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Il tema che vogliamo affrontare

Progetto: “Tradizioni e nuove tecnologie: una sfida per il futuro.”

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Tema da sviluppare: “Quali tipi di cambiamento sono stati introdotti in seguito all’applicazione delle nuove tecnologie?”

(sviluppo delle radio-comunicazioni dai primi esperimenti di TSFai giorni nostri).

Vediamo di cosa parleremo in questa ora. La vostra Scuola si sta occupando di un progetto che riguarda la sfida che rappresentano per il futuro le nuove tecnologie della radioomunicazione. In particolare, in questo incontro ci chiedete “quali tipi di cambiamento sono stati introdotti in seguito all’applicazione delle nuove tecnologie”. La domanda è interessante, però, prima di affrontare questo tema, è necessario che approfondiamo alcuni concetti di base, riferiti alle tecnologie nel campo delle radiotrasmissioni. Anche la mia è una sfida, perchépretendo di illustrarvi il tema della vostra sfida nel tempo di 1 ora.Immagino e spero che troviate interessante questa visita ai luoghi dove Marconiha sviluppato la sua invenzione. Mi sentite bene tutti? Vedete, io sto comunicando con voi, in modo del tutto naturale, senza bisogno di strumenti elettronici. La mia bocca traduce in suoni le idee che ho in testa e che intendo trasferire a voi. Questi suoni si propagano nello spazio che ci circonda sotto forma di onde sonore, che partono da me e arrivano fino a voi. Il vostro orecchio le percepisce e invia il messaggio ricevuto al cervello, che è capace di decodificare e rendere utilizzabile l’informazione. Possiamo affermare che si èrealizzato un collegamento fra i nostri cervelli, utilizzando semplicemente i mezzi di fonazione – bocca e orecchio – di cui il nostro corpo è naturalmente dotato.

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Esempio di onda sonora

Una sorgente in vibrazione meccanica genera un’onda sonora, che viene trasmessa mediante movimento elastico delle particelle d’aria. L’onda sonora si propaga ad una velocità che dipende dalla consistenza del mezzo elastico. La velocità del suono v nell’aria è di 330 m/sLa nota LA ha frequenza f = 440 Hz. La sua lunghezza d’onda λ si calcola come rapporto tra la velocità di propagazione e la frequenza, quindi:

λ = v / f = 330 / 440 = 0,75 metri

s

p

Cos’è il suono? Quando una corda di chitarra viene fatta vibrare, assume un movimento armonico, cioè si muove ritmicamente attorno alla sua posizione di riposo. Il numero di vibrazioni complete nell’unità di tempo si chiama frequenza, e si misura in Herz = oscillazioni complete al secondo.La nota LA ha frequenza f = 440 Hz, perché la corda fa 440 oscillazioni al secondo. La vibrazione meccanica della corda, a sua volta genera un’onda sonora, che viene trasmessa nello spazio mediante movimento elastico delle particelle d’aria. L’onda sonora è dunque una perturbazione dello stato di quiete delle particelle d’aria, ed ha lo stesso andamento armonico della sorgente.Il suono si propaga ad una velocità che dipende dalla consistenza del mezzo elastico: la velocità v del suono nell’aria è di 330 m/s.La lunghezza d’onda l del suono che si propaga, si calcola come rapporto tra la velocità di propagazione e la frequenza, quindi:l = v / f = 330 / 440 = 0,75 metri

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La comunicazione a distanza

La comunicazione diretta, come sta avvenendo fra me che parlo e voi che ascoltate, non è possibile sulla grande distanza.Tra Bologna e Trento la distanza è di 230 Km.Occorre un modo diverso di comunicare. Un corriere a cavallo che portasse l’informazione sotto forma di testo, impiegherebbe 20 ore. Troppo! Occorre un cavallo molto più veloce.

Credo che ciascuno di voi sarebbe contento se anche gli altri amici rimasti al vostro Liceo di Trento potessero partecipare a questa nostra chiacchierata, qui al Museo Marconi, per raccogliere tante esperienze interessanti. E’ certo che la mia voce non ce la fa ad arrivare fin là: troppa la distanza tra Pontecchio e Trento, ben superiore a 200 Km, che rende impossibile l’impiego dei naturali mezzi di fonazione, bocca e orecchio. Cosa si potrebbe fare? Beh, si potrebbe ricorrere ad un altro mezzo, per esempio un messaggio scritto. Qualcuno di voi particolarmente volonteroso potrebbe scrivere ciò che stiamo dicendo. Poi, immaginiamo di utilizzare come mezzo di trasporto un corriere a cavallo, come si faceva fino ad un paio di secoli fa. Un cavallo al galoppo raggiunge una velocità di circa 15 Km all’ora. Per arrivare a Trento ci metterebbe, fra una cosa e l’altra, una ventina di ore. Come fare per annullare questo grande tempo di ritardo? Occorrerebbe un cavallo estremamente veloce. Ebbene, questo cavallo esiste: è l’onda elettromagnetica.

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Campo elettrico, magnetico ed elettromagnetico

L’intera Creazione, nel cosmo e sulla Terra, è basata sull’energia. Quella elettromagnetica è una delle forme piùimportanti di energia, di natura elettrica. E’ costituita dall’insieme di un campo elettrico E e di un campo magnetico H; quando questi due campi sono variabili nel tempo (come nel caso di un’onda), ne risulta un insieme unico ed inscindibile: un campo elettrico in variazione produce un campo magnetico che varia con la stessa legge, e viceversa.

PropagazioneOnda e.m.

E

I

H

V

f0

p = propagazione

E

H p

Il circuito a lato alimenta in corrente continua un carico.Tra i due fili, soggetti a differenza di potenziale V, si stabilisce un campo elettrico E.Attorno ai fili, percorsi da corrente I, si costituisce un campomagnetico H.E ed I sono campi statici, che risiedono nello spazio dielettrico.

