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- ELETTRONICA OGGI 433 - GENNAIO/FEBBRAIO 2014
COMM
MODULAZIONE
L’esperienza maturata negli anni dai costruttori di sistemi
telecom e le numerose prove effettuate nei laboratori più
importanti hanno finalmente e definitivamente decretato
che con due soli valori per bit (1 e 0) si ottengono presta-
zioni notevolmente migliori sia sui dispositivi di trasmis-
sione e ricezione sia nel canale di comunicazione e in tutti
i parametri sensibili ossia rumore, interferenze, rapporto
segnale/rumore, armoniche, riconoscimento dei valori e
potenza consumata. Questo perché da un punto di vista
strettamente fisico succede che maggiore è l’energia di un
impulso e più lontano può arrivare
senza deteriorarsi qualunque sia il
mezzo trasmissivo che attraversa e
ciò ha pesantemente influito nella
progettazione delle reti facendo sì
che alla fine si sia definitivamente
deciso di usare i soli due impulsi
elementari 1 e 0 in modo tale da
poter maneggiare una sola energia
media. Fu così che si abbandona-
rono i baud a favore delle nuove
tecniche di modulazione multili-
vello che consentono di utilizzare i
due bit fondamentali per comporre
una moltitudine di valori nello spa-
zio dei segnali con un’efficienza
tale da consentire di esprimere velocità di trasmissione
sempre maggiori pur garantendo affidabilità e precisione
nel riconoscimento dei simboli in ricezione.
Con queste tecniche è preferibile esprimersi in termini
di Byte perché si sa bene che convivono sul mercato
svariate tecnologie di elaborazione e comunicazione nelle
quali l’architettura base delle unità di calcolo fondamen-
tali (CPU) è basata su Byte composti da 4, 8, 16, 32 e 64
bit. Qui il calcolo è reciproco del precedente perché se si
trasmettono Byte formati da 4 bit allora la velocità in bit
ossia la velocità reale degli impulsi rimane la stessa di 100
Mbit/s mentre in termini di Byte bisogna dividere per 4 e
si ottiene 25 MByte/s.
La velocità effettiva non è massima
I due teoremi più importanti delle telecomunicazioni si
devono a Nyquist e Shannon. Entrambi riguardano la
velocità di trasmissione nei sistemi di comunicazione ed
entrambi fissano i limiti di prestazioni entro cui possono
giocare le diverse tecniche di modulazione dei segnali
oggi disponibili. Il teorema di Nyquist dice che la velocità
di trasmissione R realmente ottenibile è proporzionale
alla banda moltiplicata per il logaritmo del numero dei
valori fondamentali in cui è rappresentata l’informazione
ossia pari a R = 2B·log
2
M. Se si considera come elemento
fondamentale il bit costituito da un 1 o da uno 0 allora M
è 2 e R è 2B e ciò significa che per trasmettere 100 Mbit/s
occorrono 200 Mbit/s di banda mentre se si usano baud
a 4 valori allora M è 4 e, invece, se si attribuisce a M il
numero dei simboli nello spazio dei segnali (per esempio
4 nella modulazione 16QAM) allora il calcolo rimane lo
stesso ma si ottiene la velocità espressa in Byte.
Il teorema di Shannon dice che la capacità di un canale
C ossia la velocità massima con cui vi si possono tra-
smettere dei simboli con potenza S sufficiente per poterli
riconoscere distintamente all’arrivo senza le sovrappo-
sizioni prodotte dal rumore N in quel momento presente
nel canale è data da C = B·log
2
(1+S/N) ed è espressa in
bit/s. In pratica, siccome il rumore è proporzionale alla
larghezza di banda allora quando la velocità dei bit R si
avvicina troppo al limite C ecco che il rumore riesce a
deformare gli impulsi abbastanza per confonderli e alzare
la probabilità di errore a percentuali inaccettabili per una
buona qualità del sistema di comunicazione.
Più utile è la definizione di efficienza spettrale = R/C ossia
il rapporto fra la velocità reale dei bit nel canale e la velo-
cità massima indicata da Shannon per quel canale perché
questo valore è direttamente proporzionale alla densità di
informazione realmente trasmessa. Va anche considerato
che non tutti i bit trasmessi in un canale riguardano le
informazioni utili perché molti bit sono aggiunti per segna-
lazioni e codifiche di identificazione proprie del protocollo
o della tecnica di collegamento. Gli americani chiamano
“payload” i dati utili (ossia “carico pagante”) e “overhead”
(o “spese generiche”) le intestazioni che contengono sem-
pre l’indirizzo di partenza, l’indirizzo di destinazione e i
codici per riconoscere automaticamente la presenza di
errori mentre in opzione possono contenere anche altre
Fig. 2 – Tre esempi di modulazione 16QAM con diversa distribuzione dei simboli nello spazio dei
segnali
