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INFO-COM Dpt.
Dipartimento di Scienza e Tecnica
dell’Informazione e della Comunicazione
Università degli Studi di Roma La Sapienza
2
• 
Definizioni Generali, Requisiti, Approccio Espositivo
• 
PARTE 1: Il Ricevitore
• 
PARTE 2: Il Trasmettitore
DEFINIZIONI GENERALI
•  Modulazione numerica:
•  Demodulazione numerica:
•  Ricetrasmettitore analogico:
•  Ricetrasmettitore numerico:
•  Forma d’onda numerica:
bit
simbolo
segnale ricevuto
segnale trasmesso
simbolo
bit deciso
tutto il processo di mo-demodulazione viene
eseguito su forme d’onda analogiche
il processo di mo-demodulazione viene effettuata
(almeno in parte) sulla forma d’onda numerica.
i processi di amplificazione / attenuazione,
estrazione /associazione della informazione al
segnale vengono effettuati sul segnale campionato
e quantizzato in ampiezza (digitalizzato), con
approssimazione pari a:
2 - num_bit
Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITI
Elenco di “richieste del cliente” che le caratteristiche della radio devono
soddisfare.
I requisiti devono essere:
-  singoli, atomici: devono esprimere una singola richiesta;
ad esempio, “basso e largo” costituisce 2 requisiti che si possono esprimere
come:
Req. X …”basso e largo”:
Req. X.1…”basso”…
Req. X.2…”largo”…
-  misurabili: devono esistere metodi di misura e di confronto
ad esempio, “colore chiaro” non è misurabile, e neppure “più o meno.
Devono essere convertiti in “più chiaro di XY”, esprimendo il colore in scala
cromatica; oppure occorre misurare X, Y ± ΔX, ΔY.
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
USO DEI REQUISITI
IL PROGETTO
Il criterio di progetto più diffuso considera l’approccio a “cipolla”: ogni strato ha
una “interfaccia” con lo strato più esterno e contiene “funzioni”.
Gli apparati radio sono costituiti da assiemi che a loro volta possono essere
costituiti da sotto-assiemi o da componenti elementari.
Per ogni assieme/sotto-assieme si definisce Interfaccia e funzioni.
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
ASSEGNAZIONE DEI REQUISITI
I requisiti devono essere suddivisi ed assegnati alle “funzioni”. Ad esempio in
una radio ricetrasmittente si inizia dal requisito di “contemporaneità delle
funzioni ricevente e trasmittente”.
RADIO FREQUENZA
RICEVITORE
INFORMAZIONE
ALIMENTATORE
INFORMAZIONE
TRASMETTITORE
RETE
RADIO FREQUENZA
In modo da caratterizzare le funzioni contenute all’interno del “Blocco Radio” che
comunica con lo “strato interno” attraverso le interfaccia; nell’esempio
informazioni, radio frequenza, rete.
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
VERIFICHE
Poiché i requisiti devono essere misurabili è bene stabilire subito: cosa e come
misurarlo.
Le procedure di collaudo si applicano alle interfaccia, ma rappresentano la
verifica delle funzioni.
In generale si verifica ciò che si aveva intenzione di ottenere, è bene, almeno
prima di ritenere conclusa una parte o la totalità del progetto, verificare le uscite
agli “stimoli” non previsti.
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
APPROCCIO ESPOSITIVO
Requisito
Parametri di progetto connessi
Scelte di sistema
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Parte 1: Il Ricevitore
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITI DEL RICEVITORE
INDICE
•  Gamma di frequenza
•  Canalizzazione
•  Tipo di collegamento
•  Tipo di servizio
•  Modalità di trasmissione (modulazione)
•  Sensibilità
•  Controllo Automatico del Guadagno (AGC)
•  Intermodulazione in banda e fuori banda (IMD)
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITI DEL RICEVITORE
INDICE (cont.)
•  Modulazione incrociata (cross-modulation)
•  De-sensibilizzazione
•  Spurie Rx
•  Tempo di cambio Frequenze
•  Accuratezza delle Frequenze
•  Selettività di IF e di banda-base
•  Squelch
•  Output banda-base
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REQUISITO : GAMMA DI FREQUENZA
Parametri di progetto connessi:
•  Elaborazione a media Frequenza
•  Sintetizzatore
•  Il front-end
•  Figura di rumore, dinamica, linearità
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO: Gamma di frequenza nella quale la radio permette le comunicazioni
Parametri di Progetto connessi: ELABORAZIONE A MEDIA FREQUENZA
• 
• 
• 
Nel progetto del Ricetrasmettitore (R/T) la parte ricevente è la più critica.
Ricevere un segnale vuol dire estrarne l’informazione associata ad una
portante a RF.
Il metodo teorico, valido in AM, consiste nel rivelare e filtrare la forma d’onda:
non è possibile adottarlo se non si ha un segnale assolutamente “pulito”,
ovvero privo di interferenze.
• 
Il criterio generale da adottare è il “super eterodina(1)”, che consiste nel
“traslare” il segnale ricevuto (RF) ad una frequenza fissa detta Media
Frequenza (IF) mediante “battimento” con un oscillatore locale (OL).
(1) (Eterodina:
processo di traslazione diretta da RF a banda-base
Supereterodina: processo di traslazione da RF ad IF)
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO: Gamma di frequenza nella quale la radio permette le comunicazioni
Parametri di Progetto connessi : SINTETIZZATORE
è il modulo cui è affidata la generazione della frequenza (OL) necessaria a
“traslare” la radio frequenza a media frequenza.
•  Una
volta scelta la media frequenza si deve progettare la gamma
dell’oscillatore locale OL. Mediante il processo di mescolazione:
RF (segnale desiderato) + OL = IF+, RF-OL = IF-
•  Tramite un dispositivo del 2° ordine si ottiene:
(RF + OL)2 = RF2 + OL2 + 2RF OL ⇒ 2RF,
2OL = IF+ ± IF-
che fornisce un segnale IF con frequenza somma o sottrazione delle due
frequenze (RF e OL), ottenendo la IF+ e la IF- rispettivamente.
•  Se si sceglie: IF+ = OL+RF, ne consegue la gamma del sintetizzatore:
OL max = IF + RFmax
,
OL min = IF + RFmin
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REQUISITO: Gamma di frequenza nella quale la radio permette le comunicazioni
Parametri di Progetto connessi : IL FRONT-END
e’ la sezione di ingresso del ricevitore, cui arriva il segnale di antenna.
Può essere “selettivo” oppure “a larga banda”.
Front-end selettivo:
un filtro (in generale con frequenza centrale variabile) riduce la gamma di
ricezione a sotto-bande più piccole, la cui dimensione è legata alla complessità
ed alla perdita di inserzione (attenuazione nella banda passante) del
filtro.
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REQUISITO: Gamma di frequenza nella quale la radio permette le comunicazioni
Parametri di Progetto connessi : IL FRONT-END
Front-end a larga banda:
• 
Il filtro è largo quanto la gamma di ricezione.
• 
Tutti i segnali che non sono attenuati dal filtro “colpiscono” il front-end.
• 
E’ l’elemento chiave di tutto il ricevitore e viene caratterizzato, come tutti
gli elementi analogici della rete, tramite:
figura di rumore
dinamica
linearità
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REQUISITO: Gamma di frequenza nella quale la radio permette le comunicazioni
Figura di rumore (Noise Factor, NF)
e’ il rumore aggiunto dalla rete due-porte al segnale in transito
• 
Viene definito come il rapporto S/N (segnale/rumore) in uscita diviso il rapporto
S/N in ingresso alla rete.
• 
Nei dispositivi a guadagno minore di uno (filtri passivi o attenuatori) la NF
coincide con la “perdita di inserzione” o “attenuazione” propria dei filtri.
• 
Più è bassa la figura di rumore più il dispositivo è idoneo per segnali deboli;
purtroppo, quanto più il dispositivo è buono riguardo la NF, tanto peggio si
comporta per la dinamica.
• 
Condizioni di “limitazione” esistono sempre nel progetto, e se non sono
esplicite è bene cercarle.
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REQUISITO: Gamma di frequenza nella quale la radio permette le comunicazioni
Dinamica
• 
La dinamica di una rete due porte è costituita dal dominio di valori
dell’ingresso per i quali la funzione di trasferimento non cambia, oppure si
mantiene entro i limiti di variazione stabiliti dal progetto.
• 
Ad esempio, un amplificatore si dice in dinamica fintanto che la sua funzione
di trasferimento si mantiene lineare.
• 
La saturazione è un tipico fenomeno di fine dinamica.
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REQUISITO: Gamma di frequenza nella quale la radio permette le comunicazioni
Linearità
E’ definita in modo semplice come:
se: X1(t)
2(t)
• 
Y1(t) X2(t)
Y2(t) allora: aX1(t) + bX2(t)
aY1(t) + bY
In condizioni di linearita’ viene mantenuto il controllo dei segnali ricevuti, senza
che vengano generati segnali “spuri”.
• 
Le non-linearita’ presenti nelle reti due-porte usate nel progetto di R/T
generalmente sono approssimabili tramite uno sviluppo in serie di potenze.
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REQUISITO : CANALIZZAZIONE
Parametri di Progetto connessi :
•  Step del sintetizzatore
•  Filtro IF con banda 3 e 60 dB
•  Canale adiacente
•  Dinamica istantanea
•  Banda di Frequenza per l’elaboratore numerico
•  Reciprocal mixing
•  Spurie del sintetizzatore
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO: Canalizzazione (in banda) delle comunicazioni simultanee
E’ la distanza in frequenza tra canali di comunicazione contigui
• 
• 
Viene stabilita da norme internazionali.
• 
• 
I canali sono numerati convenzionalmente come 00, 01, 02, …
• 
Nella gamma ICAO (comunicazioni tra aerei civili ed aeroporti, nella banda
da 118 a 137 MHz) a partire da ottobre 1999 e’ stato standardizzata la
divisione in 3 canali, ciascuno da 8.33 kHz, con step a 25 kHz.
Nella banda da 30 a 500 MHz la canalizzazione e’ generalmente pari a
25kHz, mentre in HF (1.5-30 MHz) si limita a 3 kHz.
