SCIENZE - FENOMENI E SISTEMI DI COMUNICAZIONE - IL TELEFONO

PRESENTAZIONE

Il telefono, il prezioso apparecchio entrato ormai nelle nostre case e nella consuetudine dei nostri costumi, è stato per lungo tempo al centro di una curiosa controversia.
La paternità dell'invenzione del telefono è infatti caratterizzata dalla lunga e complessa disputa fra l'italiano Antonio Meucci e lo statunitense, di origine scozzese, Alexander Graham Bell. Il contenzioso fra le parti fu risolto soltanto nel 1886 con una sentenza della Corte Suprema di New York che accertò la priorità dell'invenzione di Antonio Meucci (il cui brevetto fu depositato a New York il 28 dicembre 1871).
Bisogna tuttavia riconoscere a Bell (il cui brevetto risale al 6 febbraio 1876) la diffusione e lo sviluppo del telefono, prima in America e poi in tutto il mondo. Infatti Meucci, dopo aver speso i 200 dollari per il deposito del brevetto, non poté più rinnovarlo per indisponibilità finanziaria e morì in miseria a New York nel 1889. Le prime versioni del telefono di Alexander Bell prevedevano l'utilizzo di una lamina vibrante e di un magnete elettrizzato che trasformavano le vibrazioni della voce in tensioni elettriche variabili. Tensioni che, grazie alla natura reversibile di questi dispositivi, venivano poi ritrasformate in suoni dall'apparecchio ricevente. Confusi e indefiniti, questi suoni assunsero maggiore consistenza quando lo statunitense ebbe l'idea di applicare due cornette acustiche, una in entrata e una in uscita dei suoni.
Ma il gracchiare era ancora indistinto, seppure qualche monosillabo fosse percepibile a fatica.
A decretare il definitivo decollo del telefono concorsero alcuni perfezionamenti che, nell'arco di tempo di una decina d'anni, trasformarono i rumori indistinti del primo prototipo in chiari dialoghi. Fu lo stesso Bell a migliorare il telefono, inserendo alcuni granuli di carbone al di sotto della membrana trasmettitrice/ricevente (tecnica ancora oggi validamente impiegata). In un secondo tempo, Thomas Alva Edison e David Edward Hughes introdussero il microtelefono a carbone, capace di amplificare la potenza di trasmissione.
Bell, che nel 1877 fondò la Bell Telephone Company, riuscì a diffondere i telefoni in tutti gli Stati Uniti (quasi un milione di apparecchi) e in Europa (50.000 telefoni nella sola Germania).
In Italia il primo servizio telefonico nazionale nacque il 1° aprile 1881, grazie all'allora ministro dei Lavori pubblici Alfredo Baccarini, che firmò il decreto ministeriale che istituiva il servizio in concessione. Fu naturalmente la Bell Telephone Company a ottenere la quota maggiore della rete italiana.
Bell inaugura il primo telefono