L’onda elettromagnetica è una forma di energia, che si propaga nello spazio ad una velocità altissima: circa 300.000 Km al secondo, o se preferite qualcosa come 1.080 milioni di Km all’ora! A questa velocità, un’onda elettromagnetica impiega meno di un secondo per percorrere lo spazio tra la Terra e la Luna. Per propagarsi non necessita di gas né di qualsiasi supporto: cammina benissimo anche nello spazio vuoto.L’onda elettromagnetica è di natura elettrica. Una tensione continua applicata fra due superfici metalliche genera un campo elettrico, una corrente che percorre un filo metallico genera un campo magnetico; entrambi campi stabili e locali. Ma se la tensione o la corrente sono variabili nel tempo, ad esempio se possiedono un andamento armonico come la corda della chitarra, allora il campo che si genera èdi tipo elettromagnetico, e si allontana dalla sorgente alla velocità della luce. Gli stessi fili che portavano la corrente continua, ora diventano – soprattutto se organizzati secondo una particolare geometria – un radiatore, un’antenna.

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Caratteristiche dell’onda elettromagnetica

Lunghezza d’onda e frequenza: Le onde disegnate a fianco hanno tutte la stessa ampiezza, ma frequenza crescente (e quindi lunghezza d’onda proporzionalmente in diminuzione)

110 MHz 220 MHz

440 MHz 880 MHz

Velocità della luceLunghezza d’onda =nello spazio Frequenza dell’oscillazione

Il campo e.m. si propagaalla velocità della luce

Il campo e.m. non richiede supporto fisico

Velocità della luce c = 300.000Km/s

Un’onda singola compie un’intera oscillazione in un tempo che si chiama periodo, e il numero di oscillazioni nell’unità di tempo – come già visto – è la frequenza. La frequenza rappresenta il numero di onde che passano per un determinato punto nell’unità di tempo.Quindi: l’onda è una grandezza la cui ampiezza istantanea varia in funzione del tempo e in funzione dello spazio; il periodo è un tempo, e quindi si misura in secondi; la frequenza si misura in cicli al secondo, o Hertz; la velocità di propagazione si misura in metri al secondo.Altri esempi di onde sono: il suono, i terremoti, la luce. Il suono si propaga grazie ai gas di cui è composta l’atmosfera. In generale, perché un’onda si propaghi occorre un supporto elastico, capace cioè di cambiare la forma che ha a riposo. L’onda elettromagnetica invece si autosostiene col meccanismo della concatenazione dei due campi che la compongono. Ecco perché lo spazio vuoto realizza le condizioni migliori per la sua propagazione.Oltre ad essere tanto veloce, l’onda elettromagnetica è capace di arrivare a grande distanza e di superare molti ostacoli, sia naturali che artificiali: certamente, in un percorso con molti ostacoli gran parte dell’energia che l’onda possiede all’origine si perde lungo il cammino, ma anche una piccolissima parte di energia elettromagnetica che giunga a destinazione, è sufficiente per permetterne l’utilizzo.Tutto ciò fa comprendere perché l’onda elettromagnetica sia uno strumento indispensabile per comunicare a grande distanza.

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Lo spettro elettromagnetico: le onde radio

300 GHz

30 GHz

3 GHz

300 MHz

30 MHz

3 MHz

300 KHz

30 KHz

1 mm

1 cm

1 dm

1 m

10 m

100 m

1 Km

10 KmVLF (Very LowFrequency)

LF ( LowFrequency)

MF ( MediumFrequency)

HF ( HighFrequency)

VHF (Very HighFrequency)

UHF (Ultra HighFrequency)

SHF (Super HighFrequency)

EHF (Extra HighFrequency)

L. d’onda Frequenza

Onde medie – trasmissione broadcast in AM

Onde corte – propagazioinevia onde troposferiche

Onde metriche – FM e TV broadcast - Radiomobile

Onde decimetriche –TV broadcast - Radiomobile

Onde centimetriche –Ponti Radio terrestri e Satelliti

Onde millimetriche – Radar e satelliti

Onde lunghe – radiofari -trasmissione in AM

Onde lunghissime –impieghi militari

Le onde radio coprono

un’estensione dello spettro

da circa 3 KHz a 300 GHz

Questa tabella illustra la grande varietà di frequenze e lunghezza d’onda che l’onda elettromagnetica può presentare. Vediamo che la lunghezza d’onda copre un intervallo tra 10 Km e 1 mm, a cui corrispondono frequenze rispettivamente da 30 KHz a 30 GHz. In questa gamma le radiazioni elettromagnetiche vengono definite onde radio, perché sono generate da sistemi elettronici ed utilizzate per invio a distanza di informazioni. Quando ruotiamo la manopola di sintonia di un ricevitore (o, analogamente, quando selezioniamo un canale TV col telecomando), indichiamo al ricevitore qual’è il segnale che vogliamo ricevere, e che si distingue da tutti gli altri grazie alla sua particolare frequenza. Segnali diversi possono essere discriminati grazie al fatto che arrivano al ricevitore su frequenze diverse. Alcuni esempi:

FM RAI 1: 87,5 MHzRAI 3° ER: 560 MHz

Telefoni cellulari: 900 MHz

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MM = microfono;OLOL = generatore di portante;ModMod = modulatore;AntAnt = = antenna;DemDem = demodulatore;SpSp = altoparlante o auricolare.

Il concetto di modulazione

Trasporto dell’informazione:Cavallo? Filo?Cavallo? Filo?

NO!! NO!! Onde elettromagneticheOnde elettromagnetiche,,veloci e pervasive.L’onda destinata a propagarsi è la portanteportante, generata localmente nell’apparato (OL); il segnale si sovrappone alla portante con il

processo di modulazioneprocesso di modulazione.

