Click here to load reader

· Web viewEssa consiste nella trasmissione in etere della portante, solamente quando il segnale modulante è a livello logico alto. Il circuito che produce un segnale di questo tipo

  • View
    213

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of · Web viewEssa consiste nella trasmissione in etere della portante, solamente quando il...

In questa sezione espanderemo tutto ci che legato con la trasmissione dei dati dal telecomandino all'automobile. Perch questo avvenga, sono stati utilizzati dei moduli precostruiti, prodotti dalla Aurel (per ulteriori informazioni, visitare il sito www.aurel.it). La scelta di questi componenti stata effettuata sotto consiglio dei tecnici della NutChip: i moduli usati sono, infatti, di facile utilizzo e forniscono una trasmissione di buona qualit, a velocit non molto elevate. Il loro compito quello di modulare in ampiezza i dati in forma digitale ad una frequenza massima di 4000 bit/sec con una portante di 433,92 MHz (la banda libera nel nostro paese). La modulazione effettuata sar quindi di tipo ASK (Amplitude Shift Keying).Al fine di ottenere una trasmissione senza errori dei dati necessario costruire una corretta antenna (sia ricevente che trasmittente): vedremo in seguito quali qualit deve avere.

Al termine della costruzione dei moduli, occorre verificare la qualit della comunicazione, tramite svariati test che prendono in esame, ad esempio, la velocit della trasmissione o la distanza tra i moduli. Passiamo, quindi, alla spiegazione vera e propria dei metodi usati per inviare il doppio ottetto di bit dal telecomando all'automobile.

Se volessimo inviare un messaggio di qualsiasi natura (quale audio, video,...) sottoforma di impulsi elettrici, non potremmo trasmetterlo in maniera diretta attraverso il canale di comunicazione, per svariate ragioni:

- Come primo motivo, un segnale digitale (che assume, quindi, solamente due livelli di tensione) non pu creare onde elettromagnetiche per la trasmissione attraverso l'etere. Esse, infatti, possono essere prodotte solamente da una tensione variabile nel tempo.

- Inoltre, solamente tramite con una modulazione si pu effettuare una multiplazione: essa una tecnica molto diffusa che consente di avere molte trasmissioni in contemporanea sullo stesso canale di comunicazione. Senza l'uso della modulazione, infatti, i segnali inviati si disturberebbero a vicenda, rendendo incomprensibili tutti i messaggi.

- Per ultimo, ma non per ordine d'importanza, citeremo un problema legato alle dimensioni delle antenne. Come vedremo in seguito, la lunghezza dell'illuminatore di un'antenna deve essere inversamente proporzionale alla frequenza del messaggio che deve trasmettere o ricevere. Per segnali audio con una banda passante di media dimensione (di norma circa 12KHz), quindi, si dovrebbero utilizzare antenna di una lunghezza spropositata.

Per ovviare a questi inconvenienti stata adottata la tecnica della modulazione: il messaggio da inviare (detto "segnale modulante") che pu avere sia natura analogica che digitale, viene utilizzato per modificare uno dei parametri (ampiezza, frequenza o fase) del segnale portante, il quale deve essere obbligatoriamente di origini sinusoidali e isofrequenziale, e possibilmente di frequenza elevata. In questo modo, non porremo in linea direttamente il segnale modulante, ma uno modulato che prende alcune caratteristiche dalla portante, ma mantiene il suo andamento in maniera tale da poter essere estrapolato in fase ricettiva.

Come ho gi detto, i parametri della portante modificati a seconda dell'andamento del segnale modulante sono tre: ampiezza, frequenza e fase. Esisteranno quindi tre tipi di modulazione: modulazione in ampiezza (Amplitude Modulation - AM), modulazione in frequenza (Frequency Modulation - FM) e modulazione in fase, usata soprattutto con modulanti digitali (perci prende la particolare denominazione PSK - Phase Shift Keying).

In questo paragrafo, per vedremo solamente la modulazione in ampiezza, usata con modulante digitale nel modulo trasmissivo (e per questo prende il nome di modulazione ASK - Amplitude Shift Keying). Modulare in ampiezza significa alterare istante per istante l'ampiezza di un'onda sinusiodale portante, in funzione dell'andamento del segnale modulante; mantenendo per costanti gli altri parametri.

Affinch avvenga una corretta modulazione si devono rispettare alcune regole. La frequenza della portante, infatti, deve essere di molto superiore rispetto a quella del segnale modulante. Questo deve essere verificato perch lo sfasamento tra le due onde, anche nel caso pi sfavorevole, sia irrilevante o comunque molto contenuto. L'ampiezza del segnale modulante, inoltre, non deve superare quella della portante, al fine di evitare la sovramodulazione, situazione che prevede senz'altro la distorsione del segnale modulato rispetto alla modulante e un'impossibilit di recuperare una parte del segnale per ricostruirlo in fase di ricezione.

Osserviamo ora i due segnali, portante e modulante, componenti necessarie alla modulazione.

