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La modulazione d'ampiezza

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Capitolo I<br />

LA MODULAZIONE D’AMPIEZZA<br />

I.1 - Generalità.<br />

Nella trasmissione dell’informazione da una sorgente ad un destinatario il segnale attraversa<br />

un canale che nella maggior parte dei casi è di tipo passa-banda; tale cioè da consentire<br />

la trasmissione a segnali che presentano uno spettro concentrato attorno ad una frequenza<br />

f 0 dipendente dalla caratteristica del canale. Se il segnale da trasmettere è di tipo<br />

Modulatore<br />

Canale di<br />

trasmissione<br />

Demodulatore<br />

passa-basso, ciò può essere ottenuto<br />

utilizzando un dispositivo detto modulatore,<br />

così com’è schematizzato in<br />

Fig. I.1 - Trasmissione di un segnale analogico<br />

Fig. I.1, che effettua una traslazione<br />

dello spettro del segnale in modo da conferirgli la caratteristica di segnale passa-banda adeguata<br />

per la trasmissione attraverso il canale passa-banda. È evidente che al rivelatore deve<br />

essere previsto un dispositivo inverso (demodulatore) che riporti il segnale ricevuto nella zona<br />

originaria dello spettro propria del segnale in ingresso.<br />

<strong>La</strong> <strong>modulazione</strong> sinusoidale utilizza come portante un segnale del tipo:<br />

(1) v0() t = V0cos(2 π f0t+ϕ<br />

0)<br />

Poiché 0 () V 0 , la frequenza f 0 e la fase ϕ 0 si possono<br />

ottenere, di conseguenza, tre tipi di modulazioni e cioè:<br />

• Modulazione di ampiezza (AM Amplitude Modulation) quando l’ampiezza V 0 varia linearmente<br />

con il segnale modulante;<br />

• Modulazione di frequenza (FM Frequency Modulation) quando la frequenza f 0 varia<br />

linearmente con il segnale modulante;<br />

• Modulazione di fase (PM Phase Modulation) quando la fase ϕ 0 varia linearmente con il<br />

segnale modulante.<br />

Nel caso della <strong>modulazione</strong> di ampiezza, detta Vt () l’ampiezza istantanea del segnale modulato<br />

e s()<br />

t il segnale modulante, che, per semplicità, si suppone a valor medio nullo e tale<br />

che sia (1)<br />

(I.1.2) st () ≤ 1<br />

risulta:<br />

(I.1.3) Vt () = V[ 1 + kst ()]<br />

essendo k A una costante che prende il nome di indice di <strong>modulazione</strong> di ampiezza.<br />

Il segnale modulato può quindi essere quindi scritto nella forma:<br />

v tst ; ( ) = V 1 + k st ( ) cos(2 π ft+ϕ<br />

)<br />

(I.1.4) ( ) [ ]<br />

0<br />

A<br />

0 A<br />

0 0<br />

(1) Si noti che se s()<br />

t non dovesse soddisfare tale condizione, basterebbe porre k A s(t) nella forma<br />

k A | s(t )| max ⋅s(t)/ | s(t) | max<br />

. Infatti identificando s(t )/ | s(t )| max<br />

con il segnale modulante e k A | s(t )| max<br />

con l’indice di <strong>modulazione</strong><br />

di ampiezza, le condizioni imposte risultano verificate.


- 2 - G. Mamola – Fondamenti di Comunicazioni Elettriche<br />

e presenta un andamento come quello riportato in Fig. I.2,a)<br />

st ()<br />

1<br />

−1<br />

vt ()<br />

[ + k s t]<br />

V0 1 A ( )<br />

t<br />

st ()<br />

kA<br />

v 0 () t + vt (; s())<br />

t<br />

+<br />

b)<br />

a)<br />

t<br />

Fig. I.2 - a) Segnale modulato AM; b) Schema di modulatore AM.<br />

Dalla (I.1.4) si deduce immediatamente la struttura di principio di un modulatore AM riportato<br />

in .Fig. I.2,b).<br />

I.1.1 - Caratteristiche spettrali del segnale modulato.<br />

Per determinare lo spettro del segnale modulato si osservi che dalla (I.1.4) si ha:<br />