Sp

Demod

Ant

StadiBFMod

Ant

StadiBF

OL

M

A questo punto, possiamo intuire come risolvere il problema di mandare il nostro messaggio da qui al Liceo di Trento. Usiamo un’onda radio! Sarà sufficiente che scelga fra le tante possibili, l’onda elettromagnetica più adatta per fare il percorso Bologna-Trento, ad esempio un’onda con frequenza 10 MHz, che chiameremo portante. La portante viene generata nel trasmettitore da un apposito circuito (OL). Poi, devo fare in modo che la mia voce sia trasferita a destinazione da questa onda portante: essendo questa di tipo elettrico, occorrerà che anche la mia voce diventi un segnale elettrico. Questa operazione viene realizzata dal microfono, un oggetto che traduce l’onda sonora in una onda elettrica con perfetta analogia tra le due forme d’onda. Successivo passaggio: questo segnale elettrico, contenente l’informazione, va ad agire su un circuito modulatore, nel quale avviene l’interazione tra l’informazione, rappresentata dal segnale modulante, con la portante. Infine, uno stadio di potenza dà all’onda modulata l’energia sufficiente per percorrere lo spazio che la separa dal ricevitore. Quindi l’antenna provvede a lanciare la portante nello spazio.A Trento abbiamo il ricevitore: la portante ricevuta deve venire filtrata, per separarla nettamente da tanti altri segnali che affollano lo spazio hertziano e che possono venire raccolti dall’antenna; viene amplificata, per recuperare l’energia persa nelle vicende della propagazione, ed infine subisce il processo di demodulazione. Una volta estratto il segnale modulante, la portante ha esaurito il compito affidatole e quindi viene semplicemente eliminata.L’intero processo è quindi la riedizione tecnologica dell’idea di usare il mezzo piùveloce come portante (il cavallo) per portare a destinazione l’oggetto pregiato dell’intero processo, cioè l’informazione (la lettera).

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I segnali analogici

Il microfono traduce in un segnale elettrico analogico le onde meccaniche emesse dalla sorgente sonora.

La telecamera elabora per righe e quadri l’immagine, traducendola in un segnale elettrico analogico.

Segnale TV: B = 5.000.000 Hzf

Fonia: B = 3100 Hzf

t

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Dopo i tempi della TSF (Telegrafia Senza Filo), passando ai tempi della radiofonia (verso il 1920), l’onda elettromagnetica è stata utilizzata per trasferire a distanza un segnale analogico. Avete capito che segnali analogici sono quelli generati da un microfono sottoposto ad onde sonore, oppure da una telecamera: quest’ultima traduce le variazioni di luminosità raccolte su una riga di scansione di un fotocatodo, in variazioni di livello elettrico.Il segnale analogico è continuo nel tempo e nelle ampiezze: ciò significa che al variare del tempo, la grandezza che rappresenta il segnale – ad esempio una tensione - varia senza discontinuità – senza salti - assumendo livelli che riproducono con perfetta analogia la grandezza originaria (il dinamismo della voce o la luminanza dell’immagine).La complessità del segnale analogico determina la sua larghezza di banda. Questo concetto si riflette sulla larghezza del canale radio. Il parlato ha componenti di frequenza che coprono all’incirca da 100 Hz a 12.000 Hz; un segnale televisivo, molto più complesso di un segnale audio, possiede una banda di alcuni megahertz.Ora, nel processo i trasmissione, è necessario che vengano trasmesse tutte le componenti del segnale originario, affinché il messaggio venga ricostruito fedelmente all’uscita del ricevitore. Quindi, ai lati della portante devono esistere due spazi simmetrici, dove trovano posto le cosiddette bande laterali, larghe quanto la banda del segnale da trasmettere, e che insieme alla portante determinano il canale radio, cioè la porzione di banda ad uso esclusivo di quella certa portante.

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Il segnale digitale

Il segnale digitale è discontinuo nell’ampiezza e nel tempo. Il codice binario possiede due soli livelli, rappresentati dai numeri “1” e “0”, che sono definiti nell’istante di clock. L’informazione risiede non nella forma d’onda, ma nel codice.

tRitmo di clock (BR)

11 11 1 11 11Segnale binario di

informazione 1 11 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Una lettera viene rappresentata da un insieme di bit: una “parola” di 8 bit (256 combinazioni) è detta “Byte”, ed è la base del linguaggio del computer.I bit fluiscono nel tempo con una velocità BR (Bit Rate) definita in bit al secondo (b/s) e suoi multipli (Kb/s, Mb/s, Gb/s)

t

aIl segnale analogico è discontinuo nella ampiezza e nel tempo: possiede infiniti livelli, che variano in funzione del tempo.L’informazione nella forma del segnale.

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Da diversi anni a questa parte, diciamo dagli anni ’50, hanno avuto un crescendo impressionante le tecnologie digitali, che sostituiscono le precedenti tecnologie analogiche. In quegli anni nacquero i primi computer, e prese impulso la scienza che studiava come l’uomo può gestire l’informazione, cioè l’informatica.Esistono segnali originariamente digitali, come quelli che interessano il mondo dei computers. Per altri tipi di segnale, quali il parlato, la musica o il video, che per loro natura vengono originati in maniera analogica, si è trovata la possibilità di trasformarli in digitali. Cosa distingue un segnale digitale da uno analogico? Sostanzialmente nel segnale elettrico analogico l’ampiezza varia senza discontinuità al variare del tempo, ricalcando fedelmente l’andamento del segnale originario. Per contro il segnale digitale è discontinuo nell’ampiezza e nel tempo. Se ad esempio parliamo di un sistema binario, l’ampiezza del segnale potrà avere solo due livelli, che comunemente chiamiamo “si–no” oppure “on-off”, oppure “uno-zero”.Tali livelli, poi, vengono raggiunti in tempi discreti, definiti da un orologio e spesso indicati come “tempi di clock”. Se consideriamo un alfabeto binario composto da due soli simboli, il bit “uno” ed il “bit zero”, la velocità con cui tali simboli scorrono nell’unità di tempo (corrispondente al ritmo di clock) viene detta bit rate, e si misura in bit al secondo o suoi multipli (kilobit/sec, megabit/sec, ecc.).

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I vantaggi del digitale

La valvola, il transistor,Il circuito integrato

Scheda a componentiDiscreti (transistor)

Motherboard con CPU VLSIdi moderno computer

2. La tecnica digitale rende possibile una elevata miniaturizzazione

3. La tecnica digitale offre grande capacità di elaborazionee rende possibili funzioni estremamente complesse.

Apparati a valvole:Pochi componenti, una funzione per componente.

