Modalità di trasmissione
Ciao ! Benvenuto a questa sezione del mio sito. Qui ti parlerò dei vari modi in cui é possibile codificare/decodificare informazioni via radio e cercherò di essere il meno noioso possibile.
L'argomento trattato é necessariamente tecnico, per cui ti chiedo scusa se ogni tanto dovrò addentrarmi un pochettino nei dettagli; la trattazione é comunque strutturata per potersi avvicinare alle basi delle modalità correnti di trasmissione, sia esse analogiche che digitali; pertanto i "puristi" vogliano perdonarmi.
AM: Amplitude Modulation - Modulazione d'Ampiezza
Questo é un modo di trasmettere tanto vecchio quanto l'invenzione della radio. I primi segnali trasmessi da Guglielmo Marconi consistevano in un treno di impulsi generati da scintille su di un largo spettro di frequenze determinate dall'accoppiamento di una bobina con la capacità dell'antenna. I ronzii generati dai primi trasmettitori a scintille venivano demodulati da diodi (realizzati nei modi più disparati) che estraevano l'audio dal valore medio dell'ampiezza dell'onda. I trasmettitori a scintilla sono passati alla storia, ma la modulazione d'ampiezza no. La prima trasmissione pubblica in AM fu realizzata da Fessenden e consisteva in un programma musicale, poesia e la lettura di qualche passo della Bibbia. Era la sera di Natale del 1906.
Il principio di funzionamento dell'AM é quello di sovrapporre il segnale audio ad una onda detta onda portante, o più comunemente portante. Vi sono molti modi per produrre un segnale in AM ma tutti prevedono una moltiplicazione fra l'ampiezza dell'informazione da trasmettere con l'onda radio che la dovrà trasportare.
Come conseguenza della moltiplicazione si ottengono due segnali: il segnale somma ed il segnale differenza delle frequenza audio (AF) e radiofrequenza (RF). Questi due segnali derivanti dal "mixing" appaiono come bande laterali rispetto a quella che era la frequenza RF originaria.
Se si modula un segnale RF con un singolo tono audio e lo osserviamo all'oscilloscopio potremo vedere la modulazione AF sovrapposta alla portante; mentre se osserviamo lo stesso segnale all'analizzatore di spettro potremo vedere che il segnale "composito" osservato all'oscilloscopio é in realtà composto da tre distinte parti: un picco centrale e le due bande laterali.
Il picco centrale é identico al segnale RF prima dell'applicazione del segnale modulante.
Come segnale di riferimento, la portante ricopre un ruolo importante ma non fondamentale: in un segnale comprensivo di entrambe le bande laterali fornisce dei riferimenti di fase e di frequenza che consentono un ascolto fedele usando un semplicissimo ricevitore a diodo.
La portante fornisce anche un segnale di riferimento di ampiezza, utilizzato nei ricevitori per settare il guadagno dello stadio ricevente (CAG o AGC).
Infine, la portante contiene la maggior parte dell'energia a radiofrequenza del segnale trasmesso, mentre la maggior parte delle informazioni "audio" risiedono in ciascuna delle due bande laterali.
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SSB: Single Side Band - Banda Laterale Unica
Immediatamente dopo il secondo conflitto mondiale é stato sviluppato il metodo di trasmissione a portante soppressa ove viene trasmessa solo una delle due bande laterali; per far ciò ne viene soppressa una e la portante viene attenuata oppure azzerata completamente. Trattasi del modo SSB.
Se viene soppressa la banda laterale superiore si parlerà quindi di LSB (Lower Side Band); se viene soppressa quella inferiore si parlerà di USB (Upper Side Band).
La complessità nel generare un ricetrasmettitore SSB ne ha inizialmente limitato l'uso, ma la migliore efficienza energetica di una trasmissione SSB l'ha resa estremamente popolare nell'uso radiantistico. Per massimizzare il rendimento i radioamatori hanno deciso di trasmettere omettendo completamente la portante. In questo modo tutta la potenza disponibile resa dal trasmettitore viene utilizzata per propagare il segnale utile. La mancanza della portante impone nel ricevitore la presenza di una frequenza di riferimento molto precisa (20 Hz) per permettere di ricostruire un segnale intelleggibile.
Dal momento che il livello di fedeltà richiesto nelle comunicazioni radioamatoriali non é elevato, la perdita di qualità dell'audio riprodotto non é poi penalizzante.
La perdita del riferimento in ampiezza é stata ovviata riducendo la costante di tempo del circuito di controllo del guadagno (AGC) per poterlo far lavorare sul valore medio dell'ampiezza della banda laterale selezionata, valore che é in continuo cambiamento.
Per merito della maggiore efficienza energetica, la SSB é il modo preferito per trasmettere fonia su grandi distanze e, in certe casi (selective fading) la qualità audio può essere superiore a quella di un segnale AM in cui risulti difficile ricevere correttamente la portante. Un segnale SSB ha un guadagno effettivo di circa 9 dB rispetto ad un segnale AM della stessa potenza (circa 8 volte tanto).
L'SSB presenta oltretutto un altro grande vantaggio, ovvero la minore occupazione di banda necessaria per veicolare le informazioni audio.
Il segnale SSB può essere immaginato come un segnale spostato nello spettro della radiofrequenza e viene generato moltiplicando fra di loro i segnali AF e RF per poi filtrare la portante e la banda laterale indesiderata e non sommando i segnali fra di loro.
