ITI GALILEO FERRARIS S. GIOVANNI LA PUNTA APPUNTI DI TELECOMUNICAZIONI PER IL 5 ANNO IND. ELETTRONICA E TELECOMUNICAZIONI

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1 ITI GALILEO FERRARIS S. GIOVANNI LA PUNTA APPUNTI DI TELECOMUNICAZIONI PER IL 5 ANNO IND. ELETTRONICA E TELECOMUNICAZIONI Prof. Ing. R. M. Poro A cura della

2 TELECOMUNICAZIONI Con il ermine elecomunicazioni si definisce l insieme delle ecniche e dei procedimeni per la rasmissione a disanza di informazioni di vario ipo (voce, suoni, esi, dai, immagini fisse o in movimeno), effeuaa con mezzi elerici, eleromagneici od oici. Le informazioni, qualunque sia la loro naura originaria, devono essere disponibili soo forma di informazioni eleriche, cosiuie cioè dalle variazioni di una grandezza elerica, che viene chiamaa in generale segnale elerico. Nel caso in cui il segnale venga rasmesso ramie linee a conduori meallici si parla di propagazione guidaa. Nel caso in cui il segnale venga rasmesso mediane onde eleromagneiche araverso lo spazio si parla di propagazione libera. Tra i principali seori di impiego delle elecomunicazioni, disini in base al ipo di informazione da rasmeere, figurano la elefonia (rasmissione di messaggi parlai), la elegrafia (rasmissione di messaggi scrii), la rasmissione dai (rasmissione di informazioni desinae agli elaboraori eleronici). In ui quesi casi la comunicazione avviene ra una sorgene e un desinaario ben precisi. Nella radiodiffusione (rasmissione di suoni) e nella elevisione (rasmissione di immagini), la rasmissione viene realizzaa con il fine di consenire la ricezione ad una generica moleplicià di ueni, senza che vi siano paricolari desinaari presabilii. Modello di un sisema di elecomunicazione Lo schema più semplice di un generico sisema di elecomunicazioni può essere rappresenao con il seguene schema a blocchi: Blocco A Blocco B Blocco C Blocco A: Rappresena la sorgene del messaggio. Blocco B: Canale di rasmissione. Blocco C: Rappresena il desinaario del messaggio. Poiché araverso il canale di rasmissione ransia un segnale elerico, menre le informazioni alla sorgene hanno generalmene naura diversa da quella elerica, il blocco A deve conenere un disposiivo, deo rasduore, capace di rasformare l informazione di parenza in un segnale elerico; analogamene al erminale di ricezione è necessario un disposiivo, deo auaore, capace di converire l informazione di ipo elerico in un alra, in genere dello sesso ipo di quella originaria. Nella propagazione araverso il canale il segnale rasmesso subisce una degradazione, anche a causa dell aggiuna di segnali elerici eserni al sisema (rumore). Le apparecchiaure di sorgene del segnale devono quindi essere progeae per minimizzare gli effei della disorsione e del rumore. Così il segnale sorgene, già rasformao in segnale elerico, prima di essere inviao al canale deve essere rasformao in una forma più idonea alla rasmissione. Quesa operazione è generalmene dea modulazione. All uscia del canale dovrà essere eseguia l operazione inversa della modulazione, dea demodulazione. I disposiivi che realizzano quese operazioni sono dei modulaori e demodulaori; la coppia modulaore-demodulaore, impiegaa nei sisemi bidirezionali, è dea modem.

3 La modulazione consene di ridurre le cause di degradazione del segnale rasmesso e, inolre, rende possibile la muliplazione, cioè la rasmissione simulanea di più messaggi indipendeni araverso uno sesso mezzo rasmissivo. In ricezione dovrà essere effeuaa l operazione inversa della muliplazione, cioè la demuliplazione, per resiuire su uscie separae i segnali emessi dalle singole sorgeni. I disposiivi che realizzano quese operazioni sono dei muliplex e demuliplex. Nella rasmissione dai il segnale elerico può essere sooposo ad una uleriore operazione di codifica; in ricezione sarà eseguia l operazione inversa di decodifica. I disposiivi che realizzano quese operazioni sono dei codificaori e decodificaori; per la coppia codificaore-decodificaore è usao il ermine codec. Lo schema a blocchi del sisema di elecomunicazioni divena quindi: Blocco a Blocco B Blocco c Blocco a Blocco c Blocco a Blocco c Blocco A Blocco C Blocco A: Blocco a: rappresena la sorgene del messaggio; Blocco a: rappresena il rasduore; Blocco a: rappresena le operazioni di adaameno al canale (muliplazione, codificazione, modulazione). Blocco B: rappresena il canale di rasmissione. Blocco C: Blocco c: rappresena le operazioni di demodulazione, decodificazione, demuliplex; Blocco c: rappresena l auaore; Blocco c: rappresena il desinaario del messaggio.

