Mezzi trasmessivi. Il doppino telefonico

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1 Mezzi trasmessivi Il doppino telefonico E' il più anziano e diffuso. Consiste di una coppia di conduttori in rame intrecciati l'uno coll'altro in forma elicoidale. Ciò fa si che si minimizzino le interferenze fra coppie adiacenti (due fili paralleli costituiscono un'antenna; se sono intrecciati no). E' usato, in particolare, per le connessioni terminali del sistema telefonico (da casa alla centrale più vicina). La larghezza di banda dipende dalla lunghezza, ma comunque si può trasmettere a diversi Mbps su distanze fino a qualche km. Due tipi di doppino sono importanti nella trasmissione dati: categoria 3: due fili isolati, leggermente attorcigliati. Quattro coppie contenute in una guaina di plastica. Comune nei cablaggi telefonici interni agli edifici (si possono avere quattro telefoni per stanza); categoria 5 (dal 1988): simile alla categoria 3, ma con un più fitto avvolgimento (più giri per centimetro) e con isolamento in teflon. Migliore qualità del segnale sulle lunghe distanze, adatto a collegamenti in alta velocità in ambito LAN (ad esempio per Ethernet a 100 Mbps, ATM a 34 Mbps). Entrambi i tipi sono spesso chiamati UTP (Unshielded Twisted Pair), per distinguerli da un altro tipo, detto STP (Shielded Twisted Pair) che è schermato e quindi offre migliori prestazioni, ma è molto più ingombrante e, di fatto, non viene usato quasi più. Cavo coassiale E' un altro comune mezzo di trasmissione; offre un miglior isolamento rispetto al doppino e quindi consente velocità di trasmissione maggiori su distanze superiori. E costituito da un conduttore centrale in rame circondato da uno strato isolante all'esterno del quale vi è una calza metallica. Conduttore di rame Strato isolante Rivestimento esterno Calza metallica Era molto usato nel sistema telefonico per le tratte a lunga distanza, ma in tale ambito è ormai sostituito quasi ovunque dalla fibra ottica. Rimane in uso per la TV via cavo e in molte LAN. Ci sono due tipi di cavo coassiale, per ragioni storiche più che tecniche. Premessa: il termine baseband (banda base) significa che l'intera banda passante è usata per una singola trasmissione, di tipo digitale. Il termine broadband, invece, nella telefonia indica qualunque trasmissione più ampia di 4 khz, mentre nella trasmissione dati si riferisce a un cavo su cui viaggia un segnale analogico che, con opportune tecniche di multiplazione, viene usato per effettuare contemporaneamente più trasmissioni distinte, separate in differenti bande di frequenza. Baseband coaxial cable (50 ohm): il cavo baseband è usato per la trasmissione digitale, e consente velocità da 1 a 2 Gbps fino a circa 1 km. Per distanze superiori si devono interporre amplificatori. Broadband coaxial cable (75 ohm): è usato per la trasmissione analogica. E' il cavo standard della TV. Offre una banda di 300 MHz e può estendersi fino a quasi 100 km. La banda totale è suddivisa in canali di banda più piccola (ad es. 6 MHz per ciascun segnale TV) indipendenti gli uni dagli altri. Mentre un canale porta un segnale TV, un altro può portare una trasmissione dati (ovviamente con apparecchiature di conversione digitale/analogica e viceversa), tipicamente a 3 Mbps. 1

2 Tecnicamente, il cavo broadband è inferiore a baseband per la trasmissione digitale, ma ha il vantaggio di essere già in opera in grandi quantità (TV via cavo). Dunque, attraverso essa, le compagnie pay-tv prevedibilmente entreranno in competizione con quelle telefoniche per l'offerta di servizi trasmissione dati. Fibre ottiche Sono uno dei mezzi più recenti, e stanno rivoluzionando il mondo delle telecomunicazioni. Sono fatte di un sottilissimo cilindro centrale in vetro, (core) circondato da uno strato esterno (cladding) di vetro avente un diverso indice di rifrazione e da una guaina protettiva. Sono quindi raggruppate insieme in una guaina contenitrice esterna. Core Rivestimento Cladding Guaina esterna Le fibre ottiche sfruttano il principio della deviazione che un raggio di luce subisce quando attraversa il confine fra due materiali