I primi computer: moltissimi componenti per eseguire molte funzioni

Moderni computers:pochi componenti che integrano

moltissime funzioni

1. I segnali digitali presentano un particolarissimo “feeling” con l’elettronica1

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Ci chiediamo: Ma perché rendere digitali i segnali analogici?a. Perché i segnali digitali presentano un particolarissimo “feeling” con l’elettronica. Il circuito elettrico più semplice è l’interruttore, che ha due possibili stati: acceso/spento. Per riconoscere con certezza due stati occorre che siano fra di loro il più distanti possibile. Nel nostro comportamento spesso semplifichiamo situazioni o decisioni o percezioni, coll’indicare una risposta basata su due sole possibilità (es., ho caldo o ho freddo, faccio una cosa o non la faccio, ecc.). Anche il transistor, che è alla base della moderna elettronica, possiede due stati “antipodali”: conduce/non conduce. Effettuare operazioni matematiche sui bit èenormemente più semplice che su segnali multilivello.b. Perché consentono una elevata miniaturizzazione, che significa la possibilitàdi ridurre enormemente le dimensioni di un apparato elettronico. Ciò è dovuto al fatto che si è passati nel tempo, da schemi a valvole, a schemi a transistor, poi sono venuti i circuiti integrati, oggi si lavora con circuiti VLSI (Very Large ScaleIntegration). Ad ogni passaggio il volume dei circuiti si è ridotto di ordini di grandezza. Un moderno circuito integrato VLSI contiene milioni di microscopici transistor, ciascuno dei quali esegue una funzione elementare. Però, attenzione, ogni funzione elementare è capace solo di lavorare in modo SI-NO, cioè sa trattare bit, e quindi questa miniaturizzazione è applicabile solo a circuiti digitali.c. La disponibilità di tanta elettronica consente di realizzare circuiti di grande

complessità e grande capacità di elaborazione. Un PC portatile dell’ultima generazione è molto più potente dei primi calcolatori che occupavano intere stanze. La grande capacità di elaborazione può svolgere funzioni di elevatissima complessità, (funzioni di calcolo, di elaborazione, di memorizzazione, di controllo) arrivando a simulare la complessità di un ragionamento umano. Si parla dunque di intelligenza artificiale.

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La musica viene rappresentata mediante note su un pentagramma.Lo spartito è un esempio di codifica grafica di un “messaggio”musicale.

DAC

tADC

Medium (mezzo trasmissivo)

Comunicazione analogica su medium digitale. Il circuito ADC (Analog to Digital Converter) provvede alla trasformazione del segnale analogico in digitale. Il DAC ripristina il formato analogico.

La conversione in digitale del segnale analogico

Ma dov’è andata a finire la forma del segnale che vogliamo trasmettere, cosìimportante per la fedeltà dell’informazione? La risposta viene da un esempio “musicale”: la musica può venire codificata sotto forma di spartito, che non ha nessuna somiglianza col suono, ma che permette di ricostruirlo. Nello spartito vengono indicate le note in modo discreto, cioè “discontinuo”, anche se poi vengono suonate senza separazioni, per realizzare la continuità musicale. La loro durata è definita con precisione dal simbolo (croma, semicroma, breve, semibreve, ecc.) ma è sempre multipla di un certo tempo minimo, che potremo immaginare battuto da un preciso metronomo.Così anche i bit non hanno nessuna somiglianza con l’informazione originaria; sono i mattoni che consentono di costruire un edificio completo, ma non sono tutti identici, al contrario, ciascuno porta su di sé le caratteristiche del posto che dovràoccupare nella costruzione. In definitiva, i bit portano con sé il “codice genetico”che permette di ricostruire l’informazione all’interno del ricevitore.La trasformazione dell’informazione in formato digitale è divenuta cosìimportante, da rappresentare una delle chiavi di lettura principali di questo inizio di millennio, al punto da far parlare di rivoluzione digitale.

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La convergenza multimediale

Il computer è uno strumento potentissimo per lavorare sul linguaggio digitale, che può essereelaborato, memorizzato, trasformato, trasmesso a distanza attraverso reti telematiche, eseguiresimulazioni, utilizzato per controllare processi, al punto da risultare più affidabile delle risorse umane.

Media tradizionali:Media tradizionali:Testi scritti: carta stampataSuono: dischi in vinile

audiocassetteImmagini: pellicola fotografica

diapositiveTelevisione: telecamera

tubo a raggi catodici

Media digitali:Media digitali:- tutti usano lo stesso linguaggio (i bit)- sono gestiti dallo stesso strumento

(il computer)- utilizzano gli stessi supporti (HD, CD, ecc.)- sfruttano lo stesso canale

di radiocomunicazione

L’universo comunicativo era popolato da “media”talmente diversi, che una eventuale integrazione era impensabile.La trasformazione dei media in formato digitale è così importante, da rappresentareuna delle chiavi di lettura di questo inizio di millennio, tanto da far parlare di rivoluzione digitale.

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Ragioniamo ancora sui fattori che rendono così decisiva la rappresentazione in formato digitale delle informazioni. Innanzitutto, il computer è uno strumento potentissimo per lavorare su questa informazione, che può essere elaborata, memorizzata, trasformata, trasmessa a distanza attraverso reti telematiche. La disponibilità di un unico linguaggio per rappresentare informazioni di tanti tipi diversi, il linguaggio digitale fatto di bit, associata alla disponibilità di un unico strumento – il computer – permette un livello di integrazione fra i diversi tipi di informazione, assolutamente nuovo.Proviamo a pensare quali supporti utilizzano le tecnologie storiche, che ben conosciamo. I testi scritti, secondo il metodo inventato da Gutemberg, vivono sulla carta stampata. I suoni, vengono memorizzati su dischi in vinile, o sul nastro magnetico, (i registratori a nastro e le classiche audiocassette). E i supporti per le immagini? Sono la pellicola fotografica, le diapositive, le videocassette. L’universo comunicativo era popolato da “media” tecnologicamente assai diversi (stampa, radio, televisione, cinema…) la cui integrazione era di fatto impossibile.Con il digitale, questa situazione cambia radicalmente. Tutte le possibili informazioni, di qualsiasi tipo, vengono tradotte nello stesso linguaggio (i bit), vengono gestite attraverso lo stesso strumento (il computer), vengono trasmesse attraverso lo stesso canale di comunicazione. Un CD-ROM o un HD di computer possono così contenere indifferentemente testi, suoni, immagini, video.Il digitale rappresenta un’autentica rivoluzione perché rende possibile una integrazione strettissima e totalmente inedita fra codici e linguaggi che eravamo abituati a considerare lontani.

