Newsgroup: it.scienza.fisica
Titolo: miglior mezzo propagazione segnali

in teoria, un metallo (come il rame ad esempio) non dovrebbe avere una
migliore capacità di trasportare i segnali elettrici rispetto
all'aria? allora perché sui computer per scaricare dei dati da
Internet(mezzo rame) si impiega un'eternità, mentre la televisione
(mezzo aria) riesce a captare contemporaneamente i segnali di molti
canali così velocemente da permettere la visione di filmati? il
problema può essere ricondotto solamente al traffico (cioé il cavo
deve essere condiviso da più utenti, mentre l'etere no)? grazie

Il giorno 2005-02-06, alcuni neuroni di elagogo,
probabilmente stanchi ed esausti, produssero quanto segue:

non sono un elettronico e quindi è probabile che qualcosa mi "sfugga"
prego chi ne sa più di me di correggermi.
Bisognerebbe intanto rilevare che mentre il rame conduce segnali
elettrici (gli elettroni liberi che si trovano all'interno del filo si
muovono se sottoposti ad una differenza di potenziale), l'aria è un
pessimo conduttore di elettricità.
Si devono distinguere allora i segnali trasmessi attraverso la rete
telefonica (segnali elettrici) da quelli trasmessi dai ripetitori (onde
elettromagnetiche come la luce, le onde radio, gli infrarossi) che tra
l'altro si trasmetterebbero anche in assenza d'aria.
Per quanto riguarda la velocità del segnale, so che le onde
elettromagnetiche nell'aria si propagano ad una velocità di poco
inferiore alla velocità della luce nel vuoto (ed in particolare ad una
velocità v = c/n dove c è la velocità della luce nel vuoto ed n l'indice
di rifrazione dell'aria), mentre il segnale telefonico si propaga ad una
velocità inferiore. Un esperimento al laboratorio con un cavo coassiale
da 50 cm ti da una velocità pari a circa v = c / 3 (a quanto mi ricordo,
ma mi potrei sbagliare). E' bene ricordare che questa velocità non si
riferisce alla velocità con cui gli elettroni si muovono nel conduttore,
ma al tempo che trascorre tra l'invio del segnale ad un capo del filo e
la ricezione del segnale dall'altra parte (per chiarire questo punto
basta pensare ad una canna piena d'acqua: se spingo l'acqua da una parte
dopo un brevissimo tempo all'altro capo esce, anche se la porzione
d'acqua effettivamente spinta si può essere spostata anche di
pochissimo.)
A parte questo aspetto fisico, c'è da considerare anche l'aspetto più
tecnico: il segnale televisivo molto probabilmente sfrutta una banda
di frequenze molto maggiore di quella sfruttata dai modem per
trasmettere il segnale digitale via internet. Se non mi sbaglio il
miglioramento in termini di velocità delle linee adsl rispetto a quelle
analogiche è dovuto anche al fatto che la "nuova" tecnologia sfrutta una
più ampia gamma di frequenze per trasmettere il segnale: è come
aggiungere 10 corsie ad un'autostrada che ne aveva 2.
prego chiunque ne sa più di me di correggermi!
ciao
-- 
Andre

 ha scritto nel messaggio 
news:28ecbea6.05020...@posting.google.com...

Ciao. Il punto della tua domanda non sta nel mezzo di trasporto ma in cosa 
si trasporta. Semplicemente, lungo un cavo elettrico, e quindi il cavo 
telefonico, passano elettroni, che hanno velocità inferiori a quella di un 
elettrone libero, che è cmq minore di quella della luce o di un onda 
elettromagnetica in generale. Il filo, o meglio il suo materiale crea una 
certa resistenza al loro passaggio, per cui la velocità con cui può passare 
un'informazione attraverso un cavo è molto bassa. La televione non capta 
elettroni, ma onde elettromagnetiche che fanno sì oscillare gli elettroni 
che stanno al suo interno, per trasformare il segnale onda in quello 
elettrico che permette la visualizzazione, ma chiaramente un onda 
elettromagnetica si propaga alla velocità della luce.
Galilei78 