diversi (core e cladding nel caso delle fibre). La deviazione dipende dagli indici di rifrazione dei due materiali. Oltre un certo angolo, il raggio rimane intrappolato all'interno del materiale. Aria Silicio Cladding Core Le fibre ottiche sono di due tipi : multimodali: raggi diversi possono colpire la superficie con diversi angoli (detti mode), proseguendo quindi con diversi cammini. Il diametro del core è di 50 micron, come quello di un un capello; monomodali: sono così sottili (il diametro del core è 8-10 micron) che si comportano come una guida d'onda: la luce avanza in modo rettilineo, senza rimbalzare. Sono più costose ma reggono distanze più lunghe (fino a 30 km). Le fibre ottiche hanno prestazioni strepitose: con le correnti tecnologie è raggiungibile una velocità di trasmissione di Gbps (50 Tbps) con un bassissimo tasso d'errore. La pratica attuale di usare velocità dell'ordine dei Gbps dipende dall'incapacità di convertire più velocemente segnali elettrici in luminosi. Infatti, nelle fibre ottiche, il mezzo fisico utilizzato è ovviamente la luce, e un impulso luminoso rappresenta un 1 mentre la sua assenza uno zero. Le fibre ottiche sono fatte di un vetro speciale, molto trasparente (si vedrebbe il fondo del mare, se esso fosse di questo vetro), per cui offrono una bassissima attenuazione del segnale luminoso. L'attenuazione dipende anche dalla lunghezza d'onda della luce, per cui si usano comunemente tre particolari bande per la trasmissione (tutte nell'infrarosso vicino), larghe da GHz a Ghz ciascuna (un'enormità). Un sistema di trasmissione ottica ha tre componenti : sorgente luminosa: può essere un LED o un laser. Converte un segnale elettrico in impulsi luminosi; mezzo di trasmissione: è la fibra ottica vera e propria; 2

3 fotodiodo ricevitore: converte gli impulsi luminosi in segnali elettrici. Il tipico tempo di risposta di un fotodiodo è 1 nsec., da cui il limite di 1 Gbps. Ci sono due topologie comuni per le reti basate su fibre ottiche: anello: mediante la concatenazione di più spezzoni di fibre ottiche si crea un anello. Tutti collegamenti sono punto a punto. L'interfaccia può essere passiva (fa passare l'impulso luminoso nell'anello) o attiva (converte l'impulso in elettricità, lo amplifica e lo riconverte in luce); stella passiva: l'impulso, inviato da un trasmettitore, arriva in un cilindro di vetro al quale sono attaccate tutte le fibre ottiche; viene poi distribuito alle fibre ottiche uscenti. Si realizza così una rete broadcast. Vantaggi delle fibre ottiche rispetto al rame: leggerezza a parità di banda (due fibre sono più capaci di doppini, 100 kg/km contro kg/km); totale insensibilità a disturbi elettromagnetici; difficile l'inserimento di intrusi per spiare il traffico. Svantaggi delle fibre ottiche rispetto al rame: costo delle giunzioni; comunicazione unidirezionale (due fibre sono necessarie per una comunicazione two-way). Trasmissioni Wireless I prossimi paragrafi esaminano i concetti generali della comunicazione wireless, che è una tecnologia con applicazioni ben più importanti del fornire connettività agli utenti che vogliono esplorare il Web dalla spiaggia. Alcune persone credono che in futuro esisteranno solo due tipi di comunicazioni: quelle su fibra e quelle wireless. È interessante notare che la moderna comunicazione digitale wireless è nata nelle isole hawaiane: qui gli utenti sono separati da larghi tratti di Oceano Pacifico e il sistema telefonico fisso era inadeguato. Lo spettro elettromagnetico Quando si spostano, gli elettroni creano onde elettromagnetiche che si propagano attraverso lo spazio, anche nel vuoto. L'esistenza di queste onde è stata intuita dal fisico inglese James Clerk Maxwell nel 1865; la loro esistenza, comunque, è stata osservata per la prima volta nel 1887 dal fisico tedesco Heinrich Hertz. Il numero di oscillazioni al secondo di un'onda è chiamato frequenza, ed è misurato in Hz. La distanza tra due massimi (o minimi) consecutivi è chiamata lunghezza d'onda ed è universalmente indicata dalla lettera greca λ (lambda). Quando un'antenna di dimensioni appropriate è collegata a un circuito