Multiplazione in frequenza dei canali telefonici (FDM)

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Multiplazione in frequenza dei canali telefonici
(FDM)
La FDM (Frequency Division Multiplexing) prevede la trasmissione contemporanea di diverse conversazioni su canali
scalati in frequenza. I canali vengono trasposti in frequenza mediante la modulazione in ampiezza di una opportuna
portante con la tecnica di modulazione SSB-SC (Single Side Band – Suppressed Carrier: modulazione a banda laterale
unica con portante soppressa).
Ad ogni canale è assegnata una banda lorda di 4 KHz (necessaria ai filtri per separare un canale dal viciniore)
corrispondente ad una banda netta tra 300 e 3400 Hz.
Per la trasmissione della segnalazione (necessaria ad instaurare il collegamento telefonico) vengono utilizzate frequenze
modulate secondo determinati codici, i metodi sono:
• segnalazione in banda: si fa uso di frequenze all’interno della banda netta, è usata nel Nordamerica;
• segnalazione fuori banda: che usa una frequenza al di sopra della banda netta ma comunque all’interno di
quella lorda (solitamente 3825 Hz), è usata in Europa.
Modulazione di gruppo
Per separare un canale dall’altro è necessario adottare filtri con attenuazione nella banda di transizione di circa 60-70
dB: allocare direttamente un gran numero di canali risulta praticamente impossibile!
E’ per questo che viene utilizzata la cosiddetta modulazione di gruppo, la quale prevede più stati di modulazione: i
canali prima vengono multiplati in un gruppo base il quale servirà a formare un gruppo più grande, e così via sino ad
arrivare all’allocazione in frequenza desiderata.
Rappresentazione grafica dei canali telefonici
Come si può vedere da figura una banda di frequenza si indica con un triangolo
rettangolo;
in banda base (0-4 KHz) il cateto verticale indica la posizione delle componenti
frequenziali più alte.
Quella in figura è la posizione diritta del canale;
la posizione rovesciata è la simmetrica rispetto all’asse delle ordinate di quella in
figura.
Qui a sinistra si può vedere cosa
risulta dalla modulazione in ampiezza
del canale telefonico con una portante
fP:
il canale viene riportato con un suo
simmetrico (è quindi rovesciato)
rispetto alla portante;
il triangolo da fP-4 a fP è la banda
laterale inferiore;
il triangolo da fP a fP+4 rappresenta la
banda laterale superiore.
FDM
Davide Mangano
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Gruppi base normalizzati dall’ITU-T
Il primo gruppo normalizzato dall’ITU-T è il gruppo base primario B che comprende 12 canali allocati in posizione
rovesciata fra i 60 e i 108 KHz.
Il secondo gruppo normalizzato è il gruppo base secondario (supergruppo) che raggruppa 5 primari (60 canali) in
posizione diritta tra i 312 e i 552 KHz.
Da qui in poi sono state standardizzate diverse procedure di raggruppamento:
¾
¾
¾
gruppo base terziario il quale raggruppa 5 secondari (300 canali) in posizione rovesciata tra 812 e 2044 KHz
e successivo gruppo base quaternario che affascia 3 terziari (900 canali) in posizione diritta tra 8516 e 12388
KHz;
gruppo base pseudo-quaternario che raggruppa 15 gruppi secondari (900 canali) in posizione rovesciata tra
312 e 4028 KHz, tranne il primo secondario (da 312 a 552 KHz) che è diritto, → è la procedura adottata in
Italia;
insieme di 15 gruppi secondai n°3 che comprende 15 gruppi secondari (900 canali) in posizione diritta tra
8620 e 12336 KHz (è ottenuto per modulazione con portante a 12942 Hz del gruppo base pseudo-quaternario),
→ è utilizzato per la formazione dei sistemi a 60 MHz e 10800 canali, → è molto simile al gruppo base
quaternario.
