Da quando furono realizzate le prime reti telegrafiche, nacque l’esigenza
economica di trasmettere su una stessa linea telegrafica più messaggi,
in altre parole più utenti in grado di condividere lo stesso mezzo
trasmissivo senza interferire fra loro1.
Con l’avvento della telefonia, il riuso di linee trans-cittadine
e dorsali era realizzato inserendo manualmente, in siti collocati fuori
dalla cerchia urbana e tramite personale femminile, le varie utenze.
Negli anni trenta la Bell Telephone realizzò i primi apparati
denominati multiplex 2, capaci di collocare cinque canali
telefonici 3 su un medesimo mezzo trasmissivo. Il principio
su cui si basa il funzionamento di questi apparati, è quello di
traslare la banda d’ogni singolo canale, volutamente limitato a 4
KHz4, nel dominio della frequenza.
In questo modo sul mezzo trasmissivo i vari canali telefonici occupano
ciascuno una porzione di banda larga 4 Khz, distinta l’una dall’altra,
ma il segnale multicanale complessivo possiede una larghezza di banda B
pari a N *4Khz dove N è il numero di canali multiplati. Il numero
di canali massimo è quindi determinato dalla larghezza di banda
del mezzo trasmissivo.
La frequenza massima utilizzabile dalle linee aree con i tipici pali
di legno era di 140 Khz. Con l’introduzione dei cavi coassiali e dei
ponti radio a microonde (anni 50) si raggiunse verso la fine degli anni
settanta la frequenza massima di 60 Mhz per il cavo coassiale e di 12 Mhz
per una frequenza portante a microonde.
Con questi valori di bande furono realizzati apparati multiplex FDM
(Frequency Division Multiplexing) capaci di multiplare 10800 canali
telefonici su cavo coassiale e 2700 canali telefonici su portante radio5.
Questa fu la massima capacità raggiunta con tecniche analogiche
dopo oltre 40 anni dai primi rudimentali multiplatori valvolari. Da molto
tempo ormai, con la digitalizzazione
dei segnali telefonici, si stavano istallando multiplatori digitali
a divisione di tempo (TDM).
Vediamo in linea di principio com’è realizzata la multiplazione
di frequenza. Tecnicamente il processo di traslazione avviene mediante
una modulazione in ampiezza a portante soppressa. Modulare in ampiezza,
tramite modulatori bilanciati del tipo ad anello di diodi come in figura
una portante f0 con il segnale f1, significa generare all’uscita
del modulatore due bande laterali (f0+f1) e (f0–f1) attorno alla portante.
La caratteristica del modulatore ad anelli che impiegato anche per svolgere
l’operazione di demodulazione è quella di realizzare il prodotto
dei segnali f0 e f1.
Con semplici passaggi trigonometrici è facile dimostrare che
il risultato del prodotto di due segnali sinusoidali non contiene la
componente
f0. Si è realizzato una modulazione a doppia banda laterale con
portante soppressa, nota come DSB (Double Side Band). La traslazione
vera e propria si ottiene con opportuni filtraggi dove è eliminata
la banda laterale indesiderata ottenendo una segnale SSB (Single Side
Band).
Nella seguente figura ho rappresentato le parti essenziali del processo
di multiplazione FDM di quattro canali telefonici. Il multiplex genera
tramite oscillatori quarzati le frequenze f0 che sono utilizzate per
l’operazione inversa di demultiplazione mediante ritraslazione d’ogni
canale. Ciò avviene prima di tutto filtrando le varie bande di canale
e poi effettuando un’operazione di demodulazione che restituisce il canale telefonico
a 4 Khz.
In ricezione il prodotto avviene tra il segnale (f0+f1) e f0 che è
lo stesso oscillatore usato per la trasmissione. In questo modo il segnale
restituito ha le stesse componenti in frequenza del segnale trasmesso.
La fase della portante non ha importanza, a differenza dell’occhio,
l’orecchio non si accorge delle distorsioni di fase.
I multiplatori contengono circuiti attivi, oggetti in grado di far
attraversare il segnale in una sola direzione, è quindi molto comodo
utilizzare esclusivamente la trasmissione monodirezionale. Chi parla viene
affasciato su cavo o portante radio ed il suo corrispondente telefonico
viene affasciato su un altro cavo o su un diverso valore di portante radio.
Per pochi parlatori veniva utilizzato un unico mezzo trasmissivo in
modo bidirezionale. Cioè sullo stesso cavo o portante radio viaggiano
i segnali d’andata e ritorno. Per esempio, su un lato s’inviano 4
segnali multiplati da 12-28Khz e sul lato di ritorno i segnali multiplati
da 60 a 76 Khz.
Note.
-
Data la natura digitale del segnale telegrafico, Edison nel 1874, utilizzando
valori di soglie di correnti differenti, brevettò l’impianto Quadruplex
in grado di inviare su una coppia di fili due messaggi distinti bidirezionali.
Due in un senso e due nella direzione opposta. Questa tecnica, nota oggi
come PAM (Pulse Amplitude Modulation), non fu possibile allora applicarla
ai segnali analogici telefonici. -
Alla fine della seconda guerra mondiale, per la ricostruzione della
rete telefonica, il fabbisogno di multiplex FDM era enorme.
Le varie concessionarie
regionali: Stipel, Telve, Timo, Teti, Set e la Società Idraulica
Piemontese SIP dipendevano esclusivamente dai prodotti americani Bell e
ATT. -
Numero di: messaggi, utenti, canali telefonici e circuiti telefonici
sono dizioni differenti per dire la stessa cosa, cioè la capacità
del mezzo trasmissivo. Semplificando, quante persone differenti potrebbero
parlare sul medesimo mezzo trasmissivo (filo, portante radio o fibra). -
Per aumentare il numero di canali multiplati impegnando la banda minore
possibile, lo spettro del segnale telefonico è limitato da 300 a
3400 Hz (Banda netta). Per permettere la multiplazione tramite filtri
strettissimi,
viene lasciato un intervallo di guardia ed il canale è largo 4Khz
(Banda lorda). -
Nel 1946 l’Ing Virgilio Floriani progettò e costruì,
in un appartamento a Milano, i primi multiplex FDM italiani. Erano cinque
canali telefonici. Il prodotto, all’avanguardia per quei tempi, arrivò
in pochi mesi a 23 canali su due doppini telefonici. Fu interrotto il monopolio
americano e furono fondati i mitici laboratori di Telefonia Elettronica Radio
TELETTRA. Investendo il 20% in ricerca scientifica per decine d‘anni,
la Telettra divenne sinonimo in tutto il mondo di prodotti avanzati e molto
affidabili per le telecomunicazioni. L’ing. Floriani costruì
i primi transistor italiani nel 1955 e realizzò i primi multiplatori
allo stato solido. Nel 1978 era l’unica azienda italiana a progettare,
produrre e installare Ponti radio analogici con capacità di 2700
canali, oltre ai multiplex FDM a 10800 canali per cavo coassiale.
La frequenza di 3400 Hz è la minima frequenza in grado di assicurare
il passaggio delle componenti di terza armonica e quindi il riconoscimento
dei timbri sicuramente per le voci maschili e per la maggior parte di voci
femminili. Alcune voci femminili con componenti fondamentali maggiori del
Khz possono non essere riconosciute.