Fondamenti delle Tecniche di Modulazione e Sistemi di Ricezione Radio

1. Cos'è la modulazione e quali sono i suoi tipi?

La modulazione è un processo in cui la funzione del tempo che descrive il segnale di informazione viene moltiplicata per un altro segnale, comunemente chiamato portante (o vettore).

Classificazione delle modulazioni:

• Modulazione di ampiezza (AM):
  • DSB-SC: Doppia banda laterale a portante soppressa.
  • SSB: Banda laterale singola.
  • VSB: Banda laterale residua.
• Modulazione angolare:
  • Frequenza (FM): NBFM (banda stretta) e WBFM (banda larga).
  • Fase (PM): Banda stretta e banda larga.

Parametri Fondamentali dei Ricevitori

2. Selettività

Misura la capacità del ricevitore di accettare una particolare banda di frequenza e di respingere tutte le altre.

3. Sensibilità

Rappresenta il livello minimo di segnale RF che può essere rilevato all'ingresso del ricevitore per produrre un segnale di informazione modulata utile in uscita.

4. Gamma dinamica

È la differenza, espressa in dB, tra il segnale di ingresso minimo e il livello massimo del segnale in ingresso che non causa distorsioni.

5. Fedeltà (Fidelity)

È la misura della capacità di un sistema di comunicazione di produrre all'uscita del ricevitore una replica esatta del segnale del messaggio originale senza distorsioni.

6. Figura di rumore

Questo parametro misura le prestazioni di un sistema di comunicazione in presenza di rumore. Complessivamente, la figura di rumore indica quanto rumore viene introdotto dal sistema stesso.

7. Fattore di rigetto (Fattore di forma)

È il rapporto tra la larghezza di banda misurata a -60 dB e la larghezza di banda a -3 dB.

Tecniche di Trasmissione e Rilevamento

9. Che cos'è la DSB-SC?

La DSB-SC (Double Sideband Suppressed Carrier) è una tecnica di modulazione a doppia banda laterale con portante soppressa. Consiste in una tecnica che sposta lo spettro di frequenze del segnale f(t) da trasmettere, moltiplicando f(t) per un segnale sinusoidale la cui frequenza corrisponde alla traslazione richiesta.

10. Il rilevamento sincrono

Nel rilevamento sincrono, il segnale di ingresso del ricevitore viene prima moltiplicato per una sinusoide generata localmente e poi passa attraverso un filtro passa-basso. La larghezza di banda del filtro deve essere uguale a quella del messaggio (ossia W) o leggermente superiore. Si presuppone che l'oscillatore locale (LO) sia esattamente sincronizzato con la portante, sia in fase che in frequenza.

11. Tipi di sistemi di trasmissione

• Sistema Simplex: Un dispositivo trasmette e l'altro riceve le informazioni. L'invio avviene in un solo senso (es. trasmissioni radiotelevisive).
• Sistema Half-Duplex: Il sistema trasmette e riceve informazioni, ma non contemporaneamente (es. walkie-talkie).
• Sistema Duplex (Full-Duplex): I sistemi trasmettono e ricevono informazioni in modo simultaneo (es. telefonia).

Approfondimento sulla Modulazione AM e SSB

1. Perché la modulazione AM è lineare?

La modulazione AM è considerata lineare poiché si basa su un processo di moltiplicazione tra un segnale di informazione e un segnale portante. L'ampiezza della portante viene variata linearmente in funzione delle variazioni del livello del segnale modulante.

2. Come viene generata una banda laterale unica (SSB)?

La modulazione SSB prevede la soppressione della portante e di una delle due bande laterali, trasmettendo così una sola banda che contiene tutte le informazioni. Una volta catturato il segnale SSB al ricevitore, la portante viene reinserita per la demodulazione. Esistono due metodi principali:

• Metodo del filtro: Consiste nel rimuovere una delle bande laterali di un segnale DSB-SC utilizzando un adeguato filtro passa-banda.
• Metodo dello spostamento di fase: In questo caso, i segnali a banda laterale unica sono generati tramite un metodo indiretto di sfasamento degli spettri.

Modulazione di Frequenza (FM) e di Fase (PM)

3. Come si può generare un segnale FM?

I segnali FM possono essere generati in due modi:

• FM indiretta: Si integra prima il segnale modulante f(t) e poi si modula la fase della portante per produrre un segnale a banda stretta. Successivamente, si usa la moltiplicazione di frequenza per aumentare l'indice di modulazione.
• Direct FM: In questo metodo, la frequenza della portante viene variata direttamente in funzione del segnale modulante in ingresso.

15. Differenze fondamentali tra segnali modulati in fase (PM) e in frequenza (FM)

In FM, l'informazione è contenuta nella variazione della frequenza istantanea Wc(t). In PM, l'informazione è contenuta nella variazione della fase.

Inoltre, l'indice di modulazione nella PM è direttamente proporzionale all'ampiezza del segnale modulante e indipendente dalla frequenza. Nella FM, l'indice di modulazione è direttamente proporzionale all'ampiezza del segnale modulante e inversamente proporzionale alla frequenza.

16. Differenze tra Banda Laterale Unica (SSB) e Banda Laterale Residua (VSB)

In un sistema SSB, si elimina completamente una delle bande di un segnale DSB-SC. In un sistema VSB, invece di eliminare totalmente una banda laterale, si consente un taglio graduale, mantenendo una piccola parte (residuo) dell'altra banda.

17. Effetto dell'aumento del tasso di modulazione sulla potenza in FM/PM

L'aumento dell'indice di modulazione non ha alcun effetto sulla potenza di trasmissione totale, poiché la potenza dipende esclusivamente dall'ampiezza della portante, che rimane costante.

19. Effetto della frequenza portante sulla larghezza di banda FM

L'aumento della frequenza della portante non influisce sulla larghezza di banda, poiché quest'ultima dipende solo dall'indice di modulazione e dalla frequenza del segnale modulante.

21. Differenze tra FM a banda stretta e banda larga

La FM a banda stretta (NBFM) trasmette molte meno informazioni rispetto alla FM a banda larga (WBFM). In termini tecnici, la larghezza di banda per la NBFM è circa Bw = 2 * Wm, mentre per la WBFM si segue la regola di Carson: Bw = 2 * (n + 1) * Wm (o approssimativamente 2 * Δf).

22. Vantaggio del reinserimento della portante

Il vantaggio principale della tecnica di reinserimento della portante è la possibilità di utilizzare un semplice rivelatore di inviluppo nel ricevitore per recuperare il segnale originale f(t), riducendo la complessità del circuito.