Le tecnologie della comunicazione



12 dicembre 1901
Il primo segnale radio varca l'Atlantico
Il fisico italiano e pioniere della radio Guglielmo Marconi invia il primo segnale radio oltre oceano, smentendo quanti sostenevano che la curvatura terrestre avrebbe limitato la trasmissione a 200 miglia o meno. A Terranova, in Canada, Marconi ricevette il messaggio - il segnale Morse per la lettera "s" - dopo che aveva viaggiato per oltre 2000 miglia dalla Gran Bretagna. I precedenti tentativi di trasmissione senza fili di Marconi erano stati ampiamente sottovalutati. Dopo la riuscita trasmissione transatlantica le sue scoperte salirono all'attenzione del mondo. Nel 1909 ricevette il premio Nobel per la fisica.

u La comunicazione

Tutte le specie viventi si scambiano informazioni, cioè comunicano. L'essere umano ha nel tempo sviluppato sistemi di comunicazione a distanza, o telecomunicazione (dal greco tele, lontano). Questi sistemi superano i limiti delle sue capacità fisiche (portata della voce, gesti). La teoria dell'informazione è stata enunciata di recente (C. E. Shannon, 1948), utilizzando però molti concetti già noti. In particolare, è stato confermato che per inviare messaggi a distanza occorrono una codifica, un protocollo, e mezzi di protezione contro gli errori di trasmissione (ridondanza).

v La codifica

Consiste nell'assegnare un significato ad una serie di simboli, come avviene nel linguaggio (una parola scritta, o il suono che la esprime, richiamano un particolare concetto). Nella segnalazione visiva usata in marina, ad ogni bandiera corrisponde una lettera dell'alfabeto, ma esistono anche codifiche abbreviate: una o più bandiere hanno un significato globale (come: "stiamo entrando in porto") e rendono più rapida la comunicazione.

v Il protocollo

E' l'insieme delle regole che governano la comunicazione. Un esempio è il protocollo usato sugli aerei. Il pilota apre il canale radio, si identifica ("qui volo AZ456"), trasmette il messaggio e ne segnala la fine ("da AZ456 fine messaggio"). La torre di controllo apre a sua volta il canale ("qui Linate, ad AZ456"), comunica e così via. Anche nelle comunicazioni telefoniche viene osservato un protocollo, altrimenti la trasmissione dell'informazione è difficile (come quando si parla insieme disturbandosi a vicenda).

v La ridondanza

Un sorprendente risultato della teoria dell'informazione mostra che non si può mai essere certi della corretta ricezione di un messaggio trasmesso. Dal punto di vista fisico questa certezza è un limite irraggiungibile, come il moto perpetuo. Il motivo risiede nell'esistenza del rumore, che disturba la comunicazione. Nel nostro parallelo con il moto perpetuo, il rumore è l'equivalente dell'attrito meccanico. Per limitarne l'effetto si aumenta la ridondanza del messaggio (cioè la ripetizione del suo contenuto) o si diminuisce la sua velocità di trasmissione. I sistemi istintivi che usiamo quando comunichiamo in un ambiente disturbato dal rumore consistono proprio nel ripetere o scandire più lentamente il messaggio ("da AZ456, stiamo volando a 3000 piedi, ripeto 3-0-0-0"), e nell'aumentare il volume della voce (per prevalere sui disturbi).
 

u La scelta della codifica

E' essenziale per migliorare la comunicazione. Sono stati escogitati alfabeti fonetici da usare quando si comunica a voce in presenza di disturbi. Ad esempio, il pilota del volo LHT12 si qualificherà dicendo “qui Lima-Hotel-Tango-Dodici”.  La telegrafia è uno dei primi esempi di trasmissione con attenzione alla codifica, perchè facilita i caratteri più usati. Impiegando il codice ideato da S. Morse sono stati trasmessi per oltre un secolo messaggi in tutti i tipi di comunicazione: tra privati, istituzioni, in ambito ferroviario, navale e per molto tempo anche aeronautico.

L'alfabeto Morse utilizza un geniale codice basato su impulsi elementari a due livelli (come acceso e spento) e di durata diversa (punto, breve, e linea, più lunga). Con un interruttore (o tasto) collegato ad una lampada o ad un cicalino su un circuito elettrico si possono inviare messaggi. Il codice Morse privilegia le lettere piω frequenti nella lingua inglese (ad esempio la "e" e la "t"), che sono trasmesse con una sequenza più breve.