elettrico, le onde elettromagnetiche sono trasmesse in modo efficiente e un ricevitore posto a una certa distanza le può captare. Tutte le comunicazioni wireless si basano su questo principio. Nel vuoto tutte le onde elettromagnetiche viaggiano alla stessa velocità, qualunque sia la loro frequenza. Questa velocità, chiamata velocità della luce c, è pari a circa 3 x 10 5 m/sec, ossia circa 30 cm per nanosecondo. Nei cavi in rame e nelle fibre ottiche la velocità di trasmissione scende a 2/3 di questo valore e diventa leggermente dipendente dalla frequenza. La velocità della luce è il limite ultimo della velocità: nessun oggetto o segnale può muoversi più velocemente. La relazione fondamentale trai, λ e c (nel vuoto) è λƒ=c (1) La porzioni dello spettro indicate come onde radio, microonde, infrarosso e luce visibile si possono utilizzare per trasmettere informazioni modulando l'ampiezza, la frequenza o la fase delle onde. La luce ultravioletta, i raggi X e i raggi gamma funzionerebbero anche meglio, per le loro elevate frequenze, ma sono difficili da generare e da modulare, non si propagano bene attraverso i muri e sono dannose per gli esseri viventi. Le bande elencate nella figura 1 sono i nomi ITU ufficiali e si distinguono per le lunghezze d'onda. I termini LF, MF e HF indicano rispettivamente le frequenze basse, medie e alte. 3

4 logicamente, quando vennero assegnati i nomi nessuno si aspettava di superare i 10 MHz, perciò le bande più alte sono state chiamate successivamente bande di frequenza Very, Ultra, Super, Extremely e Tremendously High. Fig 1 La quantità di informazione che un'onda elettromagnetica può trasportare dipende dalla sua banda. La tecnologia corrente permette di codificare pochi bit per ogni Hertz di bassa frequenza e 8 bit per le alte frequenze, perciò un cavo coassiale con una banda passante di 750 MHz può trasportare diversi Gigabit di dati al secondo. È facile capire, osservando la figura 1, come mai agli utenti di rete piace così tanto la fibra. La maggior parte delle trasmissioni utilizza una banda di frequenze ristretta per ottenere la migliore ricezione, ma in certi casi si usa una banda larga con due varianti. La tecnica a spettro distribuito a frequenza variabile il trasmettitore salta da una frequenza a un' altra centinaia di volte al seconde Questa variante è utilizzata nelle comunicazioni militari, perché rende difficile rilevare le trasmissioni ed è quasi impossibile da disturbarle. Negli ultimi anni questa tecnica ha avute anche diverse applicazioni commerciali; per esempio, è adottata dallo standard :da Bluetooth. L'altra forma di trasmissione, chiamata spettro distribuito a sequenza diretta, propaga il segnale attraverso una banda larga, e sta guadagnando popolarità nei mondo commerciale, e in particolare è già adottato dai telefoni cellulari Questa variante è utilizzata anche da alcune LAN wireless. Trasmissioni radio Le onde radio sono semplici da generare, possono viaggiare per lunghe distanze e attraversano facilmente gli edifici; per questi motivi sono largamente utilizzate per la comunicazione, sia all'interno delle costruzioni sia all'esterno. Le onde radio sono omnidirezionali ossia si espandono dalla sorgente in tutte le direzioni, perciò il trasmettitore e il ricevitore non devono essere fisicamente allineati. Qualche volta la proprietà omnidirezionale è utile, ma altre invece non lo è,come accadde nel 1970, General Motors sulle Cadillac esse quando interferivano con le frequenze del sistema di comunicazione radio adottato dalla polizia stradale dell'ohio,esse si comportavano in modo anomalo diventando pericolose. Le proprietà delle onde radio dipendono dalla frequenza. Alle frequenze più basse, le onde radio attraversano bene gli ostacoli ma la potenza diminuisce bruscamente allontanandosi dalla sorgente; Alle frequenze più alte, le onde radio tendono a viaggiare in linea retta, rimbalzano contro gli ostacoli e sono anche assorbite dalla pioggia. A tutte le frequenze le onde radio sono soggette a interferenze da parte di motori e altri dispositivi elettrici, e poiché sono in grado di superare lunghe distanze, l'interferenza tra utenti è un problema. Per questo motivo tutti i governi limitano le licenze a disposizione dei trasmettitori radio. Nelle bande VLF, LF e MF, le onde radio seguono il terreno come mostrato nella Figura 2(a). Queste onde si possono ricevere per circa Km alle frequenze più basse, e a distanze più brevi 4

