Trasmissione delle informazioni, tesina

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Elementi di teoria dei segnali

Introduzione

Segnali e informazione

Il concetto di segnale, presente in moltissime discipline e campi applicativi, risulta fondamentale in diverse aree scientifiche e tecnologiche tra cui le telecomunicazioni.

La parola comunicazione indica la trasmissione di dati da un luogo a un altro attraverso un mezzo.

I segnali sono grandezze dipendenti da una o più variabili che contengono informazione riguardo lo stato di qualche fenomeno fisico, in generale variabile nel tempo e la cui natura può essere diversa: acustica, ottica, elettrica…

La rappresentazione dei segnali può essere effettuata in molti modi, ma l’informazione rimane sempre contenuta nelle variazioni di uno o più parametri che la definiscono: per esempio il segnale può essere costituito dalle variazioni di una grandezza nel tempo o nello spazio.

La trasmissione dell’informazione, sotto forma del segnale che la contiene, si effettua con un sistema di comunicazione il quale raccoglie l’informazione della sorgente e la invia al destinatario. I metodi e la capacità di elaborare o trasmettere informazioni per via automatica sono molto importanti per la nostra società.

Poiché la trasmissione coinvolge numerosi dispositivi, occorre individuare le caratteristiche principali dei segnali per stabilire dei riferimenti su cui basare le considerazioni relative alla trasformazioni che essi subiscono nel processo di trasmissione.

Matematicamente un segnale non è altro che una funzione, quindi è rappresentabile tramite una notazione del tipo:

y = f(x)

dove:

• y denota una variabile dipendente sui valori di una grandezza fisica, chimica (corrente, tensione, pressione, concentrazione di molecole) o altro;
• x denota una o più variabili indipendenti, generalmente coordinate spaziali o temporali;
• f denota la relazione funzionale che associa a ogni valore di x il corrispondente valore della grandezza fisica y.

Il segnale viene definito:

• Monodimensionale se rappresenta la variazione di una grandezza rispetto a una variabile indipendente. Quando la variabile indipendente è il tempo, si parla di segnale temporale f(t);
• Bidimensionale se rappresenta la variazione di una grandezza rispetto a due variabili indipendenti.

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Classificazione dei segnali

Esistono diverse modalità di classificare i segnali ciascuna delle quali evidenzia una particolare caratteristica nel tempo:

• Classificazione morfologica: in base alla forma;
• Classificazione fenomenologica: in base alle caratteristiche di emissione della sorgente;
• Classificazione temporale: in base alla durata.

Classificazione morfologica: segnali analogici e digitali

I segnali vengono classificati in base alla forma assunta. Tiene conto dell’andamento temporale, e del numero di valori distinti che un segnale può assumere.

• Segnale analogico è quel segnale che in un intervallo di tempo finito assume un numero infinito di valori.
• Segnale digitale è quel segnale che in un intervallo di tempo finito assume un numero finito di valori.

In questo contesto possiamo anche parlare di segnali unipolari, quando il segnale assume solo valori positivi o solo negativi, e bipolari quando il segnale, nel suo sviluppo, assume valori sia positivi che negativi.

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Classificazione fenomenologica: segnali deterministici e aleatori (casuali)

Le informazioni sono emesse da sorgenti di varia natura e per essere trasmesse modificano una o più caratteristiche del segnale che le rappresenta.

Di conseguenza se l’informazione è nota, sarà anche prevedibile l’andamento del segnale; se l’informazione non è nota, lo sarà solo dopo aver ricevuto l’intero segnale che la trasporta. In particolare:

• Un segnale è deterministico quando è noto in tutte le sue caratteristiche ed è completamente descrivibile attraverso un’espressione matematica, una tabella, un grafico o una regola di qualunque tipo. Un esempio è costituito dal segnale sinusoidale. Infatti, noti ampiezza, frequenza e fase, il segnale è riproducibile in ogni momento.
• Un segnale è aleatorio, incerto o casuale, quando non è descrivibile attraverso una relazione matematica esatta ed è a priori imprevedibile. Nella realtà i segnali che portano l’informazione sono incerti, almeno fino a quando non sono stati completamente ricevuti. In questi casi per poter descrivere il segnale si deve ricorrere a variabili di tipo probabilistico.

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Classificazione temporale

I segnali possono avere:

• Durata praticamente illimitata: la loro durata è limitata, ma si estende per un tempo superiore a quello impiegato per valutarlo;
• Durata limitata: tutti i segnali reali;
• Periodici e aperiodici: i segnali sono periodici se il segnale riprende gli stessi valori dopo un tempo finito T detto periodo. Se ciò non accade il segnale è detto aperiodico.

Energia e potenza

Per molti segnali oltre alla durata, occorre introdurre qualcosa che consenta di valutare il concetto di quantità. Per esempio: che intensità deve avere il segnale laser di un lettore CD perché sia possibile ascoltarne il suono?

Per rispondere alla domanda vengono ripresi i concetti di energia e potenza della fisica.

L’energia è la grandezza fisica che fornisce la misura dell’attitudine di un sistema qualunque a trasformarsi compiendo un lavoro. La quantità di energia trasformata viene valutata in base al lavoro compiuto e si misura in joule. Dal punto di vista elettrico è il lavoro fatto per spostare una carica elettrica.

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Un segnale viene definito segnale di energia se ha durata limitata (segnale di tipo impulsivo). I segnali reali hanno sempre durata limitata e quindi sono da considerare segnali di energia.

Quando in qualche modo si verifica una trasmissione di energia da un sistema a un altro, si definisce con il nome di potenza la quantità di energia che si trasmette nell’unità di tempo (P = L / t). A parità di lavoro, occorrerà una maggiore potenza se diminuisce il tempo.

Un segnale viene definito segnale di potenza se ha durata illimitata.

Informazione e comunicazione

Introduzione

La trasmissione dell’informazione

Con il termine informazione si indicano tutte quelle conoscenze che ci permettono, fondamentalmente, di risolvere i nostri dubbi qualunque sia la loro natura e ciò che li genera.

L’acquisizione delle informazioni è un processo che dipende dal tipo di problema cui si cerca di trovare una soluzione, per cui problemi diversi richiedono, normalmente, informazioni diverse.

Infine, la comunicazione. Perché si ha la necessità di comunicare? Qualunque sia il modo, essa permette ai soggetti coinvolti di effettuare uno scambio di informazioni. Per reperirle, in modo diretto o indiretto, occorre avviare una serie di attività.

L’informazione può assumere numerose forme, ciascuna delle quali necessita di apparecchiature specifiche per la trasmissione e la ricezione.

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