Le modulazioni digitali

Un segnale digitale, come ben sappiamo, può assumere solo valori discreti (per tempo ed ampiezza) ai quali valori in tensione vengono associati i bit 0 ed 1. Sia che si scelga di trasmettere il segnale via cavo o via etere, una qualche forma di modulazione (anche in banda base) è necessariamente richiesta. Nelle maggior parte delle modulazioni digitali, una o più "tranci" di sinusoidi variano le loro caratteristiche in base ai bit del segnale digitale di informazione.

A monte della modulazione digitale troviamo la codifica di canale, la quale "manipola" la sequenza di bit da trasmettere di modo che sia, tra l’altro, più facile la loro ricostruzione anche in presenza di errori.

Un ricevitore ottimo, all’estremo opposto, massimizza la distanza tra i possibili "simboli" inviati, eseguendo una correlazione tra i simboli ottenuti (rumorosi) e quelli che si aspetta di ottenere. Decide quindi in base ad una soglia di decisione. Dato che il canale è rumoroso si potrebbe calcolare la probabilità teorica di errore data la forma del simbolo.

Quadrature Amplitude Modulation (QAM)

Nella Modulazione di Ampiezza in Quadratura, il segnale digitale, diviso in parti uguali, modula in ampiezza due "tranci" di sinusoidi sfasate una rispetto all’altra di 90° (ad esempio seno e coseno) che, essendo ortogonali poiché in quadratura, possono esser trasmesse assieme senza reciproche interferenze pur avendo la medesima frequenza – ciò che permette un bit-rate doppio a parità di banda rispetto ad analoghe modulazioni a singola frequenza.

All’estremo opposto, il ricevitore dev’essere in fase con il trasmettitore (coerente).

Essendo in più il segnale digitale e quindi facilmente "manipolabile", abbiamo che, se codifichiamo più bit nella diversa ampiezza delle coppie seno-coseno utilizzando sinusoidi di diversa ampiezza possiamo trasmettere più bit per simbolo. Casi tipici sono le modulazioni 16-QAM, 64-QAM, 128-QAM e 256-QAM, le ultime sicuramente non adatte al wireless, dacché più livelli di tensione utilizziamo più la "distanza" tra i simboli si assottiglia e la probabilità di errore sale. La sigla M-QAM indica il numero di configurazioni di bit per simbolo.

Dato che il ritmo di bit(bitrate)=ritmo di simbolo*log2(M), si ha che in una 16-QAM ad esempio, rb=4rs, cioè è possibile inviare 4 bit per simbolo e la banda occupata coincide approssimativamente col ritmo di simbolo stesso (quindi avendo B=10 Mhz invio 40Mbit/s).

Frequency Shift Keying (FSK)

Il segnale digitale modula la frequenza di una sinusoide di modo che, nel caso di un bit per simbolo, 1 e 0 sono caratterizzati da una data differenza di frequenza del segnale modulato (stessa ampiezza e fase).

Phase Shift Keying (PSK)

Il segnale digitale modula la fase di una sinusoide di modo che, nel caso di un bit per simbolo, 1 e 0 sono caratterizzati da una differenza di fase di 180° del segnale modulato (stessa ampiezza e frequenza). I salti di fase del segnale trasmesso codificano quindi i bit di informazione.

Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM)

È una tipologia di modulazione digitale che utilizza più sotto-portanti ortogonali, in modo da trasmettere contemporaneamente dati su più bande. Per ogni banda, viene usata una tra le modulazioni convenzionali viste, a bit-rate più basso.

I vantaggi rispetto alle modulazioni digitali a portante unica sono l’alta resistenza al rumore, come avviene per le modulazioni a spettro espanso. Grazie all’alta efficienza spettrale, l’OFDM raggiunge velocità di trasmissione molto buone.