Nelle comunicazioni HF normalmente le frequenze assegnate non sono
multipli di 3 kHz.
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO: Canalizzazione (in banda) delle comunicazioni simultanee
Parametri di Progetto connessi : STEP DEL SINTETIZZATORE
E’ il minimo spostamento di frequenza che si richiede all’oscillatore locale per
passare da un canale all’altro
•  Il sintetizzatore (OL) trasferisce (trasla) la RF a IF. Al variare della RF deve
variare OL, per mantenere costante la IF.
•  Quando
la canalizzazione e’ fissata, allora lo step di sintesi è direttamente
determinato.
•  In
altri casi, ad esempio in HF, lo step di sintesi può essere estremamente
più piccolo dei 3 kHz: i moderni ricevitori scendono ad 1 Hz.
•  Il
progetto dell’OL viene generalmente ottenuto da un processo di sintesi,
tramite un loop a controllo di frequenza/fase (PPL - phase locked loop), ed è
estremamente “sensibile” allo step.
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REQUISITO: Canalizzazione (in banda) delle comunicazioni simultanee
Principali elementi coinvolti nel progetto dell’OL:
• 
I loop di controllo hanno un “filtro di loop” la cui banda è condizionata dallo step.
•  La banda (BW) del filtro limita il tempo di agganciamento (necessario a
passare, in modo stabile, da una frequenza ad un’altra) secondo la formula
approssimata della risposta al gradino di un filtro:
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO: Canalizzazione (in banda) delle comunicazioni simultanee
Parametri di Progetto connessi : FILTRO IF CON BANDA 3 E 60 dB
• 
Parametri critici per gli elementi analogici di un ricevitore: NF, dinamica,
linearità.
• 
Per ridurre la incidenza sugli stadi successivi della catena ricevente
occorre ottimizzare la larghezza di banda del filtro IF.
• 
La condizione ideale è un filtro che fa passare esclusivamente il canale
desiderato, e cosi’ le interferenze non incidono più sul progetto degli stadi
successivi.
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO: Canalizzazione (in banda) delle comunicazioni simultanee
Parametri di Progetto connessi : FILTRO IF CON BANDA 3 E 60 dB (cont.)
• 
I filtri che maggiormente si avvicinano alla condizione ideale sono
realizzati a quarzo; un fattore di merito Q intorno a 10000 permette di
realizzare filtri con rapporto Banda Passante (BW o B3) su Banda
Attenuata (B60) anche pari a 2 per frequenze di decine di MHz, con
perdita di inserzione (IL, Insertion Loss) di 4 ÷ 5 dB (la IL peggiora la
figura di rumore).
• 
Il problema tuttavia non è “risolto”: in genere si deve progettare il filtro per
il massimo della banda richiesta dalle comunicazioni (BW+stabilit
à+accuratezza…) , penalizzando le trasmissioni a banda stretta. Si tratta
nuovamente di trovare un compromesso tra esigenze contrastanti.
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO: Canalizzazione (in banda) delle comunicazioni simultanee
Parametri di Progetto connessi : CANALE ADIACENTE
• 
Nei sistemi di comunicazione uno dei problemi consiste nel ricevere
correttamente il segnale desiderato anche in presenza di un segnale
“molto forte” situato nel canale immediatamente adiacente in frequenza.
• 
• 
Quanto sia “forte” il “molto forte” è una delle caratteristiche primarie di un
ricevitore.
Con un “filtro di canale” ideale situato nella prima media frequenza non si
avrebbero problemi. Con filtri reali in pratica non si riesce ad attenuare il
canale adiacente (0 dB di attenuazione).
• 
Tale funzione viene pertanto demandata al circuito di mo-demodulazione
digitale, che deve avere una elevata “dinamica istantanea”, cosi’ da
rappresentare correttamente la somma dei due segnali.
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REQUISITO: Canalizzazione (in banda) delle comunicazioni simultanee
Parametri di Progetto connessi : DINAMICA ISTANTANEA
E’ la capacità di distinguere 2 segnali, di cui uno alla soglia di sensibilità e l’altro
X dB più ampio.
A tale scopo il de-modulatore digitale dovra’ avere:
• 
Un convertitore (Analogue-to-Digital Converter, ADC) con un numero n di bit
(n = X/6) tali da “distinguere” la differenza di X dB.
• 
Un elaboratore del segnale campionato in grado di ridurre ulteriormente
l’interferenza tra i due segnali (tipicamente un filtro numerico).
• 
La posizione dell’ADC nella catena di ricezione dipende dal processo di
ricezione scelto e dal tipo di demodulazione impiegata (diretta, a IF, …).
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REQUISITO: Canalizzazione (in banda) delle comunicazioni simultanee
Parametri di Progetto connessi : BANDA DI FREQUENZA PER
L’ELABORATORE NUMERICO
• 
Il convertitore A/D opera su un segnale analogico la cui ampiezza è
determinata dal guadagno degli stati analogici. Per il contenuto spettrale di tale
segnale occorre considerare la banda attenuata, e non quella passante.
• 
Esempio: segnale in banda passante 60 dB sopra la soglia minima ed entro la
dinamica istantanea; segnale indesiderato, nella banda attenuata, 60 dB
attenuato rispetto al desiderato: il convertitore A/D li “legge” entrambi.
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO: Canalizzazione (in banda) delle comunicazioni simultanee
Parametri di Progetto connessi : BANDA DI FREQUENZA PER
L’ELABORATORE NUMERICO (Cont.)
• 
• 
La banda attenuata deve essere considerata fino ai “limiti” del processo.
Si deve infatti estendere l’analisi a tutti i possibili segnali/rumori che durante il
processo digitale possono avere importanza sebbene apparentemente non
ne abbiano. Ad esempio nel caso di sovracampionamento tale limite può
estendersi oltre la dinamica. Il rapporto tra la velocità di campionamento ed il
doppio della banda del segnale fornisce il “Guadagno di processo” della
dinamica.
La banda totale viene considerata nei calcoli della media frequenza del
circuito numerico, oltre che nel calcolo delle “aliasing” (sovrapposizione degli
“spettri campionati”).
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO: Canalizzazione (in banda) delle comunicazioni simultanee
Parametri di Progetto connessi : BANDA DI FREQUENZA PER
L’ELABORATORE NUMERICO (cont.)
• 
Il campionamento può essere visto come il battimento tra un segnale
analogico limitato in banda ed un segnale ideale impulsivo con frequenza di
ripetizione pari alla “larghezza” dello spettro del segnale analogico.
• 
Il “mixing” del segnale analogico con la serie di armoniche produce repliche
del segnale analogico ad intervalli pari al campionamento, da cui l’eventuale
aliasing.
SAMPLE
SEG ANAL
HOLD
CONV
fRF
FC
FC
BANDA
PASSANTE
2FC
FC ! ST
......
t
f
FC
2FC
3FC . . . . hFc
SPETTRO
TOTALE
ST
f
2FC
FC < ST
ALIASING
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO: Canalizzazione (in banda) delle comunicazioni simultanee
Parametri di Progetto connessi : Reciprocal Mixing
E’ il rumore che, associato all’OL, viene riportato in IF da un segnale interferente.
•  Viene raramente considerato, ma crea notevoli problemi alla capacità di
ricevere segnali deboli in presenza di segnali interferenti di potenza superiore
ad essi.
•  L’oscillatore locale non è un segnale spettralmente puro, ma è affetto da
rumore e di distorsione armonica (che possono essere eliminate mediante
filtraggio).
•  Il rumore è l’elemento chiave di questo processo, e si genera sia per
fenomeni fisici (dovuto alla “temperatura” dei dispositivi) che per instabilità:
-  l’oscillatore inserito nel PLL “tende a spostarsi”: (rumore di fase),
contrastato dal loop di controllo
-  lo “standard”, ovvero il riferimento per il PLL, è a sua volta affetto da rumore
di fase, che si esprime in dBc/Hz ad una certa distanza dalla frequenza di OL
-  valori “buoni” sono 90 ÷ 100 dBc/Hz alla distanza in frequenza pari alla
distanza del canale adiacente
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO: Canalizzazione (in banda) delle comunicazioni simultanee
Parametri di Progetto connessi : RECIPROCAL MIXING (cont.)
Front-End:
fi
fi
f
d!
fd
f
IF
Si
Sd !
f
FLT
OL
dBc/Hz
fi
f
IF
OL
Sd
fd !
RUMORE
!
RUMORE
f
OL - fd
[ RUMORE (OL + !) ] - fi
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO: Canalizzazione (in banda) delle comunicazioni simultanee
Parametri di Progetto connessi : RECIPROCAL MIXING (cont.)
•  La frequenza ƒi determina la conversione della banda di rumore, distante Δ
da
OL, alla Frequenza Intermedia.
-  Il mixer è in conversione per effetto di OL ;
-  OL “polarizza” il segnale sulla funzione di trasferimento del mixer stesso;
-  ƒi “batte” con OL e con il rumore;
-  il prodotto (ƒi, OL) è situato a IF + Δ;
-  il prodotto (ƒi, NOISE) è allocato su IF.
-  nel “battimento” il rapporto S/N di OL rimane inalterato.
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO: Canalizzazione (in banda) delle comunicazioni simultanee
Parametri di Progetto connessi : RECIPROCAL MIXING (cont.)
•  Il rapporto S/N di ƒi è almeno uguale a quello di OL quindi:
-  Se ƒi > ƒd di 60 dB e SOL/NOL = 100 dBc/Hz ovvero ~ 60 dB/25 kHz, allora la
energia del rumore è uguale a quelle del segnale.
-  Il rapporto S/N del segnale ricevuto è 3 dB, per effetto del segnale interferente.
-  I front-end a banda larga sono peggiori per queste caratteristiche.
“Fortunatamente” il rumore di OL non è “piatto” ma si riduce all’aumentare delle
distanze da OL.
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO: Canalizzazione (in banda) delle comunicazioni simultanee
Parametri di Progetto connessi : SPURIE DEL SINTETIZZATORE
• 
Precedentemente sono stati considerati gli effetti del “rumore” del sintetizzatore
sul segnale ricevuto; in modo analogo è possibile considerare gli effetti
(deleteri)
di segnali spuri associati all’oscillatore locale.