5 con frequenze maggiori. Le stazioni radio AM utilizzano la banda MF, Nel caso della comunicazione dati, il problema principale di queste bande è la loro ridotta ampiezza di banda Nelle bande HF e VHF le onde terrestri tendono a essere assorbite dal pianeta, ma le onde che raggiungono la ionosfera, sono riflesse e tornano verso il pianeta come mostrato nella Figura 2.(b). In particolari condizioni atmosferiche, i segnali possono rimbalzare diverse volte. I radioamatori utilizzano queste bande per comunicare su lunghe distanze; anche i militari comunicano attraverso le bande HF e VHF. Trasmissione a microonde Sopra i 100 MHz le onde viaggiano quasi in linea retta e pertanto si mettono a fuoco facilmente. Concentrando tutta l'energia in un piccolo raggio per mezzo di un'antenna parabolica (come quella delle TV satellitari) si riesce a ottenere un rapporto segnale/rumore molto più alto, ma le antenne trasmittenti e riceventi devono essere accuratamente allineate le une con le altre. Inoltre, questa direzionalità permette a più trasmettitori allineati di comunicare senza interferenze con più ricevitori allineati, purché si osservino alcune regole di distanza minima. Per decenni, prima dell'avvento delle fibre ottiche, le microonde hanno costituito il cuore dei sistemi di trasmissione telefonica su lunghe distanze. Poiché le microonde viaggiano in linea retta, se le antenne sono troppo lontane (si pensi per esempio a un collegamento San Francisco-Amsterdam) entra in gioco la curvatura. della Terra; di conseguenza sono necessari dei ripetitori. Più sono alte le antenne, maggiore può essere la loro distanza.. Nel caso di antenne alte 100 metri, i ripetitori possono trovarsi a 80 Km di distanza. A differenza delle onde radio a bassa frequenza, le microonde non attraversano molto bene gli edifici; inoltre, alcune onde si possono rifrangere sugli strati più bassi dell'atmosfera e arrivano un po' dopo le onde dirette. Le onde in ritardo possono arrivare fuori fase con le onde dirette e questo può annullare il segnale. Questo sistema di trasmissione ha diversi vantaggi rispetto alla fibra; il principale è che non richiede alcun diritto per il passaggio: acquistando un piccolo appezzamento di terreno ogni 50 Km e costruendo su di esso un'antenna è possibile scavalcare il sistema telefonico e comunicare direttamente. La politica dello spettro elettromagnetico Per evitare il caos totale sono stati stipulati accordi nazionali e internazionali sui soggetti e le frequenze utilizzabili. Poiché ognuno vuole una maggiore velocità di trasmissione e tutti vogliono più spettro, i governi nazionali assegnano lo spettro per le radio AM e PM, le televisioni e i telefoni cellulari, così come per le aziende telefoniche, la polizia, la marina, l'aeronautica, l'esercito, il governo e gli altri utenti in competizione. A livello mondiale, un'agenzia di ITU-T (WARC) tenta di coordinare queste assegnazioni in modo che sia possibile produrre dispositivi in grado di funzionare in paesi diversi. Le nazioni non sono vincolate alle raccomandazioni di ITU-R, e la FCC (Federal l1iunication Commission), che si occupa dell'assegnazione negli Stati Uniti, ha saltuarialmete rifiutato tali indicazioni. Anche quando una parte dello spettro viene assegnato a un particolare utilizzo, per esempio ai telefoni cellulari, c'è il problema della suddivisione delle frequenze tra i fornitori di servizi. In passato sono stati utilizzati tre metodi: Il più vecchio, richiedeva che ogni fornitore motivasse il valore della sua proposta per il pubblico interesse; in seguito gli agenti del governo sceglievano la motivazione che sembrava più interessante. Questo sistema era spesso causa di corruzione e scelte arbitrarie. 5