V0<br />

jϕ0 j2πf0t − jϕ0 −j2πf0t<br />

(I.1.5) vtst ( ; ( )) = ( 1 + kst A ( ))( e e + e e )<br />

2<br />

che trasformata secondo Fourier diviene:<br />

V0<br />

jφ0 −jφ0 jφ0 − jφ0<br />

(I.1.6) V( f) = ⎡( e δ( f − f0) + e δ ( f + f0) ) + kA<br />

( e S( f − f0) + e S( f + f0)<br />

)<br />

⎤<br />

2 ⎣<br />

⎦<br />

avendo denotato con V( f ) ed<br />

S( f ) le trasformate di<br />

Fourier dei segnali vt () ed<br />

s()<br />

t rispettivamente. (v. Fig.<br />

I.3).<br />

Dalla stessa figura è facile<br />

riconoscere che l’estensione<br />

B<br />

AM<br />

dello spettro (unilatero)<br />

del segnale modulato vale:<br />

(I.1.7) B = 2 f<br />

AM<br />

m<br />

Vk<br />

0 A<br />

2<br />

Sf ( + f)<br />

0<br />

ϑ ( f + f ) +ϕ<br />

0 0<br />

V<br />

banda laterale<br />

superiore<br />

0<br />

δ<br />

0<br />

2 ( f + f )<br />

−f m<br />

banda laterale<br />

inferiore<br />

ϕ 0<br />

( ) Sf<br />

f m<br />

( ) ϑ f<br />

−f Bf 0<br />

0<br />

−ϕ 0<br />

AM<br />

f<br />

V<br />

banda laterale<br />

inferiore<br />

0<br />

δ<br />

0<br />

2 ( f − f )<br />

ϑ( f − f ) +ϕ<br />

Vk<br />

0 A<br />

2<br />

f<br />

banda laterale<br />

superiore<br />

0 0<br />

Sf ( − f)<br />

e cioè è doppia di quella del<br />

Fig. I.3 - Spettro del segnale modulato in AM.<br />

segnale in banda base.<br />

I.1.2 – Potenza specifica del segnale modulato.<br />

Poiché il segnale modulato è manifestamente un segnale a potenza finita, la sua potenza<br />

