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Introduzione alle Telecomunicazioni

Sulla normale linea di tipo analogico la connessione avviene grazie al doppino telefonico, un doppio cavo di rame che nasce per la normale comunicazione vocale ma viene però sfruttato per trasmettere dati, grazie alle proprietà di trasmissività della linea telefonica stessa. Nel secondo dopoguerra, a causa delle caratteristiche delle vie telefoniche, è stato scelto di effettuare tutte le comunicazioni telefoniche attraverso una banda di frequenza compresa tra i 300 e i 3400 Hertz. La conversazione che passa lungo la linea telefonica viene convertita in onda elettromagnetica, per poi percorrere le linee fino ad arrivare al destinatario, dove viene poi riconvertita in onda sonora. Il segnale vocale viene dunque convertito in segnale di tipo elettromagnetico, ottenendo così una trasmissione del segnale stesso fino all’apparecchio del ricevente. Nelle connessioni ad Internet tramite la normale linea telefonica, le comunicazioni passano attraverso quel canale attribuito originariamente solo alle comunicazioni vocali. Per questo motivo la comunicazione dati deve sottostare a condizioni che sono state definite per la comunicazione vocale. Se ci riferiamo alla trasmissione dati dobbiamo anche analizzare alcune proprietà delle trasmissioni su cavo.
La frequenza (misurata in Hertz) indica il numero di oscillazioni o di cicli di un’onda elettromagnetica nell’unità di tempo. Aumentando il numero di cicli aumentano le informazioni che possono essere gestite nell’unità di tempo e, di conseguenza, i dati che possono essere trasmessi.
Ad una prima analisi sembrerebbe sufficiente aumentare la frequenza per incrementare il numero di dati inviati; secondo il teorema sulla capacità di Shannon-Hartley possiamo vedere infatti che: Aumentando la banda e la potenza del segnale e minimizzando il rumore è possibile massimizzare la capacità in termini di bit al secondo: Capacità (bps) = W Log2 (1+SNR)
che si può approssimare nel seguente modo: Capacità (bps) = W x SNR/3
dove W è l’intervallo di frequenza mentre SNR è il rapporto segnale-rumore.
In pratica, stiamo dicendo che nelle connessioni in linea analogica la banda del segnale è compresa tra i valori già citati di 300-3400 Hz. Aumentando l’ampiezza di tale banda, aumenta di conseguenza anche la quantità di dati scambiati.
Esempio: in una normale linea telefonica la banda assegnata per le comunicazioni è di 3,1 KHz (3400-300 Hz). Supponendo un rapporto segnale rumore (SNR) di 30 dB (decibel), abbiamo che: Capacità (bps) = 3,1 x 30/3 = 31 Kbps
Dunque, la velocità di trasmissione dei dati è direttamente proporzionale all’intervallo di frequenze (W) a parità di rapporto segnale-rumore (SNR). Da questo teorema si evince che, aumentando l’intervallo di frequenze, aumenterebbe il bit rate in modo proporzionale; se ponessimo infatti il valore W pari a 200 (da un intervallo di frequenza di 400-200 KHz) e tenessimo ad esempio un SNR pari a 30 dB:
Capacità (bps) = 200 x 30/3 = 2000 Kbps
Aumentando l’intervallo di frequenza fino a 200 KHz e mantenendo invariato il rapporto segnale rumore, abbiamo come conseguenza un incremento della capacità di trasferimento dati, che arriva fino alla soddisfacente velocità di 2 Mbps. Considerando solo questa proprietà, potremmo ritenere che sarebbe sufficiente aumentare l’intervallo di frequenza per incrementare le prestazioni del doppino telefonico. Dobbiamo invece prendere in considerazione anche altre caratteristiche che sono proprie della trasmissione dati su un mezzo fisico: l'Attenuazione, la Dispersione e le Interferenze.
L’Attenuazione è una proprietà che condiziona la distanza percorsa da un segnale elettromagnetico. Il segnale subisce un’attenuazione maggiore all’aumentare della frequenza. Dunque, aumentando la frequenza di trasmissione dati (per incrementare il bit rate) contestualmente diminuirà la forza del segnale tanto da raggiungere, ad un certo punto, un livello di attenuazione tale da non rendere possibile la comunicazione (a meno che non si ricorra ad amplificatori di segnale oppure il segnale stesso non percorra distanze brevi o brevissime).

La conseguenza dell’attenuazione del segnale è la dispersione dello stesso. Come si vede dal grafico seguente:

Altre problematiche legate alla trasmissione dati sono causate dal fenomeno che prende il nome di Diafonia.
Con questo termine si indica quell’evento che si verifica quando due o più doppini telefonici adiacenti si influenzano a vicenda, ognuno con il rispettivo campo elettromagnetico, creando degli errori nella trasmissione dei dati.
Il fenomeno della diafonia si può rivelare attraverso due differenti manifestazioni (Telediafonia e Paradiafonia) che non analizzeremo in dettaglio.
Un altro tipo di difficoltà che può incidere negativamente sulla trasmissione dati, specie se si tratta di connessioni ADSL, è costituito dalle riflessioni del segnale, le quali si manifestano soprattutto quando si verificano variazioni di diametro dei cavi oppure nel caso in cui siano presenti numerose derivazioni nella linea telefonica.
Appurato che la normale connessione su linea analogica sfrutta un intervallo di frequenze che si attesta tra i 300 e 3400 KHz e considerato il teorema di Shannon secondo il quale all’aumentare della banda assegnata aumenta anche il baud rate (a parità di rapporto segnale-rumore), si può affermare che la strada percorsa dalle tecnologie DSL si basa sullo sfruttamento di bande di frequenza più ampie di quelle normalmente utilizzate.