Modulazioni digitali o numeriche

La modulazione digitale o numerica è quella in cui il segnale modulante rappresenta un'informazione in formato binario, cioè un insieme di valori che possono essere o zero o 1. La modulazione numerica viene impiegata nei modem, nei cellulari, nella TV digitale e satellitare, nei ponti radio.

Vi sono tre tipi fondamentali:

ASK (Amplitude Shift Keying ) cioè modulazione a cambiamento di ampiezza;

FSK (Frequency Shift Keying ) cioè modulazione a cambiamento di frequenza;

PSK (Phase Shift Keying ) cioè modulazione a cambiamento di fase.

Modulazione digitale di ampiezza ASK

La modulazione digitale di ampiezza consiste in una frequenza portante molto elevata f_p che si mantiene sempre costante; la modulante è un segnale binario; quando la modulante è zero la portante non viene trasmessa; quando la modulante è 1 la portante viene trasmessa con una ampiezza costante.

 Quindi possiamo dire che la portante o assume un valore zero oppure assume un valore costante sia in ampiezza che in frequenza. Questo tipo di modulazione digitale di ampiezza è detto OOK ( On Off Keying ).

Modulazione digitale di frequenza FSK

La modulazione digitale di frequenza consiste in una frequenza portante molto elevata f_p che varia come frequenza tra due valori prefissati, dei quali uno rappresenta lo zero binario e l'altro l'uno binario; la modulante è un segnale binario; quando la modulante è zero la portante assume un certo valore di frequenza f₁; quando la modulante è 1 la portante  assume un altro valore di frequenza f₂; l'ampiezza delle due portanti è sempre costante.

Questo tipo di modulazione è usata nei cellulari e nei ponti radio.

Modulazione digitale di fase PSK (Phase Shift Keying) 

La modulazione digitale di fase consiste nel variare la fase della portante in base al valore binario assunto dalla modulante; se la modulante ha valore 1 la portante resta inalterata; se la modulante ha valore 0 la portante viene sfasata di 180°.

La frequenza e l'ampiezza della portante restano inalterate, cioè si modifica solo la fase.

Vi sono diversi tre tipi fondamentali di modulazione di fase PSK a seconda del numero di parti in cui viene diviso un angolo giro di 360°; 

1 - se dividiamo l'angolo giro in due parti uguali, ciascuna di 180° abbiamo la modulazione di fase 2-PSK.

Vi è quindi una corrispondenza tra numero binario e sfasamento della portante:

2 - se dividiamo l'angolo giro in quattro parti uguali, ciascuna di 90° abbiamo la modulazione di fase 4-PSK.

Vi è quindi una corrispondenza tra numero binario e sfasamento della portante:

3 - se dividiamo l'angolo giro in otto parti uguali, ciascuna di 45° abbiamo la modulazione di fase 8-PSK.

Vi è quindi una corrispondenza tra numero binario e sfasamento della portante:

Codice Gray

Quando si trasmette un segnale binario vi possono essere numerosi errori nella interpretazione dello stato logico 0 e dello stato logico 1, in quanto il salto dal livello logico, da 0 a quello 1, oppure da 1 a 0, comporta la generazione di disturbi nei circuito elettronici, con conseguenti inevitabili errori. Per ridurre il numero di disturbi si usa codificare i bit da trasmettere in modo da fare in modo che il bit che cambia valore sia unico.

Esempio

se passo dal numero binario 000 a quello 111 vi sono tre bit che cambiano valore, passando ciascuno da 0 a 1; se invece costruisco un codice del tipo:

noto che nel passaggio da una posizione alla successiva cambia un solo dei tre bit che costituiscono il dato digitale. Anche passando dall'ultima posizione alla prima, cambio un solo bit. In questo modo riduco il numero di disturbi rispetto all'ordine normale. Questo tipo di codice si chiama codice Gray, in quanto brevettato da Frank Gray nel 1953. Con due bit il codice Gray è il seguente:

Le modulazioni di fase vanno quindi modificate in modo da ridurre il numero di errori di trasmissione.

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