MODULAZIONE

1. MODULAZIONE

2. 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….

3. 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

4. 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)

5. 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….)

6. 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….

7. 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 ?

8. 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)

9. 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 anchemultiplazione

10. 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….

11. 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 ?

12. 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 !

13. 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...

14. 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)

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

16. 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

17. 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

18. 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

19. 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….

20. f =’ • 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

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

22. Segnali digitali su portanti analogiche • ASK • FSK • PSK • QAM

23. Segnali analogici su portanti impulsive • PAM • PFM • PPM • PWM

24. Segnali digitali su portanti impulsive • PCM

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

26. Fine (Modulazione)