Modulazione

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Per modulazione si intende la tecnica di trasmissione di un segnale elettromagnetico detto Modulante (eventualmente rappresentante un'informazione), per mezzo di un altro segnale elettromagnetico detto portante che ha lo scopo di trasmettere le informazioni in 'alta frequenza' ( freq.portante >> freq Modulante ) ovvero di convertire il segnale da ' banda base ' a quella che è chiamata ' banda traslata ' secondo il Teorema della Modulazione, che altro non è che una proprietà della Trasformata di Fourier.

I segnali da modulare possono rappresentare le informazioni più diverse: audio, video, dati. In generale, il motivo per cui si utilizza la modulazione risiede nel fatto che i segnali rappresentanti le informazioni da trasmettere sono in prevalenza di natura passa-basso (il loro contenuto spettrale è concentrato per lo più a basse frequenze), mentre i canali trasmissivi che più comunemente si utilizzano, per poter trasmettere più segnali modulati contemporaneamente, (come canali hertziani e fibre ottiche) sono di natura passa-banda. Occorre quindi convertire in frequenza, mediante tale operazione, lo spettro del segnale elettromagnetico rappresentante l'informazione; inoltre, l'impiego di questa tecnica permette di trasmettere segnali elettrici (e quindi le informazioni che essi rappresentano) a grande distanza e senza sovrapposizione di altre informazioni.

L'onda portante è un'onda elettromagnetica a frequenza ben determinata (molto maggiore alla frequenza del segnale Modulante), che può essere trasmessa in aria, nel vuoto (radio) o tramite un mezzo materiale opportuno.

In caso di trasmissioni laser in fibra ottica o in aria libera, invece della frequenza portante, viene tipicamente indicata la lunghezza d'onda della portante.


Indice

[modifica] Teorema della Modulazione

Sia x(t) un segnale in 'banda base' con spettro di ampiezza X(f), lo spettro in banda 'traslata' si ottiene dalla seguente operazione:


\int_{\R} \! \ x(t) e^{-j2*pi*f*t}cos(2pi*fo*t)dt \! = 0,5[X(f+fo)+X(f-fo)]


ovvero moltiplicando per una funzione cosinuisoidale di frequenza fo e trasformando successivamente secondo Fourier: si ottiene così lo spettro traslato di una quantità pari a fo; tale spettro si presenta matematicamente composto da una parte sull'asse positivo delle frequenze e da un'altra sull'asse negativo (proprietà di hermitianità). Per l'operazione inversa di demodulazione ovvero da 'banda traslata' a 'banda base' basta semplicemente rimoltiplicare il segnale ottenuto ancora per cos(2*pi*fo*t) e trasformare nuovamente secondo Fourier.

[modifica] Perché si modula un segnale

È conveniente modulare un segnale per molte ragioni:

  • se i segnali devono essere trasmessi mediante onde radio (comunicazione wireless) si verifica che l'antenna (in trasmissione come in ricezione) ha una lunghezza proporzionale alla lunghezza d'onda che – in banda base (il range di frequenze del segnale Modulante), per un segnale audio – è pari a \lambda = \frac {c}{f} =\frac {3 \cdot 10^8 m/s}{20kHz}=15km, ovvero improponibile;
  • modulando un segnale a frequenze diverse, è possibile far transitare su un mezzo trasmissivo più segnali, quindi più utenze – ad esempio – possono telefonare contemporaneamente (FDM multiplazione a divisione di frequenza);
  • il segnale modulato può essere codificato così da ridurre gli effetti del rumore; la natura del segnale stesso è tale da concentrare il suo spettro nelle frequenze più basse, mentre i mezzi trasmessivi hanno un miglior rendimento e qualità a frequenze più elevate;
  • si ha infine una semplificazione dei circuiti adottati per la trasmissione e la ricezione dei segnali.

La formula per il calcolo della lunghezza d'onda è il rapporto tra la velocità di propagazione del segnale nel mezzo trasmissivo (nel caso precedente nel vuoto quindi velocità della luce), e la frequenza del segnale modulato in banda traslata per la trasmissione.

NB:La velocità di propagazione del segnale nell'aria, etere, è segnalata come 3 * 108m\s. In realtà questa è da considerarsi la velocità di trasmissione nel vuoto e non nell'aria, in quanto quest'ultima è formata da vari strati(troposfera,esosfera,...), gas (ossigeno, azoto,...), umidità, pulviscolo,... che "attenuano" la velocità di propagazione riducendola ad un valore effettivo di 2,98 * 108m\s.

[modifica] Modulazioni analogiche

Esistono diversi tipi di modulazione analogica:

  • AM - (Amplitude Modulation) modulazione di ampiezza;
  • FM - (Frequency Modulation) modulazione di frequenza;
  • PM - (Phase Modulation) modulazione di fase.

La trasmissione dalla trasmittente alla ricevente ovviamente deve essere fatta usando la stessa portante e lo stesso tipo di modulazione, ad esempio: 10MHz come portante, AM-SSB come modulazione. A parità di portante, l'uso di modulazioni differenti tra il trasmettitore ed il ricevitore rende inutilizzabile il segnale ricevuto.

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi le voci radio (elettronica) e ponte radio.

[modifica] Modulazioni digitali o numeriche

Con il termine di modulazione digitale (o numerica), si indica una tecnica di modulazione 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. Un'applicazione tipica si ha nel modem. I principali tipi di modulazione digitale sono:

Combinando la modulazione ASK e PSK si ottiene la modulazione di ampiezza in quadratura (QAM), che viene così chiamata perché si può ottenere modulando in ampiezza due portanti della stessa frequenza, poi sommate in quadratura di fase (fasi ortogonali, ovvero a 90º).

Altre tecniche di modulazione più complicate, rese possibili dall'integrazione elettronica di funzioni complesse (Fast Fourier Transform, FFT) in microchip, sono quelle che prevedono la modulazione di un numero elevato di portanti simultaneamente, in modo da minimizzare le interferenze reciproche. Queste tecniche vengono chiamate OFDM, e vengono utilizzate per esempio nei sistemi radio WiMAX.

[modifica] Modulazione impulsiva

La modulazione impulsiva è un tipo di modulazione in cui l'informazione è codificata in una serie di impulsi. I principali tipi di modulazione impulsiva sono:

La modulazione impulsiva anche se a prima vista può sembrarci digitale,è di fatto ottenuta mediante treni di impulsi analogici.

[modifica] Voci correlate

Estratto da "http://it.wikipedia.org/wiki/Modulazione"
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