telefonìa
Indice
Descrizione generale
sf. [sec. XIX; tele-+-fonia]. Sistema di telecomunicazioni che consente di instaurare connessioni fra coppie di utenti e il relativo scambio di informazioni utilizzando infrastrutture di trasmissione e di commutazione. Nella sua forma iniziale, la telefonia permette l'invio bidirezionale di sole informazioni di tipo fonico; in questo caso l'apparecchio terminale (apparecchio di utente o telefono) è un dispositivo adatto a inviare in linea un segnale corrispondente alla voce dell'utente vicino e a ricevere il segnale dell'utente remoto. Tale servizio ha caratterizzato la telefonia dai primordi fino a tutti gli anni Cinquanta del XX secolo. Successivamente, utilizzando le stesse infrastrutture, ovvero infrastrutture di tipo innovativo, il servizio è stato dapprima esteso alla trasmissione di pagine scritte in facsimile (fax), per poi arrivare alla trasmissione di dati di tipo generale. Contemporaneamente, ai telefoni di tipo classico sono stati affiancati altri tipi di apparecchi di utente, adatti alla trasmissione e alla ricezione multimediale di suoni, dati e immagini. Oltre a offrire servizi innovativi relativi a nuove tipologie di informazione, l'evoluzione della telefonia ha reso possibile la connessione di utenze non più spazialmente localizzate, ma libere di muoversi in una certa zona di territorio. Questo nuovo tipo di telefonia, nota come telefonia mobile, ha mostrato tutte le sue potenzialità nell'ultimo decennio del XX secolo, affiancando i nuovi servizi a quelli tradizionali fra utenti fissi. Il mezzo tecnico con cui è attuato il servizio di telefonia mobile è rappresentato dalla cosiddetta telefonia cellulare. Dopo l'avvento della telefonia mobile, quella tradizionale viene spesso indicata con il nome di telefonia fissa. In ogni caso le infrastrutture telefoniche si possono suddividere in reti di trasmissione e centrali di commutazione. Le reti di trasmissione telefonica sono costituite da svariate tipologie di mezzi trasmissivi, quali le linee elettriche bifilari (in cavo o in linea aerea), i cavi coassiali, i ponti radio, i cavi in fibra ottica, i collegamenti hertziani terrestri, i collegamenti via satellite. Mentre ai primordi della telefonia era in uso la sola coppia bifilare, gli ulteriori mezzi di comunicazione si sono via via aggiunti con l'evolvere della tecnologia e con l'emergere delle nuove esigenze di servizio. In generale, quando si è instaurato un certo collegamento telefonico il segnale può transitare in varie forme su tipi differenti di mezzi trasmissivi posti in cascata, che costituiscono le varie tratte del collegamento. Visto dagli utenti terminali, un collegamento telefonico appare bidirezionale, tale cioè che ciascuno di essi possa fungere indifferentemente da parlatore o da ascoltatore. In questo senso la telefonia è una tecnica di connessione punto-punto di tipo simmetrico (a differenza di altre tecniche di telecomunicazioni, come la radiodiffusione, in cui l'informazione viene diffusa in modo unidirezionale da una sorgente verso un largo insieme di fruitori del servizio). La simmetria intrinseca del canale telefonico non risulta più conveniente in certe applicazioni di ultima generazione, in cui, pur rimanendo il canale di tipo bidirezionale, si osserva un flusso dissimmetrico di dati in un senso di trasmissione rispetto al senso opposto. La considerazione di canali asimmetrici ha permesso di applicare con vantaggio le infrastrutture telefoniche di trasmissione a nuovi tipi di applicazioni, primo fra tutti il servizio Internet. Le centrali di commutazione hanno lo scopo di instaurare i collegamenti telefonici desiderati fra coppie di utenti connessi alla rete. L'instaurazione di un collegamento avviene su richiesta di uno dei due utenti (utente chiamante) che individua l'interlocutore (utente chiamato). Le informazioni circa l'utente chiamato sono interpretate e attuate dalla centrale che predispone l'instradamento della comunicazione. Al termine del servizio, la connessione decade (abbattimento) permettendo alla rete di tornare nelle condizioni iniziali. Questa procedura logica è stata dapprima attuata con mezzi manuali (nella centrale era presente un operatore che riceveva le informazioni dall'utente chiamante e collegava fisicamente i circuiti), poi con mezzi automatici, per mezzo di opportuni segnali generati dall'utente chiamante e interpretati automaticamente dagli organi della centrale. Il segnale telefonico rappresenta in termini elettrici l'informazione scambiata fra gli utenti. Tale segnale fino a tutti gli anni Cinquanta era di tipo analogico e, successivamente, con l'evolvere delle tecniche dell'elettronica e delle telecomunicazioni, è stato progressivamente sostituito da opportuni segnali digitali. Con l'ingresso della tecnica digitale, hanno avuto luogo profonde innovazioni nella telefonia, e, in particolare, nelle reti di trasmissione, nelle centrali di commutazione e nei servizi offerti. Ai nostri giorni la telefonia commerciale offre servizi e opportunità molto differenziate e molto lontane dalla semplice trasmissione fonica che caratterizzava la tecnica telefonica tradizionale. Per distinguere il servizio telefonico innovativo rispetto al servizio telefonico tradizionale in sola fonia, quest'ultimo viene spesso indicato con il termine POTS (Plain and Ordinary Telephone Service, servizio telefonico ordinario di base).
