TELECOMUNICAZIONI
TELECOMUNICAZIONI (App. II, 11, p. 952; III, 11, p. 907)
La tecnica delle t. ha subìto in questi ultimi anni un ulteriore notevole sviluppo, in concomitanza con il progredire delle tecnologie e con la produzione commerciale di nuovi componenti a larga integrazione (circuiti integrati a film spesso, a film sottile e monolitici di vario tipo) capaci di assommare più funzioni tradizionali o di svolgerne di nuove. Limitandosi a considerare i metodi di trasmissione delle informazioni (quelli di commutazione vengono illustrati nella v. telefono in questa App.), si possono individuare tre settori di sviluppo: il primo riguarda un migliore impiego dei metodi tradizionali (migliore sfruttamento del mezzo trasmissivo, riduzione degl'ingombri e dei consumi degli equipaggiamenti, aumento dell'affidabilità); il secondo riguarda nuovi metodi (satelliti, trasmissioni numeriche) che hanno ormai un carattere operativo, ma che tuttavia possono ancora essere soggetti a rapide e considerevoli fasi evolutive; il terzo infine riguarda metodi (guide d'onda, fibre ottiche) non ancora pienamente entrati in una fase operativa, in quanto ancora oggetto di sperimentazioni e messe a punto in laboratorio o sul terreno.
Per quel che riguarda poi i servizi di t., occorre sottolineare che accanto allo sviluppo crescente di quelli tradizionali (telefonia, telegrafia, telex, televisione e radiofonia), una larga affermazione riscuote il servizio di trasmissione dati, da considerarsi però in fase evolutiva, soprattutto nei riguardi delle caratteristiche di rete.
Altri servizi, che cominciano ad affacciarsi e per i quali è da prevedersi una rapida diffusione, sono quelli di teletext, videotex, teletex e posta-elettronica. Il primo di tali servizi è destinato a offrire all'utenza dei programmi di televisione circolare la possibilità di selezionare e di ricevere sull'apparecchio televisivo "pagine" contenenti notizie varie di interesse generale. Il secondo, che utilizza la rete telefonica e quella dati, permette all'utenza telefonica, utilizzando come organo ricevente o un terminale video speciale o l'apparecchio televisivo, di instaurare un colloquio con le banche dati e acquisire così notizie della più svariata natura. Gli ultimi due servizi che potranno utilizzare la rete telefonica, la rete dati e quella telex, si propongono di assicurare la trasmissione di "messaggi" scritti, nel normale formato lettera, sia tra utenti sia tra posti pubblici.
Infine occorre ricordare anche, tra i nuovi possibili servizi, quello di distribuzione via cavo dei programmi televisivi (CATV) e quello video-telefonico, che potranno trovare sensibile diffusione, quando le condizionì tecniche ed economiche appariranno favorevoli.
Con riferimento al servizio telefonico, sempre il più diffuso dei servizi di t., è stato definito dal CCITT (Comité Consultatif International Téléphonique et Télégraphique) il piano di connessione mondiale.
Sostanzialmente tale piano prevede una rete mondiale di tipo gerarchico, basata su tre categorie di centri internazionali di transito, denominati CT1, CT2, CT3. Di norma i CT3 realizzano connessioni tra la rete nazionale e la rete internazionale, pertanto in linea di massima esisterà un CT3 e uno solo in ogni paese; sempre in linea di massima, i CT2 e CTi realizzano unicamente connessioni tra circuiti internazionali. I centri di ordine superiore CT1, cui è di regola demandato il compito della connessione intercontinentale, dovranno essere connessi tra loro da una rete a maglia completa; eccezionalmente la connessione tra due CTi avviene attraverso un centro intermedio dello stesso rango, denominato CT1+.
Il piano d'istradamento ammette inoltre, nell'intento di dare maggiore possibile elasticità alla rete, collegamenti trasversali con fasci di circuiti ad alta perdita. La fig. 1 schematizza la struttura di base della rete mondiale in parola. Da questa struttura discende che il numero massimo di circuiti internazionali che potrà presentarsi in un collegamento tra abbonati di continenti diversi non supererà, di norma, sei. A questi vanno naturalmente aggiunti quelli delle "code nazionali", intendendo con tale denominazione l'assieme dei circuiti tra l'abbonato e il rispettivo CT3. Per i paesi di media estensione sono previsti tre circuiti commutati su base 4 fili e uno a due fili o comunque commutato su base due fili, oltre naturalmente ai circuiti della rete locale.
Ne scaturisce in definitiva, per la più complessa comunicazione intercontinentale, lo schema di fig. 2: detto schema è chiamato comunicazione fittizia di riferimento ed è preso a base per stabilire le caratteristiche di qualità da assegnare ai singoli circuiti telefonici.
La schematizzazione riportata nella fig. 2 in merito alla costituzione delle code nazionali è puramente indicativa: preminente è che ciascuna coda nazionale non contribuisca globalmente a un deterioramento della qualità in misura superiore al massimo consentito.