il discorso e' un pelo complicato...
oltretutto per spiegarlo sarebbe necessario sapere che conoscenze di 
fisica e matematica possiedi  visto che sarebbe opportuno scomodare le 
equazioni di maxwell.  cercherà di non usare formule, rinunciando pero' 
a giustificare quello che ti dirò.
quelli che chiami segnali sono onde elettromagnetiche.
ogni onda e' caratterizzata da una frequenza...
un segnale e' composto da "tante" onde (diciamo infinite.. qualsiasi 
cosa possa per te voler dire..).
la "distanza" in termini di frequenza tra l'onda di frequenza piu' bassa 
e quelle di frequenza piu' alta per il tuo segnale si chiama "banda".
in prima approssimazione puoi' considerare una banda paragonabile con la 
bitrate.
quando trasmetti il segnale puoi  per comodità scomporlo in tutte le 
onde, vedere come si propagano e poi risommare tutte le onde che ricevi.
per avere un segnale non distorto  le onde debbono poter viaggiare tutte 
assieme in modo "uguale" (in realtà ci accontentiamo di meno.. basta una 
certa regolarità..  condizioni di non distorsione)
il problema e' proprio qui...
l'aria  (o meglio il vuoto) trasporta queste onde in modo corretto.
nei mezzi di propagazione guidati non succede questo.
le onde si propagano per "modi".. (qui servirebbe un po' di matematica) 
visto che sono soluzioni delle equazioni di maxwell...
non mi piacciono le analogie... e non me ne vengono in mente molte... ma 
devi pensare come se il tuo segnale per andare da una parte all'altra 
del cavo possa andare dritto oppure a zig-zag rimbalzando da un 
conduttore all'altro.. e purtroppo questi modi hanno la brutta 
caratteristica di trasportare le onde a velocità diverse (fenomeno di 
dispersione).
quindi le componenti del tuo segnale arrivano sovrapposto a tantissime 
loro repliche..  in che rende impossibile "decifrarlo" in modo corretto.
per fortuna non tutti i "modi" esistono a tutte le frequenze.. quindi il 
doppino ad esempio se lo usi a frequenze relativamente basse ha solo un 
modo (che si chiama modo TEM  trasverso elettro magnetico).
dopo una certa frequenza appaiono altri modi rendendo la trasmissione 
critica.
i doppini sono stati progettati per trasportare la voce e a quelle 
frequenze c'è solo il modo TEM.
ci sono tecniche per contenere la banda utilizzata (modulazioni 
multilivello ad esempio)  ma soffrono parecchio per la presenza di 
"rumore" sulla linea e sui dispositivi.
usando tecniche sofisticate e sopportando anche alcuni modi (se la 
lunghezza del cavo e' piccola la differenze di velocità dei modi non fa 
danni gravi   perché possiamo avere  repliche che non distano piu' del 
tempo di bit) si e' riusciti ad arrivare a velocità piu' alte  vedi 
tecnologie DSL.
sempre con conduttori metallici al posto del doppino si possono usare 
cavi coassiali in cui il primo modo oltre il tem puo' essere a frequenze 
molto maggiori del doppini (la frequenza dipende dal raggio del cavo). 
infatti per collegare l'antenna alla TV si usa un coassiale,,
per la cronaca anche le fibre ottiche soffrono di problemi di 
dispersione  ma esistono fibre "speciali"  dette monomodali che non 
hanno questo problema (diciamo che lo hanno molto meno).
spero di averti chiarito un po' di dubbi..

 tecnologie DSL.
Mi piacerebbe saperne di piu'.
Come fanno le tecnologia DSL ad allargare la banda?
 