(segnale portante)

(

(segnale modulato AM)

(segnale modulante)

Assodato che la frequenza della portante di molto superiore a quella della modulante e che, viceversa, l'ampiezza dell'onda modulante maggiore di quella della portante; e dopo aver considerato i due segnali come normali onde dall'andamento sinusoidale, possiamo scrivere l'equazione del segnale modulato AM: la sua ampiezza corrisponde alla sommatoria tra la massima della portante e il valore istantaneo della modulante; la sua frequenza, invece, sar pari a quella della portante. Il grafico a lato mostra in modo decisamente pi chiaro il concetto spiegato.

La prima forma d'onda arancione, infatti, ricorda l'andamento di un segnale modulante; mentre la seconda colorata in blu si riferisce ad una generica portante (con frequenza superiore di molto rispetto a quella della modulante). Il risultato rappresentato sotto in verde un segnale con frequenza pari a quella della portante e ampiezza variabile. Osservando le regioni in cui il segnale modulato nullo, il segnale modulante avr ampiezza pari a quella della portante. Essa sar quindi la somma algebrica tra tensione picco-picco della portante e valore istantaneo della modulante.

In verde pi chiaro mostrato l'inviluppo che si pu ottenere da un segnale di questo genere: esso tale e quale al messaggio modulato originario.

Prendendo in considerazione l'espressione del segnale modulato AM, si possono eseguire delle importanti semplificazioni:

In quest'altra espressione contenuta la definizione di indice di modulazione: un importante coefficiente , detto anche profondit di modulazione, espresso dal rapporto tra la massima ampiezza del segnale modulante e quella della portante, il quale sta ad indicare la qualit della modulazione.Ricordiamo che per ottenere dei buoni risultati questo rapporto non deve superare la soglia dell'unit: se lo facesse significa che la tensione tra picchi del segnale modulato maggiore rispetto all'ampiezza della portante, portando ad una sovramodulazione (solitamente ma fissato a 0,7).

Prima di prendere in considerazione lo spettro delle frequenze di un comune segnale modulato AM, occorre applicare la formula di Werner, al fine di scindere la moltiplicazione tra le due funzioni sinusoidali e rendere in questo modo pi semplice il calcolo. La formula di Werner riportata qui sotto.

Per ovvie ragioni legate alla lunghezza dei passaggi, riportiamo solamente l'espressione ricavata nella sua forma finale:

Da questa si pu comprendere che lo spettro delle frequenze prevede due altre armoniche, oltre alla portante: una di frequenza pari a 2(p - m) - Banda Laterale Inferiore, BLI - e l'altra, simmetrica a questa rispetto alla portante, di frequenza 2(p + m) - Banda Laterale Superiore, BLS - ma entrambe con la medesima ampiezza uguale alla met del segnale modulante.

In caso di segnale modulante complesso, formato cio da numerose componenti sinusoidali, ogni armonica porterebbe alla formazione di altre due componenti simmetriche tra loro separate dalla portante. Il messaggio che dobbiamo inviare, infatti, in forma digitale.

Per questo motivo seguiremo la nostra spiegazione con la teoria riguardante la modulazione in ampiezza di segnali digitali, chiamata pi specificatamente ASK (Amplitude Shift Keying).

Come abbiamo appena detto, con questo tipo di modulazione entriamo nel campo delle trasmissioni di dati digitale tramite una portante sinusoidale.

Da come possiamo notare dai grafici che seguono, per ottenere un segnale modulato ASK si deve operare una vera e propria moltiplicazione tra i dati in forma digitale e la portante analogica. Esistono per due tipologie di segnali digitali: una unipolare, ad esempio un segnale TTL compatibile che prevede il livello logico basso a tensione nulla, mentre il livello alto quando la tensione raggiunge i 5V. L'altro tipo il bipolare: il classico segnale in uscita alla seriale di un computer che presenta i livelli logici simmetrici rispetto alla massa e perci uno positivo e l'altro negativo.

In questo modo, potranno delinearsi due tipi di modulazione digitale in ampiezza: l'ASK vera e propria che ottenuta con segnali digitali bipolari e l'OOK (On-Off Keying) che ricavata con un segnale modulato unipolare. Essa consiste nella trasmissione in etere della portante, solamente quando il segnale modulante a livello logico alto. Il circuito che produce un segnale di questo tipo il seguente:

Se avessimo avuto un segnale modulante digitale bipolare avremmo ottenuto come risultato della modulazione, non un appiattimento della portante ma la sua trasmissione con salto di fase di 180 in corrispondenza del fronte di discesa (vedi grafico a lato). Il circuito che verifica questo tipo di segnale modulante un semplice moltiplicatore.

Durante l'analisi dello spettro di frequenza del segnale modulato ASK ci serviamo dello sviluppo in serie di Fourier. In questo modo risulta che l'onda risultante composta dalle armoniche i cui parametri sono riportati nella seguente tabella:

n

Frequenza

Ampiezza