cipio di funzionamento di un sistema in banda traslata.

Nella figura 11 è riportato lo schema di principio di un sistema televisivo: si tratta di unatrasmissione in banda traslata in cui la sorgente informativa è costituita dalla scena da ri-prendere, mentre il trasmettitore comprende una telecamera, cioè un trasduttore che tra-sforma l’immagine in un segnale elettrico s(t), un circuito modulatore (MOD) tramite ilquale s(t) è trasformato in un segnale S(t) in alta frequenza compatibile con le caratteristi-che del mezzo trasmissivo (in tal caso lo spazio) e un’antenna trasmittente mediante laquale S(t) viene irradiato.Il ricevitore, complementare al trasmettitore, comprende la parte ricevente vera e propria,formata da un’antenna con i relativi stadi di amplificazione, il demodulatore (DEM) cheeffettua l’operazione inversa al modulatore fornendo in uscita il segnale originale s(t) e iltrasduttore costituito da un apparecchio televisivo (TV), che compie l’operazione inver-sa del trasduttore in trasmissione, trasformando il segnale elettrico nella corrispondenteimmagine.


12

Mezzo trasmissivo

S1

BB1

B1

B1

B2

B3

B2 B3

MOD1

S2

BB2MOD2

S3

D1

D2

D3

BB3

B

B

B

MOD3

DEM1

DEM2

DEM3

FIGURA 10Schema di principio dellatrasmissione analogicaFDM: S e D costituisconorispettivamente le sorgentiinformative e i destinatari,mentre gli apparecchitelefonici i trasduttori(acustico-elettrici intrasmissione ed elettro-acustici in ricezione); ognibanda vocale B vienetraslata dal relativomodulatore (MOD) nellebande a frequenza piùalte B1, B2 e B3 in modoche i relativi spettri sidispongano l’uno accantoall’altro senzasovrapporsi; in ricezionetramite i filtri passabanda B1, B2 e B3 èpossibile separare lebande di frequenzarelative alle trecomunicazioni le quali,mediante i relatividemodulatori (DEM),vengono riportate nellaposizione originaria.

Con la diffusione del computer si è presentata la necessità di collegare tra loro terminalidislocati nelle parti più remote del pianeta e subito si è intuito che ciò poteva essere facil-mente realizzato tramite la rete telefonica, data la sua distribuzione capillare.La rete telefonica era stata tuttavia concepita per trasportare segnali vocali (cioè analogi-ci) e pertanto non poteva trasmettere direttamente quelli numerici generati dai computer;per questo motivo nacque l’esigenza di sviluppare adattatori idonei a trasformare i segna-li numerici in analogici, in modo da poter essere trasmessi su un normale circuito telefo-nico, e cioè i modem (da modulator/demodulator).Il primo modem, realizzato da AT&T, fu il Bell 103, che funzionava a una velocità di 300 bit/s, incredibilmente lenta se confrontata con gli standard attuali, ma sufficientemen-te veloce per i terminali a bassa velocità di allora.Attualmente, gli sviluppi della tecnologia consentono di raggiungere velocità fino a 57600 bit/s, 192 volte maggiore del modem Bell 103 originale.A parte la velocità di trasmissione, i modem hanno caratteristiche comuni; infatti, do-vendo connettere terminali digitali alla rete telefonica, sono muniti di interfaccia stan-dard digitale per la trasmissione dati RS-232 (che prenderemo approfonditamente inesame nella parte riservata alla trasmissione dati del Volume 2) e interfaccia RJ-11 perla linea telefonica (la spina telefonica a quattro fili). Nella figura 12 è rappresentato unoschema generale di un sistema di telecomunicazioni tra due computer connessi a duemodem. La sorgente informativa, costituita da un computer, è collegata al proprio modem (chesvolge la funzione di trasmettitore) mediante un’interfaccia RS-232. Il modem conver-te gli impulsi numerici generati dal computer in un segnale analogico che attraversol’RJ-11 viene inviato nella linea telefonica. Il modem ricevente riconverte il segnaleanalogico ricevuto dall’RJ-11 in impulsi digitali e attraverso l’RS-232 li invia al compu-ter destinatario.


