Trasmissione FDM

Trasmissione FDM

 Il sistema di trasmissione FDM, o Frequeney Division Multiplex, è caratterizzato fatto che ad ogni conversazione è assegnata una porzione della banda di frequenze trasmesse; è così possibile convogliare più conversazioni simultanee su un unico supporto di trasmissione, senza che avvengano interferenze fra le comunicazioni stesse. L'attuazione del sistema FDM si basa sulla possibilità di realizzare alcune condizioni.
In primo luogo è possibile traslare la banda fonica, relativa alla conversazione, ad una porzione di spettro più elevata; ciò si ottiene modulando una portante, detta anche frequenza vettrice, con il segnale fonico.
In secondo luogo esistono supporti in grado di consentire la trasmissione di segnali in alta frequenza: linee aeree, ma soprattutto linee in cavo e ponti radio. Infine è possibile in ricezione ottenere, dal segnale in alta frequenza, la banda fonica relativa alla conversazione.
In questo paragrafo vengono considerate le modalità della traslazione in frequenza, detta anche allocazione, dei canali telefonici e la struttura delle stazioni terminali; per quanto riguarda le tecniche di modulazione si veda la Sez. XII.

 A) Allocazione in frequenza dei canali telefonici

 La gamma di frequenze utili in telefonia è compresa fra 300 Hz e 3400 Hz; si è convenuto, però, di realizzare i canali larghi 4 kHz. Le bande di frequenza non utilizzate, ai margini delle frequenze estreme della gamma utile, consentono una più facile separazione dei canali adiacenti mediante i filtri;
inoltre possono essere utilizzate per segnali di servizio.
Nella trasmissione FDM i canali relativi alle diverse comunicazioni sono traslati in frequenza mediante la modulazione; il procedimento comunemente impiegato è la modulazione d'ampiezza a banda laterale unica e soppressione della portante. In questo modo si ha il vantaggio di occupare una porzione ridotta dello spettro e di impiegare potenze relativamente basse, dato che la portante non è; trasmessa; ciò comporta però l'inconveniente di dovere reintrodurre la portante in ricezione, con generatori molto stabili per contenere gli scarti di frequenza entro pochi hertz e quindi non avere alterazioni nella riproduzione della voce.
La traslazione di frequenza avviene attraverso modulazioni successive.

 1) Gruppo base B e gruppo base A

Secondo la normalizzazione del CCITT, si dividono i canali di 4 kHz in gruppi di 12 e, mediante una prima modulazione, si traslano fra 60 kHz e 108 kHz; la banda ottenutacostituisce il gruppo base B o gruppo primario B. L'operazione può essere effettua direttamente o mediante formazione di pregruppi. La modulazione diretta è schematizzata in Fig. XIX.4.10a. Ogni canale modula una portante in un modulatore bilanciato; si ottiene una modulazione a doppia banda laterale, con portante soppressa, e mediante un filtro passa banda si estrae la banda laterale inferiore.
Le portanti sono distanziate di 4 kHz, e valgono 64 kHz, 68 kHz. 108kHz. Si ottiene così una banda continua compresa fra 60 kHz e 108 kHz , che costituisce il gruppo base B; il canale 1 è traslato fra 104 kHz e 108 kHz e ad esso sono  affiancati ordinatamente gli altri canali.

La modulazione mediante la formazione di pregruppi è schematizzata in fig.XIX.4.1Ob. I 12 canali vengono divisi in 3 gruppi di 4 e modulati, con i criteri visti, precedentemente, in modo da formare 3 sottogruppi, o pregruppi, che occupano ciascuno la banda da 8 kHz a 24 kHz. La modulazione si ottiene impiegando portanti a 8 kHz, 12 kHz, 16 kHz, 20 kHz ed estraendo dai modulatori bilanciati le bande laterali superiori. I pregruppi a loro volta, modulano portanti a 116 kHz, 100 kHz e 84 kHZ e si estraggono le bande laterali inferiori . Ad esempio, i canali 1 - 4 formano il sottogruppo che modula la portante a 116 kHz; la banda laterale inferiore occupa la porzione di spettro fra 116 - 8 = 108 kHz e 116 - 24 = 92 kHz. I 3 pregruppi risultano pertanto traslati fra 60 kHz e 108 kHz, formando il gruppo base B.

Un secondo gruppo normalizzato è il gruppo base A, che occupa la, banda 12 -60 kHz. Esso non è usato, in quanto le armoniche delle frequenze più basse sono contenute nella stessa banda e possono causare disturbi.

2) Super gruppi o gruppi secondari

Secondo la normalizzazione del CCITT, 5 gruppi base B possono venire traslati mediante una seconda modulazione, in modo da formare una banda continua di 240 kHz ; si ottengono i supergruppi, allocati nella gamma 312 - 552 kHz.