Cenni storici
La nascita della telefonia può essere fatta risalire al 1871, quando A. Meucci costruì il primo apparecchio telefonico, con il quale fu possibile realizzare una breve tratta telefonica per mezzo di un collegamento bifilare; peraltro la scarsa efficienza del microfono rendeva impossibile estendere il sistema a distanze maggiori. Il problema fu risolto con la realizzazione di coppie microfono e auricolare di maggiore efficienza e di tipo elettrodinamico (A. G. Bell, 1876) e, soprattutto, con l'invenzione del microfono a carbone (D. E. Hughes, 1877), mediante il quale fu possibile modulare efficacemente la corrente di linea mantenuta da una batteria presente nel circuito. Nel microfono a carbone, la voce dell'utente provoca la vibrazione di una sottile lamina oscillante posta sopra una piccola capsula contenente polvere di carbone. Poiché la resistenza elettrica del dispositivo varia in funzione della pressione acustica, si ottiene il segnale elettrico di linea. Il grande vantaggio di tale dispositivo (uno dei primi trasduttori acustici efficienti) consiste nel fatto che la potenza del segnale elettrico risulta fino a mille volte maggiore della potenza acustica incidente, permettendo la trasmissione del segnale sulla linea a distanze relativamente grandi. Nei primi sistemi telefonici, le linee bifilari (linee di utente o doppino telefonico) facevano capo a un unico centro di smistamento (centrale telefonica) servito da operatori preposti alla connessione dei circuiti. Negli Stati Uniti la prima centrale telefonica entrò in funzione a New Haven nel 1878, in Europa a Parigi nel 1879, in Italia a Milano nel 1889. Reti facenti capo a un'unica centrale non potevano superare il migliaio di utenti, localizzati in un territorio non molto distante dalla centrale, che veniva posta in posizione baricentrica rispetto all'insieme degli utenti. L'alimentazione elettrica dei circuiti era ottenuta con il sistema a batteria locale, posta cioè presso ciascun apparecchio telefonico d'utente. Reti più estese per numero di utenti e per territorio furono realizzate impiegando più centrali, a ciascuna delle quali veniva connesso un certo sottoinsieme di utenti. Le centrali stesse erano poi collegate fra loro da un insieme di circuiti (circuiti di giunzione), il numero dei quali veniva stabilito in base al traffico previsto fra le centrali stesse, ottenendo così un notevole risparmio sul numero totale di linee da impiegare. Il sistema di alimentazione elettrica fu innovato ponendo dei generatori (inizialmente batterie) presso le centrali, migliorando così l'efficienza di tutta la rete (sistema a batteria centrale). Distanze maggiori di qualche decina di chilometri non potevano essere superate, a causa dell'attenuazione del segnale sui fili di linea che abbassava il livello dei segnali ricevuti, fino a rendere impossibile la comunicazione. Per di più l'attenuazione risultava funzione della frequenza, per cui il segnale ricevuto risultava diverso da quello trasmesso (distorsione del segnale). Nei primi anni del Novecento, non essendo disponibili mezzi per amplificare i segnali trasmessi, le grandi distanze furono superate con la tecnica della pupinizzazione dei cavi e delle linee aeree, consistente nella introduzione di opportune bobine (induttanze elettriche) a intervalli regolari lungo la linea. Successivamente, le attenuazioni di linea furono compensate da opportune stazioni amplificatrici, nelle quali erano presenti degli amplificatori elettronici basati sul triodo. Nel caso di lunghe distanze e di volumi di traffico considerevoli, non era conveniente realizzare le linee di giunzione mediante un gran numero di singole coppie telefoniche, ciascuna relativa a una sola conversazione. Fu così introdotto il sistema di trasmissione a frequenze vettrici, in cui molti canali telefonici venivano multiplati e trasmessi su un'unica linea di giunzione a banda larga . In particolare, in trasmissione ogni singolo canale veniva traslato su una frequenza propria e affiancato a un altro canale traslato su una frequenza differente (processo di multiplazione); in ricezione avveniva il processo inverso (processo di demultiplazione). Tale sistema (indicato successivamente con la sigla FDM, Frequency Division Multiplex, multiplexer a divisione di frequenza) ha permesso la nascita della telefonia interurbana, inviando su un cavo coassiale fino a 1200 conversazioni contemporanee. Il sistema a frequenze vettrici fu messo a punto negli anni Venti e Trenta grazie alla realizzazione di dispositivi detti filtri elettrici. Contemporaneamente furono sostituite, almeno per la telefonia in ambito locale, le centrali manuali con le centrali automatiche di commutazione (o autocommutatori), basate sull'uso di componenti elettromeccanici in grado di aprire e chiudere circuiti su comando elettrico (relais e selettori). Per inviare i segnali di commutazione, l'apparecchio di utente fu equipaggiato con il disco combinatore, dispositivo in grado di inviare in centrale sequenze