4 TEORIA DEI SEGNALI I SEGNALI NEL DOMINIO DEL TEMPO I segnali possono essere rappresenai nel dominio del empo mediane un grafico caresiano avene in ascissa il empo ed in ordinae i valori isananei di ampiezza del segnale considerao. Tale grafico, deo forma d onda, è visualizzabile sperimenalmene con un oscilloscopio. In base alla forma d onda, i segnali possono essere disini in segnali coninui e segnali discrei. Si dicono coninui, o analogici, i segnali la cui rappresenazione nel dominio del empo è una funzione che può assumere, isane per isane, uno qualsiasi degli infinii valori di ampiezza compresi fra un minimo e un massimo prefissai. Un esempio di segnale coninuo è il seguene: segnale coninuo v() Un paricolare ipo di segnale coninuo è il segnale periodico. Si raa di un segnale che si ripee ciclicamene dopo un cero empo T, deo periodo e misurao in secondi. L inverso del periodo è la frequenza (f =/T ). La frequenza, misuraa in herz, rappresena il numero di cicli che si ripeono in un secondo. Si dice frequenza angolare o pulsazione ω il prodoo: ω =πf, misuraa in radiani al secondo. Un esempio di segnale periodico è il seguene: segnale periodico v() Un segnale periodico di paricolare ineresse è il segnale sinusoidale: segnale sinusoidale,5,5 v() -, ,5

5 Si dicono invece discrei quei segnali la cui rappresenazione nel dominio del empo è una funzione che può assumere solo alcuni valori di ampiezza (dei livelli), in numero finio e ben deerminao. Tali segnali vengono chiamai anche numerici o digiali (dall inglese digi = cifra), essendo possibile associare un numero a ciascuno dei livelli finii di ampiezza. Un esempio di segnale discreo è, ad esempio, il seguene: segnale discreo v() Quando il numero di livelli è ridoo a due, il segnale numerico è deo binario e a ciascuno dei due livelli può essere associaa una cifra binaria, dea bi (binary digi): segnale binario,,8,6,, 6 9 v() I SEGNALI NEL DOMINIO DELLA FREQUENZA Olre che nel dominio del empo, i segnali possono essere rappresenai nel dominio della frequenza, mediane un grafico deo spero di ampiezza del segnale considerao, visualizzabile sperimenalmene con un analizzaore di spero. Se noi consideriamo un segnale puramene sinusoidale, esso si può scrivere mediane la legge maemaica: Y () = Y M sen (πf ) I valori che caraerizzano la sinusoide sono il suo valore massimo Y M e il valore della frequenza f. E possibile allora associare a un segnale sinusoidale variabile nel empo una rappresenazione in frequenza che faccia corrispondere alla frequenza f il valore della ampiezza massima Y M : Y Y M f f Quesa funzione maemaica si chiama impulso di Dirac. 5

6 Serie di Fourier Riferendoci invece a segnali periodici, vale il eorema di Fourier, che può essere così formulao: Qualunque segnale periodico, di periodo T (e frequenza f =/T ), può essere scomposo nella somma di un evenuale ermine cosane e di infinii segnali sinusoidali, dei quali il primo, avene la sessa frequenza f del segnale considerao si chiama prima armonica o fondamenale, e gli alri, aveni frequenze muliple (f, f, f, ), si chiamano armoniche superiori. Il ermine cosane rappresena il valore medio del segnale in un periodo. L enunciao può essere espresso con la seguene relazione: y( ) = A + An sen(π n f + ϕn ) n= Graficamene, per disegnare lo spero del segnale, si riporano sull asse delle frequenze i valori delle varie armoniche e si raccia in corrispondenza di ciascuno di ali puni un segmeno vericale di lunghezza proporzionale all ampiezza della relaiva armonica: Y f f f f Trasformaa di Fourier La scomposizione in segnali sinusoidali è possibile anche per i segnali non periodici, con la differenza che in queso caso non si è più in presenza di una somma di segnali sinusoidali a frequenze muliple, ma di un insieme di segnali che coprono con coninuià l asse delle frequenze, per cui lo spero d ampiezza risula coninuo, anziché a righe: Y f L espressione analiica dello spero di un segnale coninuo y() è daa da: s( f ) + j πf = s( ) e d ed è dea rasformaa di Fourier s(f)={s()}. Per ornare nel dominio del empo bisogna svolgere l anirasformaa di Fourier: s( ) + + j πf = s( f ) e df ovvero: y()= {y(f)}. Una delle caraerisiche dei vari ipi di informazione è il campo di frequenza in cui sono siuai. Per i segnali di uso più comune nelle comunicazioni eleriche si ha: - elefonia: la banda di frequenza è limiaa ra i e i Hz; - radioecnica: la banda di frequenza va da 6 a 6 Hz ; - elevisione: per rasmeere le immagini è necessaria una quanià di informazioni molo elevaa, la banda di frequenza eorica arriva fino a MHz; in praica, le rasmissioni avvengono in un campo di frequenza minore (generalmene MHz). 6

7 Il segnale elerico va poi inviao araverso un canale di rasmissione Il canale, essendo un disposiivo fisico, si comporerà come un filro passa banda. E quindi necessario che le frequenze del segnale non siano filrae dal canale. E per queso imporane sapere quali siano le frequenze proprie del segnale e quale sia la banda del canale. Per i canali di uso più comune nelle comunicazioni eleriche si ha: - doppino elefonico alcuni MHz - cavo coassiale < 5 MHz - guida d onda alcuni GHz - fibre oiche THz