13

Scena da riprendere Spazio(mezzo trasmissivo)Telecamera

TV

Sorgente Trasmettitore Ricevitore

MOD. DEM.

FIGURA 11

Sorgente

Modem Modem

Destinatario

Rete telefonica

FIGURA 12

Degradazione del segnale trasmesso

Qualunque sia la tipologia della trasmissione, in banda base o traslata, numerica o continua,il segnale inviato attraverso il mezzo trasmissivo non giunge a destinazione così come èstato trasmesso ma, nel corso della trasmissione, subisce una degradazione che, se superacerti limiti, lo rende incomprensibile e quindi inutilizzabile. Gli elementi che contribuisco-no a determinare tale degradazione sono diversi, ma raggruppabili nelle seguenti due cate-gorie:

– rumore;– distorsione.

La prima categoria è costituita da segnali spuri privi di qualsiasi contenuto informa-tivo e variabili in maniera casuale, come il rumore termico generato dall’agitazionetermica degli elettroni all’interno di un conduttore, le interferenze prodotte da altriapparati, il rumore atmosferico. Le seconda categoria comprende invece tutte quellecause di degrado dovute alla natura degli apparati che costituiscono il sistema di te-lecomunicazioni, come:

– il mezzo trasmissivo, che per sua natura ha una caratteristica filtrante e quindi limita lospettro di s(t) attenuando, in maniera anche notevole, alcune componenti del segnale afrequenza più elevata (distorsione di ampiezza);

– il comportamento non perfettamente lineare degli apparati, i quali, generando segnaliindesiderati, alterano lo spettro di s(t) (distorsione armonica).

Conseguenza di tutto ciò è un peggioramento della qualità del segnale s(t) ricevuto qualun-que sia la sua natura, analogica o numerica. In pratica, l’aspetto importante in un certopunto del sistema non sono tanto i livelli dei segnali utili o dei disturbi, ma il rapporto esi-stente tra essi, ovvero il rapporto segnale/rumore S/N, definito come il rapporto trala potenza del segnale utile (S) e la potenza del rumore (N) calcolate nello stesso punto:

L’obiettivo fondamentale in un sistema di telecomunicazioni è quello di ottenere all’usci-ta del ricevitore un rapporto segnale/rumore più elevato possibile, in modo tale da forni-re un segnale di alta qualità. L’effetto della degradazione del segnale s(t) è irreversibileper un segnale analogico mentre può non esserlo per uno numerico. Infatti, mentre nelprimo caso ogni piccolo scostamento dall’informazione originaria costituisce un degrada-mento qualitativo, nel secondo caso, poiché l’informazione è contenuta in una combina-zione di codici ben precisa, anche se esso giunge in ricezione degradato, sino a quando ta-le combinazione è riconoscibile il contenuto informativo del segnale trasmesso resta inva-riato. Pertanto distorsioni e disturbi non incidono linearmente sulla qualità di una trasmissionenumerica, come avviene per quella analogica. Per questo, negli ultimi anni sono statiesclusivamente realizzati sistemi di telecomunicazioni numerici (sia per piccole sia pergrandi distanze) tanto che quelli analogici sono quasi scomparsi, anche se molte delle sor-genti di informazione sono di natura analogica (telefonia, musica). A tale proposito, do-vendo trasportare informazioni analogiche mediante sistemi di trasmissione numerici, so-no state sviluppate tecniche che consentono la numerizzazione dei segnali analogici e ilrelativo processo inverso.

SN

potenza del segnale utilepotenza disponi

�bbile di rumore


14

4

In Inglesenoiserumore


15

i n SINTESI

Telecomunicazioni: disciplina che studia i metodi e le tecniche per trasmettere a distanzainformazioni di varia natura (parole, suoni, immagini o dati), sotto forma di segnali elettrici.