di impulsi corrispondenti al numero di identificazione dell'utente desiderato. Per vari decenni (fino agli anni Cinquanta), la commutazione per la telefonia interurbana fu attuata tramite operatore; solo successivamente fu attuata la teleselezione (prima tramite operatore, poi direttamente dall'utente), che permetteva di inviare i comandi di commutazione a centrali remote, prima in ambito nazionale, poi in ambito internazionale. Sempre negli anni Cinquanta, la rete di trasmissione interurbana fu potenziata con tratte in ponte radio, modulando con i segnali multiplex opportune portanti radio a microonde. Inoltre fu introdotto il sistema di trasmissione in facsimile (fax), che permette di inviare su canale telefonico le informazioni codificate relative a immagini (scritto o figure) presenti su un documento cartaceo di formato opportuno. Il segnale fax occupa la stessa banda di un segnale telefonico e permette di attuare il servizio attraverso la semplice sostituzione dell'apparecchio telefonico con il dispositivo ricetrasmettitore di fax. A partire dagli anni Sessanta, furono introdotte tre innovazioni fondamentali in ambito telefonico. La prima riguarda la digitalizzazione dei segnali telefonici, sostituendo il segnale analogico precedentemente usato con segnali costituiti da sequenze numeriche binarie. Tale processo ha riguardato sia i segnali di utente (segnali in banda base), sia i segnali multiplex. La prima tecnica utilizzata in tale ambito è la tecnica PCM (Pulse Code Modulation). L'uso del sistema PCM ha rinnovato anche gli apparati presenti nelle centrali di commutazione che sono passati dalla tecnica elettromeccanica a quella elettronica, più versatile, più sicura e, sotto certi aspetti, più semplice. La seconda innovazione ha riguardato l'introduzione delle fibre ottiche come mezzo trasmissivo. Tale nuovo mezzo, di molto superiore al cavo coassiale e al ponte radio, ha permesso di ampliare in modo precedentemente impensabile la larghezza di banda a disposizione, e quindi la quantità globale di informazioni trasmissibili a distanza. Mentre in precedenza una connessione interurbana o internazionale impegnava una risorsa limitata e relativamente costosa (da questa limitazione derivava l'onere per l'utente), con l'avvento delle fibre ottiche la disponibilità di comunicazione è divenuta pressoché illimitata. La terza innovazione riguarda la possibilità di utilizzare tratte radio via satellite in ambito telefonico, permettendo ampia possibilità di comunicazione in ambito internazionale. Attualmente la telefonia a grande distanza è attuata con tratte via satellite o con tratte su cavi della rete intercontinentale in fibra ottica. Le innovazioni tecniche attuate nella seconda metà del XX secolo hanno rivoluzionato l'ambito iniziale della telefonia, proponendo insiemi di servizi non inquadrabili nella semplice trasmissione del parlato. Tali possibilità nascono dall'osservazione che il segnale telefonico digitale non differisce fisicamente dai segnali digitali relativi a trasmissione di dati di tipo generale. Ciò che caratterizza tale tipo di trasmissione è il volume di traffico scambiato e cioè, tecnicamente, il numero di bit al secondo che transitano sul canale. Canali di capacità maggiore sono stati ottenuti facendo arrivare fino all'utente (local loop, collegamento locale) cavetti in fibra ottica, o cavetti di tipo coassiale, ovvero adottando metodi di modulazione di tipo asimmetrico (ADSL, Asymmetrical Digital Subscriber Line, linea digitale asimmetrica d'utente). I nuovi servizi disponibili vanno dalle trasmissioni di tipo multimediale (suoni, dati, immagini) ai servizi di informazione globale, come il servizio Internet. Anche il concetto di utente è stato esteso, potendo una linea telefonica fare capo anche a dispositivi automatici, come per esempio a elaboratori elettronici. Un comparto a se stante è rappresentato dalla telefonia mobile, nata dall'evoluzione dei sistemi di radiotelefonia, nei quali la tratta terminale verso l'utente è rappresentata da un radiocollegamento. Quest'ultimo può essere attuato su tratte di tipo terrestre ovvero su tratte di tipo satellitare. La radiotelefonia non ha raggiunto mai un livello di diffusione capillare, perché molto costoso e limitato ad applicazioni particolari ( per esempio radiotelefonia veicolare). In contrapposizione, la telefonia mobile, basata in ambito terrestre sulla partizione del territorio in celle e sulla introduzione di terminali di utente di alta efficienza e basso costo (telefoni cellulari e telefoni satellitari), ha avuto un'espansione tanto ampia da raggiungere la diffusione dei sistemi di telefonia fissa. La telefonia mobile utilizza metodologie proprie di trasmissione e di instradamento delle comunicazioni. In ogni caso la rete di telefonia mobile è direttamente connessa con la rete di telefonia fissa: l'utente può così effettuare comunicazioni indifferentemente da una rete all'altra, anche se alcuni servizi tendono a essere propri dell'una o dell'altra.
