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MODULAZIONI Modulazioni Lineari Modulazioni Angolari Rumore nelle Modulazioni

Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13. MODULAZIONI Modulazioni Lineari Modulazioni Angolari Rumore nelle Modulazioni Distorsioni/Interferenze. = SEGNALE MODULANTE.

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MODULAZIONI Modulazioni Lineari Modulazioni Angolari Rumore nelle Modulazioni

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Presentation Transcript

  1. Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13 MODULAZIONI • Modulazioni Lineari • Modulazioni Angolari • Rumore nelle Modulazioni • Distorsioni/Interferenze

  2. = SEGNALE MODULANTE = SEGNALE MODULATO Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.2 MODULAZIONE OPERAZIONE NONTEMPO-INVAR. => non si puo’ applicare teoria SLTI ESEMPIO : NON ESISTE LA DI UN MODULATORE. = PORTANTE

  3. Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.3 MODULAZIONI LINEARI LO SPETTRO DEL SEGNALE MODULANTE VIENE TRASLATO IN FREQUENZA SENZA SUBIRE ALTERAZIONI. MODULAZIONI ANGOLARI IL SEGNALE x(t) MODULA L’ ANGOLO DELLA PORTANTE UN SEGNALE MODULATO (LINEARMENTE O ANGOLARMENTE) PUO’ ESSERE SCRITTO COME : SEGNALE PASSA-BANDA LO SPETTRO SI TROVA IN UN INTORNO DI

  4. Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.4 RICHIAMI SULLA TRASFORMATA DI FOURIER ESEMPI :

  5. Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.5 SEGNALI PASSA-BANDA

  6. Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.6 LA E’ QUINDI COSTITUITA DA UNA PARTE CHE STA INTORNO A E DA UNA PARTE CHE STA INTORNO A . SI DEFINISCE COME SEGNALE LOW-PASS EQUIVALENTE LA PARTE DEL SEGNALE BAND-PASS ATTORNO A TRASLATA PERO’ ATTORNO ALLO ZERO :

  7. Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.7 NEL TEMPO SI HA : DATA LA RAPPRESENTAZIONE INIZIALE IN POLARE E LA SI PUO’ SCRIVERE : DA UNA RAPPRESENTAZIONE BAND-PASS SI PUO’ COSTRUIRE UNA RAPPRESENTAZIONE LOW-PASS E VICEVERSA.  SEGNALE COMPLESSO

  8. Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.8 IL PASSAGGIO ALLA RAPPRESENTAZIONE LOW-PASS E’ COMODO PER I CALCOLI, MA TALE RAPPRESENTAZIONE E’ “VIRTUALE” (NON ESISTE IN PRATICA). ANCHE SE IN GENERALE CONSIDERIAMO xbp(t) REALE, xlp(t) E’ IN GENERALE COMPLESSA EQUIVALENTE BAND-PASS  LOW-PASS : Hlp(f)=EQUIVALENTE PASSA-BASSO DI Hbp(f) OTTENUTO TRASLANDO Hlp(f) (f>=0) DI (-fc): Hlp(f)=Hbp(f+fc) u(f+fc) SI PUO’ LAVORARE SULL’ EQUIVALENTE LOW-PASS. OVVERO:

  9. Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.9 DA ylp (t) Si PUO’ RICAVARE, COME VISTO PRIMA, ybp (t) NOTA : - SI PUO’ AVERE UNA STESSA RAPPRESENTAZIONE LOW-PASS PER TANTE RAPPRESENTAZIONI BAND-PASS (SE VARIA SOLO ). - CAMPIONANDO IL SEGNALE LOW-PASS SI RISPARMIA SUL NUMERO DI CAMPIONI (ALMENO 2W ). IL SEGNALE E’ PERO’ COMPLESSO E QUINDI IL NUMERO DI CAMPIONI E’ALMENO DI 2·(2W) (numeri reali) .

