Come funziona il processo di telecomunicazione

In un sistema di telecomunicazioni le informazioni sono trasmesse da un punto iniziale ( sorgente ) a un punto finale ( destinazione ) tramite segnali o impulsi elettrici.

Cos'è un segnale?

Il segnale è il mezzo di trasporto che permette di trasferire l'informazione a distanza.

L'architettura della telecomunicazione

Un'architettura semplice e generica di telecomunicazione è sempre composta da una serie di componenti, blocchi o elementi, posti tra la sorgente e la destinazione.

Un sistema di telecomunicazioni è un insieme complesso di processi per trasmettere informazioni da una sorgente a una destinazione.

Il sistema è suddiviso in questi blocchi principali:

• Sorgente: il punto in cui viene prodotta l'informazione.
• Trasmettitore (TX): il blocco che converte l'informazione in un segnale trasmissibile.
• Canale di comunicazione: il mezzo attraverso cui il segnale viene trasmesso, che può essere un cavo, fibra ottica o un canale wireless.
• Ricevitore (RX): il blocco che riceve il segnale e lo trasforma nuovamente in una forma comprensibile, come un segnale audio.
• Destinazione: il punto in cui viene riprodotta l'informazione.

All'interno dei trasmettitori e dei ricevitori sono presenti anche dei trasduttori, dispositivi che convertono i segnali da una forma all'altra (ad esempio, un segnale vocale in un segnale elettrico e viceversa).

Nota. I trasduttori non sono oggetto di studio nel corso di fondamenti di telecomunicazioni, sono invece affrontati in un corso di elettronica ed elettrotecnica. Il corso di telecomunicazioni si concentra sull'analisi dei tre blocchi principali (trasmettitore, canale e ricevitore) escludendo le trasformazioni iniziali e finali del segnale.

Per facilitare lo studio del sistema di TLC, si adotta l'ipotesi che sia il trasmettitore che il ricevitore siano sistemi ideali, cioè non introducano errori nel processo di trasmissione. In questo modo, ci si concentra sugli errori che possono essere introdotti dal canale di comunicazione, come il rumore, le interferenze e le distorsioni.

Ecco i principali tipi di disturbi:

• Rumore: Questo termine si riferisce a qualsiasi disturbo che altera il segnale durante la trasmissione. Un esempio tipico è il rumore termico, che è un tipo di rumore generico che si manifesta in tutti i sistemi di comunicazione.

  Rumore termico: Anche se meno intuitivo, il rumore termico è un tipo di disturbo inevitabile che si manifesta in tutti i sistemi elettronici a causa delle proprietà fisiche dei materiali. È un rumore generico che può degradare la qualità del segnale, ma può essere ridotto o gestito con tecniche appropriate.

• Interferenze: Questi sono segnali indesiderati che si sovrappongono al segnale trasmesso, degradando la qualità della comunicazione.

  Esempio. Nel contesto wireless, le interferenze derivano dal fatto che un'antenna riceve segnali da tutte le direzioni, non solo quello desiderato, ma anche segnali provenienti da altre fonti. Questa interferenza multiutente è un problema comune, ma può essere mitigata con l'uso di filtri e tecniche di codifica avanzate.

• Distorsioni: Si verificano quando la forma del segnale cambia durante la trasmissione, compromettendo l'integrità delle informazioni trasmesse. Si verificano quando le apparecchiature del sistema lavorano in modo non lineare, ad esempio quando un amplificatore entra in saturazione. Questo porta a una degradazione della qualità del segnale, come quando si alza troppo il volume di un impianto audio e il suono diventa distorto. Le distorsioni possono essere parzialmente compensate o annullate tramite equalizzatori, che regolano le frequenze per migliorare la qualità del segnale.