------------------------------
Elio Fabri
Dip. di Fisica - Univ. di Pisa
------------------------------

               
che onore ;)
non e' esattamente il mio campo ma qualcosa posso dire.
ne approfitto per chiarire un po' di concetti.
E' doveroso partire dal teorema di shannon che dice  che la capacità di 
un canale C e' pari a  B*log_2(1+s/n)
dove per capacita' del canale si intende  il numero _massimo_ di bit di 
informazione (quindi utili) che si possono trasmettere con probabilità 
di errore piccola a piacere, B e' la banda del canale  (che si suppone 
con funzione di trasferimento costante in un intervallo f,f+B e nulla 
altrove) e s/n rapporto fra la potenza del segnale e quella del rumore 
(nella banda di interesse).
Se consideriamo un doppino, normalmente  quando entra in centrale passa 
per un filtro con banda lorda di 4KHz e poi entra in un convertitore A/D 
   da 8Ksample/secondo a 8 bit  (la legge di campionamento non e' 
lineare a-law in europa e mu-law in USA..)
Per inciso..  la voce  diventa un flusso da 64Kbit/s..  e questo e' 
ovviamente il limite dei classici modem e la bitrate di isdn.
Per le tecnologie DSL il doppino in centrale e' splittato in 2.
Uno finisce al filtro e segue il normale percorso dei doppini classici.
L'altra parte finisce nel DSLAM che si occupa della parte DSL.
Ovviamente la banda non aumenta.. ma si puo' sfruttare tutta quella 
dispoibile e non solo il primi 4 KHz.
Purtroppo per la presenza di piu' modi, per la non omogeneità del mezzo 
e per un sacco di altri motivi la fdt del doppino anche se non limitata 
a 4KHz e' decisamente "brutta".
Il teorema di shannon parla di canali con banda piatta e quindi non e' 
utilizzabile  direttamente.
Quello che si fa e' usare tecnica DMT (Discrete Multi Tone).
La banda del doppino viene divisa in tante (256  se non ricordo male) 
pezzi  detti sottoportanti.
Anche se la fdt del doppino non e' assolutamente costante la fdt 
(funzione di trasferimento) di ogni sottobanda si puo' supporre 
ragionevolmente come costante.
Su ogni sottoportante viene inserito un segnale modulato QASK.
Se interessa la modulazione QASK e' fatta cosi' (uso una notazione latex):
posto
x(t)=sum_i {a_i g(t-iT)+j b_i g(t-iT)}
detto segnale in banda base  dove a_i e b_i sono 2 sequenze di bit
allora
s(t)=Re {x(t)e^{j2 \Pi f_0}}
e' il segnale trasmesso  (j è l'unità immaginaria e f_0 la frequenza 
della sottoportante)
vista cosi' e' brutta  ma vuol dire che si usa un seno per un flusso e 
un coseno per un altro...
Ovviamente il tempo T e la forma dell'impulso g(t) sono scelti in modo 
da non espandere troppo la banda  in modo che un sottocanale  non 
disturbi gli altri .
A questo punto ci troviamo tanti piccoli canali a cui affidare 2 flussi 
di bit per ogniuno.
Ovviamente ci sono sottocanali migliori e sottocanali peggiori...  e 
deve essere effettuata una certa ottimizzazione per le potenze da 
dedicare a ciascuno...  (il mondo e' piccolo e  credo che l'algoritmo 
usato sia stato inventato da shannon stesso!)
fatto tutto questo si usano particolari tecniche di codifica e di 
"mescolamento"...  per spremere al massimo il sistema...
Con tutte queste tecniche usate congiuntamente si riescono ad ottenere 
ottime prestazioni considerando il canale assolutamente "disgraziato".
Piccola nota..  computazionalmente sembra molto complesso ma se non 
ricordo male facendo un po' di conti e trasformazioni (per questo ho 
usato la notazione esponenziale per il QASK) si riconosce che visto 
tutto assieme  le operazioni di modulazione e demodulazione sono 
trasformate e antitrasformate  di fourier discrete!!  .. e gli algoritmi 
  FFT  sono molto molto veloci ;)
Se puo' interessare ho trovato questo interessante pdf 
http://akhisar.sdsu.edu/abut/EE557/Chapter7.pdf
so di non essere stato per nulla chiaro ma la didattica non e' proprio 
il mio forte...

