Sistemi di telecomunicazioni

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gronag

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In generale un sistema di comunicazione è composto di 3 parti: c'è il trasmettitore che converte le informazioni in segnale, il mezzo di trasmissione (che può essere un doppino telefonico ma anche l'etere o una fibra ottica) che trasporta il segnale, e il ricevitore che riconverte il segnale in informazione "fisica".
Per quanto riguarda i dispositivi interni che compongono un ricetrasmettitore, possiamo trovare l'alimentazione elettrica, l'oscillatore, il blocco modulatore/demodulatore e altri dispositivi come filtri e amplificatori.
I sistemi riceventi e trasmittenti si differenziano in base al tipo di modulazione (AM, FM, analogica o digitale) e al segnale utilizzato (video, audio, ecc.) ma, in particolare, ciò che differisce è il blocco modulatore.
Dobbiamo inoltre distinguere le due sezioni, quella in bassa frequenza e quella in alta frequenza, che sono ben distinte.
La parte in bassa frequenza agisce sul segnale in banda base, cioè senza modulazione, quindi amplificatori e filtri sono posti prima della modulazione (o dopo la demodulazione).
Questi componenti non pongono particolari problemi, essendo realizzati con componenti discreti (amplificatori di potenza, di solito in classe B, filtri passivi, ecc.) o integrati (con operazionali).
L'attenzione maggiore va invece posta su quei dispositivi, per così dire, a "contatto" del segnale modulato ad alta frequenza: di solito gli amplificatori e i modulatori lavorano in classe C e sono SEMPRE di tipo selettivo, ossia hanno un circuito risonante e, possibilmente, un quarzo.
Il modulatore FM in genere sfrutta un diodo varactor (in cui la capacità varia con la frequenza ma, essendo piccole le variazioni, è necessario l'uso di "moltiplicatori" inseriti dopo il modulatore) per effettuare la modulazione.
Si può utilizzare anche la modulazione "indiretta", a volte più efficace di quella diretta, con cui il segnale FM viene ottenuto da una modulazione di fase PM, integrando preventivamente il segnale modulante.
Infine i demodulatori sfruttano dei diodi raddrizzatori ed un condensatore per ricostruire il segnale originario.
Quando volete mi trovate qui e, tempo permettendo (molto poco, in verità), cercherò di rispondere alle vostre domande.
A presto e grazie ;)

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Un'onda elettromagnetica, contenente l'informazione da trasmettere, si propaga nello spazio ad una velocità pari a quella della luce: c=3*10^8 m/s.
Essa è caratterizzata da una periodicità temporale, ossia dalla sua frequenza f=1/T Hz (T è il periodo in s), e da una periodicità spaziale, cioè dalla sua lunghezza d'onda (distanza tra due "creste" successive dell'onda, misurata in m).
Tra queste due grandezze, la frequenza e la lunghezza d'onda, esiste una relazione importantissima: il loro prodotto corrisponde alla velocità dell'onda (v=lambda*f).
Essendo v=c, si ha che lambda=c/f=(3*10^8)/f, cioè tra la lunghezza d'onda e la frequenza c'è una relazione di proporzionalità inversa.
Ora, i segnali BF, in bassa frequenza, hanno una grandissima lunghezza d'onda (ad es. la tensione dell'ENEL f=50Hz ha lunghezza d'onda lambda=6000 km), mentre i segnali AF (detti anche segnali RF, a radiofrequenza), in alta frequenza, hanno lunghezza d'onda molto piccola (ad es. un ponte radio a frequenza f=1GHz ha lunghezza d'onda lambda=30 cm).
Come sappiamo (vedi il mio articolo di Elettronica Industriale sui parametri concentrati e distribuiti), se le dimensioni fisiche del sistema sollecitato da onde elettromagnetiche sono molto più piccole della lunghezza d'onda del segnale, potremo utilizzare il modello a parametri concentrati, semplificando l'analisi del sistema stesso in quanto verrà utilizzata soltanto la variabile tempo.
A frequenze al di sopra di un certo valore limite, che possiamo stabilire a f=300MHz a cui corrisponde una lunghezza d'onda lambda=1 m, dovremo utilizzare il modello a parametri distribuiti.
Facendo un esempio, a frequenze alte una bread-board (la famosa basetta per effettuare esperimenti) non è più utilizzabile poiché si verificheranno fenomeni nuovi (ai capi di un tratto di circuito si crea una differenza di potenziale a fase variabile, in pratica la linea diventa un circuito L-C) relativi alla propagazione di onde ad altissima frequenza.
La basetta dovrà essere studiata come una linea elettrica e non più come semplici piste di rame.
In conclusione vorrei ricordare che il campo delle frequenze viene suddiviso in "bande", a cui corrispondono determinati limiti per le lunghezze d'onda, secondo la seguente tabella:
CLASSIFICAZIONI DELLE ONDE ELETTROMAGNETICHE
Buona lettura e a presto :ciaociao:
 

