Corso di Telecomunicazioni

Prof. M. Sem

MODULO 1: I sistemi di telecomunicazioni

U.D.1 Sistemi di telecomunicazioni

MODULO 2: Tecniche di trasmissione analogica

U.D.2 Modulazione analogica con portante analogica

U.D.3 Modulazione AM

U.D.4 Modulazione FM

U.D.5 Multiplazione a divisione di frequenza (FDM)

MODULO 3: Tecniche di trasmissione digitale

U.D.1 Modulazioni digitali con portante analogica

U.D.2 Multiplazione a divisione di tempo (TDM)

Sistema di telecomunicazioni:

È un insieme di apparati atto a trasferire un messaggio, contenente informazione, in luoghi geograficamente distanti da quello in cui è stato generato un messaggio.

Propagazione libera: il messaggio viene trasferito dal trasmettitore al ricevitore via etere. Es. trasmissione tramite antenne.Propagazione guidata: il messaggio viene trasferito dal trasmettitore al ricevitore via cavo. Es. telefono.

Classificazione dei sistemi di telecomunicazioni

• Sistemi di telecomunicazioni in banda base: sistemi in cui il mezzo trasmissivo è di tipo passa basso e quindi il segnale può essere trasmesso direttamente sul canale senza subire alterazioni;

•Sistemi di telecomunicazioni in banda traslata: sistemi in cui il mezzo trasmissivo presenta delle caratteristiche di tipo passa banda e quindi lo spettro del segnale deve essere traslato di una quantità tale che risulti completamente contenuto nella banda del canale. In questo caso per traslare il segnale devo utilizzare la MODULAZIONE

Schema a blocchi di un sistema di telecomunicazioni in banda traslata

•Sorgente: produce il messaggio da trasmettere (ad es. Suono, immagine, voce, ecc..);

•Trasduttore in trasmissione: trasforma il messaggio in segnale elettrico;

•Canale: è il collegamento fisico che esiste tra il trasmettitore e il ricevitore(es. Cavo, etere, doppino telefonico, ecc..);

•Trasduttore in ricesione: il segnale viene ritrasformato nella forma di messaggio originaria (es. Suono, voce, immagine);

•Destinazione: è l’utilizzatore a cui perviene il messaggio.

TrasduttoreIn ricezione

CanaleTrasdut-tore in

trasmissione

Sorgente Destinazione

Schema a blocchi di un sistema di telecomunicazioni in banda traslata

•Sorgente: produce il messaggio da trasmettere (ad es. Suono, immagine, voce, ecc..);

•Trasduttore in trasmissione: trasforma il messaggio in segnale elettrico;

•Modulatore: rende il segnale adatto ad essere trasmesso su una linea;

•Canale: è il collegamento fisico che esiste tra il trasmettitore e il ricevitore(es. Cavo, etere, doppino telefonico, ecc..);

•Demodulatore: riporta il segnale nella forma originaria ricostruendolo con un processo inverso alla modulazione;

•Trasduttore in ricesione: il segnale viene ritrasformato nella forma di messaggio originaria (es. Suono, voce, immagine);

•Destinazione: è l’utilizzatore a cui perviene il messaggio.

TrasduttoreIn ricezione

CanaleDemodu-

latoreModula-

tore

Trasdut-tore in

trasmissione

Sorgente Destinazione

Come si può vedere dallo schema le onde sonore vengono catturate dal microfono che è un trasduttore acustico/elettrico e le converte in corrente elettrica che attraversa il doppino telefonico, cioè il filo di rame che costituisce il nostro collegamento elettrico con la centrale telefonica urbana più vicina.Lì, il segnale elettrico, dopo opportuna codifica, viene convertito in segnale luminoso da un laser o da un led e viene immesso in fibra ottica attraversando centinaia di chilometri fino a destinazione dove, nella nuova centrale telefonica viene riconvertito in corrente elettrica, decodificato, e inviato attraverso il doppino telefonico fino a casa del secondo utente dove il ricevitore telefonico, l'altoparlante del disegno, nuovo trasduttore elettro/acustico, la ritrasforma il suono udibile dal destinatario. 