Storia della telefonia in Italia
In Italia la telefonia compie i suoi primi passi negli ultimi due decenni dell'Ottocento, in concomitanza con il processo industriale del Paese. Assegnate le prime concessioni telefoniche urbane a imprenditori privati (1881), nel 1892 si diede avvio alla regolamentazione del settore con la promulgazione di una legge che, formalmente, lasciava campo libero all'iniziativa privata, ma ne scoraggiava l'attività con la clausola del riscatto gratuito degli impianti da parte dello Stato, a fine concessione. Essendo quindi in quegli anni meno penalizzato il settore dell'industria elettrica, si costituiva la Società elettrochimica di Pont-Saint-Martin (1899), che avrebbe svolto, per quasi tutto il Novecento, anche un ruolo decisivo per la telefonia italiana, come Società Idroelettrica Piemonte, SIP, nome assunto nel 1918. Intanto, gli enormi progressi compiuti nelle comunicazioni a lunga distanza ponevano il problema della creazione di una rete telefonica nazionale e interurbana, risolto nel 1903 con la promulgazione di una legge che autorizzava il governo a costruire 34 linee interurbane per il collegamento dei capoluoghi di provincia. Agli inizi del Novecento, ormai, il mercato della telefonia vocale in Italia, appannaggio di sempre più numerose società private, aveva assunto dimensioni considerevoli tanto che, nel 1907, lo Stato procedette alla nazionalizzazione di parte della rete telefonica nelle aree economiche più dinamiche. Ma le pesanti condizioni finanziarie ereditate dagli anni della prima guerra mondiale indussero il governo, nel 1923, a un'inversione di tendenza e a dare la gestione della copertura nazionale a un numero prefissato di concessionari privati, suddividendo il Paese in 5 grandi zone. Nel 1925, al termine di una gara pubblica, le cinque zone vennero assegnate alle seguenti società: la STIPEL (Piemonte e Lombardia), la TELVE (tre Venezie), la TIMO (Italia medio-orientale), acquisite poi dalla SIP elettrica nel 1928, la TETI (Liguria, Toscana, Lazio e Sardegna), facente capo al gruppo Pirelli e Credito italiano, la SET (Mezzogiorno continentale e Sicilia) della svedese Ericsson. La gestione delle più importanti linee interurbane, comunque, venne affidata a un'azienda autonoma pubblica facente capo al ministero delle Poste e Telecomunicazioni, l'Azienda di Stato per i Servizi Telefonici (ASST). Alla nuova azienda statale vennero attribuiti, inoltre, compiti di sorveglianza e controllo sull'attività delle cinque concessionarie private di zona. L'imminente recessione economica, però, influì notevolmente sui piani d'investimento di tutte le imprese telefoniche concessionarie, tanto da divenire inevitabile nel 1933 il passaggio delle società telefoniche STIPEL, TIMO e TELVE all'IRI (Istituto per la ricostruzione industriale. Veniva così costituita la STET (Società Torinese Esercizi Telefonici), una finanziaria di settore, che assumeva nell'ottobre 1933 il controllo delle tre aziende telefoniche passate all'IRI e scorporate dalla SIP elettrica. Nel frattempo la TETI e la SET riuscivano, invece, a mantenere una maggioranza privata con il contributo dell'IRI fino al 1958, anno in cui anche il loro pacchetto azionario passava sotto il controllo della STET. Sopravvissute al secondo conflitto mondiale, le società telefoniche nel dopoguerra intrapresero un'intensa opera di ammodernamento delle strutture: adozione dei cavi coassiali, dei ponti radio e di centrali automatiche. Negli anni Cinquanta furono predisposte reti di trasmissione in ponte radio, separate fra le varie concessionarie e l'ASST: