TELECOMUNICAZIONI

TELECOMUNICAZIONI (App. II, 11, p. 952)

La tecnica delle t. ha subìto in questi ultimi anni un ulteriore poderoso sviluppo, reso certamente più rapido dalla sempre crescente presenza sul mercato, a prezzi accettabili, di dispositivi e di materiali che appena dieci anni fa rappresentavano poco più che dei prodotti da laboratorio.

Volendo citare soltanto i più importanti e conosciuti di tali materiali, basterà ricordare i transistori, che hanno trovato larga applicazione in quasi tutti i tipi di apparecchiature per t. e che hanno consentito un imponente sviluppo della tecnica degli impulsi; nel campo dei materiali magnetici, le ferriti, le cui applicazioni, tutte di notevole interesse, vanno dal campo delle basse frequenze sino a quello delle frequenze elevatissime; nel campo dei dielettrici infine basterà ricordare il polietilene, che per le sue eccezionali qualità elettriche e meccaniche ha trovato un impiego vastissimo nella costituzione dei mezzi trasmissivi.

Riferendosi alle due classi in cui si usa suddividere i sistemi di t., e precisamente sistemi caratterizzati da mezzi trasmissivi con frequenza superiore di taglio e sistemi caratterizzati da mezzi trasmissivi con frequenza inferiore di taglio (v. App. II, 11, p. 952), si può affermare che nel campo della telefonia le realizzazioni di questi ultimi anni, salvo casi particolari aventi un carattere ancora sperimentale, hanno avuto tutte per obiettivo prevalente la realizzazione di circuiti a costo d'impianto e di manutenzione sempre più basso, piuttosto che il miglioramento della qualità dei circuiti stessi, per i quali le caratteristiche stabilite dal CCIF pochi anni dopo la fine della seconda guerra mondiale appaiono ancor oggi perfettamente valide per garantire, su lunghezze di ordine continentale, la realizzazione di comunicazioni accettabili.

D'altra parte occorre ricordare che è già in discussione un piano di interconnessione telefonica su basi intercontinentali che prevede collegamenti sino a una lunghezza massima di 25.000 km: con tali lunghezze non sembra che tutte le caratteristiche attualmente previste per i circuiti di t. possano garantire collegamenti di buona qualità commerciale. Il problema è già presente all'attenzione dei tecnici, e non è escluso che nei prossimi anni l'evoluzione dei sistemi di trasmissione telefonica sia volta prevalentemente verso l'ottenimento, a condizioni economiche possibili, di migliorate caratteristiche di qualità.

Nel campo della trasmissione a grande distanza di segnali televisivi e telegrafici, viceversa, lo sviluppo avutosi in questi ultimi anni si è anche volto, in misura non trascurabile, a un miglioramento delle caratteristiche di qualità.

Così, per quel che riguarda in particolare le trasmissioni di tipo telegrafico, basterà ricordare l'imponente mole di studî e le prime realizzazioni in merito alle trasmissioni di tipo telegrafico ad alta velocità, che vanno sotto il nome di "trasmissioni di dati contabili" in quanto sorte inizialmente allo scopo di consentire un rapido trasferimento d'informazioni nel campo bancario. Queste trasmissioni telegrafiche ad alta velocità richiedono, ovviamente, una larghezza di banda del mezzo trasmissivo ben superiore ai 120 Hz dell'ordinario canale di telegrafia armonica a 50 baud; le realizzazioni attuali utilizzano l'intera larghezza di banda di un canale telefonico (3,1 kHz), ma già si prevede che, per esigenze speciali, potrà essere opportuno adoperare velocità di trasmissione tali da richiedere una larghezza di banda pari a quella occupata da un gruppo di 12 canali telefonici (48 kHz).

Sistemi di telecomunicazione della prima classe. - In questo settore si sono registrati progressi notevoli nei riguardi sia del mezzo trasmissivo sia delle apparecchiature terminali.

Per quel che riguarda il mezzo trasmissivo, ricordiamo la realizzazione di un cavo contenente coppie coassiali di piccole dimensioni, che, in unione con amplificatori a transistori di ridottissimo ingombro, danno luogo a un mezzo trasmissivo idoneo a trasmettere, in condizioni particolarmente economiche, 300 canali telefonici.