LA COMMUTAZIONE MANUALE E AUTOMATICA

Alla fine dell'Ottocento la rete telefonica, per poter permettere le chiamate fra i vari abbonati, si serviva di un centralino che raccoglieva tutti i terminali di tutte le linee e smistava le chiamate. La commutazione manuale, operata dalle centraliniste, consisteva nel mettere in comunicazione i terminali di due abbonati tramite fili elettrici dotati, alle due estremità, di due particolari spine chiamate "jack".
Tale sistema di collegamento risultò non idoneo quando, in seguito al crescente sviluppo delle reti telefoniche, si rese indispensabile un numero troppo elevato di centraliniste che garantissero l'efficienza del servizio. Si presentò allora la necessità della "commutazione automatica" al posto di quella manuale.
Fu ancora una volta negli Stati Uniti che, sul finire del secolo, nacque l'apparecchio che forse maggiormente ha contribuito allo sviluppo della telefonia mondiale: il telefono a selezione automatica.
Nel 1889 il newyorkese Almond B. Strowger brevettò un commutatore automatico con selettore rotativo a cento passi, in grado di stabilire automaticamente i collegamenti telefonici senza necessità di operatori, che l'utente poteva attivare mediante un pulsante posto sul suo telefono.
La storia di questo inventore è alquanto singolare: Strowger era un impresario di pompe funebri di Kansas City. Da quando la moglie di un suo concorrente era diventata telefonista del centralino della città, egli si accorse che gli "affari" erano calati. La telefonista, infatti, ascoltando le conversazioni, passava al marito informazioni sulle morti recenti. Strowger fu quindi spinto a ingegnarsi per trovare una soluzione.
Il prototipo realizzato da Strowger funzionava per mezzo di cinque tasti corrispondenti alle unità, decine, centinaia e migliaia del numero assegnato ai diversi abbonati: per chiamare, ad esempio, il numero 312, si doveva abbassare il tasto delle centinaia tre volte, quello delle decine una volta e quello delle unità due volte. Da quel momento il commutatore automatico di Strowger diventò la soluzione corrente nel mondo per le centrali delle reti telefoniche, fino al 1970, quando apparvero le prime centrali di tipo elettronico.
Il primo telefono con disco selettore a dieci numeri fece la sua comparsa nel 1886, quando Giovanni Battista Marzi costruì nella Biblioteca Apostolica Vaticana il primo impianto telefonico automatico della storia, che collegava tra loro 10 postazioni telefoniche, mantenendolo in funzione fino al 1890.
La centrale dispone di un selettore per ogni utente e il trasmettitore degli impulsi è costituito da una tastiera a 10 tasti. A seconda del tasto premuto un dispositivo a orologeria invia un certo numero di impulsi, in modo da azionare altrettante volte l’elettromagnete di comando dei selettori.
La prima centrale automatica italiana venne inaugurata nel 1913 (con 20 anni di ritardo sugli Stati Uniti) nel quartiere romano di Prati e aveva la capacità di collegare sino a 2.000 telefoni della capitale.
Negli Stati Uniti lo sviluppo della telefonia procedette a grandi passi, grazie soprattutto a nuovi brevetti che consentirono un rafforzamento del segnale e il conseguente raggiungimento di grandi distanze. Degni di nota i brevetti di Michael Pupin che, con l'adozione di bobine di induttanza, permise la posa dei primi cavi sottomarini, e di Lee De Forest che, con l'impiego di tubi elettronici, riuscì ad amplificare il segnale, tanto da permettere, negli anni Venti, l'attraversamento telefonico dell'Atlantico.
Spaccato di apparecchio telefonico

Inoltro di una comunicazione teleselettiva

IL TELEFONO CORDLESS

Il telefono cordless, cioè senza filo, è formato da una base che è connessa alla linea telefonica e comunica per mezzo di onde radio con un apparecchio portatile. Si può utilizzare il cordless per effettuare e ricevere telefonate nel raggio di alcune decine di metri, in base alla portata dell'apparecchio. La base è di solito connessa con la rete elettrica, sia per alimentare il trasmettitore, sia per permettere la ricarica dell'apparecchio portatile. In caso di mancanza di corrente, il cordless non funziona.

LA TELEFONIA MOBILE

INTRODUZIONE

Il sistema di telefonia mobile è caratterizzato da una struttura basata sull'uso di "celle", ed è per questo denominato sistema di telefonia "cellulare". Le onde radio sono sfruttate per creare una comunicazione tra l'apparecchio (telefonino) e una stazione radio base, dotata di un certo numero di celle, ciascuna con più canali. Questa stazione comunica con la rete di telefonia pubblica nei modi più disparati, secondo la disponibilità di rete in fibra ottica, cablaggio in rame o ponte radio. Quando il telefonino si allontana troppo da una stazione radio base, il sistema ricerca automaticamente una cella più vicina e la comunicazione avviene su questa, senza l'interruzione della chiamata. La telefonia cellulare utilizza le celle poiché le frequenze radio sono limitate e devono essere condivise tra più utilizzatori. Le stazioni radio base e i telefonini si avvalgono di trasmettitori di bassa potenza, così da limitare le interferenze e permettere l'utilizzo per più chiamate da parte di diversi utenti. L'uso di una potenza molto limitata consente di aumentare la durata delle batterie e di diminuire possibili effetti negativi legati all'emissione di onde elettromagnetiche di una certa potenza.
Modello tridimensionale di telefono cellulare

