Telecomunicazioni per l’Aerospazio
P. Lombardo – DIET, Univ. di Roma “La Sapienza” Radio VHF ed HF- 1
Radio VHF ed HF
Telecomunicazioni per l’Aerospazio
P. Lombardo – DIET, Univ. di Roma “La Sapienza” Radio VHF ed HF- 2
Alcune delle bande aeronautiche
Telecomunicazioni per l’Aerospazio
P. Lombardo – DIET, Univ. di Roma “La Sapienza” Radio VHF ed HF- 3
Disposizione antenne su aeromobile
Telecomunicazioni per l’Aerospazio
P. Lombardo – DIET, Univ. di Roma “La Sapienza” Radio VHF ed HF- 4
Basics of Radio: Propagation
• VHF – Very High Frequency is only capable of line-of-site communications
– Buildings, mountains, leaves may interfere– Higher an aircraft, the wider coverage
• 2500’ AGL has an effective radius of 50 Miles
• HF - High Frequency is capable of world wide communication
– Strongly dependent on frequency, antenna, time of day
The path radio waves take – dependent on frequency
Telecomunicazioni per l’Aerospazio
P. Lombardo – DIET, Univ. di Roma “La Sapienza” Radio VHF ed HF- 5
La propagazione e.m. alle diverse frequenze
NDB
VHF marker
VORDME/SSR
Radar primari
VHF radio
UHF radioHF
radio SATCOM
Telecomunicazioni per l’Aerospazio
P. Lombardo – DIET, Univ. di Roma “La Sapienza” Radio VHF ed HF- 6
Propagazione in linea di vista
L’orizzonte limita la visibilità massima
RTeReTe hhRhRhRR 222
2222 )()( eReeTe RhRRhRR
Raggio della terra:6,371 km
Telecomunicazioni per l’Aerospazio
P. Lombardo – DIET, Univ. di Roma “La Sapienza” Radio VHF ed HF- 7
Propagazione in linea di vista
)()(122,4)( mhmhKmR RT
1 nautical mile =1.85200 km
Si tiene in conto in condizioni di propagazionenormali usando un Raggioterrestre equivalente
Re= 4/3 x Raggio della terra:Re= 4/3 x 6,371 km
Re= 8,495 km
1ft = 0.3048m
Telecomunicazioni per l’Aerospazio
P. Lombardo – DIET, Univ. di Roma “La Sapienza” Radio VHF ed HF- 8
Telecomunicazioni per l’Aerospazio
P. Lombardo – DIET, Univ. di Roma “La Sapienza” Radio VHF ed HF- 9
Telecomunicazioni per l’Aerospazio
P. Lombardo – DIET, Univ. di Roma “La Sapienza” Radio VHF ed HF- 10
Telecomunicazioni per l’Aerospazio
P. Lombardo – DIET, Univ. di Roma “La Sapienza” Radio VHF ed HF- 11
Basics of Radio: Modes
To send a signal via radio, you modulate or superimpose voice on a carrier of radio frequency energy. AM, FM and SSB are just ways of sending voice information.
CAP uses AM – amplitude modulation FM - frequency modulation, and SSB – single sideband
along with some digital modes. Normally, we use:
AM on Aircraft Bands SSB on HF FM on VHF and UHF
The type of modulation
Telecomunicazioni per l’Aerospazio
P. Lombardo – DIET, Univ. di Roma “La Sapienza” Radio VHF ed HF- 12
sAM(t) = Ac[1 + kam(t)]cos(2fct+)
– Segnale modulante = m(t);– Segnale portante = Accos(2fct);– Demodulazione semplice se 1>| kam(t)|;
SAM(f) = ½ Ac[(f-fc)ej + kaM(f-fc) ej + (f+fc) e-j + kaM(f+fc) e-j ]
Modulazione ampiezza (I)+ m(t) x(t)
1 Accos(2fct+)
ka
•Spettro del segnale modulato
•Segnale modulato
f
M(f)
+-
0 B-Bf
X(f)
0+-
fc+Bfc-B fc
cj
ac ffMekA
2
cjc ffeA
2
-+-fc+B-fc-B -fc
cj
ac ffMekA
2
cjc ffeA
2
Banda laterale superiore
Banda laterale inferiore
s(t)=Ac[1+kam(t)]cos2fct
Telecomunicazioni per l’Aerospazio
P. Lombardo – DIET, Univ. di Roma “La Sapienza” Radio VHF ed HF- 13
• Potenza trasmessa
PAM = ½ Ac2[1 + 2ka<m(t)> + ka
2<m2(t)>] <> operatore di valore medio
Se m(t) = cos(2fmt) allora PAM = ½ Ac
2[1 + ka2Pm] = Pc[1+ka
2 /2] Pc = ½ Ac
2 = potenza trasmessa sul segnale portante; Pcka
2Pm = Pcka2/2 = potenza trasmessa sul segnale modulante;
Modulazione ampiezza (II)• Larghezza di banda
BAM = 2B con B banda del segnale modulante;
•Banda del segnale modulato doppia rispetto alla banda del segnale modulante;
•Parte consistente della potenza trasmessa sul segnale portante e non sul segnale modulante;
OSSERVAZIONI
Possibili schemi alternativi:
portante soppressa & banda laterale unica
Telecomunicazioni per l’Aerospazio
P. Lombardo – DIET, Univ. di Roma “La Sapienza” Radio VHF ed HF- 14
• Used in aircraft radios to communicate with ATC, tower, other aircraft, airport operations, etc.