gronag

Utente Èlite
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Salve a tutti, cari amici, cos'è un canale di comunicazione ?
Per canale di comunicazione s'intende quel mezzo materiale, posto tra un trasmettitore (TX) ed un ricevitore (RX), che funge da supporto fisico alla trasmissione delle informazioni.
I mezzi fisici possono essere: cavi metallici (ad es. il doppino telefonico e il cavo coassiale), cavi in fibra ottica e l'etere (lo spazio libero).
Nei cavi metallici la propagazione energetica è dovuta a grandezze elettriche (tensione e corrente), nei cavi in fibra ottica essa è dovuta a onde elettromagnetiche a frequenza ottica (in realtà si opera nella gamma dell'infrarosso), nell'etere essa avviene mediante oscillazioni del campo elettrico e del campo magnetico.
Per analizzare le caratteristiche tecniche dei canali di comunicazione occorre individuare alcune grandezze fisiche fondamentali, tra cui la capacità informativa di un canale. Cosa s'intende per capacità informativa di un canale ?
La capacità di un canale C determina la velocità di trasmissione che il canale stesso può sostenere ed è legata sia alla banda passante (BW) che al rapporto S/N (rapporto tra il segnale utile e l'intensità del rumore) del mezzo dalla relazione di Shannon: C=BW*log2 (1+S/N) (log2 è il logaritmo in base 2).
In base a questa relazione, per aumentare la capacità C del canale è necessario aumentare la banda passante oppure diminuire il rumore, mantenendo inalterato il segnale utile, oppure fare entrambe le cose, se possibile.
Ad esempio, un doppino telefonico ha una banda passante di qualche MHz, molto ristretta, e un rapporto S/N di circa 30 dB, molto basso, la sua capacità è quindi dell'ordine delle centinaia di kbit/s.
Le migliori prestazioni in cavo si hanno con le fibre ottiche, con una banda passante che supera il GHz e un rapporto S/N che è di circa 100 dB, per cui la loro capacità è di circa 100 Gbit/s.
Da queste considerazioni si deduce che il futuro è nelle trasmissioni in fibra ottica e, in subordine, nelle trasmissioni satellitari.
Per concludere questa breve introduzione ai canali di comunicazione, vorrei accennare al fatto che tutti i canali introducono, in una linea di trasmissione, una attenuazione, data dal rapporto tra la potenza in ingresso Pi e quella in uscita Pu (si calcola in dB/km: A=10*log10 (Pi/Pu), in cui log10 è il logaritmo in base 10).
Tale attenuazione non è costante alle diverse frequenze e ciò vuol dire che la linea si comporta da filtro, introducendo una distorsione (di ampiezza e di fase) del segnale.
Inoltre essa è dovuta a diversi fattori, a seconda del tipo di canale: ad esempio, nel doppino è causata dalla resistenza dei conduttori, nelle fibre ottiche è dovuta a presenza di impurità, nell'etere è dovuta a vari fenomeni che si verificano nei vari strati dell'atmosfera (ionosfera, troposfera, ecc.), come ad esempio l'assorbimento atmosferico.
Una volta determinato il sistema di trasmissione da utilizzare, è necessario individuare il canale di comunicazione più adatto ad esso.
Di solito la scelta viene effettuata in base alla gamma di frequenze da trasmettere, ossia alla lunghezza d'onda del segnale.
Se avete domande da pormi, sono qui :asd:
Buona lettura e a presto :ciaociao:

P.S. Non mi sono soffermato sui "rumori" ma essi sono di diverso tipo: ad es. il "ripple" dell'alimentazione, il rumore industriale (dei motori), il rumore cosmico, il rumore atmosferico (dovuto a varie perturbazioni) e così via.
Di solito il suo valore, espresso in dB, è riferito alle potenze: (S/N)=10*log (S/N). Può andare dai 30 dB/km per il doppino agli 80 dB/km per le fibre ottiche :sisilui:
 