Tecniche di trasmissione. - I metodi di trasmissione tradizionali, basati, com'è noto, su una multiplazione "analogica" delle varie comunicazioni, ottenuta per affiancamento in frequenza delle bande afferenti a ciascuna singola comunicazione (sistemi a divisione di frequenza), costituiscono ancor oggi la parte predominante delle reti di trasmissione, specie nel caso dei circuiti di notevole lunghezza. I mezzi trasmissivi adoperati sono le linee aeree, i cavi (a coppie simmetriche o coassiali), i ponti radio, i satelliti: i primi due generalmente provvedono a trasmettere direttamente la banda base derivante dal processo di multiplazione; gli altri viceversa richiedono un'ulteriore particolare modulazione della banda base, al fine di assicurare delle condizioni ottimali di trasmissione.
L'utilizzazione delle linee aeree, che non dànno generalmente elevate garanzie di sicurezza, è attualmente limitata, nei paesi ad alta e media densità telefonica, a pochi casi, con particolare riferimento alle brevi distanze (telefonia rurale); nei paesi di grande estensione e a bassa densità di popolazione il loro impiego è ancora abbastanza diffuso, soprattutto con sistemi telefonici a 12 canali. Per quel che riguarda i sistemi in cavo, ricordiamo i notevoli progressi realizzati nell'uso dei cavi coassiali.
In particolare l'uso delle coppie coassiali di dimensioni normalizzate 2,6/9,5 mm con sistemi a 12 MHz (banda di frequenze da 300 kHz a 12.500 kHz; passo di amplificazione 4,5 km), si è largamente generalizzato; inoltre lo stesso tipo di sistema a 12 MHz, capace, com'è noto, di fornire 2700 canali telefonici, ciascuno avente banda lorda di 4 kHz, oppure 1200 canali telefonici e un canale televisivo, trova anche largo impiego con passo di amplificazione di 2 km su un altro tipo di coppia coassiale, avente dimensioni normalizzate 1,2/4,4 mm. È stato accertato che con l'attuale livello dei prezzi, il sistema a 12 MHz trova una sufficiente ottimizzazione economica proprio in unione alla coppia coassiale 1,2/4,4 mm. Per l'ottimizzazione della coppia coassiale 2,6/9,5 mm, si è reso quindi necessario prevedere un sistema di maggiore capacità: un tale sistema, ormai perfettamente definito e normalizzato del CCITT, comincia a trovare normale impiego in diversi paesi. Esso viene denominato sistema a 60 MHz: occupa una banda di frequenze compresa tra 4 e 60 MHz circa, ha un passo di amplificazione di 1,55 km e permette la trasmissione di 10.800 canali telefonici con banda lorda di 4 kHz, oppure di 3600 canali telefonici e di due canali televisivi, oppure infine di 6 canali televisivi. Tenuto conto che non vi sono ostacoli tecnici alla costruzione e alla posa di cavi contenenti anche 20 o più coppie coassiali, il nuovo sistema a 60 MHz permette in definitiva di realizzare arterie di trasmissioni con oltre 100.000 canali telefonici.
La messa a punto definitiva dei sistemi a 12 e a 60 MHz ha reso necessario, per ragioni tecniche ed economiche connesse con il processo di multiplazione e con le derivazioni nei punti intermedi, di estendere i livelli gerarchici sino al quarto ordine, e cioè, in altre parole, si prevede un ulteriore raggruppamento base da aggiungere a quelli già definiti. Questo ulteriore raggruppamento, denominato gruppo quaternario, è costituito da 900 canali telefonici, ottenuti o a partire da tre gruppi terziari (versione A di fig. 3) oppure a partire da 15 gruppi secondari (versione B di fig. 3). Entrambe queste versioni sono riconosciute dal CCITT.
In fig. 4 sono poi riportate le allocazioni in linea e i relativi piani di multiplazione dei 12 gruppi quaternari che realizzano, secondo le due versioni anzidette, il sistema a 60 MHz per uso esclusivamente telefonico; nella medesima fig. 4 è anche indicata una possibile allocazione di 6 canali televisivi, nel caso in cui il sistema a 60 MHz fosse utilizzato esclusivamente per traffico televisivo.
È da sottolineare a questo punto che le coppie coassiali di dimensioni 1,2/4,4 mm e 2,6/9,5 mm, previste all'atto della loro progettazione per utilizzazioni rispettivamente sino a 1,3 MHz e sino a 4 MHz, hanno consentito, senza in nulla modificare il loro progetto di base ma con semplici miglioramenti del processo tecnologico di realizzazione, di raggiungere limiti di frequenza ben più alti: non è azzardato prevedere che in futuro il sistema a 60 MHz potrà trovare applicazione anche sulla coppia 1,2/4,4 mm, mentre sistemi anologici a più elevata capacità potranno trovare impiego sulla coppia 2,6/9,5 mm.
Degna di menzione appare una recente realizzazione nel campo dei sistemi coassiali: si tratta di un sistema a 18 MHz (banda di frequenze da circa 300 kHz e circa 18 MHz) che, con lo stesso passo di amplificazione già adottato per sitemi a 12 MHz (4,5 km nelle coppie 2,6/9,5 mm e 2 km nelle coppie 1,2/4,4 mm), permette la trasmissione di 3600 canali telefonici, ciascuno avente banda lorda di 4 kHz.