 un'informazione attraverso un cavo è molto bassa.
Sul fatto che gli elettroni siano tartarughe in un cavo percorso da corrente
non discuto....mi sembra di ricordare ordini di qualche metro al secondo.
Se l'informazione fosse trasportata dal flusso di elettroni ci telefoneremmo
con i segnali di fumo :-)

 deve essere condiviso da più utenti, mentre l'etere no)? grazie
La velocità di trasmissione dei segnali influisce in modo trascurabile, 
perchè come ti è già stato detto è più o meno la stessa in entrambi i casi.
Oltre a questo devi considerare la banda di trasmissione, vale a dire 
quanti dati è possibile trasmettere nell'unità di tempo. Nel caso della 
televisione la banda è calcolata in modo da permettere la trasmissione 
di 25 fotogrammi al secondo.
Nel caso di internet invece si usa il doppino telefonico che era stato 
pensato per comunicazioni vocali (che richiedono una banda molto più 
piccola rispetto alla televisione). Finchè si è usata la banda di 
frequenze usata per la voce (nei vecchi modem) non si è potuto andare 
sopra i 56 kb/s. Con l'ADSL si sfrutta un'altra banda (per questo motivo 
permette di usare il telefono) e quindi può raggiungere velocità maggiori.
Avendo sufficiente banda si potrebbe vedere la televisione da internet. 
Negli USA è molto diffusa la televisione via cavo, e con l'avvento di 
internet si sono sfruttati gli stessi cavi per connessioni internet ad 
alta velocità.
Un'ultima considerazione: le antenne televisive trasmettono un segnale 
uguale per tutti, cioè la banda può essere "condivisa" fra tutti gli 
utenti. Invece nel caso di internet ogni utente può richiedere dati 
diversi, e quindi si devono prevedere collegamenti molto veloci (la 
dorsale USA-Europa ormai ha una capacità dell'ordine dei PB/s).

 
ok
ciao.

 Galilei78 
mi permetto di dissentire... su tutta la linea.
l'informazione che viaggia in un doppino  e' trasportata dal campo 
elettromagnetico non dagli elettroni!!
loro si muovomo molto ma molto piu' lentamente!!
il campo elettromagnetico in un doppino si move alle stessa velocità di 
quello in aria! (circa 300000 Km/s)
questo per il fatto, che puo' sembrarti strano ma ti garantisco che e' 
cosi', che il campo em  del doppino non passa nei cavi ma nello spazio 
fra di loro!
il fatto che si muovano degli elettroni e' un "effetto collaterale" che 
dissipaeffettivamente energia.  ma a questo puoi porre rimendio 
aumentando la potenza.
la velocità di trasmissione che puoi ottenere inoltre non e' legata alla 
velocità del segnale ma ai problemi che ho esposto nell'altro mio post.
peinciso addirittura nelle fibre ottiche il campo voiaggia piu' lento 
nelle fibre ottiche che nel vuoto o in un conduttore guidato ma questo 
come sai non pone problemi di velocità.

 spinta si può essere spostata anche di pochissimo.)
Tutto quello che dici è esatto (o a me sembra tale), però devo osservare 
che non è esattametne attinente alla domanda originale: le tue 
considerazioni sulla velocità di propagazione del segnale non riguardano 
tanto la quantità di dati che si riescono a trasmettere nell'unità di 
tempo, quando invece il ritardo tra la trasmissione e la ricezione.
Ma non mi sembra che fosse questo a cui si riferiva elagogo...
Ciao
Giacomo 

 si propaga alla velocità della luce.
Spero di aver chiarito che le cose non stanno così, e di non aver tirato 
grossi sfondoni nel farlo!  ;-)
Ciao
Giacomo 