specifica vale:<br />

1 2<br />

(I.1.8)<br />

lim T<br />

P<br />

2<br />

( )<br />

v<br />

= v t dt<br />

T T<br />

∫<br />

→∞ − T<br />

e cioè:<br />

0


(I.1.9)<br />

Cap. I - <strong>La</strong> <strong>modulazione</strong> d’ampiezza - 3 -<br />

1<br />

P = V − k s t π f t + ϕ dt =<br />

v<br />

T<br />

2 2 2<br />

0<br />

lim [ 1<br />

A<br />

( )] cos ( 2<br />

0 0)<br />

T →∞ 2T<br />

∫−T<br />

2<br />

0 1 T<br />

2<br />

lim [ 1 kst<br />

A<br />

( )] [ 1 cos( 4 ft<br />

0<br />

2<br />

0)]<br />

dt<br />

2 T →∞ 2T<br />

∫−T<br />

2 2<br />

0 1 T<br />

2 V0<br />

1 T<br />

2<br />

T<br />

A<br />

T<br />

A<br />

T→∞<br />

∫−<br />

T→∞<br />

∫−<br />

V<br />

= − + π + ϕ =<br />

V<br />

= lim [ 1− kst ( )] dt+ lim [ 1− kst ( )] cos( 4π ft<br />

0<br />

+ 2ϕ0)<br />

dt<br />

2 2T<br />

2 2T<br />

N<br />

D’altra parte, ponendo T = = NT si può scrivere:<br />

0<br />

f<br />

(I.1.10)<br />

0<br />

T<br />

N −1<br />

( i+<br />

1)<br />

T<br />

2 0<br />

2<br />

1<br />

A<br />

4<br />

0<br />

2<br />

0 ∑ 1 4<br />

0<br />

2<br />

−T<br />

∫iT<br />

A<br />

0<br />

0<br />

i=−N<br />

N −1<br />

( i+<br />

1)<br />

T<br />

2<br />

0<br />

∑ A i ∫iT<br />

0 0<br />

0<br />

i=−N<br />

∫<br />

[ − kst ( )] cos( π ft+ ϕ ) dt= [ − kst ( )] cos( π ft+ ϕ ) dt≅<br />

≅ [ 1− kst ( )] cos( 4π ft+ 2ϕ ) dt=<br />

0<br />

dove si è supposto che è fm<br />


- 4 - G. Mamola – Fondamenti di Comunicazioni Elettriche<br />

(I.2.1) v( tst) = Vk 0 Ast π ft 0 +ϕ 0<br />

; ( ) ( )cos(2 )<br />

e presenta un andamento come quello rappresentato in Fig. I.4,a).<br />

( ) Sf<br />

( ) ϑ f<br />

−f m<br />

f m<br />

f<br />

ϑ( f − f ) +ϕ<br />

0 0<br />

Vk<br />

0 A<br />

2<br />

Sf ( + f)<br />

0<br />

ϕ 0<br />

Vk<br />

0 A<br />

2<br />

Sf ( − f)<br />

0<br />

ϑ ( f + f ) +ϕ<br />

0 0<br />

−f Bf 0<br />

0<br />

−ϕ 0<br />

DSB<br />

f<br />

banda laterale<br />

superiore<br />

banda laterale<br />

inferiore<br />

banda laterale<br />

inferiore<br />

banda laterale<br />

superiore<br />

Fig. I.5 - Spettro del segnale modulato in DSB.<br />

Lo schema di principio del modulatore è riportato in Fig. I.4,b).<br />

Se s()<br />

t è un segnale determinato lo spettro di vt () è espresso dalla (v. Fig. I.5):<br />

Vk 0<br />

0 0<br />

(I.2.2) ( ) A jφ<br />

− jφ<br />

V f = ⎡( e δ( f − f0) + e δ ( f + f0)<br />

)<br />

2 ⎣<br />

Dall'esame della Fig. I.5 si deduce che l'estensione dello spettro del segnale modulato è<br />

(I.2.3) B = 2 f<br />

DSB<br />

m<br />

mentre la potenza specifica vale:<br />

(I.2.4)<br />

P V k P k PP<br />

2<br />

2<br />

0 2 2<br />

v<br />

=<br />

A s<br />

=<br />

A 0 s<br />

I.3 – Modulazione a banda laterale unica (SSB).<br />

Dall’esame dello spettro del segnale modulato in AM, riportato in Fig. I.3, si nota che, a<br />

causa della simmetria delle bande laterali rispetto alla riga della portante, l’informazione associata<br />

al segnale modulato non si perde se si elimina in trasmissione, oltre che la portante,<br />

Sf ( )<br />

anche una delle due bande<br />

ϑ( f )<br />

laterali. Si ottiene così un<br />

−f terzo tipo di <strong>modulazione</strong> di<br />

m m f<br />

ampiezza, nota con la sigla<br />

SSB (Single Side Band). Lo<br />

ϑ( f − f )<br />

Vk 0<br />

+ϕ0<br />

Vk<br />

0 A<br />

0<br />

S ( f + f )<br />

A<br />

S ( f − f )<br />

− 0<br />

+ 0<br />

2<br />

ϕ 0<br />

spettro del segnale in SSB si<br />

2<br />

presenta allora come è<br />

−f 0<br />

0 f<br />

indicato in Fig. I.6 nel caso<br />

−ϕ B<br />

ϑ ( f + f ) +ϕ<br />

0<br />

SSB<br />

0 0<br />

in cui viene eliminata la<br />

banda laterale banda laterale banda laterale banda laterale banda laterale inferiore.<br />

superiore inferiore inferiore superiore<br />

Dall’esame di detta figura<br />

Fig. I.6 - Spettro del segnale modulato in SSB (banda laterale superiore). risulta che l’estensione dello