•  Le spurie si riportano sul segnale utile desiderato per diversi motivi
(generalmente non prevedibili, almeno per quanto riguarda la loro entita’)
dovuti a:
- 
capacità parassita (conduzione)
- 
accoppiamenti elettromagnetici (radiazione)
e sono in generale gli stessi segnali (ed i loro battimenti) che vengono utilizzati
per produrre l’OL nel sintetizzatore.
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO : TIPO DI COLLEGAMENTO
Parametri di Progetto connessi :
•  Front-end
•  Banda del Filtro IF
•  La frequenza IF
•  IP3 - Intercept Point 3rd order
•  Dinamica
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO: Tipo di Collegamento
Si riferisce alle condizioni elettromagnetiche in cui si trova la radio
• 
Nei collegamenti punto-punto (PTP, Point-To-Point) a frequenza fissa il
ricevitore radio deve generalmente trattare segnali ad inviluppo costante, con
variazioni dovute a “fading” (modulazioni in ampiezza lenta) entro ± 10 dB.
Queste possono arrivare anche a -40 dB nel caso di auto-interferenze tra
raggio diretto e riflesso.
•  Nel caso si operi su frequenze diverse, le variazioni possono aumentare
anche di 6 dB per ogni raddoppio della frequenza (nei collegamenti in spazio
libero).
•  Nei collegamenti punto-multipunto (PTMP, Point-To-MultiPoint) le variazioni
possono anche eccedere i 60 dB:
-  per variazioni della distanza “vicino-lontano”
-  per variazioni di frequenza nella gamma.
•  Un altro tipo di collegamento attualmente molto “popolare”, a frequenza fissa
ma a banda molto larga e’ quello di tipo SS-PN (Spread-Spectrum Pseudo
Noise) per il CDMA (Code Division Multiple Access).
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO: Tipo di Collegamento
Parametri di Progetto connessi : FRONT-END
Il circuito di “ingresso” è legato ai tipi di collegamento:
• 
Nei collegamenti PTP e PTMP a banda stretta e frequenza fissa il F-E (Front
- End) selettivo è indubbiamente quello che garantisce le migliori caratteristiche
(compatibilmente con le IL del filtro di pre-selezione).
• 
Nei collegamenti a frequenza variabile (sempre a banda stretta) si deve
ricorrere al compromesso dovuto alla “velocità di variazione della
frequenza”.
• 
Questa caratteristica inficia il progetto del filtro di pre-selezione, che deve
essere tanto piu’ “blando” quanto più è alta la suddetta velocità.
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO: Tipo di Collegamento
Parametri di Progetto connessi : FRONT-END (cont.)
• 
Nei collegamenti SSPN la banda RF del F-E deve contenere almeno il
primo “lobo” del segnale.
• 
base
Si tratta di un segnale a modulazione numerica con impulsi di banda
rettangolari (nel tempo), e con il tipico andamento in frequenza del tipo
sen(f)/f.
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REQUISITO: Tipo di Collegamento
Parametri di Progetto connessi : BANDA DEL FILTRO IF
• 
Per la banda del filtro IF si possono fare considerazioni analoghe a quelle per il
F-E , con la sola eccezione delle comunicazioni SSPN.
• 
Nelle SSPN il processo di de-spreading (che consiste nel battimento con un
OL , modulato con la “stessa sequenza” che ha provocato lo ”allargamento di
banda”) porta ad avere in media frequenza un segnale nuovamente a banda
stretta.
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO: Tipo di Collegamento
Parametri di Progetto connessi : LA FREQUENZA IF
• 
Nei collegamenti PTMP con accessi multipli (sia di frequenza che di
codice)
• 
si
ha spesso la contemporaneità di più segnali.
Nei collegamenti o negli apparati, dove è previsto usare una gamma di
frequenza che si estende su più di una ottava, la scelta della frequenza
“ottimale” per la IF è leggermente più complessa.
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO: Tipo di Collegamento
Parametri di Progetto connessi : LA FREQUENZA IF (cont.)
• 
Supponiamo la gamma di funzionamento sia estesa oltre ƒi ÷ 2ƒi e di voler
ricevere 2 ƒi .
• 
Qualunque sia la IF scelta, il primo mixer si comporta come una rete due porte
con funzione di trasferimento (almeno) quadratica:
IF: (Σ segnali + OL)2
• 
• 
Normalmente esiste una considerevole componente del terzo ordine.
Dopo il quadrato la ƒi presenta la stessa frequenza di 2ƒi e quindi si sovrappone
ad essa, generando distorsione.
• 
Il Front-End selettivo minimiza questo problema, riducendo il numero dei segnali
che entrano nel mixer.
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO: Tipo di Collegamento
Parametri di Progetto connessi : LA FREQUENZA IF (cont.)
Un ulteriore accorgimento per impedire che l’apparato possa ricevere un
segnale allocato proprio alla frequenza intermedia (IF):
• 
la reiezione della IF si esprime in dB rispetto la soglia di sensibilità (valori
“buoni” devono eccedere i 100 dB);
• 
la IF non deve essere allocata nella gamma di funzionamento poiché solo
filtri “non variabili” possono garantirne l’attenuazione;
• 
le armoniche del segnale, generate dal mixer, devono trovarsi al di fuori
della banda passante e/o attenuata del filtro di IF.
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO: Tipo di Collegamento
Parametri di Progetto connessi : LA FREQUENZA IF (cont.)
• 
Il valore della IF deve essere tale da non includere la “Frequenza Immagine”
nella gamma di funzionamento.
• 
La IF deriva da una non linearità del 2°/3° ordine e si ottiene dalla somma e
differenza dell’oscillatore locale con il segnale desiderato.
• 
• 
Una volta scelto il battimento sopra (OL + RF) oppure sotto (OL - RF), si può
calcolare la frequenza del segnale che provoca l’IMMAGINE (Rfim).
Esempio:
da IF = OL - RF segue che si puo’ avere: Rfim - OL = IF = OL - RF
da cui: Rfim - = 2OL - RF
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO: Tipo di Collegamento
Parametri di Progetto connessi : LA FREQUENZA IF (cont.)
• 
Tanto maggiore è il valore di OL, e quindi di IF, tanto più è facile aumentare
la reiezione alla frequenza immagine (normalmente espressa in dB rispetto
alla soglia di sensibilità: un valore “buono” è intorno a 100 dB).
• 
E’ quindi “buona regola” negli apparati a larga banda scegliere la IF in un
campo che ecceda la 3° armonica della massima frequenza da ricevere (IF
> 3 RF max).
C-691
Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO: Tipo di Collegamento
Parametri di Progetto connessi : IP3 - Intercept Point 3rd order
E’ un parametro che caratterizza la linearità di una rete due porte:
• 
Permette di calcolare i prodotti di intermodulazione del 3° ordine che sono
generati dalla funzione di trasferimento della rete due porte.
• 
Si esprime in dBm (valore in decibel di potenza rispetto 1 mW).
• 
Valori “buoni” per un ricevitore sono superiori a 30 dBm.
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO: Tipo di Collegamento
Parametri di Progetto connessi : IP3 - Intercept Point 3rd order (cont)
La caratteristica di trasferimento In/Out di una rete due porte può essere
rappresentata tramite un diagramma cartesiano Vo/Vi con assi logaritmici;
del tipo:
Vo
LIVELLO RUMORE
Vi
C-691
Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO: Tipo di Collegamento
Parametri di Progetto connessi : IP3 - Intercept Point 3rd order (cont)
• 
Il valore di Vo per Vi =0, ovvero Vo(0) rappresenta il rumore della rete due
porte.
• 
Considerando la rete due porte a guadagno unitario e trascinando il valore di
Vo(0) sullo zero (annullo il rumore interno) la caratteristica di trasferimento è
costituita dalla bisettrice del 1° e 3° quadrante (tangente pari a 1).
• 
Sullo stesso piano cartesiano la componente del 3° ordine della funzione di
trasferimento è rappresentata da una retta la cui pendenza è 3(*). Essa
incontra l’altra in un punto che è proprio IP3, e che rappresenta il punto ideale
in cui la funzione di trasferimento ha componenti del 1° e 3° ordine uguali.
(*) (Il piano è logaritmico)
C-691
Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO: Tipo di Collegamento
Parametri di Progetto connessi : IP3 - Intercept Point 3rd order (cont)
•  Dalla figura si trova il valore della
dB
attenuazione dei prodotti del 3° ordine
rispetto quelli del 1°, rappresentato dal
segmento Vo, IM che si chiama IMD
(Intermodulation Distortion).
Vo
IP3
I
Vo
• 
I triangoli IP3, I, O e IP3, I, T sono
simili:
- 
- 
dB
o
Vi
hanno il lato IP3, I in comune
IM
il lato IP3, O è 1/3 di IP3, T
Espresso in dB
T
C-691
Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO: Tipo di Collegamento
Parametri di Progetto connessi : DINAMICA
E’ il valore massimo del segnale di ingresso per il quale non varia la funzione
ingresso/uscita della rete 2-porte
• 
• 
Si caratterizza valutando l’uscita in funzione dell’ingresso.
Per un amplificatore si fa variare l’ingresso di X dB e l’uscita deve variare
dello stesso valore.
• 
Quando lo step di uscita si riduce di 1 dB (1 dB compression point) si può
dire che “non c’è più dinamica”. Nella grafica precedente il punto in cui
inizia la curva tratteggiata è “1 dB compression point”.
• 
E’ correlato al punto IP3; di solito è 10 dB inferiore ad esso.
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO : TIPO DI SERVIZIO
Parametri di Progetto connessi :
•  Fonia, Dati, Video
•  Cifratura
•  Vocoder
•  Ritardo nei processi digitali
•  Errori di ricezione
•  Codici
•  Interallacciamento
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO: Tipi di Servizio (Fonia-Dati-Video)
Nei canali radio si inviano informazioni tipo:
• 
Fonia:
- 
- 
• 
voce in chiaro: è permesso a chiunque di riceverle e comprenderle
voce cifrata: tutti possono riceverla, ma solo chi conosce la “chiave” può
comprenderla
Dati:
- 
- 
Le informazioni sono di tipo numerico.