Esempio di sistema di telecomunicazioni

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Che cos’è la modulazione analogica?

E’ un processo che trasforma il segnale in modo che possa essere trasmesso su un mezzo trasmissivo mantenendo le sue caratteristiche e proprietà inalterate.

In una modulazione analogica i segnali coinvolti sono tutti analogici (portante, modulante e modulato).

A cosa serve la modulazione?

1. Per adattare i segnali al canale;

2. Per trasmetter più segnali nello stesso canale;

3. Per ridurre le dimensioni delle antenne (ciò è valido nei sistemi di propagazione libera)

Come si fa una modulazione?

Sono necessari due segnali chiamati portante e modulante (informazione che devo trasmettere).

La modulante è il segnale che contiene l’informazione e per poter essere trasmesso necessita del segnale portante che ha le seguenti caratteristiche:

•è sinusoidale;

•ha frequenza almeno dieci volte maggiore della frequenza della modulante.

Tipi di modulazione.

La portante è un segnale sinusoidale caratterizzato da tre parametri:

-1,20

-0,80

-0,40

0,00

0,40

0,80

1,20

Ampiezza

Periodo

AMPIEZZA

FREQUENZA (numero di oscillazioni in un periodo

FASE

Esci

Poichè la modulazione consiste nel variare la portante sinusoidale in funzione del segnale modulante, si potranno variare solo i tre parametri prima elencati ottenendo così le modulazioni:

Tipi di modulazione.

•DI AMPIEZZA;•DI FREQUENZA;•DI FASE.

Scelta della tecnica di modulazione

Avviene in base ad alcuni fattori quali:

•La distanza fra il lato trasmittente e il lato ricevente;

•Il tipo di mezzo trasmissivo;

•La natura dell’informazione da trasmettere;

•La qualità di trasmissione desiderata

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Che cos’è la modulazione AM?

E’ un processo che varia l’ampiezza della portante proporzionalmente all’ampiezza della modulante.

In quali campi è utilizzata?

In campo televisivo e radiofonico.

Come si chiama il dispositivo che esegue la modulazione?

Modulatore AM.

Esso ha due ingressi: uno per il segnale modulante (informazione) e uno per il segnale portante e una uscita per il segnale modulato.

Cos’è l’indice di modulazione?

Indica di quanto è stata modificata l’ampiezza della portante rispetto all’ampiezza della modulante.

Indica il rapporto tra l’ampiezza della modulante (B) e l’ampiezza della portante (A).

mf = B/A

Condizioni per una corretta modulazione AM.

•Frequenza della portante almeno 10 volte maggiore della frequenza della modulante (fp>>fm)

•Indice di modulazione compreso tra 0 e 1 (0<mf<1)

Cosa avviene al segnale portante(sinusoidale) quando viene Cosa avviene al segnale portante(sinusoidale) quando viene modulato?modulato?

L’ampiezza della portante varia proporzionalmente all’ampiezza della L’ampiezza della portante varia proporzionalmente all’ampiezza della modulante.modulante.

Modula-tore AM

IN

fm

IN fp

OUT

Segnale modulante

Segnale portante

Segnale modulato

Modulazione AM nel dominio del tempo

)2cos( tfA m

)2cos( tfA p

)2cos()]2cos(1[ tftfB

AB pm

Cosa avviene allo spettro del segnale modulante quando viene Cosa avviene allo spettro del segnale modulante quando viene modulato?modulato?

Lo spettro del segnale modulante si sposta in corrispondenza della portante ma si dimezza la sua ampiezza.