Cap. I - <strong>La</strong> <strong>modulazione</strong> d’ampiezza - 5 -<br />

spettro di un segnale SSB vale:<br />

(I.3.1) BSSB = fm<br />

e cioè metà di quella di un segnale modulato in AM o in DSB.<br />

I.4 - Modulazione a banda laterale residua (VSB).<br />

Da quanto visto in precedenza si deduce che la <strong>modulazione</strong> a banda laterale unica comporta<br />

una riduzione della banda e della potenza del segnale modulato. Per contro, riesce difficile<br />

isolare, in sede di <strong>modulazione</strong>, una banda laterale in quanto ciò comporterebbe<br />

l’impiego di un filtro la cui caratteristica di attenuazione dovrebbe presentare una transizione<br />

brusca in corrispondenza alla frequenza della portante. È stato allora introdotto un ulteriore<br />

tipo di <strong>modulazione</strong>, detta <strong>modulazione</strong> a banda laterale residua VSB (Vestigial Side<br />

Band), nella quale è soppressa solo in parte una banda laterale per mezzo di un filtro la cui<br />

caratteristica di attenuazione risulti graduale in corrispondenza alla frequenza f 0 .(v.Fig.<br />

I.7).<br />

Lo spettro del segnale modulato risulta:<br />

V0<br />

jϕ0 −jϕ0<br />

(I.4.1) V( f) = kAH( f) ⎡e S( f − f0) + e S( f + f0)<br />

⎤<br />

2 ⎣<br />

⎦<br />

<strong>La</strong> forma di V( f ) dipende ovviamente dalla funzione di trasferimento del filtro di banda<br />

H ( f ); comunque dall’esame della Fig.<br />

I.7 si deduce che l’estensione dello<br />

spettro del segnale modulato vale<br />

(I.4.2) B = (1 +δ ) f<br />

VSB<br />

con δ< 1. Poiché δ è di norma piccolo,<br />

la banda occupata dalla <strong>modulazione</strong><br />

VSB si può considerare dell’ordine di<br />

f m .<br />

<strong>La</strong> potenza specifica associata al<br />

segnale modulato vale:<br />

2<br />

0 2 1 2<br />

(I.4.3) Pv = V kAPs = kAP0<br />

P<br />

4 2<br />

dato che essa è eguale alla potenza che<br />

compete a una sola banda laterale.<br />

m<br />

−f 0<br />

Sf ( )<br />

−f m<br />

Vf ( )<br />

f m<br />

f f 0<br />

f m<br />

Hf ( )<br />

δf m<br />

Fig. I.7 - Spettro del segnale modulato in VSB.<br />

Per dedurre l’espressione analitica del segnale modulato in SSB o in VSB basta considerare<br />

che lo spettro del segnale rappresentato nelle Fig. I.6 e Fig. I.7 può essere ottenuto filtrando<br />

un segnale in DSB con un filtro passa alto o passa basso a seconda se si vuole sopprimere<br />

la banda laterale inferiore o superiore. Se ht () denota la risposta impulsiva di tale<br />

filtro si ha:<br />

∞<br />

∞<br />

∫−∞<br />

∫ −∞<br />

Essendo f0 t 0 f0t 0 f0 f0t 0 f0<br />

(I.4.4) vtst (; ()) = vDSB<br />

( t−τ) h( τ) dτ= Vk 0 A st ( −τ)cos[2 πf0( t−τ ) +ϕ0] h( τ)<br />

dτ<br />

diviene:<br />

cos[2 π ( −τ ) +ϕ ] = cos(2 π +ϕ )cos(2 π τ ) + sin(2 π +ϕ )sin(2 π τ ) , la precedente<br />