La radio rappresenta il “livello fisico” (nel senso OSI-Open System
Interface dell’ISO-International Standard Organization) del sistema di
comunicazioni, e l’applicativo (che riporta i dati ad informazioni) è sempre
esterno al vettore radio.
C-691
Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO: Tipi di Servizio (Fonia-Dati-Video)
Video:
• 
• 
Le immagini sono inviate in forma analogica o digitale.
Il tipo di immagine - ferma (foto) o in movimento (full motion) - che e’
possibile trasmettere e’ legato alla larghezza di banda del canale.
C-691
Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO: Tipo di Servizio (Fonia/Dati Cifrato)
CIFRATURA (KRIPTO, CRIPTAZIONE)
• 
Analogica: il segnale vocale viene elaborato in trasmissione “spezzettando” la
banda audio e “mischiando” le sotto-bande secondo una logica nota solo al
ricevente, che puo’ cosi’ ricostruire la banda originale.
• 
Digitale (vocoder attuali): la voce viene digitalizzata, ed alla sequenza binaria di
informazione viene sommata (modulo 2) una sequenza binaria pseudo casuale
(PN), con le caratteristiche (tipiche di una sequenza
casuale):
-  ha il 50% di “1” e “0”
-  ha un periodo di ripetizione “estremamente lungo” rispetto al periodo della
comunicazione.
Per ricostruire i dati originari il ricevitore somma (modulo 2) alla sequenza
binaria ricevuta una “replica” della sequenza PN.
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO: Tipo di Servizio (Fonia Digitalizzata)
VOCODER
E’ un processo di digitalizzazione della voce che “non segue” il teorema del
campionamento.
• 
Il numero dei bit per secondo inviati è estremamente più basso del minimo
richiesto dal teorema del campionamento applicato a 4 kHz.
• 
La voce ha una risposta in frequenza praticamente piatta fino a
~ 500 Hz (indipendentemente dal sesso o dalla lingua del parlatore, almeno in
occidente).
• 
Le componenti oltre i 500 Hz hanno ampiezza attenuata circa 12 dB/ oct (40 dB
per decade).
• 
Nella parte inferiore dello spettro risiede il contenuto informativo mentre
parte superiore c’è il timbro (identifica il parlatore).
• 
Rinunciando al timbro la banda può essere ridotta rispetto al massimo.
C-691
Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
nella
REQUISITO: Tipo di Servizio (Fonia Digitalizzata)
VOCODER (cont.)
•  Per la banda 4 kHz si possono considerare:
-  8 k campioni al secondo
-  8 bit per campione (errore ~ 0,4%)
ovvero 64 kbit per secondo.
•  Altri
metodi sono stati sviluppati basandosi sulla ridondanza intrinseca della
voce, e sono i Vocoder che fanno una “analisi” del contenuto informativo della
voce per individuarne delle caratteristiche o parametri preponderati (tipo LPC,
Linear Predicting Coder).
•  Queste tecniche già da tempo hanno ridotto il BR (Bit Rate) da 64 kbps a 2400
bps e tendono a riduzioni ulteriori (800 bps).
C-691
Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO: Tipo di Servizio (Fonia Digitalizzata)
VOCODER (cont.)
• Il processo di riduzione del BR per la fonia è legato a due
importanti requisiti:
-  la banda del canale (in gamma HF è soltanto 3 kHz);
-  la possibilità di diminuire il BER (Bit Error Rate) a parità di banda del
canale.
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO: Tipo di Servizio (Fonia Digitalizzata)
RITARDO NEI PROCESSI DIGITALI
•  I
processi di conversione analogico/digitale ed i successivi processi
numerici (la elaborazione) richiedono un tempo di elaborazione.
•  Ad esempio i Vocoder a banda stretta non “lavorano in tempo reale” poiche’
eseguono una analisi del segnale e tale processo richiede 100 ÷ 200 ms.
•  Anche la codifica, ed in particolare il processo di interleaving, creano ritardi.
•  Questi ritardi non sono problematici se non nel servizio voce, dove già 300
ms di ritardo creano fastidio all’ascoltatore ed al parlatore (che sente l’eco).
•  Nelle
operazioni militari con aerei “l’attimo” di ritardo nella trasmissione
vocale può essere fatale.
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO: Tipo di Servizio (Dati)
ERRORI DI RICEZIONE
•  Il canale radio è un “canale rumoroso” per definizione:
-  il rapporto S/N previsto nei progetti è in generale pari a 10 dB;
-  le interferenze “involontarie” sono molteplici (armoniche e spurie “di altri”);
-  nelle comunicazioni militari le interferenze sono anche “volontarie”, come
ad esempio il “jamming”, nelle ECM (Electronic Counter Measures).
• 
Il “rumore” comporta errori di riconoscimento dei dati.
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO: Tipo di Servizio (Dati)
ERRORI DI RICEZIONE (Cont.)
• 
I tipi di rumore piu’ comuni sono:
-  Rumore Bianco (AWGN Additive White Gaussian Noise), che produce
“casualmente” un errore sul simbolo.
-  Rumore impulsivo, che insorge improvvisamente fino a “coprire” uno o
pochi simboli consecutivi.
-  Rumore a pacchetto (burst), che cancella un numero considerevole di
simboli consecutivi.
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO: Tipo di Servizio (Dati)
ERRORI DI RICEZIONE (cont.)
• 
Le interferenze volontarie o involontarie si comportano come i rumori impulsivi
oppure a burst, poiche’ cancellano un gruppo di simboli.
• 
Per recuperare gli errori “casualmente distribuiti” si impiega la codificazione
di
canale.
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO: Tipo di Servizio (Dati con codificazione di canale)
CODICI
Un codice è un algoritmo matematico che:
• 
Ad una parola binaria (elemento, o simbolo, appartenente all’insieme
sorgente) fanno corrispondere una “parola di codice”.
•  La parola di codice (binaria) ha dimensioni (cioe’, lunghezza) superiori alla
parola di sorgente;
• 
La “distanza” (definita come il numero di bit differenti) tra le parole di codice
è superiore alla distanza che avevano le due parole di sorgente che le
hanno generate
•  Nel processo di “decodifica” a più parole ricevute si fa corrispondere una
sola parola di sorgente, quella a distanza minima. In altri termini, ad un
punto si fa corrispondere un “insieme di punti”.
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO: Tipo di Servizio (Dati con codificazione di canale)
CODICI (Cont.)
• 
In senso figurato si puo’ pensare che trasmettere e ricevere un simbolo di
informazione è come “lanciare una pallina e farla cadere in un bicchiere”; il
bicchiere è tanto più grande quanto più “potente” è il codice, ovvero il
bicchiere “occupa più spazio” della pallina.
• 
Problema associato alla codificazione:
- 
- 
• 
a parità di banda si riduce la velocità di sorgente
a parità di velocità di sorgente si allarga la banda
Quindi siamo di nuovo al compromesso!
C-691
Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO: Tipo di Servizio (Dati in ambiente con rumori a burst)
INTERALLACCIAMENTO (Interleaving)
• 
• 
Sono algoritmi che distribuiscono gli errori lungo la sequenza ricevuta,
convertendo errori “a pacchetto” in errori casuali.
L’interallacciamento viene effettuato subito dopo la codifica di canale, prima
della trasmissione:
-  si prendono parole di codice composte, in generale, da bit;
-  si “mischiano” i bit in modo che le nuove parole contengano un solo bit per
ognuna delle parole di partenza;
-  durante la trasmissione attraverso il canale di comunicazione può succedere
che venga a mancare anche una parola completa;
-  dopo il processo di de-interallacciamento tale mancanza si tramuta in un
errore per ognuna delle n parole di codifica, con possibilità di correzione da
parte del decodificatore.
C-691
Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO: Tipo di Servizio (Dati in ambiente con rumori a burst)
INTERALLACCIAMENTO (Interleaving) (Cont.)
• 
In presenza di interallacciamento, a parita’ di prestazioni il codice puo’
avere una dimensione inferiore.
• 
In tal modo si evita che il processo di codifica si “mangi” tutta la banda
disponibile.
• 
Esistono Interleaving del tipo “a blocchi” oppure “convoluzionali”.
C-691
Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO : MODALITA’ DI TRASMISSIONE (Modulazione)
Parametri di Progetto connessi :
•  Salto della modulazione
•  AM portante intera/ridotta/soppressa
•  Modulazione Frequenza/Fase
•  Modulazione per trasmissioni numeriche
C-691
Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO - Modalità di trasmissione (modulazione)
Si riferisce al tipo di modulazione mediante la quale le informazioni sono
associate alla “portante”
Parametri di Progetto connessi : SCELTA DELLA MODULAZIONE
• 
• 
Conoscere la modalità di trasmissione del segnale condiziona molti aspetti
di un ricevitore.
Esistono 3 tipi di modulazione:
- 
- 
- 
• 
modulazione di ampiezza (AM)
modulazione di frequenza (FM)
modulazione di fase (PM)
Si possono avere combinazioni di modulazioni ampiezza e fase/frequenza
(intenzionali e non).
C-691
Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO - Modalità di trasmissione (modulazione)
Le modulazioni di ampiezza possono essere del tipo a portante “intera”, “ridotta”
oppure “soppressa”.
AM - portante intera
• 
E’ la più “facile” da ricevere (infatti era adottata dai primi broadcasting).
- 
- 
- 
- 
• 
La portante “stabilizza” il guadagno della catena ricevente.
Si demodula con semplice diodo e condensatore.
Non è suscettibile alla “instabilità” degli oscillatori locali.
Permette, ove necessario, di sincronizzare gli oscillatori locali con il
segnale ricevuto
Però:
-  E’ bassa la efficienza in termini di potenza del segnale / potenza
portante.
-  Il livello del segnale varia con la profondità di modulazione.
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO - Modalità di trasmissione (modulazione)
AM portante ridotta, o “vestigiale”
E’ praticamente abbandonata. Presenta le caratteristiche della AM portante intera,
con qualche vantaggio:
-  ha un migliore rapporto potenza segnale / potenza portante , ma anche degli
svantaggi come:
- 
necessita la ricostruzione della portante in ricezione per
demodulare “AM”,oppure
deve essere demodulato per “prodotto”.