  10. Laurea Ing. EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.9bis ES.: EQUIVALENTE PASSA-BASSO A(t) Ac t [s] T=10-3s AcT 500 Hz f [Hz] -106 Hz 106 Hz f [Hz] Xbp(f) -106 Hz 106 Hz f [Hz] Xlp(f) 1000 Hz f [Hz]

  11. : SEGNALE MODULANTE (“MESSAGGIO”) :PORTANTE : INDICE DI MODULAZIONE (0< 1) :AMPIEZZA PORTANTE Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.10 MODULAZIONE AM (AMPLITUDE MODULATION)

  12. Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.11 SPETTRO AM MODULAZIONE AM IPOTESI : SE LA DINAMICA DI x(t) NON RISPETTA L’ IPOTESI  “NORMALIZZAZIONE” DEL SEGNALE. QUESTO PERCHE’ IN AM SI LAVORA CON QUANTITA’ FRA ZERO ED UNO IN VALORE ASSOLUTO.

  13. Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.12 MODULAZIONE AM ESEMPIO +1 x(t) 1 -1 Accos (ct) viene modulato da (1+µx(t)) nell’intervallo [0,2]

  14. Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.13 =1 >1 x(t) = -1 x(t) = -1 INVERSIONE DI FASE 1+µx(t) [1+µx(t)] < 0 se µ>1 x(t) = -1

  15. Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.14 MODULAZIONE AM SPETTRO SEGNALE AM +

  16. Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.15 SPETTRO AM X(f) LIMITANDOCI ALLE  >0 : 2W : “RIGA DI PORTANTE” : “SEGNALE TRASLATO INTORNO ALLA PORTANTE” f 0 W OCCUPAZIONE DI BANDA BT=2W

  17. Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.16 NOTA 1) SOLITAMENTE SIAMO INTERESSATI ALLA POTENZA INTESA COME POTENZA MEDIA , CIOÈ ALLA MEDIA DEL SEGNALE AL QUADRATO: MEDIA TEMPORALE PER SEGNALI DETERMINISTICI MEDIA DI INSIEME (STATISTICA) PER SEGNALI ALEATORI 2)NEL LUCIDO SEGUENTEÉ STATA CONSIDERATA LA MEDIA TEMPORALE, SU UN INTERVALLO , DI xC2(t). ANCHE CONSIDERANDO LA MEDIA STATISTICA E{xC2(t)}SI OTTIENE LO STESSO RISULTATO. IN QUESTO CASO SI IPOTIZZA: E{xC2(t)}=0 , fC>>W, E FASE CASUALE DEL COSENO.

  18. Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.17 MODULAZIONE AM POTENZA NELLA AM N.B.

  19. Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.18 POTENZA NELLA AM CON POTENZA DEL SEGNALE x(t) POTENZA DELLA PORTANTE N.B. Per un Segnale Aleatorio

  20. Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.19 POTENZA AM CON : LA “” E’ SULLA  CI CONVIENE ALZARE IL PIU’ POSSIBILE “” (1) PER AVERE PIU’ POTENZA DOVE C’E’ IL SEGNALE. Lower SideBand (LSB) Upper SideBand (USB) POTENZA BANDA LATERALE (SIDE-BAND)

  21. AL LIMITE DI OTTENIAMO : FINISCE SULLA PORTANTE!!! Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.20 POTENZA AM

  22. Laurea Ing EO/IN/BIO D.U. Ing EO 13.20bis ES. : POTENZA AM Sx=1 1 1 Binario Casuale T=10-6s -1 T=1µs Banda del segnale modulato Potenza del segnale modulato

  23. Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.21 MODULAZIONE DSB (DOUBLE SIDE BAND) ABBIAMO VISTO CHE NELLA MODULAZIONE AM SPRECAVAMO POTENZA SULLA PORTANTE (50%) . POTREMMO PENSARE DI ELIMINARE LA “RIGA DI PORTANTE” NELLA AM : BASTA ELIMINARE L’ “1” (CHE GENERA LA RIGA DI PORTANTE NELLO SPETTRO AM) OVVIAMENTE NON POSSO PIÙ USARE L’INVILUPPO DEI MASSIMI DEL COSENO MODULATO, IN FASE DI DEMODULAZIONE.