Sempre nel campo dei cavi coassiali si vuole poi ricordare il considerevole sviluppo che in questi ultimi anni hanno avuto i collegamenti sottomarini amplificati. Allo scopo di attenuare il costo del km-circuito, si sono realizzati sistemi a capacità sempre maggiore, giocando sia su un aumento delle dimensioni della coppia coassiale, sia su una riduzione del passo di amplificazione. Ciò è stato reso possibile dall'uso dei transistori e di altri componenti a elevatissimo grado di affidamento, che permettono da un lato di risolvere in maniera economica e sicura il problema della telealimentazione di un gran numero di amplificatori in serie, e dall'altro di assicurare un'altissima disponibilità del collegamento, anche con un numero assai elevato di amplificatori.
I sistemi sottomarini a 480 e a 1380 canali a 4 kHz sono ormai largamente diffusi; questi stessi sistemi, se equipaggiati ai terminali con apparecchiature speciali, possono fornire rispettivamente 640 e 1840 canali con banda lorda di 3 kHz.
Più di recente sono stati sviluppati e risultano ormai di impiego diffuso sistemi a 2580 e a 3600 canali, sempre da 4 kHz. È da osservare che tutti i sistemi sottomarini, a differenza di quelli terrestri, utilizzano una sola coppia coassiale per entrambe le direzioni di trasmissione, facendo ricorso a bande di frequenza diverse (sistemi N + N).
Per quel che riguarda i ponti radio (App. III, 11, p. 459) si vuole soltanto qui segnalare che essi costituiscono ormai un mezzo trasmissivo fondamentale di ogni rete di t., avendo raggiunto un grado di sicurezza elevatissimo. Riferendosi in particolare alle reti telefoniche per lunghe distanze, la tendenza diffusa in molti paesi a elevato traffico è quella di ripartire i circuiti mediamente al 50% tra sistemi in cavo e sistemi in ponte radio, realizzando con questi ultimi arterie a grande capacità.
Sono state rese disponibili in Italia, per la realizzazione di tali arterie, le seguenti gamme di frequenze: da 3,6 a 4,2 GHz (gamma dei 4 GHz); da 5,925 a 6,425 GHz (gamma dei 6 GHz); da 6,43 a 7,11 GHz (gamma dei 7 GHz). La prima gamma è stata canalizzata in sei fasci bidirezionali utili, ciascuno in grado di trasmettere con metodi analogici un gruppo quaternario (900 canali telefonici multiplati a divisione di frequenza), e un fascio di riserva a commutazione automatica, per far fronte ai fading di propagazione. La seconda gamma è stata canalizzata in sei fasci bidirezionali utili, ciascuno in grado di trasmettere, sempre con metodi analogici, due gruppi quaternari (1800 canali telefonici), e in due fasci di riserva a commutazione automatica. La terza gamma infine è stata canalizzata in sei fasci bidirezionali utili, ciascuno in grado di trasmettere tre gruppi quaternari (2700 canali telefonici), e in due fasci di riserva a commutazione automatica.
Poiché le tre gamme possono coesistere sullo stesso tracciato, vi è la possibilità di realizzare arterie con una capacità globale di 36 gruppi quaternari (32.400 canali telefonici), estensibili ancora a 42 gruppi quaternari (37.800 canali telefonici), ove si provvedesse (cosa tecnicamente possibile) a sfruttare la gamma dei 4 GHz con 12 gruppi quaternari, in luogo dei 6 attualmente previsti.
Per quel che riguarda poi i satelliti artificiali, si vuol segnalare che quelli geostazionari della serie Intelsat IV-A, attualmente posizionati sull'Oceano Atlantico, sul Pacifico e sull'Indiano svolgono la parte preminente del traffico intercontinentale, salvo che nell'area atlantica, dove, per il notevole sviluppo dei sistemi in cavo sottomarino, è stata attuata una partizione del traffico nella misura del 50% circa. Le previsioni per il 1980 sono di circa 50.000 circuiti telefonici a carattere intercontinentale da convogliare via satellite, dei quali circa 30.000 attraverso i satelliti atlantici; ciò ha portato a intraprendere notevoli studi sui metodi più idonei per incrementare le capacità trasmissive dei satelliti, fermo restando l'obbiettivo di non incrementare a più di due i satelliti da posizionare in ogni area, e ciò allo scopo di non aumentare eccessivamente il costo delle stazioni terrene. Attualmente le stazioni terrene in servizio sono oltre 140, con larga preponderanza per l'area atlantica.
Oltre ai satelliti di t. per traffico intercontinentale, sono previsti satelliti per traffico regionale, per traffico nazionale, per traffico marittimo e aeronautico, e infine per diffusione televisiva. Per quel che riguarda il traffico nazionale, alcuni paesi, quali Canada, SUA, Indonesia e Unione Sovietica, hanno satelliti "domestici" già operanti; per quel che riguarda il traffico regionale, sistemi di satelliti sono in fase di realizzazione da parte dell'Europa e dei paesi arabi. Per quel che riguarda infine il traffico marittimo è operativo il satellite Marisat, mentre un nuovo sistema, denominato INMARSAT, è allo studio.
