Modulazione digitale su portante analogica

Si trasmettono segnali con contenuto informativo numerico (per esempio, dati provenienti da un elaboratore elettronico).
I segnali digitali sono spettralmente a banda larga, mentre Il canale preferenziale, la linea telefonica, è a banda limitata.
Occorre convertire i segnali digitali in equivalenti analogici con modulazione su portante analogica.
Tale modulazione agisce su tre parametri caratterizzanti il segnale portante:

ASK – Amplitude Shft Keying, Codifica a spostamento di ampiezza, in cui si rappresentano i due valori numerici 0 e 1, mediante la variazione dell'ampiezza della portante;
FSK – Frequency Shft Keying, Codifica a spostamento di fase, in cui si rappresentano i due valori numerici 0 e 1, mediante la variazione della frequenza della portante;
PSK – Phase Shift Keying, Codifica a spostamento di fase, in cui si rappresentano i due valori numerici 0 e 1, mediante la variazione della fase.

ASK

La sorgente sono i dati digitali provenienti da un elaboratore elettronico di dati e viene codificata secondo un codice di sorgente.
Un modulatore associa a ciascuno zero del codice sorgente un'ampiezza determinata per la portante, che viene generata da un oscillatore stabile in frequenza.
Un filtro passa banda elimina i prodotti di modulazione non voluti, generati dal mixer.
Il segnale così formato viene inviato nel canale di trasmissione.
Si può inserire anche un mixer con due subtoni per demodulare con maggiore precisione.
In ingresso al ricevitore, un filtro passa banda consente di limitare i disturbi in ingresso.
Il segnale, attenuato nel canale di comunicazione, viene amplificato per una corretta demodulazione.
Si prevede a ricostruire la portante locale con un circuito PLL per ottenere alte stabilità, in sinergia con i due subtoni pilota, determinando una demodulazione coerente.
Un filtro passa basso, di seguito, elimina le componenti variabili in frequenza, lasciando solamente una componente continua del segnale del valore di Vp/2.
La decisione tra i valori 1 e 0 sono demandati a un comparatore di soglia che determina i valori maggiori o minori di Vp/4.
Il demodulatore può anche fare a meno della ricostruzione della portante locale (demodulazione incoerente), ma con minore precisione.

Si può notare che il modulatore e il demodulatore sono del tipo bilanciato, come quelli utilizzati in DSB.
Una variante della ASK è l'OOK – On Off keying, in cui il valore “0” si rappresenta con l'assenza della portante.
Lo spettro di trasmissione è simile a quello di una AM per l'ASK, di una DSB per l'OOK.
Le velocità di trasmissione ottenibili sono basse, dell'ordine dei 300-600 bps.

FSK

Il segnale sorgente viene introdotto, dopo una divisione :n, in un sommatore dove è comparato con un segnale di clock.
Se il valore del dato è “0”, viene tolto un impulso dagli n generati per cui si ottiene un periodo pari a T1=nT/n-1, se il dato è “1”, si aggiunge un impulso, ottenendo un periodo T2=nT/n+1.
Di conseguenza la frequenza della portante sarà corrispondente ( essendo l'inverso di quel periodo) a:
0: fp1=fc(n-1)/n;
1: fp2=fc(n+1)/n,
con fc=1/T
Quindi fp1<fp2 e 2Δf=fp2-fp1è la deviazione di frequenza.
Si ha, quindi, fp1=fp-Δf, fp2=fp+Δf; fp è la frequenza della portante.
Si indica con m= (fp2-fp1)/Vmod, l'indice di modulazione (Vmod=Vtr/nbit).
Sono importanti la stabilità delle frequenze generate e la continuità di fase nel passaggio da una frequenza all'altra.
Nel ricevitore si possono adottare demodulatori incoerenti e coerenti, con le conseguenti problematiche di ricostruzione dei dati della sorgente.
Una circuitazione incoerente prevede un filtro passa basso, un rivelatore di passaggi per lo zero e un circuito di soglia per la decisione dei valori digitali.
Il circuito rivelatore è costituito da un limitatore di ampiezza che squadra il segnale sinusoidale, un derivatore che determina impulsi in corrispondenza dei fronti di salita e discesa,un rettificatore a diodo pe ribaltare gli impulsi negativi, un circuito monostabile che interviene su ciascun fronte impulsivo determinando impulsi rettangolari di durata costante, un filtro passa basso che integra nel tempo tali impulsi rendendo un segnale continuo di ampiezza divers con la distanza degli impulsi rettangolari.
Il circuito di soglia, con un suo riferimento mediano prestabilito, sceglie se il valore è superiore (“1”), o inferiore (“0”) alla soglia.

Esempi di circuiti, con demodulazione coerente, invece, sono quello differenziale o con demodulatore PLL.
Nel primo, il segnale, attraversato un filtro passa basso, viene istradato su due vie, in una viene solamente squadrato, nell'altra viene anche preliminarmente sfasato di 90°.
I due segnali così ottenuti sono portati all'ingresso di una porta EXOR, alla cui uscita si avrà uno “0” o un “1”.
Nel circuito con PLL, il confronto avviene tra il segnale squadrato è il segnale ricreato in un VCO con PLL.

PSK

Attraverso rotazioni di fase della portante si possono ottenere combinazioni di bit che determinano maggiori velocità di trasmissione.
Si distinguono:

2PSK (PSK bipolare)

0° | 0
90° | 1

Configurazione in bit.

Vmod=Vtr.

4PSK

0° | 00
90° | 01
180° | 11
270° | 10

Configurazione in dibit.

Vmod=Vtr/2.

8PSK

0° | 000
45° | 001
90° | 011
135° | 010
180° | 110
225° | 111
270° | 101
315° | 100

Configurazione in tribit.

Vmod=Vtr/3.

16PSK (AMPSK)

Si considerano due ampiezze diverse con otto fasi:

a1

0° | 0000
45° | 0001
90° | 0011
135° | 0010
180° | 0110
225° | 0111
270° | 0101
315° | 0100

a2

0° | 1100
45° | 1101
90° | 1111
135° | 1110
180° | 1010
225° | 1011
270° | 1001
315° | 1000

Configurazione in quadribit.

Vmod=Vtr/4.