6 Il secondo era basato su una lotteria tra le aziende interessate. Il problema di questa idea è che anche aziende non interessate all'utilizzo dello spettro potevano partecipare alla lotteria. Il terzo utilizza: la vendita all'asta di porzioni dello spettro elettromagnetico. Seguendo questo principio la maggior parte dei governi ha riservato alcune bande di frequenza, chiamate ISM (Industriai, Sdentific, Medicai), per l'utilizzo senza licenze Telecomandi che aprono i garage, telefoni senza fili, giocattoli telecomandati, mouse senza fili e numerosi altri apparecchi domestici utilizzano le bande ISM. Per limitare l'interferenza tra questi dispositivi non coordinati, FCC ordina che tutti gli apparecchi nelle bande ISM utilizzino tecniche di trasmissione a spettro distribuito. Infrarossi e onde millimetriche La comunicazione a corto raggio si usano spesso raggi infrarossi non vincolati e onde millimetriche. I telecomandi dei televisori, dei videoregistratori e degli stereo adottano la comunicazione a infrarossi. Questo sistema è relativamente direzionale, è economico e facile da costruire, ma ha un grande difetto: non riesce ad attraversare ostacoli solidi. In generale, più ci si allontana dalle onde radio lunghe e ci si avvicina allo spettro della luce visibile, più le onde si comportano come luce e meno come onde radio. D'altra parte, il fatto che le onde infrarosse non superano i muri rappresenta anche un vantaggio; significa che un sistema a infrarossi che si trova in una stanza di un edificio non interferirà con quelli simili collocati nelle stanze o negli edifici adiacenti: è per questo motivo che non si può controllare con il proprio telecomando il televisore del vicino. Inoltre, i sistemi a infrarossi sono più sicuri di quelli basati sulle onde radio, in quanto sono più difficili da intercettare e non richiedono alcuna licenza governativa I sistemi a infrarossi sono utilizzati anche per collegare i computer portatili alle stampanti. Trasmissione a onde luminose I segnali ottici non guidati sono utilizzati da secoli. In un'applicazione un po' più moderna, laser montati sui tetti permettono di realizzare una connessione LAN tra due edifici. La segnalazione ottica coerente basata sui laser è intrinsecamente unidirezionale, perciò ogni edificio ha bisogno di un laser e di un rilevatore fotoelettrico. Questo schema offre un'ampiezza di banda elevata a un costo ridotto; inoltre è relativamente facile da installare e non richiede licenze FCC,. La potenza del laser, un raggio molto sottile, rappresenta anche la sua debolezza: puntare un raggio laser di l mm su un bersaglio della dimensione di una capocchia di spillo distante 500 metri richiede un'abilità incredibile. Di solito nel sistema vengono introdotte lenti per rendere il raggio meno focalizzato. Uno svantaggio è che i raggi laser non possono attraversare la pioggia e la nebbia fitta e funzionano bene solo nelle giornate serene, ma i problemi possono presentarsi anche nelle giornate più belle. Per esempio, a volte il calore del sole durante il giorno può sollevare dal tetto correnti di convezione. La turbolenza quindi, devia il raggio facendolo ballare intorno al rilevatore. Effetti di questo tipo rendono le stelle scintillanti (ecco perché gli astronomi collocano i loro telescopi sulle cime delle montagne) e fanno anche luccicare le strade nei giorni più caldi. Comunicazioni satellitari Alla fine degli anni '50 e all'inizio dei '60 gli scienziati tentarono di creare sistemi di comunicazione cercando di far rimbalzare segnali radio su palloni aerostatici meteorologici metallizzati. Sfortunatamente, essendo troppo deboli, i segnali ricevuti non erano di utilità pratica. Successivamente la Marina degli Stati Uniti constatò che nel cielo esisteva una specie di pallone aerostatico permanente, ossia la luna, e costruì un sistema funzionante che permetteva alle navi di comunicare facendo rimbalzare i segnali su di essa. I successivi progetti nel settore delle comunicazioni astronomiche hanno dovuto attendere il lancio del primo satellite di comunicazioni. La differenza principale tra un satellite artificiale e un satellite reale è che il primo è in grado di amplificare i segnali prima di ritrasmetterli. I satelliti di comunicazione hanno alcune interessanti proprietà che li rendono allettanti per molte applicazioni. Nella sua forma più semplice, un satellite di comunicazioni può essere immaginato come un grande ripetitore di microonde collocato nel cielo. Questo dispositivo contiene diversi transponder, ossia ricetrasmettitori satellitari. Ognuno ascolta una parte dello spettro, amplifica il segnale in ingresso e lo ritrasmette su un altra frequenza per evitare interferenze con il segnale in arrivo. I raggi puntati verso il basso possono essere larghi e 6