i ponti radio delle concessionarie operavano sulla banda del 7 GHz, quelli della ASST nell'ambito dei 4 GHz. La suddivisione in zone della rete telefonica e delle relative centrali ostacolò per qualche tempo l'attuazione del servizio di teleselezione in ambito nazionale. In ogni caso, il coordinamento tecnico fra i vari enti preposti allo sviluppo del comparto telefonico in Italia pose le basi a quel rapido processo di espansione della telefonia italiana, che negli anni Sessanta raggiunse dimensioni comparabili con quelle delle maggiori nazioni industrializzate. Intanto, l'avvento delle telecomunicazioni spaziali induceva anche la telefonia italiana a cimentarsi in questo campo: nel 1961, con lo scopo di sperimentare nuovi sistemi di comunicazione via satellite, l'IRI-STET creavano la Telespazio. Mosse, inoltre, dalla necessità di adeguare il servizio telefonico ai ritmi di sviluppo del Paese, nel 1964, l'IRI-STET promuovevano la fusione delle cinque società concessionarie del servizio telefonico in un'unica società, la SIP, che mutava la sua denominazione in SIP-Società italiana per l'esercizio telefonico. La telefonia urbana e interurbana, quindi, a eccezione di quanto era di spettanza dell'ASST, era gestita da un'unica società. Tra il 1970 e il 1985, grazie ai nuovi progressi tecnologici e alle diverse vicende economiche, il settore della telefonia si avviava verso un mutamento radicale attuando trasformazioni come: riunificazione delle reti telefoniche intercompartimentali, mediante l'attribuzione alla SIP di tutte le funzioni di commutazione in ambito nazionale; estensione della competenza di Telespazio a tutti i collegamenti via satellite, senza limite territoriale; accesso delle società concessionarie al libero mercato dei nuovi servizi di telecomunicazioni. I processi di digitalizzazione dei segnali e di sostituzione delle centrali di commutazione elettromeccanica in centrali di tipo elettronico sono avvenuti in modo progressivo, sul territorio e sui tempi di attuazione. Per molto tempo i sistemi diversi hanno operato contemporaneamente, richiedendo la soluzione di difficili problemi di compatibilità reciproca. Il processo di riorganizzazione delle telecomunicazioni italiane, comunque, giungeva solo negli anni Novanta con l'attuazione delle direttive dell'Unione Europea sulla liberalizzazione del settore, determinando una profonda modifica del comparto della telefonia e il volgere al termine dell'era del monopolio di Stato con l'ingresso di nuovi operatori sul mercato. Il riassetto del settore e l'assorbimento dell'Azienda di Stato approvati nel 1992 creavano quindi le condizioni per la costituzione, nel 1995, di Telecom Italia, in cui confluivano le società SIP, Telespazio, Italcable, IRITEL e SIRM, a cui seguiva, pochi mesi dopo, la creazione di Telecom Italia Mobile (TIM) e nel 1997 la fusione di Telecom Italia nella STET, che a sua volta cambiava la ragione sociale in Telecom Italia. Completata la liberalizzazione del mercato, a partire dal 1998, i servizi di telecomunicazione a utenza privata e non potevano essere forniti da aziende sia italiane sia straniere e venivano riconosciute come operatori per la telefonia fissa, oltre la Telecom Italia, diverse altre società tra cui: Albacom, Infostrada (poi confluita in Wind), TELE2, Tiscali e, appunto, Wind. Nel settore della telefonia cellulare, invece, erano presenti, tra le altre: Telecom Italia Mobile (TIM), Omnitel (poi entrata a far parte del gruppo Vodafone), Wind e Blu (presto scomparsa), alle quali si è poi aggiunta H3G (meglio conosciuta semplicemente come 3).