C-691
Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO - Modalità di trasmissione (modulazione)
AM portante soppressa
• 
SSB (Single
Ci sono due tipi fondamentali di AM: la DSB (Dual Side Band) e la
Side Band).
• 
Entrambi devono essere demodulati per “prodotto” con il netto
vantaggio della
SSB nel rapporto potenza segnale / potenza portante: non
esiste portante e tutta
la potenza è associata al segnale.
• 
Infatti un segnale AM a portante intera è definito come:
dove
è il segnale utile. Nella parentesi quadra si nota la “variazione”
della ampiezza a pulsazione Ω, con “m” indice di modulazione.
C-691
Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO - Modalità di trasmissione (modulazione)
AM portante soppressa (cont.)
• 
Il segnale AM puo’ anche essere esplicitato come:
dove è facile osservare che:
- 
- 
esiste una notevole parte della potenza associata alla portante
le due bande laterali portano m2 / 2 della potenza (massimo 50%, per m
= 1)
- 
• 
l’informazione è anche in una sola delle bande laterali.
Dalla formula è quindi facile verificare i casi citati precedentemente.
C-691
Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO - Modalità di trasmissione (modulazione)
AM portante soppressa (cont.)
• 
Si osserva che il solo segnale in banda laterale ha il vantaggio di “portare
la massima potenza”, ma per estrarre la informazione serve effettuare un
“battimento in banda base” ovvero:
• 
Proprio in questo prodotto risiede la sensibilità del segnale SSB alla
stabilità dell’oscillatore locale.
C-691
Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO - Modalità di trasmissione (modulazione)
AM portante soppressa (cont.)
• 
Una ulteriore “utile” osservazione è relativa allo sviluppo matematico del
segnale SSB, che mostra come, in realta’, il segnale risulta modulato sia in
ampiezza che in frequenza.
• 
Cio’ risulta valido per segnali modulati sia di tipo analogico che di tipo
digitale.
• 
Attualmente tale circostanza impedisce l’effettuazione di una sintesi diretta
del segnale SSB a partire dalla sequenza numerica, ma si richiede la
generazione del segnale in banda base e la successiva traslazione a RF, in
SSB.
C-691
Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO - Modalità di trasmissione (modulazione)
Modulazione frequenza / fase
•  I segnali modulati in frequenza/fase sono generalmente detti “ad inviluppo
costante”.
•  In passato tale caratteristica ha dato luogo a notevoli vantaggi per quanto
attiene il controllo del guadagno della catena ricevente: il segnale veniva
lasciato inalterato fino a superare una determinata soglia (la dinamica
istantanea), dopo la quale veniva “tagliato” mantenendone costante il livello.
C-691
Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO - Modalità di trasmissione (modulazione)
Modulazione frequenza / fase (cont.)
•  Nei moderni sistemi di comunicazione dati in cui vengono trasmessi “burst” di
simboli, al fine di evitare indesiderati allargamenti di banda ogni singolo burst
viene fatto “crescere e decrescere” con inviluppo controllato (ad esempio,
con andamento temporale del tipo a coseno rialzato).
•  Tale “pre-formazione” in trasmissione da un lato riduce la banda ma dall’altro
puo’ provocare un aumento indesiderato del BER (minore energia per i primi
e gli ultimi simboli del burst).
•  Inoltre, in ricezione un eventuale taglio della ampiezza del segnale ricevuto
crea interferenza intersimbolica e quindi possibili errori di decisione.
C-691
Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO - Modalità di trasmissione (modulazione)
Modulazioni per trasmissioni numeriche
•  Nelle comunicazioni numeriche per ogni tipo di modulazione (BPSK, QPSK,
16QAM, etc.) si hanno corrispondenti curve del BER vs EB/No (Bit Error Rate
versus - (in funzione di) Energia di Bit sulla densità di energia di Rumore per
Hz di banda).
dove:
EB = energia del Bit: la potenza S del segnale divisa per il bit rate
BR (numero di Bit nell’unità di tempo)
No= potenza N del rumore misurato nella banda
, diviso per la banda
stessa
C-691
Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO - Modalità di trasmissione (modulazione)
Modulazioni per trasmissioni numeriche (cont.)
Quindi si ha:
I collegamenti più efficienti tendono ad avere:
dove l’efficienza (spettrale) viene espressa in bit (trasmessi) per unità di
frequenza (Bit/Hz).
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
ALTRI REQUISITI
•  Sensibilità
•  Controllo Automatico di Guadagno (AGC)
•  Intermodulazione in banda e fuori banda (IMD)
•  Modulazione incrociata (cross-modulation)
•  De-sensibilizzazione
•  Spurie Rx
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
ALTRI REQUISITI (Cont.)
•  Tempo cambio frequenza
•  Accuratezza delle frequenze
•  Selettività di IF e di banda-base
•  Squelch
•  Output banda-base
•  Spurie Rx
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO - Sensibilità
• 
E’ definita, per convenzione, come la potenza del segnale ricevuto (a RF)
che assicura per il segnale in banda-base un rapporto S/N di almeno 10 dB
• 
In generale l’ordine di grandezza di questo segnale è intorno ad 1µV, pari a
-107 dBm su 50 Ω [infatti (1µV)2/50Ω = 2 x 10-11 mW; 3-110 = -107 dBm]
• 
E’ un parametro praticamente condizionato dal Front-End, o meglio dalla
sua figura di rumore (NF).
• 
Esiste una relazione tra la figura di rumore (NF) di un ricevitore e la
sensibilità nelle modulazioni lineari.
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO - Sensibilità
•  La soglia di rumore minimo per effetto Johnson è KT0 (K = 1.37.10-23
Joule/°K; T0 è la temperatura ambiente in gradi Kelvin, con 27°C = 300°K),
ovvero:
-174 dBm/Hz (a 27°C).
•  Ad esempio, volendo ricevere un segnale SSB di -107 dBm con una
sensibilità di 10 dB su una banda di 3000 Hz (34 dB/Hz), il rumore che puo’
essere aggiunto dal ricevitore (NF) perché la sensibilità sia effettivamente
quella richiesta e’ pari a:
NF = -174+107+34+10 = 23 dB
C-691
Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO - Sensibilità
Nel caso delle modulazioni non lineari (es., di frequenza) si deve tener
• 
conto
dell’effetto “soglia” che cambia il rapporto S/N rispetto a C/N (carrier to
noise
ratio).
•  Ricordando i criteri legati alla NF di una cascata di reti due porte:
-  maggiore è il guadagno dei primi stadi, minore è l’influenza degli stadi
successivi alla figura di rumore totale
-  sembrerebbe che il cosiddetto “preamplificatore di antenna” risolva tutti i
problemi, ma purtroppo c’è il limite della dinamica (AGC).
• 
Nel Front-End selettivo, con un mixer quale primo stadio è l’OL che limita
la
NF (oltre la perdita di inserzione del mixer stesso).
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO - Controllo Automatico del Guadagno (AGC)
E’ definito come la variazione del livello di uscita audio (in generale non più di 3 ÷
4 dB) al variare della RF in ingresso in tutta la dinamica (circa 100 ÷ 120 dB)
Parametri di Progetto connessi
• 
Nei ricevitori è difficile venga richiesta una dinamica superiore ai 120 dB
(1µV ÷ 1V).
• 
E’ comunque un valore che durante il progetto risulterà “molto alto”.
• 
Un F/E in grado di “incassare” queste dinamiche è difficile da realizzare:
- 
Gli amplificatori con buona figura di rumore (NF) non hanno una dinamica
molto “ampia”.
- 
I mixer che lavorano fino a +13 dBm necessitano di un OL la cui potenza
arriva quasi ad 1 W (cioe’, 30 dBm) con i conseguenti problemi legati
alla
sua figura di rumore.
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO - Controllo Automatico del Guadagno (AGC)
Parametri di Progetto connessi (cont.)
• 
Come regola generale, l’OL deve avere una potenza di circa 10 dB
maggiore
di quella del segnale ricevuto (con cui “batte”).
•  I moderni sistemi di conversione A/D permettono dinamiche istantanee reali
non superiori ai 60 ÷ 70 dB.
• 
Il compromesso è pertanto di attenuare o “ridurre” il segnale subito dopo
l’antenna non appena esso comincia a superare i primi 60 dB, per i quali
possiamo tenere la situazione del rumore “sotto controllo”.
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO - Controllo Automatico del Guadagno (AGC)
Parametri di Progetto connessi(cont.)
•  Questo processo di attenuazione, normalmente governato dal circuito di
conversione A/D (quando eccede la sua dinamica) viene chiamato AGC.
•  La sua risposta non è istantanea e pertanto può essere caratterizzato da una
“risposta al gradino” per una ampiezza che varia rapidamente (generalmente
si considera un salto di 90 dB).
•  L’AGC opera sui segnali che “arrivano” al convertitore A/D e quindi opera a
“banda stretta”.
•  E’ pertanto necessario caratterizzare la “resistenza” del ricevitore (o almeno
del F/E) ai “forti segnali” sia in banda che fuori banda.
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO - Intermodulazione in banda e fuori banda (IMD)
E’ la potenza, rispetto alla soglia di sensibilità, che hanno due segnali quando il
prodotto di inter-modulazione da essi generato presenta in uscita un rapporto S
/N pari alla minima sensibilità.
(La banda su cui si definiscono i prodotti di inter-modulazione è quella della
frequenza intermedia).
Parametri di Progetto connessi
• 
Misurando la IMD si può definire il grado di linearità del F/E.
• 
I due segnali a frequenza f1 ed f2 entrano nel F/E, la cui non-linearita’
può
essere espressa con lo sviluppo in serie di potenze:
F/E = K1 (f1 + f2 )+ K2 (f1 + f2 )2+ K3 (f1 + f2 )3
avendo trascurato le approssimazioni superiori al 3° ordine.
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO - Intermodulazione in banda e fuori banda (IMD)
Parametri di Progetto connessi (cont.)