7 coprire una considerevole frazione della superficie terrestre, oppure stretti e coprire un'area dal diametro di poche centinaia di chilometri. Questa modalità operativa è chiamata best pipe. In accordo con la legge di Keplero, il periodo orbitale di un satellite varia in base al raggio della sua orbita elevato alla potenza 312. Più è alto il satellite, più è lungo il periodo. In prossimità della superficie terrestre il periodo è di circa 90 minuti. Di conseguenza, i satelliti in orbite basse scompaiono dalla vista rapidamente e ne servono molti per fomite una copertura continua. A un'altitudine di circa Km il periodo è di 24 ore; a Km è di circa un mese. Un altro problema è rappresentato dalla presenza delle fasce di Van Allen, strati di particelle molto cariche intrappolate dal campo magnetico terrestre; un satellite che le attraversasse verrebbe velocemente distrutto. Questi fattori conducono alle tre zone in cui i satelliti possono essere collocati senza pericolo, che sono illustrate nella Figura 3. satelliti geostazionari I satelliti collocati su orbite alte sono chiamati satelliti GEO (Geostationary Earth Orbit, orbita terrestre geostazionaria). Con la tecnologia corrente, per evitare interferenze, è meglio non disporre i satelliti geostazionari a intervalli minori di 2 gradi. Con un intervallo di 2 gradi ci possono essere solo 360/2=180 satelliti di questo tipo nel cielo, ma ogni transponder può utilizzare frequenze e polarizzazioni multiple per aumentare l'ampiezza di banda disponibile. Per evitare il caos totale nel cielo, l'allocazione degli slot orbitali è gestita dall ITU. I moderni satelliti possono raggiungere dimensioni enormi: alcuni pesano Kg e consumano diversi kilowatt di energia elettrica prodotta da pannelli solari. Gravità solare, lunare e planetaria tendono ad allontanarli dagli slot e dagli orientamenti assegnati, ma l effetto è contrastato dai motori a razzo installati a bordo. La continua attività di messa a punto è chiamata station keeping e quando dopo una decina di anni circa il propellente si esaurisce, il satellite va alla deriva e precipita senza che si possa fa nulla, quindi deve essere disattivato. Alla fine l orbita decade e il satellite rientra nell'atmosfera e brucia, o qualche volta precipita al suolo. Gli slot orbitali non sono l'unico pomo della discordia; anche le frequenze creano problemi, poiché le trasmissioni dirette verso il basso interferiscono con i sistemi a microonde esistenti. Di conseguenza, l'itu ha assegnato alle applicazioni satellitari alcune bande di frequenza. La banda C è stata la prima assegnata al traffico commerciale e comprende due intervalli di frequenze assegnate: il più basso per il traffico diretto verso la terra, e il più alto per quello diretto verso il satellite. Per consentire al traffico di viaggiare contemporaneamente in entrambe le direzioni servono due canali, uno per ciascuna direzione. Queste bande sono sovraffollate, perché utilizzate dalle aziende telefoniche per i collegamenti a microonde terrestri. Satelliti su orbite medie Ad altitudini molto più basse, comprese tra le due fasce di Van Allen, si trovano i satelliti MEO (Medium Earth Orbit). Visti dalla Terra, questi satelliti si spostano lentamente lungo la longitudine, impiegando circa 6 ore per compiere un giro intorno al pianeta; di conseguenza devono essere rintracciati mentre si spostano nel cielo. Poiché sono più bassi dei satelliti GEO, coprono un'area più piccola e possono essere raggiunti usando trasmettitori meno potenti. Al momento non sono utilizzati per le telecomunicazioni. I 24 satelliti GPS (Global Positioning System) che orbitano a circa Km di altezza sono di tipo MEO. 7