Il codice Morse richiedeva operatori abili ed addestrati sia per la trasmissione che per la ricezione, anche se sono stati escogitati dispositivi automatici. Oggi è superato dai codici binari (cioè sempre a due livelli) impiegato dai moderni apparati di comunicazione.
 

u Le tecnologie

Le principali oggi disponibili sono tre: il cavo e la radio, che impiegano segnali elettrici e la fibra ottica, con segnali luminosi.

v Il cavo

Agli albori si è riusciti a teletrasmettere messaggi scritti (telegrafia, telescriventi). Poi si è passati alla voce (telefonia) e infine alle immagini (televisione). Tutti questi sistemi erano - e in gran parte sono ancora - basati su collegamenti elettrici (cavi). Un cavo per telecomunicazioni non è concettualmente diverso da quelli utilizzati per il trasporto dell'energia elettrica. La sua realizzazione pratica è invece del tutto differente. A seconda del tipo di applicazione esistono tecnologie distinte.

Per la comunicazione telefonica si usa il doppino, insieme di due fili isolati che realizzano il collegamento tra l'apparecchio dell'utente e la centrale telefonica. A parte la corrente molto più piccola che attraversa i fili del doppino, la differenza con le linee di trasporto dell'energia elettrica è marginale.

Man mano che aumentano la velocità di trasmissione e la distanza, il doppino diviene insufficiente. Viene sostituito dal cavo schermato, simile a quello per le antenne televisive, costituito da due conduttori coassiali. Migliorano così la resistenza ai disturbi e la capacità di trasmissione (ma aumenta il costo).

Quando si passa dai singoli utenti alle centrali, diversi doppini o cavi coassiali vengono raggruppati in un singolo cavo (multicoppia o multi coassiale), per contenere i costi di produzione e installazione.

In epoca recente si è rivalutata l'umile connessione in doppino. Con tecniche avanzate di codifica (come ADSL, che significa Asymmetrical Digital Subscriber Link) si riescono a trasmettere sul doppino messaggi digitali ad alta velocità, come quelli di Internet , senza occupare la linea telefonica. Questo risultato è ottenuto utilizzando una banda di frequenze al di sopra di quella udibile, usata per la voce (metodo del fuori banda). E' possibile usare lo stesso metodo anche sulle linee di trasporto dell'energia elettrica, sempre senza disturbo reciproco tra i due servizi.

v La radio

Da oltre un secolo (G. Marconi, 1897) alla trasmissione su cavo si è affiancata quella per via radio (con onde elettromagnetiche). L'enorme potenziale della trasmissione radio consiste nella eliminazione del collegamento fisico (cavo) tra corrispondenti. E' così possibile comunicare con mezzi mobili (aerei, navi, treni, ma anche persone dotate di un radiotelefono), oppure eseguire trasmissioni in diffusione, in cui da un solo trasmettitore ci si collega ad un numero elevato di ricevitori, come avviene con i normali programmi radiotelevisivi. La trasmissione via radio è però tecnicamente più complessa di quella via cavo e richiede potenze più elevate, perchè il segnale trasmesso si attenua molto rapidamente ed è più soggetto a disturbi, sia naturali come le scariche atmosferiche che artificiali come le altre trasmissioni radio.

v Le fibre ottiche

Da alcuni anni, invece di segnali elettrici, si usano raggi luminosi su cavi di tipo non metallico (fibre ottiche). Si ottengono numerosi vantaggi, tra cui una elevatissima capacità di trasmissione, la completa insensibilità ai disturbi e nello stesso tempo l'assenza di emissioni radioelettriche, che sono a loro volta disturbi per altre comunicazioni ma possono anche essere intercettate e rivelare il contenuto di messaggi segreti.

u Le infrastrutture di telecomunicazione

Le telecomunicazioni sono utilizzate in due principali modalità: per scambiare informazioni su base individuale (telefono) e per diffonderle ad un pubblico vasto (radio o televisione). Nel primo caso si parla di comunicazione punto-punto, nel secondo di diffusione. In ogni caso occorrono infrastrutture, cioè reti per telecomunicazioni.