In prospettiva si intravede quindi un notevole aumento delle stazioni terrene. in genere di dimensioni minori delle attuali, e di caratteristiche differenti a seconda dei servizi che dovranno fornire. In questo quadro si svilupperanno anche piccoli terminali in prossimità dell'utenza da servire.
Per rendere possibili questi sviluppi, che implicano tra l'altro l'impiego di frequenze più elevate di quelle generalmente oggi usate, e precisamente frequenze comprese tra gli 11 GHz e i 30 GHz, sono attualmente in orbita, oppure in fase di progetto o costruzione, numerosi satelliti sperimentali o preoperativi. Tra questi ricordiamo: a) il satellite italiano SIRIO, lanciato con pieno successo nell'agosto 1977, per l'effettuazione di esperimenti di propagazione alle frequenze di 12 e 18 GHz, e di esperimenti di comunicazioni sia a banda stretta che a banda larga; b) il satellite europeo OTS, lanciato nel maggio 1978, per l'effettuazione di esperimenti di propagazione a 11 e 14 GHz, e per esperimenti di t. a carattere preoperativo. Detto satellite sarà seguito nel 1982 da un satellite operativo, denominato ECS, con il quale avrà inizio il sistema regionale europeo, che già nell'arco del primo decennio, dovrebbe assorbire una non trascurabile aliquota del traffico scambiato tra i vari paesi dell'Europa.
Tecniche di codificazione dei segnali. - Impulso considerevole hanno avuto in questi ultimi anni le tecniche di codificazione dei segnali (trasmissioni numeriche), sia per il servizio telefonico sia per altri tipi di servizi, seguendo la tendenza, ormai universalmente accolta, secondo la quale le reti di t. del futuro si avvarranno in misura larghissima di tali tecniche, nei riguardi della trasmissione e della commutazione (v. anche telefono, in questa Appendice).
Ricordiamo che nella tecnica di trasmissione analogica gli spettri di frequenze e la dinamica dei segnali che vengono immessi nei canali vengono limitati, secondo criteri in una certa misura soggettivi, in un compromesso tra la qualità ottenibile con la trasmissione di un segnale riproducente il più fedelmente possibile il segnale originale e la necessità di risparmiare capacità di trasmissioni di canali. Oggetto di trasmissione analogica sulla base di predetti criteri sono stati la voce umana, dati, musica o figure costituenti in generale informazioni, senza peraltro che vi sia stato per lungo tempo una chiara identificazione di quali erano gli elementi veramente essenziali delle informazioni stesse. Solo nel 1948 si sono avute da parte di C. E. Shannon la definizione dell'unità elementare d'informazione per mezzo dell'elemento identificatore di uno tra due stati possibili in una sorgente d'informazione discreta, e quindi per mezzo dei corrispondenti segnali elementari, e l'indicazione delle basi teoriche per la trasmissione e il trattamento d'informazioni in forma numerica.
Il metodo di multiplazione per le varie informazioni codificate è quello a divisione di tempo, secondo un preordinato piano, che prevede, per ovvie ragioni di elasticità ed economicità, più livelli gerarchici.
L'intero piano di multiplazione gerarchica non è stato ancora completamente normalizzato, nel senso cioè che la definizione delle frequenze di cifra (in codice binario) e della struttura delle relative trame è in qualche caso ancora oggetto di discussione, anche se la maggior parte del lavoro risulta ormai completato, e ha portato a tre piani diversi: uno nordamericano, uno giapponese e uno europeo. Limitandosi a considerare il piano europeo, si può far riferimento alla tab. 1.
La scelta di una gerarchia viene condizionata, oltre che dalle possibilità tecnologiche, da numerosi altri fattori, connessi con le caratteristiche di esercizio della rete. Tra questi ricordiamo i seguenti.
a) Le frequenze di cifra dei singoli livelli gerarchici debbono essere idonee ad accogliere in alternativa più tipi d'informazioni opportunamente codificate. Tra i vari possibili metodi di codificazione (PCM, Pulse Code Modulation, lineare, PCM con compressione, PCM differenziale, PCM adattivo, delta, ecc.) si potrà pensare di scegliere per ogni tipo d'informazione quello più idoneo per il carattere del segnale, a condizione però che la frequenza di cifra risultante sia compatibile con la gerarchia prevista.
Così nel caso del primo livello gerarchico, volendo riferirsi al segnale telefonico, occorre prevedere un equipaggiamento di codificazione e di multiplazione che porti un determinato numero N di canali a impegnare la frequenza di cifra di 2,048 Mbit/sec.
Detto equipaggiamento è stato completamente normalizzato, e le sue caratteristiche fondamentali sono riportate nella tab. 2.
Altra possibile utilizzazione della frequenza di cifra relativa al primo livello gerarchico è costituita dalla trasmissione di segnali dati e/o telegrafici.
Anche in questo caso si tratta di realizzare un opportuno equipaggiamento che provveda a multiplare opportunamente i segnali dati e/o telegrafici provenienti da diversi utilizzatori, sino a raggiungere una frequenza di cifre di 2,048 Mbit/sec.