Sistema di telecomunicazioni: insieme degli elementi (apparati e collegamenti) che con-sentono di comunicare a distanza; è fondamentalmente costituito da:• sorgente dell’informazione, ovvero l’entità che produce l’informazione da trasmettere;• trasmettitore, l’elemento che ha la funzione di trasformare l’informazione nella forma più

consona per essere trasmessa, cioè in un opportuno segnale elettrico;• mezzo trasmissivo, ovvero il supporto su cui viaggia il segnale elettrico contenente l’infor-

mazione;• ricevitore, elemento che riceve il segnale trasmesso e lo riconverte nella sua forma origina-

le, così come generato dalla sorgente;• destinazione, ovvero l’entità a cui è destinata l’informazione.

Segnali: vettori su cui viaggia l’informazione, che possono essere rappresentati nei modi se-guenti:• nel dominio del tempo, mediante un grafico cartesiano, denominato forma d’onda, che ri-

porta i valori istantanei s(t) che il segnale assume in funzione del tempo;• nel dominio della frequenza, mediante un grafico cartesiano, denominato spettro, che ripor-

ta i valori istantanei s(f) che il segnale assume in funzione della frequenza.

Segnale analogico o continuo: segnale la cui forma d’onda è una funzione continua neltempo, ovvero può assumere in qualsiasi istante un qualsiasi valore compreso tra un massimoe un minimo.

Segnale discreto: segnale che può assumere, a istanti stabiliti, un determinato valore com-preso tra una serie di valori possibili; dal momento che si può associare un valore numerico aogni livello, i segnali discreti sono denominati anche numerici o digitali (dall’inglese digit,che significa cifra).

Sviluppo in serie di Fourier: operazione matematica che consente di passare da un dominioall’altro, in base alla quale ogni segnale periodico può essere scomposto nella somma di undeterminato numero di segnali sinusoidali, detti armoniche, e di un eventuale termine costan-te che ne rappresenta il valore medio.

DEFINIZIONI

APPLICAZIONI


16

1 Che cos’è l’ITU?

2 Che cos’è un sistema di telecomunicazioni?

3 Qual è la funzione del trasmettitore in un sistema di telecomunicazioni?

4 La forma d’onda di un segnale rappresenta:i valori istantanei che il segnale assume in funzione della frequenza.i valori istantanei che il segnale assume in funzione del tempo.l’andamento della pulsazione del segnale in funzione del tempo.l’andamento della frequenza di cifra del segnale in funzione del tempo.

5 Un segnale è detto periodico quando:la sua frequenza è costante.la sua ampiezza è costante.a intervalli di tempo regolari la sua fase si annulla. a intervalli di tempo regolari riprende a variare con le stesse modalità.

6 La massima e la minima frequenza di un segnale assumono rispettivamente valori pari a 1500 Hze 50 Hz. Quanto vale la banda del segnale?

7 Una tensione sinusoidale assume il valore v(t) = 5 sen1256t [V]. Determinare l’ampiezza, la fre-quenza e la fase della tensione.

8 Rappresentare la tensione sinusoidale dell’esercizio 7 in forma esponenziale.

9 Nella trasmissione in banda base l’allocazione dello spettro del segnale trasmesso non subiscemodifiche.

VERO FALSO

10 Il rapporto segnale/rumore è definito come ...............................................................................

...................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................

11 In una trasmissione analogica il segnale riproduce fedelmente l’informazione.VERO FALSO

12 Un’informazione è detta digitale se ............................................................................................

...................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................

13 Secondo lo sviluppo in serie di Fourier ogni segnale periodico può essere scomposto nellasomma di un determinato numero di segnali sinusoidali e di un eventuale termine costante chene rappresenta il valor medio.

VERO FALSO

D

C

B

A

D

C

B

A

V E R I F I C A D E L L’ U N I T À

INDICE - thegiorgio...VII PRESENTAZIONE La nuova edizione del Corso di Telecomunicazioniè motivata...

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