f


- 6 - G. Mamola – Fondamenti di Comunicazioni Elettriche<br />

vtst (; ()) = Vk 0 A ⋅<br />

(I.4.5)<br />

⋅ cos(2 π f t+ϕ )<br />

∞<br />

s( t−τ) h( τ)cos(2 πf τ) dτ+ sin(2 π f t+ϕ )<br />

∞<br />

s( t−τ) h( τ)sin(2 πf τ)<br />

dτ<br />

{ 0 0 ∫<br />

0 0 0 0<br />

−∞<br />

∫−∞<br />

}<br />

che può essere riscritta nella forma seguente:<br />

vtst (; ()) = Vk 0 A vf ()cos(2 t π ft 0 +ϕ0) −vq()sin(2 t π ft 0 +ϕ 0)<br />

in cui le componenti in fase ed in quadratura vf<br />

() t e vq<br />

() t valgono:<br />

⎧⎪ vf<br />

() t = s() t ∗hf<br />

() t<br />

(I.4.7)<br />

⎨<br />

⎪⎩<br />

vq() t =−s() t ∗hq()<br />

t<br />

(I.4.6) { }<br />

dove:<br />

(I.4.8)<br />

⎧⎪ hf<br />

() t = h()cos( t 2πf0t)<br />

⎨<br />

⎪⎩ hq<br />

() t = h()sin( t 2πf0t)<br />

che trasformate danno luogo alle:<br />

⎧ H( f − f0) + H( f + f0)<br />

H f ( f) ≡<br />

rect<br />

⎪<br />

2<br />

(I.4.9) ⎨<br />

⎪ H( f − f0) − H( f + f0)<br />

Hq<br />

( f) ≡<br />

rect<br />

⎪⎩<br />

2 j<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ f ⎟<br />

⎜2<br />

f ⎟<br />

⎝ m ⎠<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ f ⎟<br />

⎜2<br />

f ⎟<br />

⎝ m ⎠<br />

cos(2 π ft+ϕ<br />

)<br />

0 0<br />

H ( f)<br />

f<br />

⊗<br />

st ()<br />

vtst (; ())<br />

Hq ( f ) ⊗<br />

0 0<br />

⊕<br />

sin(2 π ft+ϕ<br />

)<br />

Fig. I.8 - Schema di principio di un modulatore<br />

VSB.<br />

È da osservare che poiché s()<br />

t è un segnale passa-basso con banda f m , le risposte in frequenza<br />

H f ( f ) e Hq<br />

( f ) sono valutate [ − fm,<br />

fm]<br />

.<br />

Sulla base delle (I.4.6), (I.4.7) e (I.4.9) lo schema di principio di un modulatore VSB si<br />

presenta come è mostrato in Fig I.8.<br />

Nel caso di <strong>modulazione</strong> SSB è facile verificare che le componenti H<br />

f<br />

( f ) e H<br />

q( f ) sono date<br />

dalle:<br />

(I.4.10)<br />

⎧ 1 ⎛ ⎞<br />

f<br />

H f ( f) rect ⎜ ⎟<br />

=<br />

2<br />

⎜2<br />

f ⎟<br />

⎪<br />

⎝ m ⎠<br />

⎨<br />

⎪ 1<br />

Hq<br />

( f) =− sgn( f)rect<br />

⎪⎩ 2 j<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ f ⎟<br />

⎜2<br />

f ⎟<br />

⎝ m ⎠<br />

se si elimina la banda laterale inferiore e<br />

⎧ 1 ⎛ ⎞<br />

f<br />

H f ( f) rect ⎜ ⎟<br />

=<br />

2<br />

⎜2<br />

f ⎟<br />

⎪<br />

⎝ m ⎠<br />

(I.4.11)<br />

⎨<br />

⎪ 1<br />

Hq<br />

( f) = sgn( f) rect<br />

⎪⎩ 2 j<br />

⎛ ⎞<br />

⎜ f ⎟<br />

⎜2<br />

f ⎟<br />

⎝ m ⎠<br />

se si elimina la banda laterale superiore. Poiché, com’è facile verificare, risulta<br />

{ ( )}<br />

1 sgn( f ) 1 Pf 1<br />

2 j<br />

2π<br />

t<br />

(I.4.12)<br />

essendo:<br />

(I.4.13)<br />

= F , le (I.4.7), tenendo conti delle (I.4.10) e (I.4.11) danno luogo alle:<br />

