MODULAZIONE

La trasmissione dell’informazione Comunicare (scambiare informazione) è sempre stato importantissimo: sapere e far sapere… Nel corso della storia questo problema è stato risolto con i mezzi a disposizione di ogni epoca: linguaggio orale, tam-tam , segnali di fumo, messaggeri, linguaggio scritto, piccioni viaggiatori, servizio postale, telegrafo ottico,…, telegrafo elettrico, telefono, radio, TV, satelliti, fibre ottiche, GSM, internet,.… Oggi si può misurare lo sviluppo di un paese guardando le sue reti di comunicazione….

Telecomunicazioni Per trasportare informazione occorre darle un supporto (suono, carta, segnale elettrico,…) e poi trasportare quello Il segnale elettrico si è rivelato di gran lunga il miglior supporto : è velocissimo, viaggia anche nel vuoto (…), lo sappiamo produrre, trattare ed elaborare in maniera assai sofisticata Oggi lo studio delle telecomunicazioni tratta sostanzialmente della trasmissione, ricezione ed elaborazione di segnali elettrici (elettromagnetici, ottici) che contengono informazioni

Canali Per trasportare (trasmettere) un segnale elettrico serve un mezzo di trasmissione : filo conduttore, cavo elettrico, etere, … Il mezzo deve poter trasmettere tutto il segnale ovvero tutte le sue possibili frequenze (banda) Spesso il mezzo di trasmissione ha una banda passante molto maggiore della banda occupata da un singolo segnale (che spreco !) Dunque lo stesso mezzo può (deve) trasportare più segnali contemporaneamente (canali)

Separare i segnali L’importante è che sia sempre possibile separare i diversi segnali perciò : se sono presenti contemporaneamente dovranno avere frequenze diverse, occupare bande diverse (FDM) se hanno le stesse frequenze, occupano la stessa banda, dovranno essere presenti in tempi diversi (TDM) (dominio del tempo e dominio della frequenza….)

TDM La multiplazione a divisione di tempo (TDM) consiste nell’usare il mezzo alternativamente, in rapida rotazione, un po’ per ciascun canale (con commutatori selettori) verrà così trasmesso un ‘collage’ fatto con ‘pezzetti’ di ogni segnale a rotazione ….che a destinazione saranno di nuovo separati con commutatori distributori…. Ogni segnale ha a disposizione tutto il mezzo, tutta la banda solo per una parte del tempo... È intuitivo che la densità di informazione nel segnale ‘collage’ è maggiore di quella di ogni singolo canale, le frequenze che contiene saranno maggiori e perciò occuperà una banda più larga…(la somma ?) studieremo questa tecnica più avanti….

FDM La multiplazione a divisione di frequenza (FDM) consiste invece nell’usare il mezzo contemporaneamente per tutti i segnali, assegnando loro frequenze diverse I vari segnali sono quindi separabili mediante filtri passa banda (circuiti risonanti…) Ogni segnale ha quindi a disposizione una parte di banda (larga come la propria) per tutto il tempo Anche in questo caso la banda totale sarà maggiore della banda di ogni singolo canale… (stavolta poi è la somma !) Ma come si fa a far avere al segnale frequenze che non ha ?

Adattare il segnale Anche perché, oltre a quanto già detto, accade che: Le caratteristiche del mezzo di trasmissione dipendono sempre dalle frequenze in gioco: alcune viaggiano bene, altre male (attenuazione, rumore, ecc.) Pertanto, normalmente il segnale elettrico informativo, così come è, non è adatto alla trasmissione sul mezzo o sul canale a disposizione Bisogna dunque adattarlo (cambiargli frequenze)

Modulare Questa operazione, lo spostare (aumentare) di frequenza il segnale informativo (senza perdere o alterare l’informazione che contiene), il traslarne la banda (FDM), si chiama modulazione e, come abbiamo visto, si modula per sfruttare al meglio le risorse (banda) a disposizione e/o per adattare il segnale al mezzo di trasmissione La modulazione a suddivisione di tempo (TDM) viene chiamata anche multiplazione

Esempio : la Radio Si pensi solamente alle trasmissioni radio, se non si modulasse: Ci sarebbe un solo canale (freq. audio) Per ascoltare quell’unico canale (!) ci vorrebbero antenne enormi (100 Km) Ci sarebbero altri problemi ma mi pare che basti….

