1.4 Sistemi di telecomunicazione
Questa introduzione prosegue descrivendo, in modo sommario e sicuramente parziale, cinque diversi
punti di vista in cui è possibile inquadrare le problematiche di telecomunicazione, ovvero gli aspetti
fisici, di
sistema, di
rete, di
elaborazione, e di
trasporto, fornendo per ognuno di essi rimandi a dove nel testo essi vengono trattati, principalmente collocati a partire dalla
seconda parte del testo, pag.
1.
Un canale di comunicazione, dal punto di vista fisico, si identifica con il mezzo trasmissivo, per la descrizione del quale si adotta frequentemente un modello circuitale. Elenchiamo i mezzi comunemente adottati:
Collegamento radio Il segnale si propaga nello spazio libero come onda elettromagnetica sferica, e viene irradiato mediante antenne, che ne focalizzano la potenza lungo direzioni privilegiate. La trasmissione è resa possibile grazie al processo di modulazione, cap.
20;
Collegamento in cavo Da quello tra computer e stampante, a quello su doppino (telefonia) e su cavo coassiale (televisione, ethernet). Può essere di tipo half o full duplex a seconda se i due estremi della comunicazione siano unidirezionali o bidirezionali, §
19.2;
Collegamento in fibra ottica E’ realizzato facendo viaggiare energia luminosa attraverso una guida d’onda di materiale dielettrico. La tecnica è idonea alla trasmissione dei soli segnali numerici, dato che la sorgente luminosa in trasmissione viene semplicemente
accesa e spenta in corrispondenza dei bit (zero od uno) del messaggio, §
19.3;
Modello circuitale Il collegamento ed i trasduttori ad esso relativi sono spesso descritti ricorrendo ad un circuito elettrico equivalente, in modo da poterne descrivere il comportamento mediante strumenti analitici noti, cap.
18.
Da un punto di vista di sistema, il transito dei segnali attraverso sistemi fisici è analizzato in termini del peggioramento introdotto, che può essere catalogato nell’ambito di diverse categorie:
Distorsioni Si distinguono quelle cosiddette
lineari, causate da una risposta in frequenza non ideale, dalle distorsioni
non lineari, che causano invece una deformazione istantanea sulla forma d’onda in transito, capp.
8 e
13;
Non stazionarietà Sono fenomeni caratterizzati da una variazione nel tempo delle caratteristiche del canale, e ricorrono spesso nel caso di comunicazioni con mezzi mobili, §
20.4.4;
Attenuazione Un segnale trasmesso su un canale presenta in uscita una ampiezza inferiore a quella di ingresso. L’attenuazione può essere legata a cause fisiche intrinseche (lunghezza del collegamento, disadattamento di impedenze, tecnologia degli amplificatori), o dipendendere da fatti contingenti (percorsi multipli, pioggia); in questo secondo caso, il fenomeno è trattato come l’esito di un processo aleatorio, §§
19.1,
19.2.2,
20.4.1,
19.3.2;
Portata Affinché possano essere soddisfatti i requisiti di qualità (ad esempio l’SNR) desiderati, risulta che la lunghezza del collegamento deve essere inferiore ad un massimo, in conseguenza dell’attenuazione del collegamento, della potenza trasmessa, e degli altri fatti contingenti;
Qualità del servizio Con questo termine sono indicate diverse grandezze, ognuna applicabile in un particolare contesto, e che rappresentano un indice di “bontà” del processo comunicativo. Tra queste grandezze possiamo citare il
rapporto segnale rumore snr (§
14) e la
probabilità di errore Pe (§
15.4, tab.
16.2), relative rispettivamente alle trasmissioni analogiche e numeriche; il
ritardo medio (§
22.4), rilevante nel caso di trasmissioni a pacchetto; il
tempo di fuori servizio (§
20.3.2.1), qualificante della affidabilità dei sottosistemi di comunicazione.