Le dimensioni di questo tipo di coppia coassiale variano tra 0,95 e 1,3 mm per il conduttore interno e tra 4,14 e 6 mm per il conduttore esterno, a seconda della costante dielettrica dell'isolante adoperato e dell'impedenza prescelta; l'isolante è generalmente polietilene di tipo "cellulare", cioè contenente numerosissime piccole cavità ripiene di gas inerte. Il passo di amplificazione varia, a seconda delle tecniche costruttive, tra 3,66 e 5,5 km; la banda di frequenze trasmesse si estende tra 60 e 1300 kHz.

Altro progresso considerevole è stato realizzato nel campo delle coppie coassiali di tipo normalizzato (diametro del conduttore interno 2,6 mm; diametro interno del conduttore esterno 9,5 mm): da una banda utilizzabile che si estendeva sino a 4 MHz e che consentiva la trasmissione di 960 canali telefonici, ciascuno avente una banda lorda di 4 kHz, si è in un primo tempo passati a una banda utilizzabile che si estende sino a 6 MHz, e ciò operando sui soli amplificatori intermedî, senza fare intervenire anche una riduzione del passo di amplificazione dal valore di 9 ÷ 10 km già adottato per il sistema a 4 MHz.

Questi sistemi coassiali con banda estesa sino a 6 MHz sono sorti essenzialmente per la trasmissione a grande distanza di un programma televisivo dello standard europeo a 625 linee; se usati per telefonia essi consentono la trasmissione di 1260 canali, e cioè la trasmissione di altri 5 supergruppi in aggiunta ai 16 del sistema classico a 4 MHz. Questi 5 supergruppi aggiuntivi vengono allocati nella banda 4332 ÷ 5564 kHz.

Ma il passo veramente determinante compiuto nel campo dei sistemi di trasmissione realizzati con coppie coassiali di tipo tradizionale è rappresentato dalla messa a punto di un sistema avente una larghezza di banda che si estende da 300 kHz a circa 12.500 kHz. Un tale sistema prevede un passo di amplificazione di 4,5 km circa; l'intera larghezza di banda può essere utilizzata per 2700 canali telefonici, ciascuno avente una banda lorda di 4 kHz, oppure per 1200 canali telefonici e un canale televisivo.

Per un così gran numero di canali i semplici stadî di raggruppamento in gruppi e supergruppi adoperati nei sistemi a 600 ed a 960 canali (App. II, 11, p. 953) non sono apparsi più sufficienti per rendere economicamente conveniente l'allocazione in linea e la derivazione nei punti intermedî dei varî canali: è stato quindi previsto un ulteriore stadio di raggruppamento, costituito dall'insieme di 5 supergruppi e cioè da 300 canali. Tale stadio di raggruppamento assume il nome di mastergruppo o gruppo terziario: in fig. 1 è indicato il dettaglio delle operazioni di modulazione necessarie per la formazione del gruppo terziario di base. In fig. 2 sono poi riportate le allocazioni dei varî canali nella banda di linea 300÷12.500 kHz, rispettivamente nei tre casi di estensione di un preesistente sistema a 960 canali, di un sistema a 2700 canali del tutto nuovo, e di utilizzazione mista telefonica e televisiva.

Sempre nel campo dei mezzi trasmissivi si ricorda infine lo sviluppo che in questi ultimi anni hanno avuto, ed ancor più avranno in un prossimo futuro, i collegamenti sottomarini amplificati. Partendo da sistemi con una larghezza di banda atta alla trasmissione di 36 canali a banda lorda di 4 kHz, si è poi passati a sistemi per 60 canali, mentre realizzazioni più recenti si sono orientate su sistemi per 120 canali.

Queste realizzazioni sono state rese possibili dalle più approfondite conoscenze raggiunte in merito alla vita dei componenti elettronici, conoscenze che consentono in definitiva la selezione di materiali ad altissimo grado di fiducia, in grado di garantire la vita dell'amplificatore sommerso per un periodo non inferiore a 20 anni.