v Le reti cablate

Alcune di queste reti, come quella telefonica, sono complesse e costose per la loro diffusione capillare e per il metodo di collegamento. Su richiesta di un utente, i nodi della rete operano infatti una commutazione di indirizzo, cioà si collegano tra loro per realizzare una pista di comunicazione diretta tra l'utente e un corrispondente. Una parte della rete viene riservata ai due utenti per tutto il tempo in cui sono in contatto, sottraendola ad altri. Gli stessi cavi, potrebbero però condurre altre informazioni nei "tempi morti" della comunicazione, migliorando l'efficienza della rete. Si cerca perciò di sostituire progressivamente questa metodologia con altre. Con la commutazione di messaggio non si realizza il collegamento fisico diretto tra corrispondenti, ma si sfrutta un sistema simile al servizio postale. I messaggi vengono immessi in rete, e i nodi intermedi si occupano dello smistamento. Nella commutazione di indirizzo la rete viene (temporaneamente) modificata per realizzare le singole connessioni, mentre nella commutazione di messaggio la rete non subisce alterazioni, ma viene solo attraversata dai messaggi. Le ferrovie sono una rete del primo tipo: prima si realizza la connessione (istradamento) muovendo i deviatoi interessati all'itinerario prescelto e poi si invia il convoglio ferroviario come se fosse un messaggio. La rete stradale è del secondo tipo: non si eseguono istradamenti ma i singoli messaggi, rappresentati dalle automobili, procedono verso la destinazione in modo autonomo. Nel sistema a commutazione di indirizzo il messaggio arriva a destinazione senza cooperare (in effetti non sa nemmeno dove sta andando), mentre in quello a commutazione di messaggio l'indirizzo è contenuto nel messaggio stesso (nella mente del conducente dell'auto o sulla busta nel caso della rete postale). La rete telefonica opera con commutazione di indirizzo, mentre Internet con commutazione di messaggio. Equivoci nascono dal fatto che per connettersi ad Internet si usa la linea telefonica. E' un uso improprio, perchè la blocca a lungo. Le tecnologie come ADSL stanno però superando il problema.

v Le reti radio

I radiocollegamenti presentano problemi di altro genere, tra cui la presunta nocività -per gli esseri viventi- dei campi elettromagnetici prodotti dai trasmettitori. Inoltre ciascuna trasmissione occupa una parte dello spettro radio disponibile, con affollamento e interferenze. Circa la presunta nocività, non esistono prove di danni causati da esposizione ai campi elettromagnetici. Va notato che le emissioni radio sono simili ad altri tipi di radiazioni non ionizzanti come i raggi infrarossi. Moderate quantità di infrarossi sono addirittura benefiche (cicatrizzazione) così come lo sono le radiazioni elettromagnetiche (marconiterapia). Il rischio è dunque legato alla intensità e alla durata della esposizione. Il problema sta cioè nella valutazione del dosaggio, su cui però mancano per ora certezze scientifiche. Per quanto riguarda lo spettro radio, ogni trasmissione ne occupa una parte più o meno grande a seconda della quantità di informazione da trasmettere e della velocità di trasmissione. Se più trasmissioni occupano la stessa porzione di spettro si disturbano a vicenda (per interferenza) e quindi occorre assegnarne porzioni diverse a ciascuna di esse. Per questo motivo il numero di canali radio e televisivi disponibili è limitato e la sua occupazione è oggetto di dispute. Si presenta lo stesso problema per la telefonia cellulare e per i messaggi di Info Mobility, che estendono l'uso del cellulare all'invio di informazioni su servizi pubblici, prenotazioni, ricerca di itinerari e così via. Un esempio molto noto di questa estensione della telefonia cellulare è costituito dagli SMS (Short Message Service, ossia "Servizio Messaggi Brevi") che sono scritti e non vocali.

v Le reti in fibra ottica

Rispetto ai cavi hanno capacità di traffico enormemente superiore, nessun problema di interferenze, nι generate nι ricevute, e completa immunità alla folgorazione, che costituisce invece un serio problemi dei cavi metallici: potrebbero essere la soluzione del futuro (ma la tecnologia è già matura e disponibile adesso). Per contro le fibre ottiche sono più fragili, più difficili da installare perchè non sopportano piegature ad angolo, e la loro connessione è difficile (richiede attrezzi complessi e costosi). Tuttavia non si tratta di inconvenienti davvero insormontabili. Occorrerà però tempo prima che l'attuale rete telefonica, assai diffusa e capillare, venga sostituita da una rete in fibra ottica.

v Le reti basate su satelliti artificiali

Per la diffusione e la telefonia vengono impiegati da alcuni anni satelliti artificiali. Questi sono basati su due differenti tecnologie: geostazionari e a bassa quota.

