Telecomunicazioni per l’Aerospazio

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Radio VHF ed HF

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Alcune delle bande aeronautiche

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Disposizione antenne su aeromobile

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Basics of Radio: Propagation

• VHF – Very High Frequency is only capable of line-of-site communications

– Buildings, mountains, leaves may interfere– Higher an aircraft, the wider coverage

• 2500’ AGL has an effective radius of 50 Miles

• HF - High Frequency is capable of world wide communication

– Strongly dependent on frequency, antenna, time of day

The path radio waves take – dependent on frequency

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La propagazione e.m. alle diverse frequenze

NDB

VHF marker

VORDME/SSR

Radar primari

VHF radio

UHF radioHF

radio SATCOM

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Propagazione in linea di vista

L’orizzonte limita la visibilità massima

RTeReTe hhRhRhRR 222

2222 )()( eReeTe RhRRhRR

Raggio della terra:6,371 km

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Propagazione in linea di vista

)()(122,4)( mhmhKmR RT

1 nautical mile =1.85200 km

Si tiene in conto in condizioni di propagazionenormali usando un Raggioterrestre equivalente

Re= 4/3 x Raggio della terra:Re= 4/3 x 6,371 km

Re= 8,495 km

1ft = 0.3048m

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Basics of Radio: Modes

To send a signal via radio, you modulate or superimpose voice on a carrier of radio frequency energy. AM, FM and SSB are just ways of sending voice information.

CAP uses AM – amplitude modulation FM - frequency modulation, and SSB – single sideband

along with some digital modes. Normally, we use:

AM on Aircraft Bands SSB on HF FM on VHF and UHF

The type of modulation

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sAM(t) = Ac[1 + kam(t)]cos(2fct+)

– Segnale modulante = m(t);– Segnale portante = Accos(2fct);– Demodulazione semplice se 1>| kam(t)|;

SAM(f) = ½ Ac[(f-fc)ej + kaM(f-fc) ej + (f+fc) e-j + kaM(f+fc) e-j ]

Modulazione ampiezza (I)+ m(t) x(t)

1 Accos(2fct+)

ka

•Spettro del segnale modulato

•Segnale modulato

f

M(f)

+-

0 B-Bf

X(f)

0+-

fc+Bfc-B fc

cj

ac ffMekA

2

cjc ffeA

2

-+-fc+B-fc-B -fc

cj

ac ffMekA

2

cjc ffeA

2

Banda laterale superiore

Banda laterale inferiore

s(t)=Ac[1+kam(t)]cos2fct

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• Potenza trasmessa

PAM = ½ Ac2[1 + 2ka<m(t)> + ka

2<m2(t)>] <> operatore di valore medio

Se m(t) = cos(2fmt) allora PAM = ½ Ac

2[1 + ka2Pm] = Pc[1+ka

2 /2] Pc = ½ Ac

2 = potenza trasmessa sul segnale portante; Pcka

2Pm = Pcka2/2 = potenza trasmessa sul segnale modulante;

Modulazione ampiezza (II)• Larghezza di banda

BAM = 2B con B banda del segnale modulante;

•Banda del segnale modulato doppia rispetto alla banda del segnale modulante;

•Parte consistente della potenza trasmessa sul segnale portante e non sul segnale modulante;

OSSERVAZIONI

Possibili schemi alternativi:

portante soppressa & banda laterale unica

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• Used in aircraft radios to communicate with ATC, tower, other aircraft, airport operations, etc.

• Worldwide standard for aircraft communication

• Very old type of modulation first used in early development of radio

• Tends to be noisy, easily interfered with. Allows lots of static and ignition noise. Bad feature.

• Allows two stations to be heard over one another – i.e. no capture effect as with FM. Good feature.

• Both AM and FM are used on VHF

Basics of Radio: AMAmplitude Modulation

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Copertura delle radio VHF

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Utilizzazione delle radio in volo

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HF: Propagazione ionosferica

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HF: Propagazione ionosferica

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HF: Propagazione ionosferica

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CAP uses SSB on HF SSB uses a very small bandwidth, compared to AM and FM

modes Used for L O N G Distance Comms HF Operation is specialized, but very useful because it is very

efficient

Basics of Radio: SSB

Single Sideband

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Simplex vs. Duplex

• Repeaters – Duplex mode– Used to extend coverage and get

over obstacles

R T

Single Frequency - One Station at a Time

Two Frequencies - One Station at a Time

Repeater increases the range of mobilestations due to its high profile location

Simplex Transmit and receive on the same frequency Buildings, terrain, altitude

DuplexTransmit on one frequency and receive on another

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Trasformata di Fourier, per segnali impulsivi:

Segnale di banda base Segnale modulato

Modulazione di ampiezza BLD / DSB

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• Per segnali reali le bande laterali contengono la stessa informazione (proprietà di simmetria della trasformata di Fourier);

• E’ necessario trasmettere una sola banda laterale superiore o inferiore per poter ricostruire il segnale dal lato ricezione;

AM con banda laterale unica (SSB)

Vantaggi SSB

Svantaggi SSB

+ BPFm(t) x(t)

1 Accos(2fct+)

ka

Filtro passa-banda per eliminare una banda laterale

Richiesta solo metà banda;

Demodulazione più complessa;

f

M(f)

+-

0 B-Bf

X(f)

0+

fc+Bfc

cj

ac ffekA

2

+-fc-B -fc

cj

ac ffekA

2

OSSERVAZIONI

•Possibile soluzione intermedia tra doppia banda laterale (DSB) e banda laterale unica (SSB) banda vestigiale;

•Portante intera o soppressa e banda laterale doppia o unica possono dare luogo a diverse combinazioni AM possibili;

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Vantaggi

• Larghezza di banda richiesta bassa;• Modulazione e demodulazione del segnale semplici;

AM vantaggi/svantaggi

Svantaggi

• Mantiene una relazione lineare tra il segnale modulante e modulato impossibilità di utilizzare dispositivi operanti in regime non-lineare (i.e. in prossimità della saturazione);

• Segnali interferenti sono ricevuti additivamente e devono essere discriminati durante la demodulazione scarsa robustezza a disturbi;

• Il rumore influenza in modo sostanziale l’ampiezza del segnale ricevuto;• Schemi di demodulazione coerente difficili da implementare (aggancio portante di

ricezione a portante di trasmissione sia in frequenza che in fase) soprattutto per il caso SC.