È noto che il servizio di trasmissione dati ha avuto in questi ultimi anni uno sviluppo considerevole e ancor più lo avrà nel prossimo futuro, mano a mano che risulterà possibile assicurare un'estesa rete commutata all'utenza: tale servizio coinvolge un'ampissima serie di attività, quali, per es., le possibilità di colloquio tra calcolatori, la riproduzione in fac-simile di pagine di giornali, l'aggiornamento dei conti bancari, l'estensione sempre più larga di telecomandi e telemisure, i servizi di prenotazione, ecc. Anche i nuovi servizi videotex, teletex e posta elettronica utilizzeranno, in misura più o meno grande, le reti pubbliche previste per il servizio di trasmissione dati.
Le reti pubbliche commutate per dati si stanno sviluppando fondamentalmente secondo due tecniche: a commutazione di circuito e a commutazione di pacchetto. A seconda del tipo di servizio e dell'entità di traffico trattato, potrà essere preferibile, per ciascuna utenza, l'una o l'altra tecnica.
Le velocità di trasmissione più largamente utilizzate dalle sorgenti telegrafiche e di dati sono le seguenti: 50,100,150,200 e 300 baud per i segnali telegrafici; 600,1200,2400,4800,9600,48.000 bit/sec per segnali dati. Ne consegue che la frequenza di cifra di 2,048 Mbit/sec può risultare troppo alta, nel senso cioè che può richiedere la disponibilità di un numero notevolmente elevato di sorgenti da multiplare. Per questa ragione è stata anche prevista la possibilità di multiplare le sorgenti telegrafiche e dati sino al raggiungimento di una frequenza di cifra di 64 kbit/sec, da inserire poi direttamente nella trama, al posto di un canale telefonico. Questo procedimento si può applicare sino a un massimo di 8 canali telefonici: in altri termini nella frequenza di cifra di 2,048 Mbit/sec si potranno avere 22 canali telefonici e 8 raggruppamenti dati, ciascuno occupante una frequenza di cifra di 64 kbit/sec.
Altre possibili utilizzazioni della frequenza di cifra del 1° ordine riguardano poi i canali musicali (multiplazione di 6 canali musicali, ciascuno con banda lorda di 15 kHz, nella frequenza di cifra di 2,048 Mbit/sec) e il videotelefono.
Il servizio videotelefonico, che, sia pure in un futuro non prossimo, avrà un certo sviluppo specie per le utenze "affari", renderà possibile, opzionalmente a due utenti telefonici, di vedersi, in un quadro avente dimensioni dell'ordine di 15 cm, limitatamente alla testa e alle spalle, oppure, fatto ancora più importante, di esaminare visivamente grafici e documenti scritti.
Una particolare variante del servizio videotelefonico è costituito dal servizio di videoconferenza, che permette a due o più gruppi di persone, riunite in altrettante sale particolarmente attrezzate e disposte in località diverse, di vedersi reciprocamente, e attivare così una riunione "a distanza", con la possibilità altresì di scambiarsi documenti. Il servizio di videoconferenza avrà certo uno sviluppo assai rapido.
La normalizzazione delle caratteristiche tecniche è in fase iniziale; tuttavia già esistono, sia per il servizio videotelefonico propriamente detto sia per quello di videoconferenza, alcune soluzioni sperimentali, sia pure su scala notevolmente ridotta. Sembra comunque ormai definito che la banda di frequenze occupata, in analogico, dal segnale video da utilizzare nelle trasmissioni a media e lunga distanza sarà limitata a 1 MHz. Si pone quindi il problema di trasmettere una tale banda nella maniera più economica possibile per consentire un pratico sviluppo del servizio: ciò potrà avvenire per via numerica, con o senza riduzione di ridondanza. Nel primo caso occorrerà una frequenza di cifra di 8,448 Mbit/sec, corrispondente al secondo livello gerarchico prima illustrato, mentre nel secondo caso dovrebbe essere sufficiente una frequenza di cifra di 2,048 Mbit/sec, con il che appare possibile inserire il segnale video al primo livello gerarchico.
Gli studi in merito alle metodologie da seguire nella riduzione di ridondanza sono tuttora in corso presso vari laboratori di ricerca. Ricordiamo comunque che nella ricerca di principio per l'espressione o codifica in forma numerica di un'informazione che sia disponibile originariamente in forma analogica, si è riconosciuto che i flussi d'informazioni numeriche risultanti dalla codifica possono essere costituiti da elementi ridondanti e non ridondanti, rilevanti e non rilevanti. La parte ridondante di un insieme di segnali contiene informazioni che sono già note alla parte ricevente e che quindi non è necessario vengano trasmesse; la parte irrilevante di un segnale è quella che, tenuto conto dei requisiti della comunicazione d'informazioni e delle capacità di riconoscimento possedute dal ricevitore, è inutile, e che può quindi essere trascurata. Se è possibile caratterizzare i singoli elementi di un segnale in base ai concetti di cui sopra, è possibile limitare la trasmissione agli elementi che non sono né ridondanti né irrilevanti, e che quindi sono interessanti. La considerazione di cui sopra è il fondamento teorico delle funzioni di riduzione di ridondanza e di irrilevanza: entrambe queste funzioni ricadono nella funzione generale di codifica di sorgente di un'informazione numerica.