Per coprire stabilmente un territorio (ad esempio la regione italiana) vengono immessi in orbita satelliti geostazionari, che cioè restano fermi in quota sopra la stessa area geografica. Per farlo, questi satelliti devono compiere un'orbita intorno alla Terra nello stesso tempo di rotazione di questa (cioè 24 ore), restando (dal nostro punto di vista) praticamente immobili nel cielo. Per non precipitare, la forza centrifuga deve bilanciare esattamente quella di attrazione gravitazionale. Alla frequenza orbitale di 1 giro/24 ore, questo equilibrio si verifica alla quota di circa 36 mila chilometri . Proprio a tale quota i satelliti geostazionari devono orbitare. Nascono due seri problemi: l'affollamento (che, anche se sembra incredibile, comincia a verificarsi), e il fatto che i segnali debbano percorrere oltre 70 mila chilometri (il tragitto utente-satellite-utente) per collegare due punti della superficie terrestre attraverso il satellite. Poichè le onde radio viaggiano a velocità prossima a quella della luce (300.000 km al secondo) occorre quasi un quarto di secondo perchè il messaggio trasmesso arrivi a destinazione. Questo fenomeno causa il fastidioso ritardo quando si parla al telefono su un canale satellitare, e ne rende praticamente impossibile l'uso per trasmissioni bidirezionali ad alta velocità a causa dei lunghi tempi di transito.

I satelliti a bassa quota orbitano a poche centinaia di chilometri , quindi senza ritardo apprezzabile dei segnali. Questi satelliti si muovono rispetto al terreno ma si scambiano i canali di comunicazione dinamicamente, come già fanno a terra gli impianti di telefonia cellulare. Si può così dirottare via satellite gran parte del traffico radio gestito con impianti convenzionali, riducendo inquinamento elettromagnetico e occupazione dello spettro. Nonostante i costi elevati di progettazione, costruzione e lancio, i satelliti per telecomunicazioni finiranno per prevalere sulle reti cablate, più vulnerabili, complesse da installare e da mantenere in efficienza.

 

u La globalizzazione delle telecomunicazioni

Mentre in passato ogni tipo di comunicazione usava tecniche differenti (radiofonia, televisione, telefonia, telefoto, telegrafia, fax) un passo gigantesco verso l'unificazione è consistito nella digitalizzazione dei segnali, cioè nella loro trasformazione in sequenze numeriche, che sono del tutto simili tra loro. Nell'ultimo decennio si stanno inoltre unificando le modalità di telecomunicazione: tutte le informazioni, telegrafiche, vocali, visive sono digitalizzate e trattate allo stesso modo. Quindi con un unico apparato (simile al telefono cellulare) sarà possibile scambiare le normali comunicazioni vocali, ricevere programmi televisivi o messaggi scritti, telecomandare dispositivi (come la caldaia del riscaldamento di casa o il videoregistratore), leggere quotidiani, ecc..

u La sicurezza della comunicazione

La trasmissione unificata per via digitale si oppone validamente all'intercettazione e all'utilizzo indebito delle informazioni, perchè è facile rendere il contenuto dei messaggi incomprensibile a chi non è autorizzato a conoscerlo (per mezzo della crittografia). Però è anche facile creare difficoltà allo scambio di messaggi che utilizzano calcolatori come nodi della rete, suscettibili di essere danneggiati da virus informatici o ingannati da messaggi apparentemente identici agli originali, ma contraffatti.

u Le telecomunicazioni cambiano la nostra vita: in meglio?

L'argomento è molto dibattuto. Per molti esperti di sociologia e scienze del comportamento è certo che il livello di civiltà aumenti sensibilmente con l'aumentare dello scambio di informazioni, e sia quindi direttamente legato allo sviluppo delle telecomunicazioni. La telefonia e Internet hanno contribuito ad abbattere barriere culturali e sociali. Tuttavia sono tuttora poco diffuse e rischiano di scavare un solco ancora più profondo tra le popolazioni evolute e ricche e quelle emergenti e povere. La disponibilità di semplici apparecchi telefonici fissi, per non parlare di telefoni cellulari o di calcolatori con connessione ad Internet, è ancora un miraggio nella maggior parte delle regioni africane, asiatiche e dell'America del Sud.

Paesi a regime totalitario, come la Cina, osteggiano poi per motivi politici la diffusione dei mezzi di telecomunicazione avanzata e il loro libero impiego. Ma anche nei paesi più democratici si levano spesso voci contrarie ai sistemi di telecomunicazione, come avvenuto di recente a seguito dell'impiego di Internet da parte di organizzazioni criminali per la diffusione della pedofilia e del terrorismo. Naturalmente il male non sta nel supporto tecnologico ma nell'uso che se ne fa.