⎧ 1<br />

⎪⎣ ⎡ s * hf<br />

⎤ ( t) = s( t)<br />

⎪ ⎦ 2<br />

⎨<br />

1 ⎪⎡s * hq<br />

⎤ ( t ) =± s ˆ(<br />

t )<br />

⎪⎩ ⎣ ⎦ 2<br />

∞<br />

1 s( τ)<br />

sˆ( t) = VP dτ<br />

π ∫ t - τ<br />

la trasformata di Hilbert di s()<br />

t . Il segnale modulato è allora:<br />

V<br />

0<br />

(I.4.14) vtst (; ()) = k [ st ()cos(2 π ft+ϕ ) + st ˆ()sin(2 π ft+ϕ<br />

)]<br />

2 A<br />

-∞<br />

0 0 0 0<br />

Se si fosse eliminata la banda laterale superiore si sarebbe avuto


(I.4.15)<br />

e quindi:<br />

Cap. I - <strong>La</strong> <strong>modulazione</strong> d’ampiezza - 7 -<br />

V<br />

⎧ 1<br />

⎡ s * hf<br />

⎤ ( t) = s( t)<br />

⎪⎣<br />

⎦ 2<br />

⎨<br />

1 ⎪⎡s * hq<br />

⎤ ( t ) =− s ˆ(<br />

t )<br />

⎪⎩ ⎣ ⎦ 2<br />

0<br />

(I.4.16) vtst (; ()) = k [ st ()cos(2 π ft+ϕ ) ∓ st ˆ()sin(2 π ft+ϕ<br />

)]<br />

2 A<br />

0 0 0 0<br />

dalla quale si deduce che un segnale modulato in SSB è ottenuto dalla somma (o differenza)<br />

di due segnali modulati in DSB le cui portanti risultano sfasate di 2<br />

π<br />

l’una rispetto all’altra.<br />

Da quanto detto si evince che le varie forme con cui si può presentare un segnale modulato<br />

in ampiezza possono essere rappresentate da un’unica espressione del tipo:<br />

(I.4.17) vtst ( ; ( )) = V0{ vf<br />

( t)cos(2 π ft 0 +ϕ0) −vq( t)sin(2 π ft 0 +ϕ 0)<br />

}<br />

in cui la quantità vf<br />

() t e vq<br />

() t sono definite come indicato nella Tabella I.<br />

<strong>La</strong> (I.4.17) può essere interpretata come la somma di due modulazioni DSB con portanti<br />

in quadratura e con modulanti vf<br />

() t e vq<br />

() t rispettivamente. <strong>La</strong> grandezza<br />

(I.4.18)<br />

2 2<br />

f q<br />

Vt () = v() t+<br />

v()<br />

t<br />

costituisce l’inviluppo di <strong>modulazione</strong>. Definendo infine con ϑ () t la quantità:<br />

vq<br />

() t<br />

(I.4.19)<br />

ϑ ( t) = arctan<br />

v () t<br />

la (I.4.17) può porsi nella forma:<br />

(I.4.20) vtst (; ()) = V()cos(2 t π ft 0 +ϑ () t +ϕ 0)<br />

f<br />

Tabella I.1<br />

v () t v () t<br />

f<br />

q<br />

Banda<br />

AM 1 + k A s ( t )<br />

0 2 f m<br />

DSB kAs()<br />

t 0 2 f m<br />

1<br />

1<br />

SSB k ()<br />

2 As t<br />

± k<br />

2 Asˆ( t)<br />

f m<br />

∞<br />

∞<br />

VSB kA∫<br />

s( t−τ) hf<br />

( τ)<br />

dτ<br />

kA∫ s( t− τ) hq( τ)<br />

dτ<br />

(1 + δ ) f m<br />

−∞<br />

−∞<br />

I.5 - <strong>La</strong> rivelazione dei segnali modulati in ampiezza.<br />

Il processo di rivelazione o de<strong>modulazione</strong> consiste nell’estrarre dal segnale modulato vt ()<br />

il segnale modulante s()<br />

t . I metodi di rivelazione si possono raggruppare in due fondamentali<br />

categorie: rivelazione coerente e rivelazione non coerente (o ad inviluppo).<br />

I.5.1 - Rivelazione coerente.<br />

Un tale tipo di rivelazione consiste nel moltiplicare il segnale<br />

modulato per una portante locale la cui frequenza e<br />

fase sono eguali a quelle proprie della portante di <strong>modulazione</strong><br />

in arrivo al ricevitore. <strong>La</strong> struttura di un tale tipo di<br />

ricevitore è riportata in Fig. I.9. Detta<br />

v r (t)<br />

v( t;s(t) ) w(t)<br />

(I.5.1) vr() t = Vr<br />

cos(2 π f0t+ϕ<br />

0)<br />

la portante locale, il segnale wt () in uscita dal moltiplicatore vale:<br />

P.B.<br />

s u<br />

(t)<br />

Fig. I.9 - Rivelatore coerente


- 8 - G. Mamola – Fondamenti di Comunicazioni Elettriche<br />

(I.5.2) wt () = Vvt r ()cos(2 π ft 0 +ϕ 0)<br />

che tenendo conto dell’espressione del segnale vt () (v. Tab. I.1) si può porre nella forma:<br />