F/E = K1 (f1 + f2 )+ K2 (f1 + f2 )2+ K3 (f1 + f2 )3
• 
e3
Il primo termine è quello di amplificazione lineare. I termini di potenza 2
generano i prodotti di inter-modulazione.
• 
Dal secondo ordine escono termini il cui valore in frequenza e’:
f1 + f2 ed f1 - f2 o f2 - f1
• 
Dal terzo ordine si ottengono:
f1 ± 2f2 ed f2 ± 2f1
• 
Scegliendo opportunamente f1 ed f2 si fa in modo che i prodotti
abbiano la
frequenza f0 di ricezione. Quindi si incrementa il livello sia del segnale a
frequenza f1 che quello a frequenza f2 fintanto che in uscita non si ottiene un
S/N pari alla soglia di sensibilità.
• 
Il valore che ricorre in molti “requisiti” è pari a circa 90 dB.
C-691
Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO - Intermodulazione in banda e fuori banda (IMD)
Parametri di Progetto connessi (cont.)
•  In pratica la prova si effettua mettendo “anche” il segnale desiderato e vedendo
quando, al crescere di f1 ed f2, la sensibilità che esso ha prodotto si riduce di 3
dB, ovvero si ottiene la condizione che il segnale ha potenza pari alla potenza
del rumore (three-signal test method).
•  Come visto in precedenza, mediante IP3 si possono definire in modo analogo
gli effetti del 3° ordine nei front-end.
•  Esiste anche IP2, ma è impiegato piu’ raramente.
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REQUISITO - Modulazione incrociata (cross-modulation)
E’ il livello di un segnale modulato AM (alla frequenza F) con portante alla
frequenza f (in banda oppure fuori banda) che produce sul segnale desiderato
(avente frequenza f0) una modulazione (a frequenza F) attenuata X dB rispetto
al segnale desiderato.
X viene tipicamente fissato pari a 20 dB.
Parametri di Progetto connessi
• 
E’ ancora un parametro che caratterizza la linearità dei Front-End: in
particolare può essere visto come l’indice della linearità della dinamica del
primo stadio.
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REQUISITO - Modulazione incrociata (cross-modulation)
Esempio (transistor): ICC corrente di collettore, VCE tensione collettore-emettitore
ICC
P
VCE
•  Il segnale AM infatti fa muovere il punto di lavoro P lungo la retta di carico
“portandosi sopra” il segnale desiderato
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REQUISITO - Modulazione incrociata (cross-modulation)
• 
Se il “guadagno” fosse uguale lungo tutta la retta di carico allora non ci
sarebbero “effetti”.
• 
Poiche’ in realta’ il guadagno varia, verso gli estremi della dinamica
queste
“variazioni” si presentano sul segnale desiderato con una frequenza di
ripetizione pari alla frequenza F del segnale modulato AM.
• 
Da cio’ si ottiene la modulazione in ampiezza (indesiderata) a
frequenza F.
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REQUISITO - De-sensibilizzazione
E’ definito come il livello di segnale con frequenza f, distante Δƒ dalla frequenza
ƒ0 (su cui è sintonizzato il ricevitore) almeno più della banda IF 60 dB , che
riduce la sensibilità di un segnale a frequenza ƒ0 di 3 dB rispetto al valore
minimo richiesto.
Alcune specifiche richiedono un Δƒ minimo pari al 10% di ƒ0.
Parametri di Progetto connessi
• 
Il primo elemento “incriminato” con questo requisito sarà l’OL, o meglio
il
rumore ad esso associato ed eventuali spurie.
• 
Il “reciprocal mixing” è il primo effetto che contribuisce alla riduzione
della
sensibilità. Le spurie vengono considerate alla stregua del rumore.
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REQUISITO - De-sensibilizzazione
Parametri di Progetto connessi (cont.)
•  Un front-end selettivo “aiuta” molto a ridurre il problema della desensibilizzazione.
• 
Per discriminare il segnale desiderato rispetto a qualsiasi altro
“contributo” si
usa una particolare misura della uscita in banda base,
detta SINAD (Signal- Noise-And-Distortion):
dove :
S è la potenza del segnale
N è la potenza del rumore
D è la potenza associata alle armoniche del segnale S.
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REQUISITO - De-sensibilizzazione
Parametri di Progetto connessi (cont.)
• 
La misura a numeratore viene eseguita con metodo
misurando il
bolometrico,
calore generato dal segnale all’interno di un opportuno
dispositivo.
• 
ma
La misura a denominatore viene eseguita con lo stesso procedimento,
dopo aver filtrato il segnale con un filtro “a notch” che attenua di
almeno 20 dB
• 
la frequenza del segnale.
La distorsione (d) in banda base si definisce come:
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REQUISITO - De-sensibilizzazione
Parametri di Progetto connessi (cont.)
• 
Il segnale fuori banda “attiva” le non linearità del front-end, generando
armoniche che potrebbero produrre segnali indesiderati come la frequenza
immagine oppure la IF.
• 
Questi effetti possono essere matematicamente discriminabili, ed in
generale è meglio farlo, poiché i valori di reiezione di detti segnali, sono minori
del valore
di desensibilizzazione.
•  Piu’ in dettaglio: conoscendo il valore della frequenza o dellle frequenze
intermedie che sono nel ricevitore, e conoscendo il valore della frequenza degli
OL che producono dette IF, e’ possibile calcolare la frequenza disturbante.
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REQUISITO - Spurie Rx
Sono segnali generati internamente al ricevitore che provocano un segnale in
uscita in assenza di segnale di ingresso, ovvero con ingresso chiuso su un
carico artificiale (50 Ohm).
•  Si aggiungono alle spurie che si possono generare per battimento con un
segnale esterno (dette appunto “esterne”).
• 
Le spurie interne “non sono gradite”. Qualche specifica ne accetta un
numero minimo, tali che non riducano la sensibilità di un segnale desiderato
oltre i 3 dB.
• 
Per la frequenza di riferimento e le sue armoniche si fanno deroghe
fino a 10
dB.
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REQUISITO - Spurie Rx
•  Generalmente le spurie Rx sono originate dai circuiti digitali, e radiate in
corrispondenza dei punti a più alta impedenza della catena ricevente
(trasformatori e/o induttanze sono il bersaglio preferito) provocando gli effetti
“più strani”, ovvero poco predicibili.
•  Le spurie “condotte” sono generalmente trasportate dal circuito di
alimentazione.
I circuiti a µProcessore generano molte spurie, in particolare a causa di
processi di elaborazione di tipo ripetitivo, come l’esecuzione di “loop” di
istruzioni.
• 
Una elaborazione meno strutturata provoca spurie con livelli estremamente
inferiori: a parità di energia irradiata sono presenti più componenti armoniche.
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REQUISITO - Tempo cambio frequenze
E’ il tempo necessario a passare da una frequenza “stabile” ad un’altra, con una
accuratezza tipica di almeno 100 Hz.
Parametri di Progetto connessi
• 
Nei PLL questo parametro è strettamente legato al filtro di loop.
• 
Un PLL puo’ essere impiegato per “moltiplicare” la frequenza prodotta
da un
DDS (Direct Digital Synthesizer), ovvero un dispositivo numerico che
produce i
campioni di una qualsiasi frequenza comunque scelta al disotto di
1/2 ÷ 1/5
della frequenza di riferimento ad esso fornita.
• 
In tal caso il parametro “Tempo cambio frequenze” e’ ancora
strettamente legato al filtro di loop, poiché il “gradino” in frequenza da parte del
“riferimento” presenta la stessa risposta da parte del “loop”.
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REQUISITO - Accuratezza delle frequenze
Indica quanto deve essere accurato il valore della frequenza ricevuta e/o
trasmessa.
• 
Lo si riferisce
-  al tempo: “aging” (invecchiamento) in parti per milione (ppm), per mese o
per anno
-  oppure alla temperatura di lavoro (in ppm per °C).
• 
E’ poco importante nei sistemi di comunicazione con modulazione di
ampiezza.
• 
Si nota la sua importanza nelle modulazioni a portante soppressa (SSB,
single
side band) di segnali vocali, dove uno scarto di 30 Hz e’ sufficiente
ad alterare
il timbro della voce riprodotta dopo demodulazione.
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REQUISITO - Accuratezza delle frequenze
Parametri di Progetto connessi
• 
E’ un parametro strettamente legato all’oscillatore locale ed a tutti gli altri
oscillatori presenti, qualora ci siano più traslazioni in frequenza.
• 
Nel caso si usi il criterio dei PLL, il requisito si riferisce al solo standard di
frequenza.
• 
Per questa funzione si usano oscillatori al quarzo:
-  non compensati: stabilità 10 ÷ 30 ppm/-30 ÷ 50°C
-  TCXO (Thermal Compensated Xtal Oscillator): stabilità ∼ 1 ppm / -30 ÷ 50°C
-  OVEN: stabilità ∼ 0.05 ÷ 0.1 ppm/-30 ÷ 50°C
-  CCXO (Computer Controlled Xtal Oscillator): stabilità ∼ 0.5 ppm/-30 ÷ 50°C
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REQUISITO - Accuratezza delle frequenze
• 
In un oscillatore a quarzo la curva dell’andamento della frequenza in
funzione
della temperatura è dovuta al “tipo di taglio” che si effettua sul
quarzo (ci si riferisce agli assi del cristallo).
Δƒ
ppm
• 
Andamento tipico:
+70
°C
A
B
-70
~- 30°C
• 
mentre
~+ 20°C
~+ 60°C
Negli XO compensati la curva viene “compressa” al fine di ridurre il Δƒ
per gli OVEN si tende a portare il quarzo nella zona A-B.
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO - Accuratezza delle frequenze
Piu’ in dettaglio:
•  Negli XO compensati la compensazione si effettua “leggendo” la temperatura
con un termistore e conseguentemente variando di conseguenza la frequenza
emessa (tramite una variazione della capacita’ di un varicap connesso al
circuito oscillante cui e’ collegato il quarzo).
•  Negli OVEN si mantiene il circuito oscillante ad una temperatura di almeno 10°
superiore a quella massima di esercizio (da cui il termine “oven”, cioe’ “forno”).