8 Satelliti su orbite basse Scendendo di altezza si incontrano i satelliti LEO (Low Earth Orbit). Poiché si spostano. rapidamente, la realizzazione di un sistema completo richiede l'utilizzo di numerosi satelliti di questo tipo. D'altra parte, poiché i satelliti sono molto vicini alla superficie del pianeta, le stazioni terrestri non hanno bisogno di molta energia e il ritardo nelle comunicazioni è di pochi millisecondi. Tra questi vanno citati Iridium, Globalstar,Teledesic di cui due dedicati alla trasmissione della voce e l altro alla comunicazione via Internet. Satelliti o fibra? Il confronto tra la comunicazione satellitare e quella terrestre è istruttivo. Solo 20 anni fa si pensava che il futuro della comunicazione sarebbe stato dominato dai satelliti. Dopo tutto. il sistema telefonico era cambiato pochissimo nei precedenti 100 anni e non sembrava voler cambiare nei successivi 100. Questo movimento glaciale era causato in buona parte dall'insieme di norme che imponeva alle aziende telefoniche di fornire un buon servizio di comunicazione vocale a un prezzo ragionevole, L introduzione della concorrenza, iniziata negli Stati Uniti e in alcuni paesi dell'europa, cambiò tutto radicalmente. Le aziende telefoniche iniziarono a sostituire le loro reti a lunga tratta con fibre ottiche, introdussero servizi a banda larga come ADSL Asymmetric Digital Subscriber Une) e smisero di far pagare prezzi artificiosamente alti per chiamate a lunga distanza per sovvenzionare il servizio locale. All improvviso le connessioni basate su fibre terrestri avevano assunto 1'aspetto del vincitore a lungo termine. Ciò nonostante, i satelliti di comunicazione potevano contare su alcune grandi nicchie di mercato che la fibra non era in grado di raggiungere. Le fibre installate fino a questo momento sono utilizzate dal sistema telefonico per gestire più chiamate interurbane simultaneamente, non per fornire una grande ampiezza di banda ai singoli utenti. Con i satelliti è realistico che un utente innalzi un antenna sul tetto di casa e scavalchi completamente il sistema telefonico per ottenere una maggiore ampiezza di banda; Teledesic si basa proprio su questa idea. Un altro settore che la fibra non può raggiungere è quello della comunicazione mobile. La terza nicchia è quella delle situazioni in cui la comunicazione broadcast è fondamentale: un messaggio inviato dal satellite può essere ricevuto contemporaneamente da migliaia di stazioni terrestri. Il quarto settore è quello della comunicazione in luoghi con terreni inospitali o scarsamente dotati i di infrastrutture terrestri. L'Indonesia, per esempio, ha il suo satellite per il traffico telefonico interno: lanciare un satellite è costato meno che stendere migliaia di cavi sottomarini Infine, quando è di importanza critica una rapida installazione, come nel caso dei sistemi di comunicazione militari in tempo di guerra, i satelliti vincono facilmente. In breve, sembra che il sistema di comunicazione principale del futuro sarà quello terrestre basato su fibre ottiche combinato con la rete radio cellulare, ma per alcune applicazioni specializzate i satelliti sono migliori. A tutto ciò va contrapposto l' aspetto economico: sebbene le fibre offrano una maggiore ampiezza di banda, è certamente possibile che la comunicazione terrestre e quella satellitare si facciano concorrenza in modo aggressivo anche sui prezzi. Linee DSL (Digital Subscriber Line) Quando raggiunse finalmente i 56 kbps, l industria telefonica si congratulò con se stessa. Nel frattempo, però, l industria televisiva aveva iniziato a offrire velocità che raggiungevano i 10 Mbps sui cavi condivisi e le società di comunicazione satellitare si preparavano a proporre servizi di trasmissione fino a 50 Mbps. Quando l accesso a Internet divenne una parte importante dell attività commerciale le aziende telefoniche si resero conto di aver bisogno di un prodotto più competitivo. Per questo iniziarono a offrire nuovi