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Fin dove arriva Internet?

La forza di Internet sta in tre sostanziali fattori:- l’enorme quantità di dati raggiungibili;-la facile interattività, che consente la famosa “navigazione”in Internet, facilitata da potentissimi motori di ricerca.- la reale, totale multimedialità. I dati appartengono quindi alla convergenza multimediale, e possono essere indifferentemente testi, immagini, filmati, voce, televisioneInternet è il mezzo che meglio sfrutta la “rivoluzione digitale”.Resta il problema del “digitale divide”.

Internet rappresenta il frutto più moderno ed evidente della convergenza multimediale. Internet è la grande rete mondiale, che consente a tutti di connettersi con tutti. Le sorgenti di informazione stanno nei server disposti un po’ ovunque, che ciascuno può raggiungere ed interrogare. La forza di Internet sta in alcuni sostanziali fattori: - l’enorme quantità di dati raggiungibili,- la facile interattività, che consente la famosa “navigazione” in Internet, facilitata da potentissimi motori di ricerca;- la reale, totale multimedialità, perché Internet è capace di veicolare qualsiasi client digitale, quindi, oviamente, tutto.Internet lavora esclusivamente su dati digitali, ed è il mezzo che meglio sfrutta la “rivoluzione digitale”. I dati che oggi si possono scaricare da Internet appartengono quindi alla convergenza multimediale, e possono essere indifferentemente testi, immagini, filmati, voce, televisione.Le novità che sta affrontando in questi tempi Internet riguardano proprio la voce (telefonia) e la televisione. Per quanto riguarda la TV, stanno nascendo modelli di diffusione del tutto innovativi, come il multicast, l’unicast, il p2p unicast. L’efficienza dell’utilizzo di Internet dipende tuttavia dalla larghezza di banda della connessione, che condiziona la velocità di scaricamento dei dati (download). Anche questa esigenza ha trovato risposte del tutto esaustive nella tecnologia, che mette a disposizione mezzi di comunicazione eccezionali, come le fibre ottiche.

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La comunicazione digitale sulle onde radio

Torniamo alla radio. Viene coinvolta nella rivoluzione digitale? Certamente si, Il vantaggio è del tutto evidente: l’eliminazione dei fili dai mezzi di comunicazione.

DemBB

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Uno degli aspetti negativi della trasmissione attraverso lo spazio è che il segnale radio può venire rovinato per la presenza di interferenze, rumore e distorsione.Tuttavia, occorre dire che, nei confronti di queste cause di degrado, la modulazione digitale è molto più resistente rispetto alla modulazione analogica.

La grande capacità di elaborazione offerta dai circuiti digitali, permette di realizzare reti radio con una loro propria intelligenza, per gestire una quantità di situazioni complesse.

Torniamo alla nostra radio. Viene coinvolta nella rivoluzione digitale? Certamente si, perché offre un modo tutto particolare di riferirsi alle nuove tecnologie multimediali.Il primo vantaggio è del tutto evidente, e me lo potreste suggerire voi: si tratta dell’eliminazione dei fili dai mezzi di comunicazione. Qua giocano il loro grande ruolo Marconi e le onde radio. Se all’inizio l’utilizzo delle onde radio era solo commerciale, un po’ alla volta è diventato sempre più personale. Oggi in Italia ci sono 110 telefonini ogni 100 persone….!! E’ favolosamente importante disporre di un mezzo che in qualsiasi posto, ci permette di comunicare a qualsiasi distanza, e in modi sempre più evoluti.Questo grande vantaggio ha imposto di studiare soluzioni che rendessero sicuro e ottimale il ricorso alle onde radio. Ad esempio, uno degli aspetti negativi della trasmissione attraverso lo spazio è che il segnale radio può venire rovinato per la presenza di interferenze, rumore e distorsione. Tuttavia, occorre dire che, nei confronti di queste cause di degrado, la modulazione digitale è molto piùresistente rispetto alla modulazione analogica. Poniamo attenzione al fatto che ciò che viene trasmesso sono simboli di un codice. Se la trasmissione penalizza i simboli con rumore e distorsione, l’informazione potrà comunque essere ricostruita con le sue caratteristiche originali purchè la sequenza dei simboli venga riconosciuta senza errori. Inoltre, con il ricorso all’elettronica, è stato possibile realizzare circuiti capaci di riconoscere gli errori che avvengono nel processo di ricetrasmissione, e in molti casi anche di correggerli automaticamente.La grande capacità di elaborazione offerta dai circuiti digitali, permette di realizzare reti radio con una loro propria intelligenza, per gestire una quantità di situazioni complesse, come vedremo fra poco.

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L’introduzione della mobilità

La mobilità è possibile grazie alle onde radio, che non hanno confini di spazio, sono velocissime e pervasive.il nostro telefonino è sempre tenuto sotto controllo da una stazione fissa, detta BTS - Base TransceiverStation –, che ne gestisce la mobilità ed è pronta a stabilire una connessione quando generiamo o riceviamo una chiamata.

Prendiamo il caso di una rete telefonica convenzionale. Da molti anni la telefonia ha vissuto la rivoluzione digitale. Però la vera rivoluzione della telefonia è stato l’avvento del cellulare, che ha generato un boom inaspettato dai gestori e di proporzioni gigantesche.Le motivazioni le percepite voi stessi: si è scoperto il valore altissimo ed

insostituibile della comunicazione in mobilità, di poter chiamare o essere raggiunti da una chiamata, o da un messaggio, dovunque io mi trovi. Le antenne che vediamo attorno a noi, in cima a tralicci o pali, o spesso, in città, sulla vetta di palazzi, indicano la presenza di fissi, che consentono ai telefonini di conversare in mobilità. Non è difficile comprendere che la mobilità è possibile proprio grazie alle onde radio, che non hanno confini di spazio e che si muovono velocissime, portando a destinazione la nostra informazione. Senza che ce ne rendiamo conto, il nostro telefonino è sempre tenuto sotto controllo da una stazione fissa, detta BTS - Base Transceiver Station –, che ne gestisce la mobilità ed è pronta a stabilire una connessione quando generiamo o riceviamo una chiamata. Tra la BTS e la MS si stabilisce un canale radiobidirezionale, in cui due frequenze – opportunamente separate – realizzano due collegamenti detti up-link e down-link. Su queste due frequenze viene applicata la voce, opportunamente tradotta in segnale digitale.

