MODULAZIONE E REGOLAMENTAZIONI

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1 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;

2 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 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

3 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.

4 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 3-30 Hz SLF Super low frequency Hz ULF Ultra low frequency Hz VLF Very low frequency 3-30 Khz LF Low frequency Khz MF Medium frequency Khz

5 HF High frequency 3-30 Mhz VHF Very high frequency Mhz UHF Ultra high frequency Mhz SHF Super high frequency 3-30 Ghz EHF Extremely high frequency Ghz Suddivisione delle SHF e EHF (microonde) in sottobande secondo la Radio Society of Great Britain (RSGB): Sigla della banda L S C X K u K K a Q U V E W Gamma di frequenza 1-2 GHz 2-4 GHz 4 8 GHz 8 12 GHz GHz GHz GHz GHz GHz GHz GHz GHz

6 F D GHz 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 KHz ---- FM 15.5 KHz 180 KHz 75 KHz KHz MHz nbfm 4,5 KHz 30 KHz 10 KHz Servizi VHF SSB 3 KHz 6 KHz ---- Servizi H-V- S-EHF 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.