Per quel che riguarda poi il segnale relativo ai programmi di televisione a colori (banda analogica estendentesi sino a 5,5 MHz) questo potrà essere codificato, previo un processo di riduzione di ridondanza, in maniera da impegnare una frequenza di cifra di 34,368 Mbit/sec e andare quindi a inserirsi al terzo livello della gerarchia, oppure, in assenza di un tale processo di riduzione di ridondanza, potrà essere codificato a una frequenza di cifra di circa 68 Mbit/sec, facilmente trasformabile in due flussi da 34,368 Mbit/sec, che ancora una volta trovano posto al 3° livello della gerarchia. Infine altri tipi di segnali che possono essere codificati e inseriti a livelli opportuni della gerarchia riguardano gruppi completi (primario, secondario, ecc.) della gerarchia analogica a divisione di frequenza. L'insieme della gerarchia numerica qui descritta è sinteticamente illustrato in fig. 5.
Da quanto detto risulta chiaramente che una rete numerica si presta particolarmente bene a un'integrazione di differenti servizi, nel senso cioè che le differenti frequenze di cifra previste ai vari livelli gerarchici possono essere adoperate per convogliare senza discriminazione alcuna segnali destinati a tipi di informazioni diverse. L'integrazione può, in una certa misura, estendersi anche ai supporti di commutazione, che possono essere utilizzati per stabilire connessioni relative a differenti servizi.
D'altra parte l'uso delle tecniche numeriche, se esteso oltre che alla trasmissione anche alla commutazione, permette di utilizzare soluzioni affini e complementari tra trasmissione e commutazione, con larga reciproca compenetrazione e con sensibili vantaggi tecnici ed economici.
Questi due tipi di integrazione, denominato il primo "integrazione dei servizi" e il secondo "integrazione delle tecniche" costituiscono l'obiettivo finale cui tendono le reti di telecomunicazione. Tale obiettivo non potrà essere compiutamente raggiunto che a lungo termine (oltre l'anno 2000), stante la necessità di assicurare la vita economica degli impianti esistenti. Quello che è necessario, tuttavia, è che le nuove realizzazioni vengano viste e inquadrate nell'ottica finale di una rete integrata nelle tecniche e nei servizi.
b) Le frequenze di cifra dei singoli livelli gerarchici debbono risultare coincidenti con quelle adoperabili, nella trasmissione a distanza, sui vari mezzi trasmissivi. In effetti, anche se non sono certo da escludere le realizzazioni di sistemi di trasmissione con frequenze di cifra diverse da quelle gerarchiche, quei sistemi di trasmissioni aventi frequenze di cifra pari a quelle gerarchiche consentono una certa economia e non richiedono multiplazioni speciali ai terminali. Per il momento i sistemi numerici di trasmissione si sono essenzialmente diffusi per le brevi e medie distanze, in quanto in questi casi essi risultano economicamente competitivi, anche per la telefonia, con i sistemi analogici a divisione di frequenza. Sulle grandi distanze al momento attuale, per il caso della telefonia, non vi sarebbe vantaggio economico nell'uso di tali sistemi; tuttavia il diffondersi sempre più largo di servizi non telefonici (per i quali i sistemi numerici sono già da oggi più vantaggiosi anche sulle grandi distanze), il progredire dell'integrazione delle tecniche di trasmissione con quelle di commutazione, le nuove soluzioni tecnologiche, che si prospettano, fanno prevedere come ineluttabile lo sviluppo futuro a breve termine dei sistemi numerici anche per le grandi distanze.
Per le brevi e medie distanze si sono sviluppati sistemi di trasmissione a 2,048 Mbit/sec su cavi a coppie simmetriche (passo di rigenerazione circa 2 km) e sistemi di trasmissione a 8,448 Mbit/sec su cavi a coppie simmetriche o su coppie microcoassiali. Queste ultime sono state concepite e normalizzate di recente in vista appunto delle trasmissioni numeriche e hanno dimensioni 0,7/2,9 mm: con tali coppie microassiali si realizzano cavi sino a una potenzialità massima di 48 coppie e costituiscono un mezzo trasmissivo particolarmente economico. Inoltre tra breve entreranno in normale servizio anche sistemi a 34,368 Mbit/sec, sempre su coppie microassiali (passo di rigenerazione 2 km), e a 139,294 Mbit/sec, su coppia coassiale 1,2/4,4 mm (passo di rigenerazione 2 km). Per quel che riguarda infine la coppia coassiale 2,6/9,5 mm, esistono attualmente sistemi con frequenza di cifra di circa 274 Mbit/sec (Canada) e 400 Mibt/ sec (Giappone), i quali peraltro non sono in linea con la gerarchia europea prima ricordata, né d'altra parte rappresentano soluzioni ottimizzate dal punto di vista economico.
Frequenze di cifra più idonee per la realizzazione di un sistema di trasmissione su coppia coassiale 2,6/9,5 mm dovrebbero aggirarsi tra i 560 e gli 840 Mbit/sec, utilizzando un passo di rigenerazione di 4,55 km, e cioè identico a quello utilizzato per i sistemi analogici a 60 MHz.