(I.5.3)<br />

2<br />

{ }<br />

wt () = VV v ()cos t (2 π ft+ϕ ) −v()sin(2 t π ft+ϕ )cos(2 π ft+ϕ ) =<br />

0 r f 0 0 q<br />

0 0 0 0<br />

VV 0 r v t ft v t ft<br />

{ f ()1 [ cos(4 0 2 0) ] q()sin(4 0 2 0)<br />

}<br />

= + π + ϕ − π + ϕ<br />

2<br />

Sopprimendo le componenti ad alta frequenza, il segnale in uscita dal filtro passa-basso vale:<br />

VV 0 r<br />

(I.5.4)<br />

su() t = vf<br />

() t<br />

2<br />

Tenendo presente le espressioni di v () t per i casi di <strong>modulazione</strong> presi in esame, si ha:<br />

(I.5.5)<br />

f<br />

AM<br />

VV 0 r<br />

su( t) =<br />

2<br />

1 + kAs( t)<br />

DSB<br />

SSB<br />

VV 0 r<br />

su( t) = kAs( t)<br />

2<br />

VV 0 r<br />

su( t) = kAs( t)<br />

4<br />

[ ]<br />

∞<br />

VV 0 r<br />

u A f<br />

4 ∫<br />

−∞<br />

VSB s ( t) = k s( t−τ) h ( τ)<br />

dτ<br />

Il segnale rivelato risulta, tranne che per la VSB, linearmente dipendente dal segnale s()<br />

t .<br />

Ben diversa è la situazione nel caso di <strong>modulazione</strong> VSB, in cui il segnale rivelato si presenta<br />

proporzionale alla convoluzione tra hf<br />

() t e s()<br />

t e cioè:<br />

VV 0 r<br />

(I.5.6)<br />

Su( f) = kAH f ( f) S( f)<br />

2<br />

dove S u ( f ) denota la trasformata di Fourier di su<br />

() t . Imponendo in tal caso la condizione che<br />

su () t risulti una replica ritardata di s(t) si ottiene:<br />

j2<br />

ft0<br />

(I.5.7) H ( f)<br />

= ke ′<br />

− π<br />

f<br />

Ricordando le (I.4.10) e (I.4.11), la precedente diviene:<br />

j2<br />

ft0<br />

(I.5.8) H( f − f0) + H( f + f0)<br />

= ke − π<br />

essendo k = 2k′<br />

ed in cui H ( f ) rappresenta la risposta in frequenza del filtro di banda impiegato<br />

nel modulatore VSB. Indicando con A( f ) e le caratteristiche di attenuazione e fase<br />

del filtro H ( f ), dalla (I.5.8) si ha:<br />

jϑ 0 0 0<br />

(I.5.9) ( f −f ( ) jϑ ( f + f ) −j 2 πft<br />

A f − f0) e + A( f + f0)<br />

e = ke<br />

Se la caratteristica di fase del filtro è simmetrica rispetto a f 0 e cioè se è:<br />

(I.5.10) ϑ ( f + f0) =−ϑ( f0 − f) =ϑ( f − f0) ≡α ( f)<br />

si ottiene dalla (I.5.9):<br />

j ( f ) j2<br />

ft<br />

A f f0 A f f0<br />

e α ke − π<br />

0<br />

(I.5.11) [ ( − ) + ( + )] =<br />

e pertanto:<br />

(I.5.12)<br />

A( f − f ) + A( f + f ) = k<br />

0 0<br />

α ( f) = −j2πft<br />

0<br />

che costituiscono le condizioni che garantiscono una perfetta ricezione del segnale VSB.<br />

In Fig. I.10 è riportata una possibile caratteristica di ampiezza per il filtro di banda H ( f )<br />

nel caso in cui si vuole eliminare parzialmente la banda laterale inferiore.