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Funzioni di una rete cellulare

Funzioni GSMFunzioni GSMper la mobilitper la mobilitàà::

-Copertura cellulare-Accesso multiplo-Location updating-Handover-Verifica accessi-Privatezza-Roaming

MSC

VLR

HLR

Rete Fissa

Il telefonino è un giochino di piccole dimensioni, leggerissimo, abbastanza facile da usare, che ormai tutti abbiamo in tasca e dal quale facciamo fatica a separarci. Ma per lo più non ci rendiamo conto della complessità delle funzioni svolte dal telefonino.Esaminiamo come funziona una rete cellulare: il telefonino è molto di più di un banale apparato ricetrasmittente. Possiamo individuare qualche particolare esigenza di una rete pubblica radiomobile?Occorre una grande quantità di “canali fisici”, che consentano alla rete di accogliere e dare comunicazione a molti utenti contemporaneamente: questo requisito si chiama capacità del sistema. Ciò si realizza con la copertura cellulare del territorio. I primi sistemi di radioconversazione non erano cellulari, e potevano dare il servizio solo ad alcune migliaia di utenti.Occorre garantire la continuità della conversazione quando un utente passa da una cella all’altra.La rete deve sapere in tempo reale dove ogni utente si trova sul territorio, per consentire l’indirizzamento delle chiamate.La rete deve garantire protezione verso la privatezza della conversazione, mediante sistemi che impediscano eventuali ascolti abusiviLa rete deve verificare che l’accesso ai servizi offerti, sia concesso solo a chi èregolarmente registrato.Queste esigenze complicano enormemente la rete, asservita peraltro a numerosi e grossi elaboratori che provvedono a memorizzare e a gestire grandi quantità di dati, oltre che a controllare l’efficienza e le funzionalità dell’intera rete.

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Il trend della telefonia cellulare

Tecnologia: Tecnologia: GSM GSM/DCS/GPRS UMGSM GSM/DCS/GPRS UMTS ? TS ?

Generazione: Generazione: 2G 2,5G 2G 2,5G 3G 4G3G 4G

Bit Rate: Bit Rate: 9,6 9,6 KbKb/s 160 /s 160 KbKb/s/s 384 384 KbKb/s/s 100.000 100.000 KbKb/s/s

Foto 100 KB: 1Foto 100 KB: 1’’ 3030”” 55”” 22”” 0,0080,008””

Video 700 MB: Video 700 MB: = 10 ore = 10 ore 6 ore 16 ore 1’’

Il trend della telefonia cellulare va nella direzione di offrire banda sempre maggiore, per offrire servizi sempre più evoluti.La telefonia mobile GSM – la prima tecnologia radiomobile digitale, tecnologia cellulare di seconda generazione – che ottenne un successo tanto enorme quanto inatteso, ebbe successivi ampliamenti e miglioramenti:- fu prima introdotta una tecnologia appena più evoluta, il DCS1800, che semplicemente aumentava il numero dei canali radio e quindi la capacità del sistema:-fu poi messa allo studio la tecnologia 3G (3^ generazione), con l’intento di fornire una banda decisamente maggiore;- l’intervallo tra le due fu colmato da una tecnologia intermedia, la 2,5 G che consentiva già un significativo incremento di prestazioni;- l’UMTS (3G) dispone di una banda già sufficiente a scaricare brevi filmati e fotografie di alta qualità;- la 4G promette un ulteriore incremento di banda eccezionale, tale da superare addirittura la portata dei sistemi fissi.Mentre la 3G consente ormai di gestire l’accesso a Internet e un downloadconvenzionale, la 4G permetterà di scaricare in tempi minimi interi filmati.

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Televisione e radio

La TV diventa digitale:

Migliora la qualità di video e audio.

Aumenta il numero di canali:

Canali generalisti o tematici.

Viene introdotta l’interattività:

Televoto, telequiz, indici di gradimento

Successivo passaggio all’HDTV:

Home Theatre e Home Cinema.

Televisori con grandi schermi LCD o plasma:

Formato cinemascope 16:9 HDTV: 1900x10802.000.000 di pixel

Radio e trasmissioni televisive, potrebbe sembrare che nulla abbiano a spartire con i bit. Sbagliato! Entrambe sono in procinto di fare il grande salto verso il mondo digitale. Parliamo di DVB-T, che entrerà in funzione alla fine del 2008 in Sardegna e in Val d’Aosta, per estendersi poi a tutto il territorio nazionale.Con la TV digitale faremo un salto importante: le immagini saranno di qualitàsuperiore, e la TV diventa interattiva. Ciò significa che smette di essere condannata a ricevere soltanto, potrà invece mandare a ritroso qualcosa di nostro, per esempio un voto per Miss Italia, un parere su una trasmissione, un plauso o un pomodoro per un presentatore; oltretutto permetterà di accedere ad ambienti di servizi, come il Comune o l’ASL.I canali TV digitali sostituiranno quelli analogici, anche se la modalità di diffusione resterà la stessa: antenne e impianti d’utente resteranno sostanzialmente gli stessi, la differenza sarà nel decoder che potrà essere esterno o interno all’apparecchio TV. I vecchi schermi a raggi catodici, ingombranti e delicati, stanno scomparendo a favore di schermi profondi pochi centimetri, che potranno essere anche assai grandi: schermi LCD da 32 pollici o schermi a plasma fino a una sessantina di pollici, entreranno nelle nostre case insieme ad effetti del tipo Home Theatre. Per completare la transizione, verrà avanti entro qualche anno l’HD, ovvero la High Definition. Gli schermi dei TV LCD attuali hanno circa mezzo milione di pixel (picture elements), i punti che formano l’immagine. Più lo schermo sarà grande, più questi punti si vedranno. Ma niente paura, l’HD promette schermi con 2.000.000 di punti, cosa che renderà la visione pari a quella del cinema. Questi sono i contributi che la TV promette al mondo digitale.