Si deve comunque sottolineare che le frequenze di cifra prima indicate per i vari sistemi di trasmissione si riferiscono al segnale binario: in realtà i sistemi di trasmissione utilizzano "codici di linea" diversi da quello binario, opportunamente scelti (per es., AMI, HDB-3, 4B/3T, ecc.) allo scopo di soddisfare una o tutte delle seguenti condizioni: eliminazione della componente continua; eliminazione delle lunghe sequenze di zeri; riduzione della banda di frequenza impegnata nella trasmissione. D'altra parte i sistemi di trasmissione su cavo si possono ancora dividere in due categorie: quelli totalmente rigenerativi, e quelli ibridi. Nei primi si utilizzano nei vari punti intermedi unicamente rigeneratori; nei secondi i rigeneratori vengono maggiormente distanziati e tra essi vi sono punti intermedi in cui si provvede a una semplice amplificazione del segnale.
È interessante infine osservare che i cavi a coppie coassiali 1,2/4,4 mm e 2,6/9,5 mm sinora utilizzati per trasmissioni analogiche, sottoposti a numerose misure, hanno messo in evidenza la loro possibilità d'impiego anche per sistemi numerici.
Anche nel dominio dei ponti radio si registra una notevole attività volta a definire le caratteristiche e le canalizzazioni a radiofrequenza da assegnare alle trasmissioni numeriche; in questo quadro, particolare interesse assumono le prospettive d'impiego della gamma degli 11 GHz per trasmissioni a 140 Mbit/sec, della gamma dei 13 GHz per trasmissioni a 17,152 Mbit/sec (2 × 8,448 Mbit/sec) e a 34,368 Mbit/sec, e della gamma dei 18 GHz per trasmissioni a 139,294 Mbit/sec e anche a circa 280 Mbit/sec (2 × 139,294 Mbit/sec). Nel campo delle trasmissioni via satellite si nota ugualmente una chiara tendenza verso l'uso delle tecniche numeriche, anche se l'orientamento è per sistemi speciali, che non utilizzano pienamente i livelli gerarchici previsti per i sistemi terrestri, in quanto tendono in via preliminare ad aumentare, rispetto alle attuali tecniche analogiche adottate, la capacità del segmento spaziale, combinando l'accesso multiplo a divisione di tempo con l'uso di sistemi d'interpolazione numerica della parola.
Evoluzione dei sistemi di trasmissione. - Diamo infine un cenno sui mezzi trasmissivi del futuro: guide d'onda e fibre ottiche. Per quel che riguarda le guide d'onda per lunghe distanze, le tecnologie di costruzione e di posa delle stesse sono ormai state messe a punto in numerosi paesi, ed è stato inoltre realizzato qualche impianto, a carattere strettamente sperimentale, di lunghezza pari a qualche decina di km. Tuttavia non risulta che sia stata avviata qualche realizzazione operativa e definitiva: in effetti i tempi non sembrano essere maturi, stante il fatto che le potenzialità di circuiti da realizzare in un impianto in guida d'onda per renderlo economicamente competitivo sono talmente elevate da non trovare riscontro con le oggettive necessità delle t. anche nei paesi più avanzati nel settore.
Gl'impianti in guida d'onda saranno quindi realizzati unicamente in un futuro non prossimo, sempre che lo sviluppo di sistemi in fibra ottica non ne comprometta la validità economica d'impiego.
Il tipo di guida su cui è caduta in maniera prevalente la scelta, è quello circolare a elica, consistente in un tubo costituito da un filo di rame isolato con vernice e avvolto a elica con spire combacianti, bloccate dall'esterno con strati di materiale plastico.
Anche usata è la guida circolare metallica continua rivestita da uno strato di dielettrico al suo interno, più economica della precedente, ma non ugualmente efficace nell'attenuazione dei modi indesiderati di propagazione, quali per es. quelli TE11 e TE12 e TM11.
Alcuni paesi pensano di utilizzare, nei collegamenti, entrambi i tipi di guide, alternando, secondo un piano prestabilito, tronchi di guida a rivestimento dielettrico con tronchi di guida elicoidale (per es., nella proporzione di 4 a 1). Il diametro interno più largamente diffuso, per entrambi i tipi di guida ricordati, è di 50 mm; la precisione delle condizioni di fabbricazione e di posa dovrebbe consentire una banda di frequenze utilizzabile compresa per lo meno tra 40 e 90 GHz, e con ciò risulta possibile convogliare altre 250.000 canali telefonici, o in proporzione, altri tipi d'informazione. La multiplazione delle varie informazioni viene effettuata secondo la tecnica numerica: l'intera banda di oltre 50 GHz resa disponibile dalla guida d'onda viene suddivisa in due sottobande per i due sensi di trasmissione; ciascuna sottobanda viene a sua volta "canalizzata" in varie portanti radio, a ciascuna delle quali viene affidata la trasmissione (con opportuna modulazione, probabilmente di tipo a spostamento di fase) di uno o due blocchi d'informazioni ciascuno multiplato alla frequenza di cifra del 5° livello gerarchico.
