Telecomunicazione, scienza e pratica della trasmissione di informazioni con mezzi elettromagnetici. Le moderne telecomunicazioni si concentrano sui problemi connessi alla trasmissione di grandi volumi di informazioni su lunghe distanze senza danneggiare le perdite dovute a rumore e interferenze. I componenti di base di un moderno sistema di telecomunicazioni digitali devono essere in grado di trasmettere segnali vocali, dati, radio e televisivi. La trasmissione digitale viene impiegata al fine di ottenere un'elevata affidabilità e perché il costo dei sistemi di commutazione digitali è molto inferiore al costo dei sistemi analogici. Per utilizzare la trasmissione digitale, tuttavia, i segnali analogici che costituiscono la maggior parte delle comunicazioni vocali, radio e televisive devono essere sottoposti a un processo di conversione da analogico a digitale. (Nella trasmissione dei dati questo passaggio viene ignorato perché i segnali sono già in forma digitale; la maggior parte delle comunicazioni televisive, radio e vocali, tuttavia, utilizza il sistema analogico e deve essere digitalizzato.) In molti casi, il segnale digitalizzato passa attraverso una sorgente encoder, che utilizza una serie di formule per ridurre le informazioni binarie ridondanti. Dopo la codifica della sorgente, il segnale digitalizzato viene elaborato in un codificatore di canale, che introduce informazioni ridondanti che consentono di rilevare e correggere gli errori. Il segnale codificato è reso adatto per la trasmissione mediante modulazione su un'onda portante e può essere fatto parte di un segnale più grande in un processo noto come multiplexing. Il segnale multiplexato viene quindi inviato in un canale di trasmissione ad accesso multiplo. Dopo la trasmissione, il processo sopra descritto viene invertito alla fine della ricezione e le informazioni vengono estratte.
Questo articolo descrive i componenti di un sistema di telecomunicazioni digitale come indicato sopra. Per dettagli su applicazioni specifiche che utilizzano sistemi di telecomunicazione, consultare gli articoli telefono, telegrafo, fax, radio e televisione. La trasmissione su filo elettrico, onde radio e fibra ottica è discussa nei mezzi di telecomunicazione. Per una panoramica dei tipi di reti utilizzate nella trasmissione di informazioni, vedere Rete di telecomunicazioni.
Conversione da analogico a digitale
Nella trasmissione di informazioni vocali, audio o video, l'oggetto è ad alta fedeltà, ovvero la migliore riproduzione possibile del messaggio originale senza i degradi imposti dalla distorsione del segnale e dal rumore. La base della telecomunicazione relativamente priva di rumore e di distorsione è il segnale binario. Il segnale più semplice possibile di qualsiasi tipo che può essere impiegato per trasmettere messaggi, il segnale binario è costituito solo da due possibili valori. Questi valori sono rappresentati dalle cifre binarie, o bit, 1 e 0. A meno che il rumore e la distorsione rilevati durante la trasmissione non siano abbastanza grandi da cambiare il segnale binario da un valore all'altro, il ricevitore può determinare il valore corretto in modo tale che può verificarsi una ricezione perfetta.
Se le informazioni da trasmettere sono già in forma binaria (come nella comunicazione dei dati), non è necessario che il segnale sia codificato digitalmente. Ma le normali comunicazioni vocali che avvengono tramite un telefono non sono in forma binaria; né gran parte delle informazioni raccolte per la trasmissione da una sonda spaziale, né i segnali televisivi o radio raccolti per la trasmissione attraverso un collegamento satellitare. Tali segnali, che variano continuamente tra una gamma di valori, sono detti analogici e nei sistemi di comunicazione digitale i segnali analogici devono essere convertiti in forma digitale. Il processo di conversione di questo segnale è chiamato conversione da analogico a digitale (A / D).
campionatura
La conversione da analogico a digitale inizia con il campionamento o la misurazione dell'ampiezza della forma d'onda analogica in momenti di tempo discreti equidistanti. Il fatto che campioni di un'onda in continua variazione possano essere usati per rappresentare quell'onda si basa sul presupposto che l'onda sia vincolata nel suo tasso di variazione. Poiché un segnale di comunicazione è in realtà un'onda complessa, essenzialmente la somma di un numero di onde sinusoidali componenti, tutte con ampiezze e fasi precise, il tasso di variazione dell'onda complessa può essere misurato dalle frequenze di oscillazione di tutti i suoi componenti. La differenza tra la velocità massima di oscillazione (o la frequenza più alta) e la frequenza minima di oscillazione (o la frequenza più bassa) delle onde sinusoidali che compongono il segnale è nota come larghezza di banda (B) del segnale. La larghezza di banda rappresenta quindi la gamma di frequenza massima occupata da un segnale. Nel caso di un segnale vocale con una frequenza minima di 300 hertz e una frequenza massima di 3.300 hertz, la larghezza di banda è 3.000 hertz o 3 kilohertz. I segnali audio occupano generalmente circa 20 kilohertz di larghezza di banda, mentre i segnali video standard occupano circa 6 milioni di Hertz o 6 megahertz.
Il concetto di larghezza di banda è fondamentale per tutte le telecomunicazioni. Nella conversione da analogico a digitale, esiste un teorema fondamentale secondo cui il segnale analogico può essere rappresentato in modo univoco da campioni discreti distanziati non più di uno oltre il doppio della larghezza di banda (1 / 2B). Questo teorema viene comunemente indicato come teorema del campionamento e l'intervallo di campionamento (1 / 2B secondi) viene definito intervallo di Nyquist (dopo l'ingegnere elettrico americano nato in Svezia Harry Nyquist). Come esempio dell'intervallo di Nyquist, nella pratica telefonica passata la larghezza di banda, comunemente fissata a 3.000 hertz, veniva campionata almeno ogni 1 / 6.000 di secondo. Nella pratica attuale vengono prelevati 8.000 campioni al secondo, al fine di aumentare la gamma di frequenza e la fedeltà della rappresentazione vocale.