Per contrastare questi problemi, è necessario eseguire diverse operazioni di elaborazione del segnale sia durante la trasmissione che durante la ricezione:

• Amplificazione: Prima di trasmettere, il segnale viene amplificato per garantirne la potenza sufficiente a superare le perdite di energia che si verificano durante la propagazione nel canale. Questo è fondamentale per mantenere il segnale abbastanza forte da essere ricevuto correttamente.
• Codifica: Il segnale viene codificato in una forma che lo renda più resistente ai disturbi del canale. La codifica aiuta a proteggere le informazioni e a facilitare la correzione degli errori che potrebbero essere introdotti durante la trasmissione.
• Filtraggio: Prima della trasmissione, il segnale può essere filtrato per eliminare componenti indesiderate che potrebbero causare problemi durante la trasmissione. Il filtraggio è anche importante in ricezione per estrarre il segnale utile dal rumore che si è aggiunto durante la propagazione.
• Modulazione e Demodulazione: La modulazione è il processo di adattamento del segnale per la trasmissione attraverso il canale, mentre la demodulazione è l'operazione inversa eseguita in ricezione per recuperare il segnale originale.

Nonostante l'apparente semplicità del modello introdotto, le operazioni necessarie per garantire una trasmissione efficace e affidabile richiedono un'accurata gestione e una comprensione profonda dei processi coinvolti.

In particolare, il contesto wireless rappresenta una sfida maggiore rispetto ai sistemi cablati, a causa della maggiore esposizione ai disturbi e alle interferenze.

Nota. Un sistema di telecomunicazioni diventa progressivamente più complesso man mano che aumenta il numero di utenti e di servizi offerti. Con l'aumento della scala del sistema, le operazioni di elaborazione e gestione del segnale devono essere più sofisticate per mantenere la qualità della comunicazione.

 

La sorgente informativa

Inizialmente l'informazione si trova nella sorgente informativa. Per sorgente si può intendere qualsiasi entità che veicola un'informazione.

Ad esempio, una persona è una sorgente informativa quando parla. Anche una foto o un testo scritto su carta sono sorgenti informative, e così via.

Generalmente, nella sorgente le informazioni sono di tipo analogico. Ad esempio, la voce di una persona.

Nota. Può comunque capitare che ci siano anche sorgenti con informazioni e dati di tipo digitali. Ad esempio, un file di computer è un insieme di informazioni in formato digitale e può essere trasmesso a un altro computer più lontano.

Qualunque sia la sorgente che la produce, per essere trasmessa l'informazione deve essere passata a un dispositivo di trasmissione detto trasmettitore.

Il trasmettitore

Il trasmettitore riceve l'informazione e la trasforma in un segnale ossia in una forma più idonea per essere inviata sul mezzo trasmissivo.

Esempio. In un telefono cellulare la voce della persona viene convertita dalla forma analogica ( continua ) a quella digitale ( discreta ) mediante una serie di segnali zero e uno ( binary digit o bit ).

Durante questo processo possono verificarsi errori e distorsioni che modificano l'informazione originaria.

Il canale di trasmissione

Una volta pronto, il messaggio codificato viene spedito nel mezzo trasmissivo.

Per mezzo o canale trasmissivo si possono intendere vari supporti.

Esempio. Può trattarsi di un semplice cavo elettrico di collegamento oppure delle onde radio che viaggiano nell'etere, o la luce che si sposta in una fibra ottica.

Il segnale viaggia sul mezzo trasmissivo fino a giungere al punto di destinazione che può trovarsi soltanto a pochi metri di distanza oppure dall'altra parte del pianeta.

Nella trasmissione possono verificarsi altri errori, distorsioni e rumori. A seconda della tecnologia utilizzata, una parte dell'informazione si perde durante il viaggio.

Il ricevitore

Quando giunge a destinazione il segnale entra in un dispositivo detto ricevitore che riconverte il segnale nella sua forma originale oppure in un'altra forma d'informazione idonea per l'utilizzo.

Esempio. Il segnale digitale di una conversazione telefonica giunge sul telefono cellulare del destinatario. La serie di zero e uno sono riconvertiti in un corrente continua ( forma analogica ) per essere riprodotti dagli altoparlanti. In questo modo, il destinatario può ascoltare la riproduzione della voce della persona che sta parlando.

Anche durante il processo di riconversione possono verificarsi altri errori e distorsioni che modificano l'informazione trasmessa.

Il destinatario

Il messaggio viene ricostruito e giunge così al destinatario pronto per essere fruito.