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Il trend della televisione

TV analogica

Canali: ~ 70

Formato: 4:3

HDTV: NO

Mobile: NO

Internet: NO

DTT:

Canali: ~ 200

Formato: $:3

HDTV: SI

Mobile: NO

Internet: SI

DTT HDTV:

Canali: ~ 200

Formato: 16:9

HDTV: SI

Mobile: NO

Internet: SI

DVB-H:

Canali: ~ 200

Formato: 16:9

HDTV: NO

Mobile: SI

Internet: SI

In aggiunta a ciò, sta evolvendo anche una soluzione di TV mobile, la cui tecnologia è nota come DVB-H (H sta per hand-held). Le prestazioni basilari saranno le stesse della DVB-T (T sta per Terrestre), ma avrà in aggiunta un occhio di riguardo al consumo delle batterie e alla particolare resistenza agli effetti negativi della propagazione.Non permetterà l’HDTV, che per sua natura richiede schermi di grandi dimensioni e impianti di diffusione di alta potenza e qualità; tuttavia consentirà di ricevere i canali televisivi digitali su uno schermo piccolo, ma in situazioni mobili anche ad elevata velocità .Come detto sopra, la DTT introduce un fattore del tutto nuovo, nel mondo del broadcast televisivo:la interrattività. Mentre il canale Operator-Utente è il mezzo televisivo digitale, il canale di ritorno – non necessariamente a larga banda – può essere la linea telefonica di casa, che il protocollo MHP gestisce autonomamente.Per quanto riguarda invece il DVB-H, il canale di ritorno potrà essere una connessione GSM, che potrà venire direttamente incorporata nel device portatile, rendndolo anche capace di conversazioni telefoniche.

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Internet senza fili

WiFi è una tecnologia che consente al PC di fare a meno del filo telefonico per entrarein Internet: la connessione avviene via radio,a microonde, su breve distanza.

WiMax ha una banda ancora maggiore diWiFi, e consente distanze fino ad alcunedecine di Km.

Wimax si presta anche per risolveredue problemi oggi molto sentiti:Il problema del “digital divide” eIl problema dell’ultimo miglio.

Il computer ha il vantaggio di poter lavorare a grande velocità. Purchè però venga raggiunto da una via di comunicazione capace di grande banda.Oggi, tutti i Gestori offrono connessioni ADSL da almeno 2 Mb/s. A questa velocità una foto da 100 KB può essere scaricata in 0,4 secondi. Ma se invece dell’ADSL collego il PC al telefonino, per svincolarmi dal filo, occorre che la velocità offerta da questo sia almeno simile a quella della postazione fissa. E a questo obiettivo ci si sta arrivando, come vedremo.Anche il PC prova a svincolarsi dal filo: bello, ad esempio, trovarsi in una stazione o un aeroporto, e passare il tempo dell’attesa lavorando in Internet col computer sulle ginocchia. Il filo telefonico non c’è più: è sostituito dal collegamento WiFi, parte da piccolissime centraline wireless capaci di dare accesso ad alcune decine di utenti, mettendo a disposizione di ciascuno una velocità di una decina di Mb/s. Ma non è finita per l’utilizzo delle onde radio a favore del computer. Supponiamo che un bell’agriturismo, sperso in mezzo alle colline di Trento, troppo lontano dai centri abitati per poter ricevere l’ADSL, faccia pressione al Gestore telefonico per avere in qualche modo un collegamento ad alta velocitàsu Internet. Bene, oggi la tecnologia mette a disposizione una nuova soluzione: èil WiMax, che arriva dove non arrivano i fili, anche a distanza di decine di chilometri dalla centrale telefonica.WiMax sostituisce l’ADSL con prestazioni di tutto rispetto, in quanto riesce a dare velocità fino a molte decine di Mb/s.

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Bluetooth e RFID

(Radio Frequency Identification)

Si tratta di due tecniche di interconnessioneWireless a brevissimo raggio, concomponenti estremamente miniaturizzati.Bluetooth provvede ad eliminare fili.RFID consiste in una etichetta elettronica,interrogabile via radio, per l’identificazionedi merci, materiali, animali, persone.

Per completare la panoramica sulla progressiva eliminazione dei fili, un accenno all’impiego delle onde elettromagnetiche per esigenze diverse dalla comunicazione.Il sistema Bluetooth è una connessione bidirezionale a breve raggio, che consente di eliminare collegamenti a filo tra due apparati. L’auricolare bluetoothelimina il filo tra l’auricolare semplice e il telefonino. Ma sono ormai già molto diffuse tastiere e mouse per computer senza filo, collegamenti con la stampante o con la borchia in cui arriva in casa Internet la cui connessione col mainframe – il computer – è di tipo wireless, e sfrutta il sistema bluetooth. Si parla della casa intelligente, dove tutti gli elettrodomestici e gli impianti elettrici, di condizionamento o di riscalda-mento, saranno sotto il controllo di un computer capace di gestire la casa. RFID sta per Radio Frequency IDentification; è una tecnologia per la identificazione automatica di oggetti, animali o persone. Le onde radio "accendono" un'etichetta e ne leggono o ne aggiornano il contenuto (vedi Telepass).Il sistema si basa sulla lettura a distanza di informazioni contenute in un tag RFID usando dei lettori RFID. Un tag RFID è generalmente costituito da un microchip che contiene dati (tra cui un numero univoco universale scritto nel silicio) e una antenna che permette di ricevere e di trasmettere radiofrequenza ad untransceiver RFID. Nel Supermarket può permettere di effettuare il conto delcarrello senza passare i prodotti uno ad uno su un lettore. Un intero magazzino di materiali può essere controllato senza muovere un pezzo. Gli inventari diventeranno potenzialmente istantanei. E anche in questo caso, il gioco lo fanno le onde radio.