Tecnica: mezzi di trasmissione telefonica
La linea telefonica che è connessa all'utente fa capo a un armadio di distribuzione posto in prossimità dell'edificio; questo tratto del collegamento telefonico è detto local loop (connessione locale) e, nella maggioranza dei casi, è costituito da un doppino telefonico (coppia). Solo in alcuni casi, nel local loop, la coppia è sostituita da un cavetto coassiale, ovvero da una fibra ottica. Il segnale vocale che interessa il local loop è un segnale telefonico di tipo analogico, la cui banda è compresa fra 0 e 4 kHz. Tale banda è detta lorda, in quanto la banda di frequenza strettamente necessaria per trasmettere la fonia con standard telefonico è compresa fra 300 e 3400 Hz. Tale banda telefonica è stata studiata allo scopo di permettere una conversazione non assolutamente fedele, ma tale da rendere possibili la comprensione del parlato e il riconoscimento dell'interlocutore. La trasmissione avviene nelle due direzioni di conversazione, nel senso che i segnali emessi dal microfono del telefono viaggiano verso la rete, mentre i segnali provenienti dalla rete possono raggiungere l'auricolare; i segnali che viaggiano nelle due direzioni non interferiscono fra loro grazie alla presenza nell'apparecchio telefonico di un dispositivo circuitale detto forchetta che permette di instradare opportunamente i due segnali. Un sistema in cui una sola coppia telefonica permette la trasmissione nei due sensi viene detto "a due fili", per distinguerlo da quello "a quattro fili", in cui vi è una coppia per ogni senso di trasmissione. Quando l'utente utilizza la linea telefonica per servizi diversi dalla fonia e caratterizzati da un flusso bidirezionale di dati, è presente sul terminale di linea un dispositivo elettronico detto modem che trasforma il segnale telefonico analogico in un flusso di dati e viceversa. La velocità massima di un modem telefonico è pari a 56 kbit/s. Modem telefonici sono presenti all'interno dei calcolatori per fruire dei servizi di Internet, posta elettronica, ecc. È stato inoltre messo a punto il già citato sistema ADSL con cui è possibile ottenere velocità di trasmissione molto maggiori sul normale doppino telefonico utilizzando una banda più larga, con la condizione che la velocità di trasmissione del flusso dati verso l'utente (downstream) sia molto maggiore di quella del flusso dati in partenza (upstream). Ciò è possibile perché molti servizi (in particolare Internet) sono caratterizzati da grandi quantità di informazione in arrivo, a fronte di richieste molto limitate e saltuarie da parte dell'utente. La velocità di trasmissione massima in downstream dipende dalla lunghezza del local loop e può arrivare a 9 Mbit/s per lunghezze inferiori a 2,5 km. Le connessioni fra gli armadi di distribuzione e le centrali sono realizzate tramite cavi telefonici o collegamenti in fibra ottica. I cavi contengono molte coppie telefoniche, normalmente raggruppate a due a due, formando delle unità di quattro conduttori dette bicoppie. La struttura del cavo e il modo con cui sono avvolte le bicoppie sono studiati in modo da minimizzare le interferenze fra canali telefonici (che possono dare luogo a diafonia) e la sensibilità dei circuiti rispetto a disturbi esterni (che possono dare luogo a rumore). Se il collegamento fra l'armadio e la centrale è in fibra ottica, il rumore e la diafonia sono praticamente nulli, dato che il segnale ottico che viaggia sulla fibra è immune da disturbi di tipo elettrico. Nell'armadio stesso o più comunemente in centrale, il segnale telefonico analogico è trasformato in segnale digitale. Un canale telefonico analogico di 4 kHz corrisponde a un canale digitale PCM di 64 kbit/s. Il segnale PCM si presta a una multiplazione a divisione di tempo (TDM, Time Division Multiplex, multiplexer a divisione di tempo), nella quale fra due impulsi successivi, relativi a un certo utente, sono intercalati altri impulsi corrispondenti ad altri utenti. Pertanto si ottengono dei flussi di dati, nei quali transita l'informazione di un gran numero di conversazioni contemporanee (segnale di trama). Nella centrale, la commutazione avviene suddividendo i flussi di dati presenti in ingresso e ricomponendoli in forma diversa a formare i flussi di uscita, in modo da rispettare l'instradamento richiesto dalle singole conversazioni. I flussi di dati PCM si riferiscono a un solo senso di trasmissione: pertanto in una conversazione telefonica i dati relativi a un senso di trasmissione possono subire elaborazioni diverse rispetto a quelli relativi al senso opposto. Per integrare in modo più completo la rete telefonica nei riguardi dei vari servizi offerti (voce, dati, video) è stata realizzata la rete ISDN (Integrated Services Digital Network, rete digitale per servizi integrati), le cui componenti, a partire dall'attacco di utente, sono totalmente digitali: in particolare gli apparati di commutazione, i sistemi di trasmissione e le tecniche di segnalazione. I flussi di dati sono suddivisi in pacchetti di lunghezza appropriata e ciascun pacchetto contiene un'intestazione numerica (header) con le informazioni relative all'instradamento che il pacchetto dovrà seguire per raggiungere la destinazione. La trasmissione dei segnali tra apparati di commutazione nelle reti pubbliche è attuata sulla base della tecnica digitale sincrona SDH (Synchronous Digital Hierarchy, gerarchia digitale sincrona): la trasmissione avviene