Cosa significa modulare ? Modulare significa modificare qualche parametro di un segnale detto PORTANTE (alta freq.) in funzione di un altro segnale detto MODULANTE (bassa freq.) Cosa c’entra tutto ciò ?

C’entra, c’entra…. Se per portante prendiamo un segnale che viaggia bene nel canale a disposizione (che ha quindi le frequenze giuste) e per modulante prendiamo il segnale informativo abbiamo risolto il problema: Dopo la modulazione, la portante modulata continuerà a viaggiare bene su quel canale ma conterrà e porterà con sé l’informazione del segnale modulante !

Demodulazione Ovviamente, per ogni tipo di modulazione che viene operata nel trasmettitore, dovremo operare la corrispondente demodulazione nel ricevitore alla fine di tutto questo processo riavremo così il segnale informativo di partenza Dunque sia per suddividere la banda (FDM) che per suddividere il tempo (TDM), si deve modulare e demodulare Trasmissioni senza modulazione sono casi sempre più rari...

Tipi di modulazione A seconda della natura analogica o digitale (impulsiva) dei due segnali, portante e modulante, si hanno quattro casi: Segnali analogici su portanti analogiche (FDM) Segnali digitali su portanti analogiche (FDM) Segnali analogici su portanti impulsive (TDM) Segnali digitali su portanti impulsive (TDM)

Portanti tipiche Ovviamente la portante analogica per eccellenza è una sinusoide. La tipica portante impulsiva è un’onda quadra (rettangolare).

Modulanti tipici Il classico segnale modulante analogico è un segnale audio (a volte semplificato ancora in una sinusoide a freq. audio) Il più semplice segnale modulante digitale è un’onda quadra

Ampiezza, frequenza, fase Una portante sinusoidale (ma non è molto diverso il caso di portante impulsiva) può essere modificata ( modulata ) sostanzialmente in tre parametri: Ampiezza Frequenza Fase Le modulazioni che agiscono dentro l’argomento del seno si chiamano modulazioni angolari

Modulazioni di ampiezza Modulare in ampiezza significa far variare l’ampiezza della portante in funzione del segnale modulante la frequenza e la fase della portante resteranno invariate e l’informazione sta nella ampiezza che varia nel tempo vedremo vari modi di modulare in ampiezza

Modulazioni angolari Modulare in frequenza (fase) significa far variare la frequenza (fase) della portante in funzione del segnale modulante l’ampiezza della portante resterà invariata e l’informazione sta nella frequenza (fase) che varia nel tempo mentre frequenza e ampiezza sono indipendenti, frequenza e fase vengono accomunate perché….

f = ’ La frequenza è la derivata della fase Frequenza e fase di una sinusoide sono grandezze naturalmente legate fra loro: la fase è l’angolo, la frequenza è la velocità angolare ossia l’angolo fratto il tempo…allora... La frequenza è la derivata della fase Quindi anche le due modulazioni relative saranno legate dallo stesso rapporto e dunque.… Modulare in frequenza con un certo segnale equivale a modulare in fase con l’integrale di quel segnale e viceversa modulare in fase con un certo segnale equivale a modulare in frequenza con la derivata di quel segnale

Segnali analogici su portanti analogiche (modulazioni classiche) Modulazioni di ampiezza DSB-SC DSB-TC SSB VSB Modulazioni angolari FM PM

Segnali digitali su portanti analogiche ASK FSK PSK QAM

Segnali analogici su portanti impulsive PAM PFM PPM PWM

Segnali digitali su portanti impulsive PCM

Quadro sinottico modulazioni Analog.analog.(class.) DSB-SC (DSB) DSB-TC (AM) SSB VSB FM PM Digit.impuls. PCM Digit.analog. ASK FSK PSK QAM Analog.impuls. PAM PFM PPM PWM

Fine (Modulazione)