Quanto alle apparecchiature terminali, le realizzazioni di questi ultimi anni sono state numerose e notevoli. Volendo tentarne una classificazione si può dire che esse possono essere suddivise in tre categorie: la prima riguarda i miglioramenti delle apparecchiature tradizionali con modulazione di tipo semianalogico, allo scopo di renderle più sicure e nello stesso tempo più economiche, sia per le spese di primo impianto sia per quelle di manutenzione; la seconda riguarda la realizzazione di apparecchiature appositamente studiate per lo sfruttamento economicamente più favorevole della banda di frequenza messa a disposizione dal mezzo trasmissivo; la terza infine riguarda le realizzazioni di prototipi di apparecchiature utilizzanti la modulazione di tipo digitale, le quali, una volta perfezionate e avviate a una produzione di serie, potranno, in casi particolari, consentire un'ulteriore sensibile economia nel costo del collegamento.

Tra i miglioramenti della prima categoria, che, come si è detto, non modificano i canoni fondamentali delle apparecchiature di tipo tradizionale (consistenti nell'uso della modulazione d'ampiezza a banda laterale unica con spaziamento tra i canali di 4 kHz), ricordiamo l'impiego dei transistori al posto dei tubi termoelettronici e la conseguente miniaturizzazione dei varî componenti circuitali: ne è derivata, oltre ad una considerevole riduzione di spazio, anche una notevole economia di esercizio e manutenzione, conseguente ai ridotti consumi di energia e alla lunga durata dei transistori. Alla prima categoria debbono pure ascriversi le realizzazioni di sistemi di chiamata di costo ridotto (sistemi del tipo "fuori banda" e "a frequenza zero"), nonché quelle di sistemi dotati di compressore-espansore di dinamica, nei quali ultimi l'economia deriva dalla possibilità di utilizzare cavi a coppie simmetriche con bassi valori di scarto di telediafonia.

L'uso dei sistemi con compressore-espansore di dinamica, come pure di quelli utilizzanti metodi di chiamata di tipo economico, sembra peraltro limitato a circuiti di breve lunghezza della rete secondaria.

Le realizzazioni raggruppabili nella seconda categoria sono molte, e possono a loro volta pensarsi suddivise in due gruppi: apparecchiature da utilizzarsi su collegamenti per i quali il costo del mezzo trasmissivo è relativamente elevato, e apparecchiature da utilizzarsi viceversa su collegamenti per i quali il costo del mezzo trasmissivo è relativamente modesto.

Per le apparecchiature del primo tipo, è chiaro che il problema che si pone è quello di consentire il maggior numero possibile di canali nella banda di frequenza messa a disposizione dal mezzo trasmissivo: anche se un tale obiettivo porta a spese notevoli delle apparecchiature stesse, si riesce egualmente a realizzare, atteso il più intenso sfruttamento del mezzo trasmissivo, una notevole economia nel costo per canale dell'intero collegamento. A questo primo tipo appartengono le apparecchiature con canali a banda lorda di 3 kHz invece di 4 kHz, le quali trovano impiego sui cavi sottomarini transoceanici: esse consentono di allocare nella banda di frequenze 60÷108 kHz del gruppo primario di base, invece dei classici 12 canali, ben 16 canali. Questo tipo di apparecchiatura, nella realizzazione del British Post Office, è illustrato nella fig. 3: trattasi di canali di alta qualità, le cui caratteristiche d'insieme, nonostante la riduzione della banda, sono senz'altro comparabili con quelle dei normali canali a banda larga. Tra le apparecchiature di questo primo tipo si deve ancora ricordare quella detta TASI (sigla da Time Assignment Speech Interpolation), che ha trovato sinora impiego in due collegamenti sottomarini transatlantici: questo tipo di apparecchiature si basa sul concetto che se a ciascun utente il collegamento viene dato solo quando è realmente presente il segnale, con un fascio di N canali è possibile realizzare un numero N′ di collegamenti simultanei sensibilmente superiore a N. È chiaro come un sistema del genere, basato su una commutazione rapida, e simultaneamente ai due estremi, dei canali liberi, è tanto più efficace quanto più elevato è il numero N dei canali del fascio, e quanto minore è il tempo in cui, nel corso di una conversazione bidirezionale, si ha l'effettiva occupazione del collegamento. Per le apparecchiature TASI sinora costruite si è ammesso un grado di occupazione medio del 40%: in tali condizioni si può prevedere un numero N′ di collegamenti pari al doppio del numero N dei canali, a condizione che tale numero N sia compreso, come in effetti si verifica in pratica, tra 30 e 60. Il costo delle apparecchiature TASI è notevolissimo, trattandosi di sistemi molto complessi: la loro adozione quindi trova giustificazione economica soltanto nel caso di mezzi trasmissivi di grandissima lunghezza, e quindi di costo globale eccezionalmente elevato.