Cap. I - <strong>La</strong> <strong>modulazione</strong> d’ampiezza - 9 -<br />

Af ( )<br />

Af ( 0)<br />

1<br />

1<br />

2<br />

f0<br />

− f δ f 0 f 0 + f δ f<br />

Fig. I.10 - Caratteristica di ampiezza<br />

del filtro vestigiale.<br />

Una possibile caratteristica che soddisfa la prima<br />

delle condizioni (I.5.12) è la cosiddetta caratteristica a<br />

coseno rialzato definita dalla:<br />

⎧0<br />

f ≤ f − f<br />

0 δ<br />

A( f)<br />

⎪ 1 π( f −f0<br />

)<br />

(I.5.13) = ⎨<br />

2( 1+<br />

sin<br />

2 ) f0 − f f f0<br />

f<br />

A( f0)<br />

f<br />

δ ≤ ≤ + δ<br />

δ<br />

⎪<br />

⎪⎩ 1<br />

f ≥ f + f<br />

0 δ<br />

in cui f δ individua l’estensione della banda residua.<br />

I.5.2 - Rivelazione per inviluppo.<br />

Un rivelatore ad inviluppo produce in uscita un segnale proporzionale all’inviluppo di <strong>modulazione</strong>.<br />

È ovvio che, tenendo presente la (I.4.18), l’inviluppo di <strong>modulazione</strong> è proporzionale<br />

al segnale modulante solo nel caso della <strong>modulazione</strong> AM con indice di <strong>modulazione</strong><br />

non superiore al 100% . In effetti:<br />

a) nel caso di <strong>modulazione</strong> SSB l’inviluppo di <strong>modulazione</strong> oltre al segnale modulante contiene<br />

anche la sua trasformata di Hilbert;<br />

b) nel caso di segnale DSB il segnale in uscita è proporzionale a | s(t )|; si introduce pertanto<br />

uno sfasamento di 180° quando il segnale modulante è negativo.<br />

vt () wt () su<br />

() t Prendendo in esame soltanto la <strong>modulazione</strong> AM, lo<br />

P.B.<br />

schema di principio di un rivelatore ad inviluppo si<br />

Fig. I.11 – Schema di principio di un<br />

rivelatore ad inviluppo<br />

presenta come è indicato in Fig. I.11. Esso è cioè<br />

costituito da un rettificatore ideale, la cui caratteristica è rappresentata in Fig. I.12, e da un<br />

filtro passa basso con frequenza di taglio pari a f m .<br />

Poiché dalla Fig. I.12 si deduce<br />

wt () = vt () ⋅ u vt ()<br />

(I.5.14) ( )<br />

dove u()<br />

⋅ rappresenta la funzione a gradino unitaria, il segnale in<br />

uscita dal raddrizzatore vale:<br />

wt () = V()cos t 2 π ft+ϕ ⋅u⎡⎣<br />

V()cos t 2π ft+ϕ<br />

(I.5.15) ( ) ( )<br />

0 0 0 0<br />

dove si è fatto uso dell’espressione per il segnale modulato. Si osservi che, essendo per le<br />

ipotesi fatte, V(t) = V 0 1+ k A s(t) = V 0 [ 1+ k A s(t) ]≥ 0 si ha:<br />

wt () = V()cos t 2π ft+ϕ ⋅u cos 2π ft+ϕ<br />

(I.5.16) ( 0 0) ( ( 0 0)<br />

)<br />

⎤⎦<br />

y<br />

y= x⋅u()<br />

x<br />

x<br />

Fig. I.12 – Caratteristica<br />

di un rettificatore ideale.<br />

cos( x) ⋅u( cos( x)<br />

)<br />

È immediato rendersi conto che la quantità<br />

hx ( ) = cos( x) ⋅ ucos( x)<br />

è una funzione periodica<br />

( )<br />

di periodo 2π come si deduce dall’esame della<br />

Fig. I.13, per cui rappresentando la h(t) in serie<br />

x<br />

di Fourier si ha:<br />

∞<br />

cos( x)<br />

2π<br />

(I.5.17)<br />

hx ( ) = ∑ Hn<br />

cos( nx)<br />

Fig. I.13 – Rappresentazione della funzione h(x) .<br />

n=<br />

0<br />

All’uscita del filtro passa-basso quindi si riscontra il segnale:<br />

(I.5.18) su() t = V0H0[1 + kAs()]<br />

t<br />

che è linearmente dipendente dal segnale modulante s(t) .

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