alle velocità di cifra prefissate secondo una sequenza di livelli detti STM-N (Synchronous Transport Module at level N), dove N può assumere i valori 1 (primo livello), 4 (secondo livello) e 16 (terzo livello). Le reti di trasmissione in fibra ottica basate sulla tecnica SDH hanno comunemente una struttura ad anello, lungo la quale avviene l'inserzione (ovvero l'estrazione) dei flussi trasmissivi a velocità inferiore (detti flussi tributari); tale struttura consente di ottenere una notevole protezione rispetto a possibili guasti: in caso di interruzione della fibra o di guasto in un nodo di inserzione, i flussi trasmissivi possono infatti essere instradati su un percorso alternativo che aggira il punto di guasto. In genere un anello è costituito da due cavi in fibra ottica, ciascuno relativo a un senso di percorrenza: in caso di guasto uno dei due percorsi può funzionare da riserva, rispetto al percorso interrotto. La rete in fibra ottica è utilizzata nei collegamenti terrestri e nei sistemi sottomarini, convenienti sia per collegamenti intercontinentali, sia per distanze medie, laddove il collegamento terrestre necessita di un percorso molto più lungo. Per distanze intercontinentali, l'uso delle fibre rappresenta una valida alternativa ai sistemi di trasmissione via satellite. Occorre notare che un collegamento in fibra necessita di un percorso molto più breve rispetto a quello richiesto per una tratta via satellite. Ciò è rilevante specialmente per il servizio POTS (Plain Old Telephone Service, servizio telefonico tradizionale di base), in cui il tempo di trasmissione può superare qualche decimo di secondo (i satelliti geostazionari si trovano a distanze maggiori di 30.000 km); ciò può provocare vari inconvenienti in una conversazione bidirezionale. La velocità di trasmissione nei sistemi in fibra ottica è via via aumentata soprattutto grazie all'uso di sistemi di multiplazione a divisione di lunghezza d'onda (WDM, Wavelength Division Multiplation), nei quali una singola fibra ottica si comporta come se fosse percorsa da differenti canali indipendenti, ciascuno operante su una diversa lunghezza d'onda. Tale tecnica è detta anche trasmissione multicanale, in contrapposizione alla precedente detta monocanale. In ciascun canale il flusso dei dati è ottenuto con la tecnica di multiplazione TDM. In tal modo si ottengono flussi aventi velocità superiori al Tbit/s: 1 Tbit (Terabit) = 1000 Gbit. Per avere un'idea di cosa rappresenti tale velocità, basta pensare che essa corrisponde a circa 20 milioni di canali telefonici ovvero alla trasmissione in un secondo di più di 100 milioni di pagine dattiloscritte. Un incremento così considerevole della velocità di trasmissione di informazioni permette da un lato il mantenimento di servizi globali quali Internet, funzionanti in forma indipendente dalla distanza, dall'altro il fortissimo decremento del costo di trasmissione per canale rispetto a quello presente prima dello sviluppo dei sistemi in fibra ottica.
Tecnica: reti telefoniche urbane e interurbane
I centri di commutazione telefonica sono generalmente disposti nel baricentro di interesse telefonico delle varie località, spesso con qualche spostamento da questo per tenere conto della convenienza di tracciato dei percorsi delle linee di interconnessione interurbana. Ai fini tecnici e amministrativi la superficie di ogni Paese viene in pratica suddivisa e considerata secondo una configurazione particolare, in base sia ai limiti geografici sia alle possibilità di instradamento del servizio e di manutenzione dei mezzi telefonici. Le aree urbane sono servite da più centrali fra loro interconnesse da reti a maglia policentriche, mentre le aree decentrate sono servite da centrali locali collegate tutte, con una rete a stella, al centro locale di maggiore interesse telefonico, che viene detto centro del settore telefonico. Più settori danno luogo a loro volta a un distretto telefonico, nell'ambito del quale i vari centri di settore vengono connessi, sempre con reti a stella, al centro del distretto, nella centrale più adatta del settore di maggiore importanza ai fini degli instradamenti telefonici. Analogamente più aree distrettuali vengono riunite ai fini tecnici e amministrativi in un compartimento nel cui centro, situato nel distretto più opportuno, sono dislocati i mezzi di commutazione necessari all'interconnessione, questa volta con rete a maglia, con gli altri compartimenti. In uno o più centri di compartimento, detti centri di transito internazionale, vengono poi attestate le linee di collegamento per il servizio telefonico con l'ambito internazionale. La commutazione viene eseguita in base alle informazioni contenute nel numero telefonico dell'utente, assegnato all'atto dell'attivazione della linea. All'inizio del XXI secolo in Italia è stata attuata una riforma del sistema di numerazione rendendo obbligatoria la digitazione del prefisso distrettuale (che include sempre la cifra iniziale zero) prima della selezione del numero d'abbonato della rete di telefonia fissa. In questo modo è sparita in ambito nazionale la distinzione fra la selezione distrettuale (ove precedentemente non doveva essere digitato il prefisso) e la teleselezione interdistrettuale. Sono escluse dalla digitazione del prefisso distrettuale le chiamate a numeri di servizio (che iniziano con la cifra 1) e quelle verso utenze di telefonia mobile che iniziano con un prefisso dipendente