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MODULAZIONE

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La trasmissione dell’informazione

Comunicare (scambiare informazione) è sempre stato importantissimo: sapere e far sapere…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….

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Telecomunicazioni Per trasportare informazione occorre darle un

supportosupporto (suono, carta, segnale elettrico,…) e poi trasportare quello

Il segnale elettricosegnale 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 telecomunicazioni tratta sostanzialmente della trasmissione, ricezione ed elaborazione di segnali elettricisegnali elettrici (elettromagnetici, ottici) che contengono informazioniinformazioni

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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 (bandabanda)

Spesso il mezzo di trasmissione ha una banda banda passantepassante molto maggiore della banda occupata da un singolo segnale (che spreco !)

Dunque lo stesso mezzo può (deve) trasportare più segnali contemporaneamente (canalicanali)

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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 (FDMFDM)

se hanno le stesse frequenze, occupano la stessa banda, dovranno essere presenti in tempi diversi (TDMTDM)

(dominio del tempo e dominio della frequenza….)

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TDM La multiplazione a divisione di tempo (TDMTDM) 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 tutta la bandabanda solo per una parte del tempoparte 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….

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FDM La multiplazione a divisione di frequenza (FDMFDM) 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 bandaparte di banda (larga come la propria) per tutto il tempotutto 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 Ma come si fa a far avere al segnale frequenze che non ha ?ha ?

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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 segnale elettrico informativoinformativo, così come è, non è adattonon è adatto alla trasmissione sul mezzo o sul canale a disposizione

Bisogna dunque adattarlo (cambiargli frequenze)Bisogna dunque adattarlo (cambiargli frequenze)

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Modulare Questa operazione, lo spostarespostare (aumentare) di

frequenzafrequenza il segnale informativo (senza perdere o

alterare l’informazione che contiene), il traslarne traslarne

la banda (FDM), la banda (FDM), si chiama modulazionemodulazione 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)(TDM)

viene chiamata anche multiplazionemultiplazione

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Esempio : la Radio

Si pensi solamente alle trasmissioni radio, se non si modulasse:

Ci sarebbe un solo canaleun solo canale (freq. audio) Per ascoltare quell’unico canale (!) ci

vorrebbero antenne enormiantenne enormi (100 Km)

Ci sarebbero altri problemi ma mi pare che basti….

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Cosa significa modulare ?

Modulare significa modificaremodificare qualche

parametro di un segnale detto

– PORTANTEPORTANTE (alta freq.) in

funzione di un altro segnale detto

– MODULANTE MODULANTE (bassa freq.)

Cosa c’entra tutto ciò ?

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C’entra, c’entra….

Se per portanteportante prendiamo un segnale che viaggia beneviaggia bene nel canale a disposizionedisposizione (che ha quindi le frequenze giuste)

e per modulantemodulante prendiamo il segnale segnale informativoinformativo abbiamo risolto il problema:

Dopo la modulazione, la portante modulataportante modulata continuerà a viaggiare beneviaggiare bene su quel canale ma conterrà e porterà con sé l’informazioneinformazione del segnale modulantesegnale modulante !

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Demodulazione Ovviamente, per ogni tipo di modulazione modulazione che viene

operata nel trasmettitoretrasmettitore, dovremo operare la corrispondente demodulazionedemodulazione nel ricevitorericevitore

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...

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Tipi di modulazione A seconda della natura analogicaanalogica o digitale digitale

(impulsiva) dei due segnali, portante portante e modulantemodulante, 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)

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Ovviamente la

portante analogica per

eccellenza è una

sinusoide.

La tipica portante

impulsiva è un’onda

quadra (rettangolare).

Portanti tipiche

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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

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tAty senAmpiezza, frequenza, fase

Una portante sinusoidale (ma non è molto diverso il caso di portante impulsiva) può essere modificata modificata ( modulata modulata ) sostanzialmente in tre parametri:

Ampiezza Frequenza Fase

– Le modulazioni che agiscono dentro l’argomento del seno si chiamano modulazioni angolarimodulazioni angolari

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Modulazioni di ampiezza

Modulare in ampiezza significa far variare variare l’ampiezzal’ampiezza della portante in funzione del segnale modulante

la frequenza e la fase della portante resteranno invariate e l’informazioneinformazione sta nella ampiezza che varia nel tempoampiezza che varia nel tempo

vedremo vari modi di modulare in ampiezza

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Modulazioni angolari

Modulare in frequenza (fase) significa far variare la frequenza (fase)variare la frequenza (fase) della portante in funzione del segnale modulante

l’ampiezza della portante resterà invariata e l’informazioneinformazione sta nella frequenza (fase) frequenza (fase) che varia nel tempoche varia nel tempo

mentre frequenza e ampiezza sono indipendenti, frequenza e fase vengono accomunate perché….

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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 La frequenza è la derivata della fase Quindi anche le due modulazioni relative saranno legate dallo

stesso rapporto e dunque.… Modulare in frequenza frequenza con un certo segnale equivale a

modulare in fase con l’integralefase con l’integrale di quel segnale e viceversa

modulare in fase fase con un certo segnale equivale a modulare in frequenza con la derivatafrequenza con la derivata di quel segnale

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Segnali analogici su portanti analogiche (modulazioni classiche)

Modulazioni di ampiezza– DSB-SC– DSB-TC– SSB– VSB

Modulazioni angolari– FM– PM

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Segnali digitali su portanti analogiche

ASK FSK PSK QAM

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Segnali analogici su portanti impulsive

PAM PFM PPM PWM

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Segnali digitali su portanti impulsive

PCM

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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

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Fine

(Modulazione)