DALLE ORIGINI ALLA TELEFONIA MOBILE DI TIPO ANALOGICO

L’intuizione che rivoluzionò il modo di concepire la telefonia mobile risale al 1947, quando un ricercatore dei Bell Laboratories introdusse il concetto di "cella". Ipotizzò di dividere il territorio in tante celle e di dotare ognuna di esse di stazioni radio operanti a certe frequenze, diverse da quelle usate dalle celle adiacenti. Le stazioni dovevano operare a bassa potenza per non interferire con quelle vicine, in modo che celle abbastanza distanti fra loro potessero riutilizzare le stesse frequenze: questo permetteva di supportare un numero maggiore di utenti.
Verso la metà degli anni Cinquanta, a Stoccolma circolavano le prime automobili dotate di telefono. L'impianto era costituito da un ricevitore, un trasmettitore e un'unità logica installate nel bagagliaio dell'auto, occupandolo completamente. Il disco combinatore e la cornetta erano fissati a un pannello appeso allo schienale del sedile anteriore. Il telefono, alimentato dalla batteria dell'auto, aveva tutte le funzioni di un telefono normale; ma consumava così tanta energia che si dice potesse fare soltanto due chiamate: la seconda era quella per far venire un carro attrezzi!
Verso la metà degli anni Sessanta, comparve la prima generazione di sistemi radiomobili (quindi puramente veicolari) di tipo automatico, più leggeri dei precedenti e con dispendi energetici più contenuti.
Nei primi anni Ottanta furono introdotti i primi servizi commerciali di telefonia cellulare: negli Stati Uniti si diffuse l’AMPS (Advanced Mobile Phone Service), mentre in Europa nacquero il NMT (Nordic Mobile Telephone) in Scandinavia e il TACS (Total Access Communication System) nel Regno Unito.
Nel 1973 la SIP lanciò l'RTMI (Radio Telefono Mobile Integrato), il primo servizio di telefonia radiomobile in Italia. La copertura si estese a quasi tutto il territorio, consentendo chiamate dirette dall'utente radiomobile alla rete fissa; ma era necessario passare dall'operatore per chiamare un telefono mobile dalla rete fissa.
Solo nel 1985 si passò alla telefonia cellulare di tipo analogico, con l'adozione del sistema ETACS (Extended TACS), che approdò in Italia nel 1990.

DALL'ANALOGICO (ETACS) AL DIGITALE (GSM, GPRS E UMTS)

I primi telefoni cellulari usavano una tecnologia analogica, che modulava i segnali radio dei telefoni, variando le loro frequenze in maniera continua, e permetteva in tal modo di trasferire i suoni delle voci degli utenti. I limiti del sistema cellulare analogico non tardarono a farsi sentire: non era possibile effettuare comunicazioni tra due diversi Paesi a causa dei differenti sistemi adottati; non era possibile scambiare dati e, soprattutto, i terminali erano facilmente clonabili. Lo standard più diffuso per i cellulari a trasmissione analogica fu l'ETACS (Extended Total Access Communication System), considerato un cellulare di prima generazione.
Nel 1982 si costituì il gruppo GSM (Groupe Spécial Mobile), finalizzato a creare un sistema di comunicazione cellulare comune per tutti i Paesi europei. La decisione più importante fu quella di adottare la tecnologia digitale, che offriva molti più vantaggi rispetto all'analogica: si pensi solo all’impossibilità di clonare la carta SIM senza disporre dell’originale. Il sistema digitale, sfruttando i satelliti per l'invio e la ricezione del segnale, converte i dati (in questo caso i suoni delle voci degli utenti) in flussi di bit.
Il primo sistema di telefonia mobile che adottò la tecnologia digitale fu il GSM (cellulare di seconda generazione), che nel frattempo aveva cambiato significato in quello ancora oggi conosciuto di Global System for Mobile Communications. Esso garantì la compatibilità degli apparecchi (per esempio, un telefono cellulare italiano poteva essere utilizzato su una rete tedesca e viceversa).
Il cellulare GSM è costituito dall'apparecchio e dalla carta SIM (Subscriber Identity Module), che identifica l'utente e il suo contratto, e che può essere montata su telefonini diversi. Grazie alla tecnologia digitale con il GSM è possibile inviare, attraverso il proprio telefono cellulare, brevi messaggi di testo (SMS - Short Message Service) e navigare su Internet attraverso il protocollo di accesso senza cavo (WAP - Wireless Application Protocol).
Il successo del GSM fu immediato, tanto che fu adottato in centinaia di Paesi. In Italia partì in via sperimentale solo nel 1992 e fu commercializzato nel 1995.
La mania del cellulare si diffuse rapidamente: l’idea di poter raggiungere col telefono una persona apparve come un qualcosa di assolutamente innovativo. I telefoni, prima scomodi e pesanti da trasportare, ridussero le loro dimensioni e aumentarono in autonomia. Anche i prezzi, in continuo calo, fecero diventare il telefonino accessibile alla maggior parte degli utenti.
Dal nuovo Millennio le compagnie wireless (senza fili) hanno rinnovato le loro reti per gestire comunicazioni di dati a banda larga con velocità di trasmissione molto superiore alla banda stretta usata fino a quel momento.
Il GPRS (General Packet Radio Service), cellulare di terza generazione, utilizza la commutazione di pacchetto per la comunicazione di dati. Nel GPRS una rete a commutazione di pacchetto suddivide le informazioni in pacchetti e li trasmette su uno qualsiasi dei canali disponibili della rete. La notevole velocità di trasmissione dati permette di poter fruire delle funzioni vocali di un normale telefonino e, contemporaneamente, di poter accedere ai servizi Internet.
L'UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) è lo standard per le comunicazioni wireless di terza generazione. Utilizza una modalità a banda larga che può gestire la trasmissione dati ad alta velocità (10.000 volte superiore a quella del sistema GSM), in modo da permettere anche il flusso di immagini in movimento, collegamenti a Internet e suoni ad alta fedeltà. L'UMTS consente infatti di effettuare video-telefonate e video-conferenze, di collegarsi a Internet, di fare m-commerce e di riprodurre musica MP3.