dal gestore del servizio (attualmente tutti i prefissi di telefonia mobile iniziano con la cifra 3). Per realizzare la teleselezione internazionale l'utente seleziona due volte la cifra 0 e fa seguire il prefisso internazionale (costituito da non più di tre cifre) relativo al Paese desiderato; successivamente seleziona le cifre (prefisso e numero telefonico) relative alla teleselezione nell'ambito della nazione chiamata. Secondo alcune raccomandazioni valide prima dell'avvento della telefonia mobile, il numero di utente può raggiungere al massimo le sette cifre, contenute generalmente a quattro se relative a un cosiddetto “grande parlatore”, cioè a un'utenza in grado di realizzare un notevole traffico telefonico. In tal modo la normale selezione viene resa più rapida, o comunque facilitata, se al numero dell'utenza si fa seguire la serie di cifre (tre o quattro) relative alla numerazione del centralino interno del grande parlatore secondo il moderno servizio della selezione passante (vedi anche centralino). Dopo l'integrazione dei servizi di rete fissa con quelli di rete mobile, la numerazione può anche eccedere il numero di cifre raccomandato. La suddivisione territoriale in strutture urbane, settoriali, distrettuali, compartimentali, utilizzata ancora oggi come riferimento per il sistema tariffario, era dipendente dall'organizzazione funzionale e gerarchica della rete telefonica di tipo analogico. La conversione della rete telefonica sulla base della tecnologia digitale ha radicalmente modificato questa struttura a favore di un'organizzazione articolata su due livelli di commutazione, il primo dei quali è costituito dalle aree di commutazione, in cui è presente un'autocommutatore numerico detto stadio di gruppo urbano (SGU), cui fanno capo sistemi decentrati detti stadi di linea (SL), che realizzano in posizione remota alcune funzioni proprie dello stadio SGU (di solito raccolta e concentrazione degli utenti, ma talvolta anche commutazione locale), permettendo di evitare il costoso inserimento in rete di un altro SGU. Il secondo livello è costituito da un'ulteriore struttura di commutazione, detta SGT (stadi di gruppo di transito), a cui fanno capo più SGU. La struttura della rete telefonica prevede che ogni SL sia connesso al proprio SGU, a sua volta collegato a stella allo SGT di competenza. Per ragioni di traffico, alcuni SGU possono a volte essere collegati direttamente tra loro. Gli SGT sono collegati tra loro a maglia completa.
Tecnica: commutazione telefonica
L'instradamento del traffico telefonico nell'ambito nazionale e internazionale richiede una serie di operazioni di commutazione nei vari centri di transito. Fino al 1960 questi centri di commutazione sono stati quasi esclusivamente realizzati con apparati elettromeccanici comprendenti relais e selettori (vedi centrale). A partire dagli anni Sessanta la commutazione è stata progressivamente dotata di apparati di tipo elettronico, passando dalla tecnica del comando elettromeccanico degli organi a divisione di spazio, prima, alla tecnica del comando elettronico di organi a divisione di tempo, dopo: ciò ha consentito di ridurre drasticamente le dimensioni fisiche delle centrali e di portare al minimo (sostituzione delle piastre elettroniche guaste) le operazioni di manutenzione degli impianti di commutazione. Questi, soprattutto nell'esecuzione interamente elettronica, vengono dotati di componenti di elevata affidabilità e di un sistema di autodiagnosi dei guasti: di conseguenza pochi tecnici qualificati possono seguire un notevole numero di centrali elettroniche pur mantenendo nella rete telefonica un alto grado di servizio. Tra i vantaggi dell'introduzione delle tecniche elettroniche si ricordano inoltre i seguenti: si è resa possibile l'introduzione di ulteriori qualificati servizi a disposizione dell'utenza, con una flessibilità nell'espletamento del servizio che permette di adeguare con facilità la centrale telefonica alle esigenze degli utenti di maggiore traffico (grandi parlatori). Tra questi servizi grande importanza ha assunto la possibilità di usufruire di impianti RFD; sono state conglobate praticamente nella centrale urbana le apparecchiature relative a centralini privati anche di notevole potenzialità. Questo servizio, detto centrex, amplia notevolmente le prestazioni delle centrali private, soprattutto per ciò che riguarda la documentazione del traffico telefonico, e riduce i costi di esercizio, in quanto la stessa società di esercizio cura la manutenzione sia della centrale pubblica sia di quella privata; si è notevolmente migliorato l'accesso alle linee di interconnessione tra centrale e centrale in campo urbano e interurbano assicurando la migliore interazione, con conseguente aumento di rendimento, tra i sistemi di trasmissione e quelli di commutazione. Per di più i sistemi elettronici si sono dimostrati nettamente più flessibili e adattabili alle modifiche di configurazione delle reti di trasmissione e del loro equipaggiamento; si è arrivati a gestire automaticamente, con documentazione completa, anche le grandi centrali interurbane di transito internazionale per la teleselezione di utente e di operatrice. La commutazione elettronica, in queste centrali, ha consentito inoltre una migliore gestione e una sensibile riduzione del carico di lavoro delle operatrici telefoniche con un netto aumento, tra l'altro, del rendimento delle linee di telefonia internazionale.