Si vuole infine segnalare che la guida d'onda circolare si differenzia dai cavi classici per il fatto che l'attenuazione dipende dalle condizioni di posa, e va crescendo con il discostarsi dalle condizioni di posa ideale rettilinea. Ne consegue che il passo di amplificazione da prescegliere è funzione delle condizioni del tracciato: nella banda di frequenza prima indicata, nell'ipotesi di non volere attenuazioni di tratta superiori a 40 ÷ 45 dB, e in condizioni di tracciato sostanzialmente non dissimili da quelle utilizzate per i cavi coassiali, il passo di amplificazione può essere mantenuto tra i 15 e i 20 km.
Altro campo in cui si stanno effettuando vastissime ricerche e sperimentazioni, e che si presenta suscettibile di risultati pratici estremamente positivi già a partire da un futuro assai prossimo sono i sistemi a fibre ottiche. In tali sistemi una sorgente luminosa a semiconduttore laser o diodo fotoemittente (LED) viene modulata direttamente agendo sui parametri della sorgente. La luce modulata che ne deriva è portata, per il tramite di un mezzo guidante (fibra ottica) a un rivelatore, dove la luce stessa è riconvertita in segnale elettrico. Nel caso che si debba superare una lunga distanza, il segnale può essere amplificato e rigenerato, in punti intermedi. Le fibre ottiche possono quindi essere considerate delle "guide d'onda" dielettriche a frequenze ottiche: esse sono costituite (v. anche optoelettronica, in questa App.) da un cilindro (detto core) dielettrico trasparente nella regione del visibile (quarzo; vetri costituiti di silicati con calce sodata; liquidi organici come il bromobenzene, il diclorobenzene, ecc.), circondato da un altro strato dielettrico (detto cladding) con indice di rifrazione minore.
Le più comuni fibre ottiche vengono generalmente suddivise in tre categorie:
a) multimodali, che possono cioè portare molte configurazioni (modi) di campo elettromagnetico; il diametro del core varia tra 50 e 100 μm; lo spessore del cladding varia tra 5 e 10 μm;
b) unimodali, che consentono la propagazione di una sola configurazione di campo; il diametro del core varia tra 1 e 3 μm, lo spessore del cladding varia tra 50 e 100 μm;
c) a indice graduale, con comportamento assai simile, nei riguardi della propagazione, al monomodale; l'indice di rifrazione decresce gradualmente e con legge determinata (per es., parabolica) a seconda della distanza radiale dall'asse del core.
Le difficoltà tecnologiche di realizzazione dell'uno o dell'altro tipo di fibre sono naturalmente diverse, e quindi la scelta sarà condizionata da fattori economici, comparati con le prestazioni che s'intendono ottenere, e con le possibilità tecnico-economiche offerte, nei vari casi, dagli equipaggiamenti terminali e intermedi. Le fibre dei tipi a e c sono oggi praticamente disponibili in commercio, mentre quelle del tipo b sono ancora prodotte unicamente a livello di laboratorio. Le fibre più promettenti per la realizzazione di sistemi di trasmissione nelle medie distanze sembrano essere quelle di tipo c; per le grandi distanze quelle del tibo b.
L'attenuazione delle migliori fibre del tipo c oggi in commercio è di circa 2 ÷ 4 dB/km, per una lunghezza d'onda di 820 mm, mentre la banda utilizzabile può variare da 400 a 700 MHz/km. Sono in corso studi per l'utilizzazione dello stesso tipo di fibra a lunghezze d'onda dell'ordine di 1300 mm, là dove l'attenuazione scende a meno di 1 dB/km.
In ogni caso, qualunque sia il tipo di guida prescelto, occorre prevedere la realizzazione di un "cavo", e cioè provvedere a raggruppare insieme un certo numero di fibre sotto un'unica guaina di protezione, che ne consenta la posa nelle più svariate condizioni ambientali. I cavi ottici che così si vengono a costituire sono di dimensioni e di peso notevolmente inferiori a quelli dei cavi in rame, e nelle versioni sperimentali attuali contengono un numero di fibre variabile da 2 a circa 150.
Accurati studi sono in corso sui metodi migliori di realizzazione dei cavi ottici, per i quali uno dei problemi fondamentali è la protezione delle fragili fibre dalle sollecitazioni esterne, che si determinano sia durante le operazioni di fabbricazione e di posa successiva del cavo, sia durante la "vita" del cavo posato. Anche gli studi sulla giunzione delle varie fibre tra pezzature diverse di cavo sono in pieno svolgimento: alcuni metodi di giunzione sono già stati messi a punto e sperimentati con pieno successo.
Le caratteristiche più interessanti delle fibre ottiche, e che ne favoriranno senz'altro l'impiego, sono: il basso costo, le dimensioni ridotte, l'immunità ai disturbi da induzione elettro-magnetica, l'immunità alla diafonia e l'elevata flessibilità meccanica. Quanto alle possibili applicazioni, queste coprono i più svariati settori delle t., a partire dalle interconnessioni tra apparecchiature di una stessa centrale per giungere sino alle trasmissioni a lunga distanza; come pure a partire da basse capacità (per es., frequenze di cifra di 8,448 Mbit/sec) per giungere sino a capacità molto elevate (per es., dell'ordine di qualche Gbit/sec).