 Come fanno le tecnologia DSL ad allargare la banda?
(Qui parlo delle prime implementazioni. Magari le cose
sono cambiate)
La banda del twisted pair come mezzo e' abbastanza larga. Il problema
era che il sistema telefonico (gli switch, ecc.) era progettato per 
mandare campioni di 8 bit 8000 volte al secondo, quindi 64000 bit al 
secondo.
Col DSL, i tuoi soliti 64000 bit/s vanno al solito sistema telefonico,
ma il resto della banda e' "deviato" verso altre cose.
-- 
Adam Atkinson
gh...@mistral.co.uk

 il mio forte...
Mi pare di aver capito l'idea: si adatta il rate di trasmissione alle
caratteristiche di ogni segmento di banda.
Non ho capito pero' questo: le caratteristiche complessive della linea
saranno diverse per ogni coppia di utenti: quindi l'adattamento viene
fatto caso per caso, in modo dinamico?
Approfitto poi per tornare su una questione "nominalistica".
Giorni fa avevo citato il teorema di Hartley: quello che sopra hai
chiamato di Shannon.
E anche allora qualcuno mi ha detto "ma non e' di Shannon?"
Ora sono andato a cercare una fonte, e ho trovato che Brillouin lo
chiana addirittura "teorema di Hartley-Tuller-Shannon" (ma non da'
bibliografia).
Suppongo quindi che sia stato capito per gradi, dai tre, o forse
indipendentemente?
Ho avuto poi sempre la curiosita' di sapere se quello Hartley e' lo
stesso del "circuito di Hartley".
Qualcuno lo sa?


 stesso del "circuito di Hartley".
Si`, e` lui.
-- 
Franco
Wovon man nicht sprechen kann, darüber muß man schweigen.
(L. Wittgenstein)

 Qualcuno lo sa?
So per certo che è l'Hartley de "l'oscillatore di Hartley", se è a quel
circuito che ti riferisci.
-- 
asd

 Qualcuno lo sa?
direi di si:
Ralph Vinton Lyon Hartley (November 30, 1888 - May 1, 1970) was an 
electronics researcher. He invented the Hartley oscillator, the Hartley 
transform, and contributed to the foundations of information theory.

Il giorno 2005-02-10, in un momento di estasi assoluta,
cesare fontanascrisse quanto segue:
[cut]
grazie per avermi corretto!
effettivamente non conoscevo il modo in cui si trasmettono i segnali nel
doppino, illudendomi che fosse simile ad un semplice cavo elettrico in
cui passa corente.
Grazie ancora, ciao.
-- 
Andre


errare e' umano...  perseverare...
il doppino e' un semplice cavo!
tutti i cavi trasmettono per modi guidati!!!
l'errore non e' non sapere come e' fatto il doppino ma non sapere come 
avviene la propagazione guidata!
sicuramente non e' colpa tua....   non so in che punto del perorso 
formativo qualcuno debba spiegare che non sono gli elettroni che portano 
   in segnale ma il campo...

 theory.
Grazie a entrambi per la conferma su Hartley, e per i chiarimenti sul
teorema.


    in segnale ma il campo...
qui ora ci sono.
Grazie, spero di non abusare della tua pazienza...
Naturalmente rispondi solo se ne hai il tempo!
ciao
-- 
Andre

 
il campo si propaga  nello spazio fra i conduttori.
un conduttore "perfetto" e' definito come un "oggetto" che impone che il 
campo elettrico tangente alla sua superfice sia nullo
so che e' difficile immaginarsi che non passi nulla dentro i cavi..  e 
che tutto succeda fuori... ma e' cosi'...
i conduttori impongono una condizione "al contorno", i generatori 
eccitano in campo..  quello che si propaga (modi) sono solo i  campi 
che sono in grado di rispettare le condizioni imposte dai conduttori.
per la gabbia di faraday si puo' vedere che se racchiudo una porzione di 
spazio con un conduttore (che impone campo e. tangente nullo) e non ci 
sono sorgenti  (all'interno) allora l'unica soluzione possibile e' campo 
nullo in tutto lo spazio racchiuso (indipendentemente da quello che 
succede fuori).