  24. Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.22 MODULAZIONE DSB OCCUPAZIONE DI BANDA =

  25. Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.23 POTENZA NELLA DSB N.B. E’ UGUALE AL CASO AM CON =1 NON CONSIDERANDO LA

  26. Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.24-26 MODULAZIONE DSB PER COME E’ STATA DEFINITA NON POTRO’ USARE “DEMODULATORE DI INVILUPPO” (IL SEGNALE DSB PUO’ AVERE INVERSIONI DI FASE) DOVREMO USARE DEMODULATORI COERENTI N.B. UNA DELLE DUE BANDE LATERALI NON SERVE Lower Side Band (LSB) Upper Side Band (USB)

  27. Laurea Ing EO/IN/BIO D.U. Ing EO 13.27 NOTA SIA AM CHE DSB SONO NELLA FORMA DI CONSEGUENZA : PER AM E DSB INOLTRE :

  28. Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.28 MODULAZIONE SSB (SINGLE SIDE BAND) E’ LA MODULAZIONE LINEARE PIU’ COMPLESSA CONCETTUALMENTE. LA MOTIVAZIONE E’ QUELLA DI AVERE NEL SEGNALE MODULATO LA “SOLA BANDA’ CHE CONTIENE TUTTA L’ INFORMAZIONE SUL SEGNALE. NELLA DSB “SPRECAVAMO” UNA BANDA LATERALE.

  29. Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.29 MODULAZIONE SSB PER “COSTRUIRE” IL SEGNALE SSB POSSO PENSARE DI “FAR PASSARE’ IL SEGNALE DSB IN UN FILTRO PASSA BANDA CHE ELIMINA UNA BANDA LATERALE. SSB DSB

  30. Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.30 MODULAZIONE SSB MEDIANTE IL PRECEDENTE FILTRO BP REALIZZO UNA USSB. SE USO UN FILTRO BP DEL TIPO : Upper Single Side Band Modulation USSB . OPPURE REALIZZO UNA LSSB SE USO UN FILTRO BP DEL TIPO: ƒ Lower Single Side Band Modulation LSSB PROBLEMA : MI SERVE UN FILTRO BP “IN ALTA FREQUENZA”.

  31. Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.31 MODULAZIONE SSB SE ƒc >100W FILTRO BP IN ALTA FREQUENZA E’ MOLTO DIFFICILE DA REALIZZARE (FILTRO A “SPILLO” IN HF) . LA PORTANTE PUO’ ESSERE DELL’ ORDINE DEI MHz, BANDA SEGNALE DELL’ ORDINE DEI kHz . SI PUO’ ALLORA USARE LO SCHEMA BASATO SULLO SHIFT DI FASE (PHASE-SHIFT METHOD).

  32. TRASFORMATA DI HILBERT DEFINIAMO PRIMA IL FILTRO IN QUADRATURA: RICORDIAMO CHE Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.32 FILTRO IN QUADRATURA LA TRASFORMATA DI HILBERT DI SI OTTIENE FILTRANDO x(t) CON UN FILTRO IN QUADRATURA HQ(ƒ)

  33. Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.33 ESEMPIO DI TRASFORMATA DI HILBERT LA TRASFORMATA DI HILBERT DEL COS SI RICAVA FACILMENTE OSSERVANDO LA PROPRIETA’ DI SHIFT DI FASE DEL FILTRO IN QUADRATURA. IN PARTICOLARE UNO SHIFT DI -900 SUL COS PRODUCE :

  34. Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.34 MODULAZIONE SSB APPLICHIAMO LA TEORIA DELL’EQUIVALENTE PASSA-BASSO: HBP(ƒ) Hlp(ƒ) SI OTTIENE CON IL FILTRO IN QUADRATURA PER j HQ(ƒ) Hlp(ƒ)

  35. Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U.Ing EO 13.35 MODULAZIONE SSB RESTA DA VEDERE COME SI PUO’ “GENERARE” A QUESTO PUNTO UTILIZZIAMO LA TEORIA DELLA “RAPPRESENTAZIONE EQUIVALENTE PASSA-BASSO”:

  36. Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.36 N.B. ABBIAMO UNA COMPONENTE IN FASE ED UNA IN QUADRATURA. A QUESTO PUNTO PER COSTRUIRE UN MODULATORE SSB RESTA SOLO DA VEDERE COME “GENERARE” Hbp(ƒ) Ha le simmetrie ben note……. ƒ -ƒc ƒc

  37. Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.37 a media nulla MODULATORE SSB A SHIFT DI FASE LPF USSB ~ sfasatore N.B.:L’impiego dello sfasatore e del prodotto per “sen” e “cos” combinati consentono di realizzare SSB (non occorre moltiplicare per “j” come nel lucido 13.34)

  38. Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.38 MODULAZIONE SSB N.B.E’ UN FILTRO NON CAUSALE !!!!!