Per le apparecchiature del secondo tipo, destinate, come si è detto, all'uso su quei collegamenti per i quali la breve lunghezza rende il costo del mezzo trasmissivo relativamente modesto, il problema che si pone è quello di ridurne al massimo il costo di produzione e manutenzione, in maniera da ridurre in proporzione il costo per canale dell'intero collegamento. Questa necessità di economia ha portato alla realizzazione di apparecchiature che mettono a disposizione di ciascun canale, a modulazione effettuata, una banda di frequenze superiore ai 4 kHz classici; si sono così diffuse, per lo specifico uso su brevi distanze, delle apparecchiature con canali distanziati di 6 kHz oppure addirittura di 8 kHz. L'economia che si riesce a realizzare nel costo dei terminali è tale da compensare il cattivo sfruttamento della banda di frequenze messa a disposizione dal mezzo trasmissivo, in una misura tale da renderne economicamente favorevole l'adozione. Nella fig. 4 è indicato lo schema di allocazione, nella banda di frequenze 60÷108 kHz afferente al gruppo primario di base, di otto canali distanziati tra loro di 6 kHz.

Alla terza categoria appartengono le prime realizzazioni, ancora di carattere sperimentale, di apparecchiature telefoniche utilizzanti sistemi di modulazione di tipo digitale, e cioè la modulazione a codice di impulsi (PCM: v. App. II, 11, p. 954). Queste prime realizzazioni riguardano apparecchiature a 24 canali da adoperare quali linee di giunzione urbane, e cioè per brevi distanze e su cavi a coppie simmetriche di tipo urbano. Il codice adoperato è di tipo binario; gli elementi di codice sono 8, di cui 7 per la trasmissione dell'informazione codificata e uno per la trasmissione della segnalazione; pur essendo 128 il numero massimo di livelli in cui risulta possibile quantizzare il segnale, in realtà il numero di livelli prescelto è nettamente inferiore (in genere 70) e ciò allo scopo di poter eliminare tutte quelle combinazioni di codice che danno luogo a una forte componente continua. Il vantaggio offerto dall'uso di queste apparecchiature è costituito, com'è ben noto, dal fatto che il sistema di modulazione adottato, se da una parte introduce un proprio tipo di rumore (rumore di quantizzazione), dall'altra è insensibile ai rumori e alle diafonie del mezzo trasmissivo, i quali, assieme all'attenuazione del mezzo trasmissivo, influiscono soltanto sulla determinazione della distanza massima tra due punti successivi nei quali occorre provvedere alla rigenerazione degli impulsi codificati (sezione di rigenerazione). Nel caso dei cavi a coppie simmetriche di tipo urbano, e per le apparecchiature a 24 canali qui in discussione, la sezione di rigenerazione è dell'ordine di 1,5÷2 km.

Sistemi di telecomunicazione della seconda classe. - Mentre nel campo dei sistemi utilizzanti la radiopropagazione libera i notevolissimi progressi compiuti hanno già portato a realizzazioni perfettamente definite e utilizzabili commercialmente (v. ponti radio, in questa App.), nel campo dei sistemi utilizzanti mezzi trasmissivi costituiti da guide d'onda non si è ancora usciti dalla fase delle realizzazioni sperimentali in laboratorio. In particolare, si è avuto un lavoro di ricerca veramente poderoso nel campo della costruzione delle guide d'onda destinate a costituire il mezzo di trasmissione a lunga distanza: le soluzioni cui sono pervenuti i grandi laboratori di ricerca impegnati in questo problema, pur non essendo uguali, sono peraltro indubbiamente assai vicine tra loro. Così, la scelta è caduta sulla guida circolare, eccitata secondo il modo TE01 (detto anche modo Ho1), per il quale le linee (trasversali) del campo elettrico si chiudono su se stesse anziché sulle pareti della guida, sicché non si ha corrente longitudinale e l'attenuazione va quindi decrescendo con la frequenza (v. App. II, 11, p. 956).