servizi digitali sui collegamenti locali. I servizi con un ampiezza di banda superiore a quella del servizio telefonico standard si dicono a banda larga. Inizialmente ci furono molte offerte sovrapposte, tutte raccolte sotto un unico nome: xdsl (Digital Subscriber Line), di cui la più popolare, sarà l ADSL (Asymmetric DSL). I modem sono così lenti perché i telefoni sono stati inventati per trasmettere la voce umana e l intero sistema è stato attentamente ottimizzato per questo scopo; i dati sono stati introdotti di recente e la loro trasmissione era considerata di importanza secondaria. Nel punto in cui ogni collegamento locale termina nella centrale locale, il cavo attraversa un filtro che attenua tutte le 8

9 frequenze sotto i 300 Hz e sopra i Hz. L ampiezza di banda solitamente è Hz perciò i dati sono limitati a una banda stretta. Il trucco che fa funzionare xdls è che quando un cliente si abbona a questo servizio, la linea in ingresso viene collegata a un diverso tipo di commutatore che, non usando questo filtro, rende disponibile l intera capacità del collegamento locale. Purtroppo, la capacità del collegamento locale dipende anche da altri fattori, inclusa la sua lunghezza, il diametro dei cavi e la qualità. Uno dei problemi che le compagnie telefoniche devono affrontare è il rapporto velocità distanza. La portata massima dipende dalla distanza dalle centrali locali e dalla velocità che si sceglie di offrire. Questo significa che alcuni utenti che intendono abbonarsi al servizio potrebbero sentirsi dire: La ringraziamo per l interesse dimostrato, ma purtroppo la sua abitazione dista 100 metri di troppo dalla più vicina centrale locale. Più è bassa la velocità della connessione, più è ampio il raggio del servizio e maggiore è il numero di clienti raggiunti; ma al diminuire della velocità, diventa meno allettante il servizio e diminuisce il numero di utenti disposti a pagare per ottenerlo. I servizi xdsl sono stati progettati tenendo conto di alcuni obiettivi: 1. devono funzionare sui doppini di categoria 3 esistenti adoperati per i collegamenti locali; 2. non devono influire sugli apparecchi telefonici e sui fax degli utenti; 3. devono essere molto più veloci della connessione a 56 kbps; 4. dovrebbero sempre essere attivi e avere un costo mensile non legato al tempo di utilizzo. Il primo servizio ADSL divideva lo spettro disponibile sui collegamenti locali (circa 1,1MHz) in tre bande di frequenza: POTS (Plain Old Telephone Service), upstream (dall utente alla centrale) e downstream (dalla centrale all utente). Le offerte successive hanno seguito un approccio diverso, che poi si è dimostrato vincente. Lo spettro 1,1MHz disponibile sui collegamenti locali è diviso in 256 canali indipendenti, ognuno ampio, 4.312,5Hz. Il canale 0 è utilizzato per POTS; per evitare che il segnale vocale e quello dati interferiscano tra loro, i canali da l a 5 non sono utilizzati; dei canali rimanenti uno è utilizzato per il controllo della trasmissione e un altro per il controllo della ricezione. Tutti gli altri canali sono a disposizione dei dati degli utenti. In linea di principio, ognuno dei canali rimanenti può essere utilizzato per un flusso di dati full duplex, ma le armoniche, l interferenza e altri effetti impediscono ai sistemi pratici di avvicinarsi al limite teorico. Il fornitore del servizio decide quanti canali utilizzare per la trasmissione e quanti per la ricezione. Una combinazione 50 e 50 è tecnicamente possibile, ma la maggior parte dei fornitori assegna al canale utilizzato per scaricare i dati l 80-90% dell ampiezza di banda, ciò perché la maggior parte degli utenti riceve più dati di quanti ne trasmetta. Da ciò deriva il nome ADSL (Asimmetrica DSL). Lo standard ADSL supporta velocità che possono arrivare a decine Mbps in ricezione e qualche Mbps in trasmissione. Le qualità della linea in ogni canale è tenuta costantemente sotto controllo e la velocità dati è regolata continuamente perciò canali differenti possono avere velocità diverse su brevi tratti di collegamenti locali di alta qualità. 9

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