 3)sistema a 960 canali

Il sistema a 960 canali si ottiene allocando, con criteri analoghi ai precedenti, 16 supergruppi nella banda 60- 4028 kHz. La formazione è, schematizzata in Fig.XIX.4.12. Il supergruppo 1, formato dai canali 1-60 ,  modula la frequenza di 612kHz e la banda laterale inferiore è compresa fra 60-300 kHz; il supergruppo 2 viene allocato fra 312 kHz e 552 kHz, banda già occupata dal supergruppo stesso; il supergruppo 3 modula la portante di 1116 kHz e si ottiene una banda laterale inferiore compresa fra 564 kHz e 804 kHz. In modo analogo si effettua la traslazione degli altri canali, tenendo presente che le portanti relative ai supergruppi successivi al terzo sono distanziate di 248 kHz. Si noti come, per rendere più semplice la costruzione dei filtri,i supergruppi siano distanziati di 12 kHz il primo e il secondo;
di 12 kHz il secondo e il terzo; di 8 kHz gli altri.

4) Vantaggi del sistema a modulazioni successive

La traslazione dei canali è fatta per modulazioni successive, con i. criteri visti, i quanto si hanno i seguenti vantaggi sulla trasposizione diretta:

a)Riduzione del numero dei filtri e delle portanti generate

Infatti per traslare 960 canali sarebbero necessari 960 filtri ed altrettante frequenze portanti nel caso di modulazione diretta; il sistema delle modulazioni descritto consente di ridurre il numero dei filtri e delle portanti, come si può dedurre dalle Fig. XIX.4.10- 12.

b) Semplificazione della costituzione dei filtri

 I filtri passa banda necessari per estrarre la banda laterale inferiore sono complessi quanto minore è il rapporto fra la larghezza di banda e la frequenze della banda stessa. Nel caso di modulazione diretta, per ottenere il canale 960 occorrerebbe un filtro che passasse la banda 4020- 4028 kHz, quindi con un rapporto fra larghezza di banda e frequenza centrale di circa 10-3.
Nel sistema a modulazioni successive, la situazione peggiore è nella formazione diretta del gruppo base rappresentata in Fig. XIX.4.1Oa: per traslare il canale 1 è necessario un filtro avente  rapporto fra larghezza di banda e frequenza centrale di circa 4*10-2 >>10-3 e quindi complessità del filtro è inferiore.

B)Struttura delle stazioni terminali

Il circuito a 2 fili bassa frequenza, che fa capo alla centrale e quindi all'utente, è connesso alla forchetta telefonica F; essa consente di passare da un circuìto a 2 fili ad uno a 4 fili, e quindi di impiegare dispositiva di modulazione e di amplificazione che sono unidirezionali.

La forchetta F1 connessa alla linea artificiale LA, fa passare segnale di bassa frequenza proveniente dall'abbonato al circuito di trasmissione TX segnale proveniente dall'altro terminale, tramite il circuito RX e la stessa forchetta, inviato al circuito in bassa frequenza dell'abbonato stesso.

Si consideri il lato trasmissione TX. Esso è costituito da un attenuatore Variabile che Att1, che consente di regolare l'ampiezza del segnale proveniente dalla forchetta; in questo modo sì ottiene che, all'ingresso del modulatore Mod, il segnale abbia il livello desiderato. Il blocco successivo è il modulatore di canale Mod, cui è applicata la frequenza portante tramite il generatore Gen; comunemente non esiste un generatore per canale, ma le diverse portanti che servono i canali sono ottenute mediante un unico generatore.

Il filtro passa banda F1consente di estrarre la banda desiderata dal seg modulato, come si è vìsto al precedente Par. A. All'uscita del filtro F1 è connessa circuito alta frequenza AF, cui sono collegate, in parallelo, le uscite dei filtri relativi a altri canali del sistema. Nel circuito AF la banda base ottenuta è amplificata, può essere ulteriormente modulata secondo quanto visto al Par. A, ed infine è inviata in linea.

Si consideri ora il lato ricezione RX. Il segnale proviene dal circuito alta frequenza AF, in cui è amplificato ed eventualmente demodulato. Nel circuito AF sono inseriti, inoltre,attenuatore ed un equalizzatore: l'attenuatore consente di regolare il livello di esso del lato ricezione RX in modo che abbia il valore desiderato, indipendentente dalla lunghezza della linea; l'equalizzatore attenua in modo diverso le frequenze gamma, così da compensare le diverse attenuazioni che subiscono le varie frequenze in linea.

Il primo blocco che incontra il segnale nel terminale del canale di Fig. XIX.4.13 è il filtro di canale F2; esso è un filtro passa banda, che lascia passare le frequenze relative al canale considerato. Il segnale ottenuto è applicato al demodulatore Dem, che ha la funzione di estrarre la banda in bassa frequenza dal segnale modulato; esso utilizza la portante dello stesso generatore usato in trasmissione. Il successivo filtro F3 è un passa basso, inserito per eliminare frequenze indesiderate che possono essere o ridotte nell'operazione di demodulazione o inviate, fuori banda, per segnalazione. L'amplificatore Amp e l'attenuatore Att2 hanno lo scopo di regolare il livello del segnale audio demodulato; comunemente l'amplificatore è a guadagno fisso e le variazioni di livello sono ottenute agendo sull'attenuatore, che ha attenuazione variabile. Dall'attenuatore Att2 il segnale è inviato alla forchetta F, da cui passa al circuito a 2 fili BF e quindi alla centrale e all'abbonato.

Lo schema semplificato di Fig. XIX.4.13 non comprende i circuiti relativi alle segnalazioni ed i sistemi di compressione ed espansione di dinamica.