gronag

Utente Èlite
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Di norma le informazioni emesse da una sorgente non possono essere utilizzate nelle trasmissioni così come sono ma devono essere preventivamente "codificate", cioè trasformate e organizzate opportunamente secondo determinate regole.
Esistono tre tipi diversi di codifiche, atte a risolvere problemi di differente natura e che possono essere utilizzate contemporaneamente in una trasmissione: si tratta dei codici sorgente, dei codici di canale e dei codici di linea.
La codifica di sorgente serve ad ottimizzare i messaggi relativi alle informazioni, attuando in pratica una "conversione" di codice, ossia a ciascun elemento informativo viene associata una sequenza di bit elementari secondo un determinato criterio.
Ad esempio, nel codice ASCII, usato nei computer, ad ogni carattere alfanumerico (sono 128) viene associata una stringa di 8 bit, 7 bit per la codifica e 1 bit per il controllo di parità.
Altri esempi di codici sorgente sono il codice Morse (usato in radiotelegrafia) e il codice Baudot (usato nelle telescriventi e nei sistemi telex).
Nella codifica di canale, invece, lo scopo è quello di rilevare e di correggere gli errori di trasmissione dovuti alla presenza di rumore.
La tecnica più utilizzata è quella della "ridondanza", che consiste nell'aggiungere, al messaggio da trasmettere, alcuni bit in più rispetto a quelli necessari.
Ad esempio, il codice di parità, che è in grado solo di rilevare gli errori, aggiunge 1 bit ridondante, detto "bit di parità", in coda alla stringa di bit del messaggio, in modo tale da rendere pari il numero di bit "1".
Anche il codice CRC, solo rilevatore di errori, è un codice di canale, di tipo "ciclico" (ruotando una sua combinazione di elementi si otterrà sempre una combinazione appartenente allo stesso codice) e "polinomiale" (il messaggio trasmesso è in pratica un polinomio), ampiamente utilizzato nelle reti informatiche (Internet, LAN, ecc.) anche perché l'hardware richiesto per la sua implementazione è molto semplice, sono sufficienti alcune porte XOR e qualche registro SHIFT (a scorrimento) :asd:
Il codice Hamming è un codice di canale che non solo è in grado di rilevare gli errori ma anche di correggerli, una volta individuata la posizione dei bit errati.
Codice di correzione errori
La codifica di linea, infine, ha la funzione di convertire il segnale digitale, che, ricordo, dopo la codifica di sorgente e quella di canale non è ancora idoneo ad essere trasmesso, in una sequenza di simboli con caratteristiche idonee alla corretta trasmissione sulla linea :sisilui:
Trattandosi di tecniche di codifica strettamente correlate a problematiche relative alla trasmissione digitale, al momento non intendo soffermarmi su di esse, ripromettendomi di approfondirne le conoscenze in seguito, quando tratteremo la trasmissione numerica :sisi:
A presto e buona lettura ;)
 
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gronag

Utente Èlite
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Generalmente i segnali elettrici hanno una forma d'onda qualsiasi, a volte anche molto complessa, che però può essere ricondotta a tipi di forme più semplici e regolari, come ad es. l'onda sinusoidale, l'onda quadra e così via (i cosiddetti segnali canonici).
La forma d'onda sinusoidale, in particolare, è importantissima perché, secondo la teoria matematica dell'analisi armonica di Fourier, ad essa è possibile associare qualsiasi altra forma d'onda periodica.
La teoria di Fourier stabilisce che una funzione periodica può essere scomposta nella somma di un certo numero di "armoniche" sinusoidali, la cui ampiezza è facilmente calcolabile tramite integrali definiti e la cui frequenza è multipla (intera) della frequenza del segnale originario (cioè di frequenza uguale, doppia, tripla, ecc.).
Da ciò deriva il fatto, molto rilevante, che è possibile studiare un segnale, e quindi il suo contenuto informativo, non soltanto nel dominio del tempo ma anche nel dominio della frequenza.
Volendo rappresentare graficamente, su un piano cartesiano, l'ampiezza delle armoniche in funzione della frequenza, otterremo il cosiddetto "spettro" del segnale.
Il problema è che gli spettri dei segnali non sono tutti uguali ma variano a seconda del tipo di informazione che trasportano: ad esempio un segnale audio arriva al massimo a 20kHz, un segnale televisivo arriva ad un massimo di 5MHz, un'onda quadra ha infinite armoniche e così via.
Dobbiamo quindi distinguere i segnali in banda base, che rimangono, anche se manipolati, nella loro gamma di frequenze originaria, dai segnali in banda traslata, che vengono modulati al fine di permetterne la trasmissione a distanza.
A proposito dei sistemi in banda traslata, occorre ricordare che il segnale "modulante", quello originario, viene manipolato da un modulatore, il quale lo compone opportunamente con una "portante" ad alta frequenza, dando origine ad un segnale "modulato" che ha la stessa energia della portante e l'informazione della modulante (che risulta traslata in frequenza e quindi più adatta ad essere trasmessa a distanza).
Modulazioni generalità: Componenti della modulazione :sisilui:
Per concludere, vorrei far notare che di solito gli spettri vengono opportunamente filtrati allo scopo di ridurne la banda passante: ad es., il segnale telefonico viene ridotto alla gamma 300-3400Hz, il segnale modulato in AM alla gamma 50-4500Hz, il segnale modulato in FM alla gamma 20-15000Hz e così via.
Grazie e buona lettura ;)
 
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gronag

Utente Èlite
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Supponiamo di avere un segnale il cui sviluppo in serie di Fourier è il seguente:
f(t)=4+(4/pi)*sen(2*pi*800*t)+(4/(3*pi))*sen(2*pi*2400*t)+(4/(5*pi))*sen(2*pi*4000*t) :sisilui:
Si tratta di una funzione dispari (odd), cioè f(t)=-f(-t), simmetrica rispetto all'origine e dunque di tipo seno :sisi:
La sua forma d'onda è:



E' un'onda quadra con valore medio (la componente continua) pari a 4 (le armoniche sono solo dispari) :sisilui:
Lo spettro delle ampiezze, nel dominio della frequenza, è:



A presto ;)
 
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