Spettro del segnale modulante

Spettro del segnale portante

Spettro del segnale modulato

Modulazione AM nel dominio della frequenza

(Spettro del segnale AM)

Banda, potenza e rendimento di un segnale modulato AM

Banda: è la differenza tra la frequenza massima e la frequenza minima delle componenti spettrali di un segnale

BW= fmax-fmin = 2 x fm

Fmax=fp-fmFmax=fp+fm

Potenza: è data dalla somma delle singole potenze delle componenti spettrali della portante e delle bande laterali del segnale. Ogni componente ha potenza pari a

Pp = B2/(2xR) Pbl = A2/ (8xR)

Pt=Pp+Pbl+Pbl

Rendimento: è il rapporto tra la potenza di una banda laterale e la potenza totale del segnale modulato.

n %= Pbl/Pt x100=17%

Bande laterali

Svantaggi della modulazione AM

La maggior parte della potenza totale del segnale modulato è spesa per la trasmissione della portante che non reca alcuna informazione. Infatti il rendimento della modulazione è molto basso: è di circa il 17%

La banda del segnale modulato è pari al doppio della frequenza massima della modulante.

Per ovviare a questi inconvenienti si utilizzano le tecniche di modulazione AM-DSB e AM-SSB che sono più efficienti in termini di banda e potenza.

AM-DSB: modulazione AM in cui viene soppressa la portante

(BW=2 x fm e n=50%)

AM-SSB: modulazione AM in cui viene soppressa la portante e una

banda laterale (BW=fm e n=100%)

Spettro del segnale modulato DSB

Spettro del segnale modulato SSB-USB

Spettro del segnale modulato SSB-LSB

Modulatore bilanciato ad anello

Sono dispositivi che impiegano trasformatori a presa centrale per la soppressione della portante.

I diodi funzionano come interruttori al ritmo della frequenza della portante e conducono a coppia (D1 e D2 oppure D3 e D4). La modulante passa integralmente all’uscita con polarità uguale o opposta a seconda se conducono i diodi D1 e D2 o D3 e D4.

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Che cos’è la modulazione FM?

E’ un processo che varia la frequenza della portante proporzionalmente all’ampiezza della modulante.

Fra to e t1 l’ampiezza della modu- lante aumenta

Fra to e t1 aumenta la frequenza del segnale modulato

In quali campi è utilizzata?

In campo televisivo e radiofonico.

Come si chiama il dispositivo che esegue la modulazione?

Modulatore FM.

Esso ha due ingressi: uno per il segnale modulante (informazione) e uno per il segnale portante e una uscita per il segnale modulato.

Cos’è l’indice di modulazione?

E’ il rapporto tra la massima deviazione di frequenza e la frequenza della modulante. All’aumentare della frequenza della modulante diminuisce l’indice di modulazione che implica, come si vedrà, una diminuzione delle righe significative dello spettro e quindi la banda passante.

mf = Δfmax/fm

Cos’è la deviazione di frequenza massima Δfmax?

Indica il massimo scostamento di frequenza del segnale modulato sopra o sotto la frequenza della portante.

Δfmax= fmax-fp=fp-fmin=1/2·(fmax-fmin)

Modulazione FM nel dominio della frequenza

(Spettro del segnale FM)

Lo spettro del segnale modulato FM è costituito dalla portante e da un numero (teoricamente) infinito di righe simmetriche rispetto alla frequenza della portante. Ciascuna riga dello spettro dista dalla precedente del valore fm e la loro ampiezza è proporzionale alle funzioni di Bessel che dipendono dall’indice di modulazione mf.

BANDA PASSANTE DEL SEGNALE FM

La larghezza di banda del segnale FM dipende dal numero di righe dello spettro che essendo infinito presenta una banda infinita.

La larghezza di banda può però essere considerata limitata, perchè le ampiezze di alcune componenti non sono significative.

In generale e cioè per 1<mf<10(Banda di Carson)

BW=2·(Δfmax+fm)= 2·(mf·fm+fm)= 2·fm·(1+mf)

Per valori di mf<<1

BW=2·fm

Per valori di mf>10

BW=2·Δfmax

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Che cos’è la multiplazione a divisione di frequenza (FDM)?

E’ una tecnica che permette di inviare più segnali nello stesso mezzo trasmissivo modulando gli spettri in modo che vadano ad occupare bande diverse.

Come si fa la multiplazione FDM?

I segnali vengono prima modulati SSB con portanti diverse (distanti 4KHz nel caso di segnali telefonici) e poi incanalati sullo stesso canale grazie a dei dispositivi chiamati multiplexer

Schema a blocchi della FDM