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Trend di Internet senza fili

Connesso via UMTS:Bit Rate: 384 Kb/sImpiego: portatile

Connesso via WiFi:Bit Rate: 10 Mb/sImpiego: nomadico

Connesso via WiBroBit Rate: 50 Mb/sImpiego: mobile

Il trend della connessione senza fili del computer vede dunque tre step:- il PC può essere collegato ad un terminale che si connette alla rete GSM o DCS o GPRS o UMTS, sfruttando le crescenti velocità di interconnessione. In questo caso i PC vengono equipaggiati con schede apposite, alloggiate nello slot PCMCIA.- i PC di generazione più recente sono già dotati al loro interno di un transceiver WiFi, che non si vede ma c’è. Con questa dotazione, sono in grado di connettersi a Internet ovunque sia disponibile un “Access Point”. Il PC stesso rivela la presenza nell’ambiente del segnale WiFi, poi però tocca all’utente concordare col Gestore telefonico il contratto di utilizzo del servizio. Ovviamente, la copertura del WiFi è a “macchie di leopardo”, nel senso che non è pnsabile una copertura continua sul territorio.- Il WiFi può essere esteso su territori dove non arriva l’ADSL, grazie alla tecnologia WiMax.- Il passo ulteriore e definitivo lo realizza la tecnologia WiBro (Wireless Broadcast”), che funziona attraverso apparati particolari, praticamente piccoli computer (o PDA) attrezzati per ricevere in mobilità il segnale WiMax.

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La convergenza delle piattaforme

UMTS4a Generaz.

DVB-HWiFi WiMax

WiBro

DVBDVB--TTINTERNETINTERNET

GSMGSM

In definitiva, cosa chiediamo ai nuovi media?- Grande banda (per lavorare in Internet veloce, download rapido).- Grande qualità (del suono, dell’immagine, del video, dei dati)- Grande mobilità (niente fili, apparati tascabili, autonomia batterie)- Grande accessibilità (niente code di attesa, copertura ovunque)In generale, si chiede di avere in mobilità prestazioni non inferiori a quelle offerte dalle reti fisse.

Abbiamo parlato di convergenza digitale. Il telefonino è nato per parlare, ma èanche capace di entrare in Internet. E’ ovvio, è un media di telecomunicazione, non c’è problema ad entrare in rete attraverso un Gestore che garantisca l’interconnessione.Un PC è il mezzo ideale per entrare in Internet, ma può anche permettere di telefonare, forse conoscete i programmi tipo Skype. Beh, poi sul PC si possono vedere DVD, filmati, ed anche la TV.E la TV? Finora riesce solo a fare vedere immagini e suoni, però, se diventa digitale, può anche permettere al suo utente di entrare in Internet.Allora, possiamo comprendere anche questa convergenza multimediale radiomobile.Le tre classiche piattaforme: telefonia mobile, internet, televisione tendono a congiungersi in una unica piattaforma multimediale. Chi la farà da padrone non si sa ancora, tutte le soluzioni promettono larga banda, qualità, mobilità, accessibilità….La soluzione certamente non sarà una sola, e dipenderà in buona parte dalle politiche commerciali degli Operatori.

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Le esigenze della popolazione multimediale mobile

In definitiva, cosa chiediamo ai nuovi media?- Grande banda (per lavorare in Internet veloce, download rapido).- Grande qualità (del suono, dell’immagine, del video, dei dati)- Grande mobilità (niente fili, apparati tascabili, autonomia batterie)- Grande accessibilità (niente code di attesa, copertura ovunque)In generale, si chiede di avere in mobilità prestazioni non inferiori a quelle offerte dalle reti fisse.

Internet mobile

Mobilità&

Accessibilità

Il telefonino GSM ha poca banda. Occorrepassare ai cellularidi 3^ o 4^ generazione

Il salto di qualità e diinterattività rispettoall’analogico è rilevante.

È il sistema che offrele caratteristiche piùevolute in terminidi mobilità.

Banda&

Qualità

La TV digitale (DVB-T) nasce terrestre. Per la mobilità occorre introdurre il DVB-H

E’ il sistema che offre le prestazione più avan-zate per quanto riguarda la velocità di download.

TelefoniaCellulare

Televisionedigitale

La larghissima banda non è facilmente compatibile con la mobilità estrema

In definitiva, cosa chiediamo ai nuovi media? - Grande qualità (del suono, dell’immagine, del video), grande banda (per lavorare in Internet veloce), grande accessibilità (niente code di attesa), grande mobilità (niente fili, apparati tascabili) - I telefonini stanno evolvendo proprio verso questa direzione. Quando sentiamo parlare di 3^ generazione, o UMTS, intendiamo un telefonino che nasce per i dati, cioè per Internet, la fotografia digitale, l’e-mail in mobilità, le prime modalitàper ricevere qualche spot televisivo.Ma prima ancora che questa tecnologia sia decollata definitivamente, pare che il passaggio punti verso la 4^ generazione, che dovrebbe presentare una velocitàdi dati impressionante: 100 Mb/s mentre è in movimento, 1000 Mb/s se tenuto fermo. A questa velocità, un intero film digitale da 2 ore può venire scaricato da internet in 6 minuti.Una proposta che si presenta ormai imminente riguarda invece la possibilità di ricevere la TV sul telefonino, indicata con la sigla DVB-H. Stiamo parlando in entrambi i casi, delle frontiere della tecnologia. La sfida è operare su bande estremamente larghe mentre l’operatore è in mobilità, perché la comunicazione mediante onde radio mentre si è in movimento, soprattutto se a velocità elevata, tende a distruggere l’informazione. Eppure, i risultati appaiono incoraggianti: ma perchè gli operatori del settore compiono questo grande sforzo tecnologico? La risposta non è difficile: la comunicazione wireless ha ormai contagiato la nostra civiltà, e ormai nessuno accetterebbe di muoversi nel suo ambiente senza avere a disposizione quel piccolo condensato di tecnologia che è il telefonino, capace di metterlo in comunicazione con qualunque altra persona nel mondo, e prossimamente di mettergli in mano Internet, la corrispondenza e-mail, e la TV.