NOTA: riprendendo quanto detto a proposito della necessità di ricorrere a modulazione di gruppo è bene sottolineare
che la realizzazione di gruppi base di ordine crescente implica l’utilizzo di filtri sempre meno selettivi (quindi anche più
semplici!) ← ciò perché la portante si allontana sempre più dalle frequenze utili e la banda di transizione si allarga;
quindi i filtri più severi (più selettivi) sono quelli utilizzati nella formazione del gruppo base primario!
Piani di modulazione
Piani di modulazione per la realizzazione del gruppo base primario B
Considerando che i mux per la realizzazione del gruppo primario B sono gli elementi più numerosi nei terminali FDM e
considerando pure il loro costo (visto che i relativi filtri devono essere i più severi della rete), nel tempo si è pervenuti a
diverse strategie, senza che alcuna di esse fosse standardizzata dall’ITU-T.
I sistemi di modulazione attualmente utilizzati sono:
™ modulazione diretta, comporta la traslazione diretta dei 12 canali dalla banda base a quella del g.b.p.B;
™ modulazione a pregruppi, la modulazione avviene in 2 passi: nel primo i 12 canali vengono raggruppati in
pregruppi (per esempio da 3 canali), nel secondo i pregruppi vengono traslati nella banda del g.b.p.B;
™ premodulazione, anch’essa avviene in 2 passi: i 12 canali vengono, prima traslati in una stessa banda
intermedia di premodulazione, e poi traslati con una seconda modulazione nella banda del g.b.p.B;
Nota: per quanto riguarda il sistema a premodulazione la fpremodulazione deve essere esterna alla banda del g.b.p.B (60 –
108 KHz), infatti se fpremodulazione ≥ 24 KHz le bande laterali superiori non utilizzate cadono al di fuori della banda del
g.b.p.B → ciò presenta il vantaggio di poter utilizzare un solo filtro passa banda (60 – 108 KHz) all’uscita del mux!
Inoltre essendo che nella premodulazione utilizziamo 12 filtri identici per i canali → si ha una notevole semplificazione
e risparmio nella produzione di serie!
La limitazione della banda di ciascun canale viene effettuata dopo la premodulazione e prima della seconda
modulazione, con un filtro di canale che è passa-banda ed elimina la portante a fpremodulazione.
La selettività e la banda passante del filtro di canale dipendono dal tipo di segnalazione utilizzata:
• per la segnalazione in banda il filtro ha una banda passante tra i 300 e i 3400 Hz ed una attenuazione in banda
di transizione di non meno di 60 dB; → si presenta il problema di imitazione del tono di segnalazione da parte
del segnale vocale!
• per la segnalazione fuori banda, ogni componente vocale a 3825 Hz viene prima attenuata di almeno 30 dB,
poi a valle di questo primo filtro viene inserita la segnalazione a 3825 Hz, e poi, infine, il flusso vocale viene
filtrato dal filtro di canale, il cui compito sarà meno oneroso vista già la notevole attenuazione al di sopra dei
3400 Hz in banda traslata; → non si presenta il problema della imitazione!
FDM
Davide Mangano
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Piani di modulazione per la formazione dei gruppi base di ordine superiore
Le richieste di filtraggio per i gruppi di ordine superiore sono meno restrittive (fronti delle bande di transizione meno
ripidi) dato che è presente una maggiore lontananza tra la banda utile ed i segnali spuri.
Inoltre più il livello di multiplazione è alto più il numero degli stadi d multiplazione si riduce!
L’unica problematica può presentarsi quando si ha a che fare con frequenze molto elevate.
Questi piani di modulazione sono stati normalizzati dall’ITU-T.
La metodologia è quella diretta.
La tendenza è di avere come insieme base di partenza un numero maggiore di canali telefonici, dato il notevole sviluppo
del traffico telefonico odierno. Non a caso in Italia spesso l’unità base per l’affasciamento dei circuiti è il gruppo base
secondario!
FDM
Davide Mangano