Oggigiorno la SSB viene usata non solo per trasmettere segnali audio ma anche segnali digitali, e partendo da un ricetrasmettitore SSB si può operare per esempio in PSK, in RTTY o in PACKET, generando i segnali con la scheda audio di un PC. Nel qual caso é ancora più importante che il trasmettitore utilizzato abbia un comportamento lineare altrimenti possono apparire prodotti di intermodulazione, allargando oltremodo lo spettro del segnale generato ed andando così a disturbare le frequenze adiacenti.
Alcune caratteristiche di un segnale SSB:
Soppressione della portante: almeno 40 dB sotto al valore di picco
Soppressione banda laterale indesiderata: almeno 40 dB sotto al valore di picco
Intermodulazione del terzo ordine: almeno 30 dB sotto al valore di picco
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FM: Frequency Modulation - Modulazione di Frequenza
Mentre l'AM varia il proprio valore in ampiezza a seconda del segnale audio in ingresso, la FM cambia la frequenza del segnale in modo che il valore istantaneo della frequenza rappresenti il livello in tensione del segnale modulante. Questo significa che il demodulatore estrarrà l'informazione generando un segnale in ampiezza determinato dalla frequenza dell'onda ricevuta. Infatti le trasmissioni in FM prevedono la conversione da ampiezza in frequenza e da frequenza in ampiezza.
La trasmissione in FM richede una banda piuttosto larga, determinata dalla frequenza massima del segnale audio che si vuole veicolare. Per determinare la larghezza di banda impegnata da una trasmissione FM si può usare la seguente formula empirica:
Bw=2(M+D)
ove Bw é la banda passante, M rappresenta la massima frequenza del segnale modulante e D é la deviazione massima del segnale trasmesso.
Esempi:
Trasmissione di voce con deviazione "stretta" (pari a ±2,5 KHz) adatta per canalizzazioni a 12,5 KHz:
Bw=2(3 KHz+2,5 KHz) = 11 KHz
Trasmissione di voce con deviazione "stretta" (pari a ±5 KHz) adatta per canalizzazioni a 25 KHz:
Bw=2(3 KHz+5 KHz) = 16 KHz
Trasmissione di musica con deviazione "larga" (pari a ±75 KHz) in mono (banda 88-108 MHz):
Bw=2(16 KHz+75 KHz) = 182 KHz
Come si vede, la modulazione di frequenza non é un sistema di trasmissione particolarmente efficiente, con l'aggravante che la potenza di picco corrisponde alla potenza media emessa dal trasmettitore, che risulta così essere impegnato alla massima potenza per il 100% del tempo.
Risulta anche evidente che é impensabile utilizzare l'FM per trasmettere in onda lunga, media e corta: visto il largo spettro occupato da ogni canale FM ci "starebbero dentro" ben poche stazioni per banda !!!
Di contro, il segnale trasmesso in FM é di qualità audio molto elevata e siccome la demodulazione non viene effettuata sull'ampiezza del segnale, la ricezione in FM é praticamente immune da scariche atmosferiche. Anche in FM si può operare con i modi digitali: di uso comune in FM sono il PACKET e l'APRS.
Normalmente in Italia i radioamatori iniziano ad usare la FM per frequenze superiori ai 144 MHz.
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CW: Continuous Wave - Telegrafia
Metodo di trasmissione tanto antico quanto efficiente. Scarno ed essenziale consiste nel trasmettere impulsi di portante secondo una sequenza prestabilita. Il CW utilizza il modo OOK (On-Off Keying) ed é anche il più vecchio e semplice modo di trasmissione digitale: per trasmettere si usa un tasto, per ricevere si usa l'orecchio: con la dovuta pratica si possono demodulare trasmissioni da 5 a 60 parole al minuto (WPM). Per molti radioamatori é il modo principe per "andare in aria" ed é ancora utilizzato per ragioni pratiche, e non di nostalgia.
Trasmissioni molto lente, accoppiate a filtri molto stretti in ricezione possono dare risultati migliori di trasmissioni veloci su filtri larghi, comunque sia, in CW con 5 Watt ed un pezzo di filo come antenna si fa tranquillamente il giro del mondo.
La banda passante occupata da un segnale CW é proporzionale rispetto alla velocità di "manipolazione": velocità elevate richiedono un filtro largo a sufficienza per poter far passare il segnale. La larghezza di banda dipende anche dal tempo di salita e di discesa della portante, nonché dalla sua forma che deve essere arrotondata, altrimenti si vengono a generare delle armoniche che vanno ad inquinare lo spettro per diversi KHz (i famosi "key clicks"). La ARRL (American Radio Relay League) raccomanda che il fronte di salita duri 5 msec; questo soprattutto per poter contenere la larghezza di banda entro i 150 Hz.
L'efficienza del codice Morse é ulteriormente aumentata dall'utilizzo intensivo di abbreviazioni standardizzate per rappresentare le parole comunemente utilizzate, alle quali va aggiunto il "codice Q". Utilizzando questi schemi multipli di abbreviazioni universalmente riconosciute, il CW può trasmettere velocemente informazioni utilizzando pochissima energia RF e occupando una banda che può essere 1/10 di quella utilizzata per una comunicazione in fonia. Vantaggi non da poco !
Infatti in CW sono possibili collegamenti che con altre modulazioni sono assolutamente negativi.
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RTTY: Radio Teletype - Radio Telescrivente
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