  39. Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.39 MODULAZIONE SSB FILTRO IN QUADRATURA E’ NON CAUSALE PER RENDERLO “REALIZZABILE” DOVREMO LIMITARLO IN AMPIEZZA E “RITARDARLO” E “TRONCARLO” NEL TEMPO. E’ DIFFICILE AVERE PENDENZA  SULLA f=0 (DEVO AVERE UN RACCORDO PIU’ DOLCE). LA CONTINUA E’ DIFFICILE DA TRATTARE NELLA SSB.

  40. Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.40 MODULAZIONE SSB REALIZZAZIONE PRATICA DI UN FILTRO IN QUADRATURA : ESEMPIO : TRASFORMATA DI HILBERT

  41. Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.41 NOTA IN OGNI CASO LA MODULAZIONE SSB NON E’ ADATTA (PERCHE’ DISTORCE) PER SEGNALI CON COMPONENTI SIGNIFICATIVE A FREQUENZE ATTORNO A 0. ES. IL SEGNALE VOCALE VA BENE: X(ƒ) ƒ BUCO ALLE BASSE FREQUENZE (ß) • SE SI USA UN FILTRO BP CON BANDA PASSANTE (ƒc-W,ƒc) OPPURE (ƒc,ƒc+W) • 2ß DEVE ESSERE NON MOLTO MINORE DELL’ 1% DI ƒc REGOLA PRATICA • LA DISTORSIONE ALLE BASSE FREQUENZE SI HA ANCHE CON LO SCHEMA DEL • PHASE - SHIFT METHOD ( DIFFICILE HQ(ƒ) VERTICALE PER ƒ=0)

  42. Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.42 POTENZA SSB LO SPETTRO DI UN SEGNALE MODULATO SI PUO’ PENSARE EQUIVALENTE A QUELLO DI UN SEGNALE DSB PREVIA ELIMINAZIONE DI UNA DELLE DUE BANDE LATERALI. CIASCUNA BANDA LATERALE PORTA META’ DELLA POTENZA (VEDI SIMMETRIA DEL MODULO DELLO SPETTRO IN BANDA BASE), QUINDI: OCCUPAZIONE DI BANDA AVENDO SOPPRESSO UNA DELLE DUE BANDE LATERALI, L’OCCUPAZIONE DI BANDA IN TRASMISSIONE COINCIDE CON QUELLA IN BANDA BASE: Xc(ƒ) ƒ -(ƒc+W) -ƒc +ƒc (ƒc+W)

  43. Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.43 MODULATORE AM IL CONDENSATORE SERVE A FILTRARE VIA LA CONTINUA LPF ~

  44. Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.44 MODULATORE DSB LPF ~ N.L BPF ~

  45. Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.45 RIASSUNTO FORMA GENERALE SEGNALE MODULATO LINEARMENTE:

  46. DI INVILUPPO COERENTE (SINCRONO) Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.46 DEMODULATORI 2 CATEGORIE : DEMODULATORE DI INVILUPPO VA BENE SOLO PER AM CON DEMODULATORE COERENTE PUO’ ESSERE USATO SEMPRE. FORMA GENERALE SEGNALE MODULATO :

  47. LPF Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.47 DEMODULATORI COERENTI ~ A0 cos ct

  48. Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.48 DEMODULATORI COERENTI IL LPF “FILTRA” E PERCHE’ IL CONDENSATORE FILTRA LA CONTINUA :

  49. PLL Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.49 DEMODULATORI COERENTI L’ ASPETTO PIU’ IMPORTANTE E’ LA “SINCRONIZZAZIONE” ~ PLL=PHASE LOCKED LOOP : PERMETTE DI SINCRONIZZARE L ‘OSCILLATORE LOCALE SULLA PORTANTE . L’ OSCILLATORE SARA’ UN VCO (VOLTAGE CONTROLLED OSC.)

  50. Laurea Ing EO/IN/BIO; D.U. Ing EO 13.50 CENNI SULLA DEMODULAZIONE AM SE 1 ALLORA L’ “INVILUPPO’ DEL SEGNALE MODULATO “SEGUE” x(t) . MA ALLORA PER DEMODULARE CI BASTA “ESTRARRE” L’ INVILUPPO DA . SI PARLA DI “DEMODULATORE DI INVILUPPO” N.B. : QUESTO VALE SE 1 . CON >1 DEVO USARE DEMODULATORI PIU’ COMPLESSI (“COERENTI”).

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