La modulazione è l’eroe non celebrato della comunicazione moderna. Senza di esso, le tue telefonate sarebbero silenziose e il tuo Wi-Fi sarebbe un mito. In elettronica, è semplicemente la tecnica di imprimere informazioni su un’onda portante a radiofrequenza. Puoi variare le caratteristiche dell’onda, come ampiezza, frequenza o fase, per adattarle ai dati che desideri inviare. Voce. Musica. Dati. Immagini. Tutto dipende da quella compagnia aerea.
Ci sono molti modi per farlo. Ciascun metodo altera un tratto specifico dell’onda per codificare il segnale. Gli obiettivi più comuni sono ampiezza, frequenza, fase, sequenza di impulsi e durata dell’impulso.
Tecniche di modulazione analogica
La modulazione analogica tratta l’onda portante come un flusso continuo. Non utilizza cifre binarie come i metodi digitali. Funziona invece con le proprietà fisiche dell’onda stessa. I tre grandi qui sono la modulazione di ampiezza, la modulazione di frequenza e la modulazione di fase.
Modulazione di ampiezza (AM)
La modulazione di ampiezza è il gioco più antico della città. Ha impressionato le informazioni audio e visive variando la forza dell’onda portante per adattarsi alle fluttuazioni del segnale. Se l’audio diventa più forte, l’ampiezza dell’onda aumenta. Se diventa più tranquillo, l’ampiezza diminuisce.
Le stazioni radio AM commerciali operano ancora tra 540 e 1.700 kHz. Sono distanziati di 10 kHz l’uno dall’altro. Perché è importante? Perché le onde in questo intervallo rimbalzano sulla ionosfera. Vengono riflessi sulla Terra. Ciò ti consente di prendere stazioni a centinaia di chilometri di distanza, soprattutto di notte.
Oltre alla radio commerciale, l’AM viene utilizzata per le trasmissioni a onde corte a lunga distanza. Trasporta anche la parte video dei programmi televisivi tradizionali.
Modulazione di frequenza (FM)
La modulazione di frequenza mantiene l’ampiezza costante. Cambia invece la frequenza. La frequenza della portante si sposta su e giù in risposta diretta alle variazioni del segnale audio.
Edwin H. Armstrong, un ingegnere elettrico americano, sviluppò la FM all’inizio degli anni ’30. Il suo obiettivo? Batti il rumore. AM è altamente suscettibile alle interferenze. Temporali. Macchinari. Correnti elettriche casuali. Questi interrompono l’ampiezza di un’onda. Poiché la FM si basa sulla frequenza e non sull’ampiezza, queste sorgenti di rumore lasciano il segnale sostanzialmente invariato.
FM è anche più adatto per il suono stereofonico. Gestisce l’audio ad alta fedeltà per programmi TV e chiamate telefoniche a lunga distanza tramite relè a microonde.
Dove trasmette FM? Frequenze più alte di AM. Le stazioni FM commerciali occupano la gamma da 88 a 108 MHz. Sono distanziati di 200 kHz l’uno dall’altro. Questa ampia spaziatura consente una migliore chiarezza e una minore congestione.
Modulazione di fase
La modulazione di fase varia la fase dell’onda portante. Risponde alle vibrazioni della sorgente sonora. È spesso considerato un cugino di FM.
Perché? Perché fase e frequenza sono collegate. Non puoi cambiarne uno senza influenzare l’altro. La velocità con cui la fase cambia è direttamente proporzionale alla frequenza del segnale audio.
La modulazione di fase riduce al minimo le interferenze per le trasmissioni inferiori a 30 MHz. Viene utilizzato insieme a FM in alcuni sistemi. Perché non usare semplicemente la FM ovunque? FM ha difficoltà durante l’amplificazione del segnale nelle trasmissioni. La modulazione di fase interviene per gestire quel lavoro. Alimenta anche alcuni relè a microonde ed è essenziale per i sistemi Wi-Fi e TV satellitare.
Metodi di modulazione digitale
I computer parlano in binario. Per inviare quei dati su canali analogici, dobbiamo modulare l’onda portante per riflettere quegli uno e quegli zeri. Possiamo modificare l’ampiezza, la frequenza o la fase.
Keying con spostamento di ampiezza (ASK)
Se modifichi solo l’ampiezza, stai utilizzando la codifica con spostamento dell’ampiezza. È il gemello digitale dell’AM analogico.
Nella sua forma più semplice, un burst di radiofrequenza esiste solo quando appare un 1 binario. Uno zero significa che il segnale si ferma. Alcune variazioni utilizzano due livelli di ampiezza specifici per rappresentare 0 e 1 invece di on/off.
Codifica con spostamento di frequenza (FSK)
Cambiando la frequenza si ottiene la codifica con spostamento di frequenza. I dati digitali vengono trasmessi utilizzando due frequenze distinte. Una frequenza sta per 1. L’altra sta per 0. È semplice. È robusto.
Codifica a spostamento di fase (PSK)
Modificando la fase si ottiene la codifica a spostamento di fase. La versione più semplice utilizza un’unica frequenza portante. Una fase fissa rappresenta uno 0. Uno sfasamento di 180 gradi (polarità opposta) rappresenta un 1.
La modulazione digitale non si limita a queste semplici forme. Le tecniche avanzate combinano i segnali per inserire più dati in ogni turno.
La modulazione di ampiezza in quadratura (QAM) è un ottimo esempio. Sovrappone più segnali modulanti. QAM trasmette due segnali modulati in ampiezza sfasati di 90 gradi. Ciò consente di rappresentare quattro o più bit per ogni spostamento. È così che le moderne reti cellulari e a banda larga raggiungono velocità elevate.
Modulazione degli impulsi
A volte la portante non è un’onda continua. È una serie di impulsi on-off. Questa è la modulazione degli impulsi.
La modulazione codificata a impulsi (PCM) converte il segnale in una serie di impulsi ad ampiezza costante. La spaziatura tra questi impulsi codifica l’informazione. Il PCM riduce al minimo le perdite di trasmissione. Elimina rumore e interferenze perché il ricevitore deve solo rilevare semplici schemi di impulsi.
Dove vedi il PCM? Audio digitale. Computer. Compact disc. DVD. Dischi Blu-Ray. È lo standard per l’archiviazione e la riproduzione digitale di alta qualità.
Un’altra variante è la modulazione della durata dell’impulso (PDM). In questo caso l’intelligenza sta nella lunghezza e nell’ordine degli impulsi che si ripetono regolarmente. È meno comune del PCM ma serve applicazioni specifiche in cui la precisione temporale conta più dell’ampiezza.