Per avere la migliore stabilita’ e’ bene comunque allocare la temperatura
dell’OVEN nella zona A-B del grafico.
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REQUISITO - Selettività di IF e di banda-base
Selettività IF: viene definita dalla caratteristiche del filtro IF
Selettività in banda base: viene definita dalla banda base del segnale audio in
uscita e viene realizzata dal circuito DSP (ovvero, dai filtri numerici).
Parametri di Progetto connessi
• 
La selettività IF “misura” il comportamento del ricevitore rispetto ai segnali
indesiderati.
• 
La selettività di banda base permette di valutare gli effetti che il segnale
audio può avere su dispositivi/circuiti connessi al ricevitore.
• 
La banda base è generalmente 3000 Hz a 3 dB e 4000 ÷ 5000 Hz a 40 ÷ 60
dB.
• 
Il valore fuori banda è in generale limitato dal rapporto segnale/rumore in
uscita.
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REQUISITO - Selettività di IF e di banda-base
Parametri di Progetto connessi (cont.)
• 
Anche con segnali puri e forti, a causa del rumore di sintesi e di quello
associato al processo numerico la sensibilità del ricevitore non supera,
generalmente, i 40 dB.
• 
Nel caso di modulazione di frequenza la banda IF è legata alla “deviazione
“ (D) oltre che alla banda base (B). Secondo la regola di Carson la banda IF
deve essere almeno maggiore di 2 (D+B).
Ricevere segnali FM con banda IF “stretta” provoca distorsioni.
La “pendenza” del filtro infatti demodula la parte del segnale che, in
frequenza, eccede la banda passante producendo una modulazione AM
indesiderata.
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO - Squelch
Esprime la capacità del ricevitore a non fornire uscite audio se il rapporto S/N
scende sotto una determinata soglia (~ 5÷6 dB)
Parametri di Progetto connessi
• 
In generale non e’ facile determinare il rapporto segnale rumore
all’ingresso del ricevitore, in quanto sarebbe necessario “conoscere” il
segnale utile per poterne determinare l’energia associata.
• 
Per l’audio è possibile realizzare un circuito mediante il quale con un filtro
passa basso (intorno ai 1000 Hz) si “pesa” il contenuto di fonia, e con un
filtro passa alto (a 2000 Hz circa) si ottiene il rumore.
• 
Per le informazioni che occupano tutta la banda (tipo “dati” o peggio ancora
“cifra”) è possibile avere la funzione squelch solo dopo aver “letto” le
informazioni e verificato che siano indirizzate all’utente giusto.
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO - Output banda-base
E’ dato dal livello di uscita su di una impedenza caratteristica ( ~ 600 Ohm
bilanciati) con assegnata tolleranza Δ (generalmente scelta pari a ± 3 dB)
Parametri di Progetto connessi
•  E’ un parametro che stabilisce la necessità di un AGC al variare del segnale
RF di ingresso.
•  Deve essere sufficientemente rapido da rispondere prontamente al “gradino” in
ingresso senza “assordare” l’utente (nei loop il guadagno iniziale è sempre
massimo), ma anche abbastanza lento da non “livellare” le tonalità del parlato.
•  Strategia in 2 passi:
il primo passo (ad integrazione “veloce”) porta ad un livello entro i ± 10 dB,
il secondo passo (ad integrazione “lenta”) affina tale valore.
•  “Lento” e “veloce” sono relativi al tempo di variazione delle informazioni: nel
caso della fonia il tempo di riferimento è il fonema (intorno 10 ÷ 50 ms).
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
Parte 2: Il Trasmettitore
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
Requisiti del Trasmettitore - Indice
•  Potenza di uscita
•  Tipo di modulazione
•  Intermodulazione 3° ordine (IMD) in banda
•  Back-door IMD
•  Attenuazione armoniche
•  Spurie in trasmissione
•  Rumore a banda larga
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
Requisiti del Trasmettitore - Indice (Cont.)
•  Antenna
•  Duty Cycle
•  Alimentazione
•  Grounding-bonding
•  Affidabilità
•  Disponibilità della funzione
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
IL TRASMETTITORE
• 
La parte trasmittente di una radio ha minore impatto (rispetto al ricevitore)
nel
trattamento dei segnali, specialmente dopo l’avvento dei
sintetizzatori a DDS.
Con i DDS (Direct Digital Synthesys) si puo’ generare direttamente in forma
numerica il segnale modulato FM o PM, senza passare attraverso il mixing
analogico.
• 
i
Tuttavia il trasmettitore crea problemi al progettista per molti altri aspetti, tra
quali:
- 
- 
- 
- 
Controllo della potenza di uscita
Stabilità degli alimentatori
Adattamento della impedenza di antenna
Dissipazione del calore
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO - Potenza di uscita
E’ il livello di potenza RF richiesto dalle specifiche di sistema.
Viene espresso in Watt, con la tolleranza in dB (generalmente uguale o inferiore
a ± 1 dB)
Parametri di Progetto connessi
•  Indipendentemente dalla classe di funzionamento, la potenza di uscita di un
amplificatore varia in funzione della frequenza e della temperatura.
•  L’impedenza di uscita di uno stadio amplificatore è composta da una parte
resistiva ed una capacitiva.
•  Mantenere le condizioni di massimo trasferimento di energia (impedenza di
carico complessa e coniugata) al variare della frequenza è praticamente una
“impresa disperata”.
•  Normalmente si ipotizza che il carico sia resistivo puro (è praticamente tutto
normalizzato a 50 Ohm, strumenti inclusi) e poi si “controlla” il valore della
potenza in uscita.
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REQUISITO - Potenza di uscita
Parametri di Progetto connessi (cont.)
Controllo della potenza di uscita mediante feed-back:
-  E’ il metodo classico, che presenta il grosso inconveniente di dover “partire”
sempre dal guadagno massimo.
Se la variazione del guadagno è dell’ordine di 3 ÷ 6 dB nei punti “peggiori”,
potrebbe partire con potenze oltre le 10 volte superiori al valore nominale, con
conseguenti problemi di saturazione e rottura dello stadio finale.
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO - Potenza di uscita
Parametri di Progetto connessi (cont.)
- 
Controllo della potenza mediante feed-forward.
E’ più sicuro del feed-back.
Si stabilisce il guadagno sulla base di elementi noti pre-acquisiti, oppure si
aumenta il guadagno in modo graduale fino a raggiungere il valore nominale.
Ha l’inconveniente di dover essere “istruito” ed e’ meno facile da tenere sotto
controllo, principalmente a causa di fenomeni termici.
E’ attualmente il più usato, essendo ben supportato dai sistemi a µProcessore.
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO - Potenza di uscita
Parametri di Progetto connessi (cont.)
•  Il progetto per il carico da dare ad un amplificatore fa riferimento alla potenza di
picco (PEP, Peak Envelope Power) mentre la “dissipazione” è più influenzata
dalla potenza media (Mean power).
•  Potenza di picco e media sono determinate dal tipo di modulazione impiegata.
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REQUISITO - Tipo di modulazione
Modulazioni di ampiezza, frequenza e fase.
Parametri di Progetto connessi : POTENZA DI TRASMISSIONE
•  Nei trasmettitori le modulazioni ad “inviluppo costante” sono quelle con minori
problemi.
•  Nel caso di “inviluppi controllati” (tipo a coseno rialzato nel tempo, nella
trasmissione di pacchetti di informazione) si hanno problemi usando circuiti di
stabilizzazione della potenza a feed-back.
•  Le modulazioni AM, ed in particolare la SSB, hanno rapporto picco/media
diverso da 1.
•  Nelle trasmissioni di voce in SSB tale rapporto può arrivare a 12 ÷ 15 dB, con
problemi sia nel progetto dell’amplificatore sia nella affidabilità del collegamento.
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO - Tipo di modulazione
Parametri di Progetto connessi : POTENZA DI TRASMISSIONE (cont.)
•  Nei trasmettitori SSB si cerca di “migliorare” il rapporto picco/media
principalmente per ottenere un migliore rapporto S/N in ricezione, a parità di
potenza di picco del trasmettitore.
•  L’andamento del segnale RF è lo stesso di quello del segnale in banda base,
poiche’ in SSB il segnale fonico è solo “traslato” a RF.
•  I picchi del segnale sono dati dalle componenti di frequenza più alta, mentre le
componenti di bassa frequenza formano la “base” del segnale.
•  Il segnale audio, convertito a IF o RF, viene amplificato e “CIMATO” con un
amplificatore con risposta logaritmica in modo da mantenerne i picchi entro la
dinamica della catena di amplificazione a radio frequenza.
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO - Tipo di modulazione
Parametri di Progetto connessi : POTENZA DI TRASMISSIONE (cont.)
•  Tagliando i picchi fino a ridurre il rapporto PEP/Mean a 5 ÷ 6 dB si ottengono
miglioramenti “di tratta” anche del 50%.
•  Il segnale “tagliato” nel
INVILUPPO
DEL SEGNALE
percorso dal trasmettitore
Segnale Audio
al ricevitore si attenua
come quello non tagliato,
Segnale a RF
salvo rimanere sopra una
eventuale soglia di rumore
Rumore
presente al lato ricevitore.
TEMPO
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO - Tipo di modulazione
Parametri di Progetto connessi : CIRCUITO DI MODULAZIONE
•  I moderni dispositivi DDS permettono di generare digitalmente il segnale
modulato di frequenza o di fase.
•  Si tratta quindi di generare il segnale direttamente nel sintetizzatore alla
frequenza RF desiderata, e quindi amplificare.
•  Nella modulazione AM la RF viene generata con ampiezza costante, e la
modulazione viene successivamente “impressa” sull’alimentazione dello stadio
finale.
•  La modulazione SSB richiede ancora una IF in trasmissione, sebbene
attualmente possa essere realizzata con un processo numerico (nei DSP).
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO - Tipo di modulazione
Parametri di Progetto connessi : INCIDENTAL MODULATION
E’ l’indice di modulazione non desiderata (“incidental”) su quella voluta.
•  Nei trasmettitori a modulazione di ampiezza gli alimentatori sono soggetti a forti
variazioni dell’assorbimento legati alla forma d’onda da inviare.