Dal punto di vista della rete di comunicazione, la consegna del messaggio informativo alla destinazione deve tener conto degli aspetti descritti come:
Commutazione La rete è costituita da un insieme di
nodi di commutazione, interconnessi da collegamenti che vengono usati in modalità condivisa da molte comunicazioni contemporanee, e che sono
attraversati dai messaggi in transito e da
smistare verso la porta di uscita corretta, §§
22.5.2.2,
24.8;
Instradamento La determinazione del percorso dei messaggi nella rete, scelto tra i possibili percorsi alternativi che collegano la sorgente con la destinazione, prende il nome di
instradamento, §§
24.7,
23.1.3;
Segnalazione Il coordinamento tra i nodi della rete avviene mediante lo scambio tra gli stessi di informazioni aggiuntive dette
di segnalazione, che costituiscono un vero e proprio processo di comunicazione parallelo a quello prettamente informativo, §
24.3.2;
Protocollo Lo scambio dei messaggi tra le coppie di nodi della rete, od anche tra i nodi ed un organo di controllo centrale, avviene utilizzando particolari linguaggi, detti
protocolli di segnalazione, capp.
23,
24, §
22.6.
Mobilità Se i nodi della rete modificano la propria posizione nel tempo, o gli utenti desiderano usufruire degli stessi servizi indipendentemente dal punto di accesso alla rete, occorre individuare soluzioni specifiche, come ad esempio la registrazione ed il mantenimento dei propri dati presso una unità di controllo, e l’adozione di procedure di autenticazione che permettano di certificare l’identità degli utenti.
Questa categoria comprende tutti gli aspetti legati alle trasformazioni operate sull’informazione ai due estremi del collegamento. Tra questi è possibile distinguere la...
Codifica di sorgente Individua le trasformazioni sul segnale in grado di ridurre la quantità di risorse trasmissive necessarie (ad esempio, banda), e consiste in operazioni che tengono conto di specifiche
caratteristiche del segnale da trattare, come nel caso della codifica vocale, o della codifica video, capp.
9 e
10;
Codifica di canale Definisce le trasformazioni necessarie a combattere gli errori nelle trasmissioni numeriche, e può tener conto delle caratteristiche statistiche
dei disturbi, cap.
17;
Modulazione e formattazione Le operazioni necessarie alla trasmissione di un segnale radio, o di un segnale numerico, possono tener conto delle caratteristiche del
canale trasmissivo, e adottare soluzioni che possono facilitare la realizzazione delle due funzioni precedenti, §
12, cap.
16, §
22.5.1.
Dal punto di vista logistico, sono rilevanti gli aspetti di
Multiplazione Individua le modalità di uso condiviso di uno stesso mezzo trasmissivo da parte di più comunicazioni in transito contemporaneo per un tratto in comune; il risultato è quello di migliorare sensibilmente l’efficienza di utilizzo della rete, garantendo che le risorse trasmissive non restino poco (o per nulla) utilizzate. Le tecniche comunemente adottate sono la multiplazione ...
-
di frequenza, in cui le diverse comunicazioni sono centrate su portanti diverse ma che ricadono in una medesima banda di frequenze, §§ 24.2.1, 11.1.1;
-
di tempo, in cui lo stesso collegamento è utilizzato per più comunicazioni contemporanee in base ad uno schema di alternanza temporale, (§ 24.2.1);
-
di codice, in cui diverse comunicazioni avvengono simultaneamente nella medesima banda di frequenza, adottando una particolare codifica che ne permette la separazione dal lato ricevente, (§ 16.9);
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cromatica o di lunghezza d’onda, che si realizza quando un’unica fibra ottica è alimentata da una sorgente luminosa che adotta una λ diversa per ogni flusso numerico trasportato, (§ 19.3.3.2);
-
spaziale, possibile nelle trasmissioni radio multi-antenna (§ 21.5), in cui più comunicazioni avvengono allo stesso tempo e nella stessa banda, ma restano separabili in virtù delle proprietà della matrice di guadagni complessi tra le antenne di trasmissione e quelle di ricezione.
Controllo Riguarda la corretta consegna del messaggio al destinatario, e coinvolge la gestione degli errori di trasmissione (§
22.6), le problematiche di riassemblaggio delle comunicazioni inoltrate in forma di pacchetti distinti, la gestione della segnalazione per ciò che riguarda l’adattamento dei protocolli di instradamento alle condizioni di carico della rete, ed il coordinamento delle sorgenti che desiderano trasmettere utilizzando il medesimo mezzo trasmissivo.
Si conclude qui la parte introduttiva di questo capitolo. Passiamo ora ad approfondire gli oggetti dello studio che ci attende, indicati come segnali e sistemi, due categorie concettuali alla base di molte discipline dell’ingegneria dell’informazione, e per questo a volte date per scontate: proviamo quindi a fare un po’ di chiarezza.