Mi piacerebbe sapere in quale tipo di modulazione di frequenza funzionano gli apparecchi, dal modem all’isdn all cellulare gsm al satellite tv.

Le modulazioni utilizzate sui vasti scenari di telecomunicazione
elencati nella domanda, non sono tipi diversi di modulazione di frequenza,
ma utilizzano modulazioni completamente differenti.

Per meglio comprendere il motivo di tali differenziazioni
ritengo utile un brevissimo cenno sulla modulazione.

In linea di principio la modulazione è una “operazione
“ che elabora il messaggio che si vuole trasmettere, (segnale modulante)
al fine di ottenere una versione più adatta ad attraversare il canale
fisico
(mezzo trasmissivo: cavo, aria, fibra).

In tale operazione interviene comunemente
un segnale periodico ausiliario, detto portante.

La modulazione è quindi una trasformazione
del tipo:

Dove:

s (t) è il segnale modulante (messaggio)

v0   è la portante

v (t) è il segnale modulato

KM (.) è il funzionale
del modulatore

Il segnale v (t) è inserito all’ingresso
del canale fisico. In ricezione il messaggio s (t) è recuperato mediante
la trasformazione inversa, cioè la demodulazione.

La modalità con cui la portante viene
fatta variare potrebbe essere arbitraria, tuttavia il segnale periodico
v0 possiede tre parametri: ampiezza, frequenza e fase che fatti
variare in maniera proporzionale al messaggio s (t) si ottengono tre tipi
di modulazioni sinusoidali.

Se il messaggio della sorgente s (t) è analogico cioè a tempo e ampiezze
continue, a secondo del funzionale KM (.), otteniamo le classiche
modulazioni d’ampiezza, di frequenza  e di fase.

Se il segnale s (nT) è numerico cioè a tempi e ampiezze discrete, a secondo
del funzionale KM (.)   il modulatore fa corrispondere alla
sequenza del segnale numerico d’ingresso un ordinato e definito insieme
di una vasta classe di modulazioni.

Variando ampiezza, frequenza e fase della portante
otteniamo:

·       
Ampiezze portante:  m-PAM (Pulse Amplitude Modulation),
m- QAM. (Quadrature Amplitude Modulation)

·       
Fasi della portante: Phase shift keying m-PSK

·       
Frequenza della portante: m-FSK (Frequency shift Keying), MSK (Minimum Shift Keying), GMSK (gaussian
MSK).

Dove m rappresenta i livelli di modulazioni =2k   e K = numero
di bit per simbolo. 

Ognuna di queste classi di modulazioni presenta vantaggi
e svantaggi verso larghezza di banda, potenza, degradazioni, vulnerabilità
verso rumore, interferenti, raggi riflessi ecc.

 In breve possiamo dire che una modulazione robusta
ad alta efficienza di potenza sarà inefficiente verso occupazione di banda,
viceversa una modulazione ad altissima efficienza spettrale sarà facilmente
vulnerabile verso rumore e interferenti.

Non è possibile stabilire a priori quale modulazione
è migliore, senza una conoscenza analitica: delle caratteristiche del
canale fisico, del tipo di codifica di sorgente che possiede il  segnale
modulante s (t) (esempio PCM .Pulse Code Modulation) e della codifica
di canale (codice correttore d’errori)

 Il confronto fra i vari tipi di modulazione richiede
la conoscenza di diverse discipline elettriche

Comunque la scelta finale è sempre un compromesso tra
le esigenze di robustezza, le restrizioni del mezzo trasmissivo e vincolo
di bassi consumi energetici.

 Ad esempio l’impiego di un unico schema di modulazione
sul satellite, o sul cavo sarebbe impossibile. Il canale del satellite
non è lineare: per motivi di consumi e di dimensioni delle antenne, si
vuole irradiare la massima potenza disponibile; a sua volta non è limitato
in banda. Viceversa la rete in cavo è sostanzialmente lineare con rapporti
segnale rumore elevati ma è limitata in banda.

La migliore modulazione per le trasmissioni televisive
satellitari analogiche è la modulazione di frequenza.Essa permette di
incrementare la potenza trasmessa del satellite saturando gli amplificatori
finali di potenza a scapito di una maggiore banda utilizzata.

Per il digitale televisivo satellitare, la scelta ottima
è il 4PSK denominato anche QPSK (quadrature PSK) che permette di quasi
saturare gli stadi di potenza e funziona correttamente fino a bassi rapporti
segnale/rumore.

La modulazione GMSK, scelta sui sistemi mobili GSM,
può essere considerata come una variante della modulazione di frequenza
a fase continua, in particolare della modulazione MSK a scostamento minimo.Come
le modulazioni di frequenza presentano il vantaggio di un alta efficienza
di potenza, elemento ritenuti indispensabili per ottenere un basso consumo
e quindi maggior autonomia del telefonino. Filtrando i dati tramite un
filtro con risposta ampiezza frequenza del tipo gaussiano, si ottiene
una buona caratteristica spettrale concentrando la potenza del segnale
nelle immediate vicinanze della portante senza generare spurie verso i
telefonini che occupano canali adiacenti. I filtri gaussiani si differenziano
tra loro con un parametro che è il prodotto della larghezza di banda del
filtro e del tempo di bit che lo attraversa. Nei sistemi GSM il valore
è di 0,3 da cui la sigla 0,3 GMSK.

In base alle considerazioni esposte riassumo in forma
tabellare i tipi e le caratteristiche delle modulazioni utilizzati su
diversi  scenari numerici

 

Tipo modulazione

rapporto
segnale /rumore  dB

larghezza del
canale

massima velocità
di trasmissione

efficienza
spettrale
bit/sec x.Hz

efficienza
di potenza
%

DVB-Satellitare

4PSK

8

33 Mhz

38,1 Mb/s

1,15

70

DVB cablato

64QAM

23

8 Mhz

38,1 Mb/s

4,7

20

Mobile

GSM

0,3 GMSK

7

200 Khz

270,833Kb/s

1,35

100

Modem

Canale telefonico

1024QAM

256 QAM

128 QAM

35

29

26

3400 Hz

33600 bit/s

26400 bit/s

21600 bit/s

9,9

8

6,3

4

6

12

ISDN

Rete digitali dove i segnali  sono interconessi, tramite cavi,
senza subire  un processo di modemodulazione, direttamente in Banda
Base con la loro codifica di sorgente s(t)