•  Conseguentemente al valore finito della impedenza di uscita dell’alimentatore,
le tensioni fornite dall’alimentatore stesso possono avere una variazione in
ampiezza (ripple) funzione del segnale stesso.
•  Se ciò si ripercuote sulla alimentazione dell’oscillatore che genera la RF, si
crea una modulazione di frequenza non voluta (incidental) che si associa al
segnale trasmesso.
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO - Intermodulazione 3° ordine (IMD) in banda
•  L’Inter-Modulation Distortion (IMD) in banda e’ il valore della attenuazione che i
prodotti di inter-modulazione del 3° ordine hanno rispetto a due segnali uguali
in banda.
•  Per trasmettitori SSB valori buoni sono oltre i 32 ÷ 36 dB
•  E’ definita sugli amplificatori/trasmettitori in classe A o AB, e permette di
valutarne la linearità.
•  Permette di “individuare” fenomeni di saturazione o di distorsione di cross-over
negli stadi in classe AB (la polarizzazione in classe A serve a compensare la
non linearità che si avrebbe con la polarizzazione a “zero” dei transistori finali).
•  E’ in generale di ordine “dispari”, poiché gli “effetti” sono simmetrici rispetto
l’asse dei tempi.
•  Eventuali dissimetrie delle componenti armoniche (del 3o e 5o ordine) negli
amplificatori in push-pull sono dovute a differenze nei “percorsi” del segnale.
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO - Back-door IMD
E’ un parametro di linearità definito come i prodotti di intermodulazione generati
da un amplificatore che, mentre trasmette, si trova sullo stadio finale un segnale
proveniente da un altro trasmettitore co-locato.
I valori richiesti sono intorno a 100 dB.
Parametri di Progetto connessi
•  Un amplificatore a banda stretta è generalmente favorito.
•  La caratteristica di IMD è analoga a quella precedentemente illustrata.
•  La risposta sarà non simmetrica. I prodotti IMD sono sempre soggetti alla
formula introdotta nei ricevitori:
•  Normalmente ƒr presenta ampiezza inferiore a ƒo, ed allora nella forma
quadratica è maggiormente ridotta.
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REQUISITO - Attenuazione armoniche
E’ il valore di attenuazione delle armoniche del segnale RF rispetto il segnale RF
stesso.
In generale per la seconda e terza armonica vengono richiesti valori più bassi
rispetto alle armoniche di ordine superiore.
Parametri di Progetto connessi
•  Gli amplificatori a transistors sono in generale a banda larga. Non hanno
dispositivi meccanici (come negli amplificatori a valvole) o elettronici per
l’adattamento del carico allo stadio finale, e quindi sono più “vulnerabili” a
questo requisito.
•  Negli amplificatori in classe AB o B si usano filtri di armonica di tipo passa
basso, con banda inferiore alla “ottava”.
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REQUISITO - Attenuazione armoniche
Parametri di Progetto connessi (cont.)
•  La “commutazione” dei filtri può creare problemi nei sistemi operanti a “salti di
frequenza” (hopping).
•  Ci sono diversi studi (non ancora riportati negli apparati prodotti in serie) per
applicare i criteri feed-forward all’amplificatore allo scopo di pre-compensare le
armoniche con una “distorsione controllata” del segnale RF.
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO - Spurie in trasmissione
E’ il livello con cui eventuali segnali diversi da quello desiderato si presentano in
antenna.
La loro attenuazione deve in generale superare i 60 dB.
Parametri di Progetto connessi
•  Le sorgenti classiche di queste spurie sono il sintetizzatore e l’alimentatore.
•  Per il sintetizzatore e’ stata già illustrata la genesi di questi segnali indesiderati.
•  Gli alimentatori sono normalmente di due tipi: direttamente “dalla rete” oppure
“switching”.
•  Negli alimentatori dalla rete un trasformatore cambia la tensione di rete; segue
poi il raddrizzamento ed il filtraggio.
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO - Spurie in trasmissione
Parametri di Progetto connessi (cont.)
Negli switching dapprima si raddrizza direttamente la rete. Poi, dopo aver
“blandamente” filtrato (la corrente è estremamente bassa e quindi l’impedenza e’
alta), si “choppera” il segnale ad alta frequenza (anche a 1 ÷ 2 MHz,
attualmente) per poi inviarlo ad un trasformatore/raddrizzatore.
•  Chopper: circuito che interrompe periodicamente il contatto, cosi’ trasformando
un segnale continuo in un segnale periodico (onda quadra con opportuno “duty
cycle”). Il controllo del valore di tensione al variare del carico si effettua
alternando il periodo ON/OFF del “chopper”.
•  Le spurie usualmente presenti sono proprio quelle dovute alla frequenza di
chopper ed alle sue armoniche (sviluppo in serie di Fourier).
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REQUISITO - Rumore a banda larga
E’ definito come il livello di potenza che si trova in una banda (generalmente pari
a quella IF dei ricevitori) situata ad un certo Δƒ dalla frequenza di trasmissione.
Viene espresso in dBc/Hz (dB “carrier” per Hz) ovvero decibel per unità di
frequenza misurati rispetto ad un segnale (carrier) di riferimento.
Parametri di Progetto connessi
•  Caratterizza la possibilità di un trasmettitore ad essere co-locato (sia per
distanza fisica che per separazione di frequenza Δƒ) con uno o più ricevitori.
•  E’ un parametro essenziale nei sistemi di comunicazione molto “affollati”, quali
ad esempio le unita’ navali. A titolo di esempio, 1 kW RF che si
propaga per onda di terra nel campo di frequenze HF, ad un km di distanza
subisce una attenuazione tale da produrre un campo di 300 mV/m.
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REQUISITO - Rumore a banda larga
Parametri di Progetto connessi (cont.)
•  Salvo che per la figura di rumore dell’amplificatore, tutto il rumore viene
prodotto dagli stadi a basso livello.
•  Per il rumore “vicino al picco” si parla in generale di “hum”, che è un rumore
tipico di bassa frequenza ed è generato dagli alimentatori (sia quelli che usano
la rete sia quelli a “chopper”).
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REQUISITO - Antenna
•  E’ l’elemento critico (ma indispensabile!) dei trasmettitori radio.
•  Se ne devono stabilire le caratteristiche di impedenza al variare della
frequenza di utilizzo.
•  In generale risulta difficile misurare l’impedenza di una antenna, che costituisce
dunque un requisito “vago” cui il progettista deve contribuire molto.
•  Le antenne per trasmettitore nella gamma VLF-LF-MF (fino a ~ 1.5 MHz) sono
di solito mono-frequenza oppure a banda stretta.
•  Nella gamma HF cominciano ad essere impiegate antenne a banda larga (con
superficie intorno all’ettaro).
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REQUISITO - Antenna
•  Per le antenne a banda stretta tipo stilo esistono delle reti di adattamento delle
impedenze (Antenna Tuning Unit) che trasformano la rete da basso valore
resistivo ed alto reattivo in 50 Ohm resistivi.
•  Le antenne a larga banda in generale sono caratterizzate dal VSWR (Voltage
Standing Wave Ratio, rapporto d’onda stazionaria) che è sempre inferiore a 3.
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REQUISITO - Duty cycle
Nei ricetrasmettitori è la percentuale di tempo impiegata per la trasmissione,
rispetto al tempo totale di rice-trasmissione.
Parametri di Progetto connessi
•  Aiuta molto nel “dimensionamento” dei dissipatori (durante la ricezione il
trasmettitore si raffredda)
•  La temperatura media cui il trasmettitore “lavora” è funzione del duty cycle.
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Proff. Roberto Cusani e Mauro Biagi, Ing. Manlio Proia
REQUISITO - Alimentazione
E’ definita come la tensione (monofase oppure trifase) fornita al trasmettitore per
erogare la potenza nominale.
Parametri di Progetto connessi
•  Molte volte L’alimentatore viene sottovalutato dal progettista.
•  Per esso valgono i principi generali delle reti due porte. Ad esempio, è bene
caratterizzare l’alimentazione dello stadio finale con la variazione di tensione al
“gradino” di corrente (dal minimo al massimo).
•  L’impedenza di uscita dell’alimentatore di potenza deve essere la più bassa
possibile, per evitare distorsione al segnale.
•  Un “buon” condensatore aiuta a risolvere molti problemi.
C-691
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REQUISITO - Grounding - Bonding
Il Grounding e’ definito come la metodologia di connessione della “massa”.
Il Bonding costituisce il tipo e le caratteristiche (resistenza di contatto) di
connessione usata per la “massa” stessa.
Parametri di Progetto connessi
E’ molto importante nei trasmettitori: la efficienza delle antenne è legata
fortemente alla resistenza ohmica del cosiddetto “ritorno di massa”.
Esempio: Amplificatore collegato all’antenna
“Piano di Terra”
Le correnti di ritorno
che attraversano la resistenza di terra
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REQUISITO - Affidabilità
E’ definita dal tempo medio tra guasti (MTBF, Mean Time Between Failures)
Parametri di Progetto connessi
•  E’ un parametro di progetto estremamente importante.
•  Il primo calcolo deve essere fatto dal progettista, presupponendo che ogni
componente sia “vitale” per il funzionamento (“part count”). Si usano tabelle di
“failure rate” per i componenti impiegati.
I componenti di potenza sono più vulnerabili. Per essi l’impiego del “duty cycle”
aiuta ad “accrescere” l’affidabilita’, ad esempio con un duty cycle del 50% il
componente “lavora metà tempo”: sebbene il valore di MTBF non cambia, il
periodo di funzionamento statisticamente si raddoppia.
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REQUISITO - Disponibilità della funzione
E’ la probabilità di poter disporre di un servizio
•  E’ un parametro importante come l’affidabilità, da cui si parte per il calcolo.
•  E’ in generale attribuibile ai sistemi dove più apparati devono fornire un certo
numero di servizi.
•  Se n apparati forniscono k servizi, con n>k, l’affidabilità viene migliorata per
tutte le combinazioni di k servizi in n apparati: quindi la “disponibilità” per
l’utente è più alta.
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