• Worldwide standard for aircraft communication
• Very old type of modulation first used in early development of radio
• Tends to be noisy, easily interfered with. Allows lots of static and ignition noise. Bad feature.
• Allows two stations to be heard over one another – i.e. no capture effect as with FM. Good feature.
• Both AM and FM are used on VHF
Basics of Radio: AMAmplitude Modulation
Telecomunicazioni per l’Aerospazio
P. Lombardo – DIET, Univ. di Roma “La Sapienza” Radio VHF ed HF- 15
Copertura delle radio VHF
Telecomunicazioni per l’Aerospazio
P. Lombardo – DIET, Univ. di Roma “La Sapienza” Radio VHF ed HF- 16
Utilizzazione delle radio in volo
Telecomunicazioni per l’Aerospazio
P. Lombardo – DIET, Univ. di Roma “La Sapienza” Radio VHF ed HF- 17
HF: Propagazione ionosferica
Telecomunicazioni per l’Aerospazio
P. Lombardo – DIET, Univ. di Roma “La Sapienza” Radio VHF ed HF- 18
HF: Propagazione ionosferica
Telecomunicazioni per l’Aerospazio
P. Lombardo – DIET, Univ. di Roma “La Sapienza” Radio VHF ed HF- 19
HF: Propagazione ionosferica
Telecomunicazioni per l’Aerospazio
P. Lombardo – DIET, Univ. di Roma “La Sapienza” Radio VHF ed HF- 20
CAP uses SSB on HF SSB uses a very small bandwidth, compared to AM and FM
modes Used for L O N G Distance Comms HF Operation is specialized, but very useful because it is very
efficient
Basics of Radio: SSB
Single Sideband
Telecomunicazioni per l’Aerospazio
P. Lombardo – DIET, Univ. di Roma “La Sapienza” Radio VHF ed HF- 21
Simplex vs. Duplex
• Repeaters – Duplex mode– Used to extend coverage and get
over obstacles
R T
Single Frequency - One Station at a Time
Two Frequencies - One Station at a Time
Repeater increases the range of mobilestations due to its high profile location
Simplex Transmit and receive on the same frequency Buildings, terrain, altitude
DuplexTransmit on one frequency and receive on another
Telecomunicazioni per l’Aerospazio
P. Lombardo – DIET, Univ. di Roma “La Sapienza” Radio VHF ed HF- 22
Trasformata di Fourier, per segnali impulsivi:
Segnale di banda base Segnale modulato
Modulazione di ampiezza BLD / DSB
Telecomunicazioni per l’Aerospazio
P. Lombardo – DIET, Univ. di Roma “La Sapienza” Radio VHF ed HF- 23
• Per segnali reali le bande laterali contengono la stessa informazione (proprietà di simmetria della trasformata di Fourier);
• E’ necessario trasmettere una sola banda laterale superiore o inferiore per poter ricostruire il segnale dal lato ricezione;
AM con banda laterale unica (SSB)
Vantaggi SSB
Svantaggi SSB
+ BPFm(t) x(t)
1 Accos(2fct+)
ka
Filtro passa-banda per eliminare una banda laterale
Richiesta solo metà banda;
Demodulazione più complessa;
f
M(f)
+-
0 B-Bf
X(f)
0+
fc+Bfc
cj
ac ffekA
2
+-fc-B -fc
cj
ac ffekA
2
OSSERVAZIONI
•Possibile soluzione intermedia tra doppia banda laterale (DSB) e banda laterale unica (SSB) banda vestigiale;
•Portante intera o soppressa e banda laterale doppia o unica possono dare luogo a diverse combinazioni AM possibili;
Telecomunicazioni per l’Aerospazio
P. Lombardo – DIET, Univ. di Roma “La Sapienza” Radio VHF ed HF- 24
Vantaggi
• Larghezza di banda richiesta bassa;• Modulazione e demodulazione del segnale semplici;
AM vantaggi/svantaggi
Svantaggi
• Mantiene una relazione lineare tra il segnale modulante e modulato impossibilità di utilizzare dispositivi operanti in regime non-lineare (i.e. in prossimità della saturazione);
• Segnali interferenti sono ricevuti additivamente e devono essere discriminati durante la demodulazione scarsa robustezza a disturbi;
• Il rumore influenza in modo sostanziale l’ampiezza del segnale ricevuto;• Schemi di demodulazione coerente difficili da implementare (aggancio portante di
ricezione a portante di trasmissione sia in frequenza che in fase) soprattutto per il caso SC.