Questo modo di eccitazione presenta però l'inconveniente di poter facilmente degenerare in molti altri modi di propagazione, che portano, attraverso successive conversioni, a perdite di energia e a formazioni di echi. La degenerazione del modo di eccitazione deriva dalle inevitabili irregolarità delle dimensioni della guida, ed è per questa ragione che si cerca, nella costruzione, di mantenere le deviazioni dalla sezione circolare entro qualche centesimo di millimetro. Una tale precisione di lavorazione però non risulta totalmente sufficiente per assicurare, nella misura voluta, la riduzione dei fenomeni sopra accennati, e da ciò l'uso dei "filtri di modo", i quali debbono naturalmente presentare forti attenuazioni per i modi indesiderati e, invece, un'attenuazione trascurabile per il modo prescelto.

Con il modo di propagazione TEo1 prescelto, il filtro di modo può essere ottenuto con uno spezzone di guida, realizzato con anelli di materiale conduttore connessi tra loro a mezzo di un dielettrico dissipativo: tale struttura impedisce infatti in misura irrilevante la propagazione del modo TEo1, che non ha corrente longitudinale, mentre ostacola in misura considerevole tutti quei modi che hanno una corrente longitudinale. Alcune realizzazioni quindi prevedono l'inserzione, in serie sulla guida a superficie continua, di filtri di modo ogni 100 m circa; altre realizzazioni viceversa prevedono la costruzione dell'intera guida come un continuo filtro di modo, ottenuto realizzando la superficie della guida con un conduttore isolato avvolto, con una speciale tecnica di precisione, ad elica con spire combacianti. Una tale struttura sembra particolarmente promettente, in quanto conferisce una certa elasticità meccanica alla guida stessa.

I diametri interni dei tipi di guida previsti si aggirano tra i 5 e i 7 cm, e con tali dimensioni la banda di frequenza che oggi si prevede economicamente utilizzabile si estende da circa 30.000 MHz a circa 80.000 MHz. Trattasi quindi di una banda di frequenza estremamente estesa, che potrà essere utilizzata per convogliare centinaia di canali televisivi oppure centinaia di migliaia di canali telefonici. Nei riguardi del sistema di modulazione, gli orientamenti attuali sono volti verso l'impiego della modulazione a codice di impulsi (PCM), in quanto maggiormente resistente alle inevitabili e notevoli distorsioni del segnale provocate dalla propagazione lungo la guida.

Le apparecchiature non differiranno concettualmente da quelle, già realizzate a titolo sperimentale, per uso sui cavi urbani, e di cui è stato fatto cenno precedentemente, ma in pratica i problemi da risolvere sono ancora moltissimi, e su di essi si concentrano attualmente i lavori di ricerca di numerosi laboratorî. È infatti ancora da definire il numero degli elementi di codice e il numero dei livelli, nonché sono da superare notevoli difficoltà di realizzazione circuitale, legate all'elevatissima frequenza di ripetizione degli impulsi. Di qualche realizzazione sperimentale di laboratorio si ha tuttavia già notizia, sia pure limitatamente alla codificazione di un solo segnale di televisione.

Bibl.: C.C.I.T.T., Cahier vert, tomo III bis, Ginevra 1958; E. Green, Progress and problems in world communication, in Bell Telephone System, monografia 3534; E. F. O'Neill, TASI: Time assignment speech interpolation, in Bell laboratories record, marzo 1959; H. Prior, The application of transistors to line communication equipment, in Proc. of I. E. E., parte B, maggio 1959; F. Job e M. Toutant, Enlargissement à 12 MHz de la bande de frequences transmise par les paires coaxiales 2,6/9,5 mm, in Cables et transmission, luglio 1959; H. B. Law, Channel equipment design for economy of band width, in Post Office E. E. J., luglio 1960; R. S. Tucker, Sixteen channel banks for submarine cables, in Bell laboratories record, luglio 1960; Relazioni presentate da autori varî ai Convegni delle Comunicazioni, tenuti a Genova nel 1959 e nel 1960.