Modulazione e regolamentazioni

MODULAZIONE E REGOLAMENTAZIONI
MODULAZIONE
In telecomunicazioni ed elettronica con il termine modulazione si indica l'insieme delle
tecniche di trasmissione finalizzate ad imprimere un segnale elettrico o elettromagnetico
detto Modulante (eventualmente contenente informazione cioè dunque variabile in maniera
aleatoria nel tempo) su di un altro segnale elettrico o elettromagnetico detto Portante che ha
invece lo scopo di trasmettere le informazioni del modulante ad 'alta frequenza'
(freq.portante » freq Modulante) ovvero di convertire il segnale modulante da ' banda base ' a
quella che è chiamata ' banda traslata ' secondo il Teorema della modulazione. La portante
con il segnale informativo modulante agganciato sarà detto quindi segnale modulato.
Esistono diversi tipi di modulazione analogica utilizzate nelle rispettive trasmissioni
analogiche:
• AM - (Amplitude Modulation) modulazione di ampiezza;
• FM - (Frequency Modulation) modulazione di frequenza;
• PM - (Phase Modulation) modulazione di fase.
In sostanza l'informazione da trasmettere può essere codificata all'interno di variazioni di
ampiezza, frequenza e fase ed in ricezione dovrà essere recuperata ovvero demodulata dal
segnale portante ricevuto.
• I principali tipi di modulazione digitale sono:
• Amplitude-shift keying (ASK): modulazione digitale di ampiezza;
• Frequency-shift keying (FSK): modulazione digitale di frequenza;
• Phase-shift keying (PSK): modulazione digitale di fase.
Con il termine di modulazione digitale (o numerica) si indica una tecnica di modulazione
utilizzata
nelle
trasmissioni
digitali
da
un
particolare
sottosistema
di
modulazione/demodulazione in cui il segnale modulante rappresenta un’informazione in
formato binario, cioè tale da assumere solo due possibili valori (esempio 0 o 1, -1 o +1) o una
stringa di questi.
Il sistema attualmente più diffuso per la trasmissione di immagini dai satelliti meteorologici in
formato analogico è l'APT (acronimo di Automatic Picture Transmission). Come si può intuire
dalla denominazione si tratta di un sistema completamente automatizzato che premette la
diffusione di immagini in modo da non richiedere alcun intervento da Terra. Ciò è molto
importante poiché si affida all'elettronica di bordo ogni compito e, per così dire, si abbandona
il satellite al "proprio destino". Il sistema APT è proprietario dei satelliti NOAA, ma viene
comunemente utilizzato per identificare l'analogo sistema di trasmissione analogica di cui
sono dotati i satelliti Meteor, Okean e Sich.…………………………………………………………….. .
Da un punto di vista tecnico il segnale APT è costituito da una portante intorno ai 137.5 MHz,
modulata in frequenza (FM) con polarizzazione circolare destrorsa. Per poter ricevere tale
segnale è dunque necessario utilizzare un'antenna accordata, anche se a queste frequenze il
progetto dell'antenna non presenta particolari punti critici. Un problema invece molto più
complesso e delicato riguarda la scelta del tipo di antenna: ground-plane, a doppio V, Yagi a
dipoli incrociati, a elica, QHA...
Figura 1
ASK, nella quale il segnale cambia semplicemente la sua dimensione (usata per le frequenze
radio AM). Nella figura si può notare come l'ampiezza del segnale codifica i valori "0" e "1",
per ogni bit c'è bisogno di un ciclo d'onda completo, il data rate è limitato alla banda dell'onda
portante. Essa è però soggetta a disturbi e non è usata nella trasmissione dati se non in
congiunzione con altro tipo di modulazione. Figura 1.
Figura 2
FSK, nella quale cambia la velocità d'oscillazione dell'onda portante (usata per le frequenze
radio FM). Nella figura si può notare come la frequenza del segnale codifica i valori "0" e "1",
per ogni bit c'è bisogno di un ciclo d'onda completo. Questa tecnica non presenta i tipici
problemi della modulazione di ampiezza, è meno sensibile ai disturbi. Figura 2.
Figura 3
PSK, nella quale si modifica la fase d'onda della portante (usata per la trasmissione di dati)
ovvero si varia il "ritardo" rispetto al segnale originale. Ogni cambiamento di fase codifica K
bits (i cambiamenti di fase possibili sono diversi, per cui si possono codificare V informazioni
base: in tal caso K = log2V), per cui il data rate (percentuale di dati) è il più alto in riferimento
alla larghezza di banda del portante. Figura 3.
Riepilogo . Figura 4.:
Figura 4
Segnali dallo spazio: lo Space Shuttle in banda Milsat. Notare in tabella i vari tipi di
modulazione usate su varie bande di frequenza sia in formato analogico che in formato
digitale.
REGOLAMENTAZIONI
Una banda è una sezione dello spettro delle onde radio e può essere definita in base a vari
criteri. Di seguito riportiamo la classificazione ITU normalmente usata in ambito tecnicoscientifico e che definisce le bande in base alla loro frequenza.
Banda
Denominazione
Frequenze
ELF
Extremely low frequency
SLF
Super low frequency
30 - 300 Hz
ULF
Ultra low frequency
300 - 3000 Hz
VLF
Very low frequency
LF
Low frequency
MF
Medium frequency
3 - 30
Hz
3 - 30 Khz
30 - 300 Khz
300 - 3000 Khz
HF
High frequency
VHF
Very high frequency
30 - 300 Mhz
UHF
Ultra high frequency
300 - 3000 Mhz
SHF
Super high frequency
EHF
Extremely high frequency
3 - 30 Mhz
3 - 30 Ghz
30 - 300 Ghz
Suddivisione delle SHF e EHF (microonde) in sottobande secondo la Radio Society of Great
Britain (RSGB):
Sigla della banda
Gamma di frequenza
L
1-2 GHz
S
2-4 GHz
C
4 – 8 GHz
X
8 – 12 GHz
Ku
12 – 18 GHz
K
18 – 26 GHz
Ka
26 – 40 GHz
Q
30 – 50 GHz
U
40 – 60 GHz
V
50 – 75 GHz
E
60 – 90 GHz
W
75 – 110 GHz
F
90 – 140 GHz
D
110 – 170 GHz
Sono riportate le caratteristiche che le trasmissioni devono avere in base alla modulazione
scelta. Per la fonia (parlato) usiamo le seguenti modulazioni:
ONDE
Fmax
MODULANTE
BANDA DI
CANALE
DEVIAZIONE
DI CANALE
BANDA DI
FREQUENZE
AM
4.5 KHz
9
----
535 - 1600
KHz
FM
15.5 KHz
180 KHz
75 KHz
88 - 108
MHz
nbFM
4,5 KHz
30 KHz
10 KHz
Servizi VHF
SSB
3
6
----
Servizi H-VS-EHF
KHz
KHz
KHz
Naturalmente stiamo parlando di modulazioni analogiche, quindi la banda di canale
(intervallo di frequenza occupato) rispetto alle modulazioni digitali è molto più ampia. Per
l’esattezza il rapporto di riduzione, in tal caso, è di 1/7. Una trasmissione modulata
digitalmente con onda quadra ha bisogno solo di 1,5 Khz per essere su banda traslata
ricevuta.