IL TELEFONO DUAL-BAND, TRI-BAND E QUAD-BAND

Il telefono cellulare dual-band (a doppia banda) opera su due differenti bande di frequenza, 900 e 1800 Mhz. Può essere utilizzato in Europa, Africa e Asia-Pacifico, nelle zone con questa copertura di rete.
Il telefono cellulare tri-band (a tripla banda) opera su tre bande di frequenza, 900, 1800 e 1900 Mhz. Può essere utilizzato in Europa, Africa, Asia, in quasi tutti gli Stati del Nord America e in Australia.
Il telefono cellulare quad-band (a banda quadrupla) opera su quattro bande di frequenza, 900, 1800, 1900 e 850 Mhz. Può essere utilizzato in Europa, Africa, Asia, in tutta l'America e in Australia.

IL TELEFONO SATELLITARE

Il funzionamento di questo sistema di telefonia mobile, che permette di comunicare da ogni parte del mondo, è reso possibile grazie ai satelliti. A seconda della posizione orbitale in cui i satelliti sono collocati e della funzione a loro assegnata, essi si differenziano in tre tipologie: LEO (Low Earth Orbit), che orbitano a una distanza dai 700 ai 1500 chilometri dalla Terra; MEO (Medium Earth Orbit), che orbitano a una distanza di 10.000 chilometri dalla Terra; GSO (Geo-Synchronous Orbit), satelliti geostazionari che mantengono una posizione stazionaria sull'asse terrestre e si collocano a una distanza di circa 35.000 chilometri dalla Terra. I LEO e i MEO sono i più usati per la telefonia mobile satellitare, mentre i GSO vengono usati per le grandi telecomunicazioni.
Quando un telefono viene acceso, il satellite più vicino determina automaticamente la posizione dell'utente e la validità della sua richiesta di collegamento. L'utente può scegliere, in base alla disponibilità di copertura di altre reti cellulari, se trasmettere attraverso la rete terrestre locale (GSM) o se utilizzare il collegamento via satellite. Se la copertura di una rete cellulare terrestre non è disponibile, il telefono comunica direttamente con il satellite soprastante. La telefonata viene quindi trasmessa di satellite in satellite fino a raggiungere la sua destinazione, che può essere un altro telefono satellitare oppure una stazione (gateway) di collegamento terrestre. Queste stazioni interconnettono la rete satellitare con le reti terrestri e cellulari di tutto il mondo.
I telefoni satellitari sono simili ai cellulari GSM. Le uniche peculiarità sono l'antenna, generalmente molto più imponente, e il costo più elevato. Anch'essi sono provvisti di carta SIM per l'accesso al sistema satellitare a cui si è abbonati e la sicurezza.
I cellulari satellitari hanno la possibilità di operare in dual-mode: nelle aree servite da un sistema cellulare GSM, il telefono dual-mode utilizza la rete terrestre per comunicare. In caso contrario si connette attraverso i satelliti. Ci sono, anche se meno usati, cellulari single-mode che invece si appoggiano solo sulla rete satellitare.

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