Come funziona un modem: modulazione, demodulazione e ponte digitale-analogico
Modem = MOdulator / DEModulator. Traduce tra dati digitali (bit) e segnali analogici adatti per un mezzo di trasmissione (linea telefonica, coassiale, fibra, radio).
Percorso di trasmissione (Digitale → Analogico)
- Framing: Strato data link (PPP, Ethernet) incapsula pacchetti → flusso di bit.
- Scrambling: Randomizza i bit (previene lunghe sequenze di 0/1 → recupero orologio, bilanciamento DC).
- Codifica/Modulazione: Mappa gruppi di bit a simboli su una portante:
- Dial-up (V.90/V.92): Codici PCM → livelli μ-law/A-law su canale 3,1 kHz.
- DSL (DMT/OFDM): 256–4096 sottoportanti (4,3125 kHz ciascuna). QAM (2–15 bit/simbolo) per tono. Bit-loading adatta al SNR per tono.
- Cavo (DOCSIS): OFDMA (upstream) / OFDM (downstream), 4096/8192-QAM.
- Wireless (LTE/5G/Wi-Fi): OFDMA + MIMO, QAM adattiva (BPSK → 1024-QAM).
- Plasma di impulsi / Filtraggio: Cosine rialzata radice → limita banda, previene ISI.
- DAC + Front-end analogico: Campioni digitali → tensione analogica → driver di linea / amplificatore RF → mezzo.
Percorso di ricezione (Analogico → Digitale)
- Front-end analogico: LNA / ibrido (separa Tx/Rx) → filtro anti-alias → ADC.
- Recupero temporale/portante: PLL blocca orologio simbolo e fase portante.
- Equalizzazione: FFE/DFE (cablato) o equalizzatore MIMO (wireless) — cancella ISI, multipath.
- Demodulazione: Taglierino simboli → bit soft/hard.
- Decodifica: FEC (LDPC, Turbo, Polar, Viterbi) corregge errori.
- Descrambling + Deframing: Recupera pacchetti originali → passa allo stack IP.
Concetti chiave
- Frequenza simbolo (baud) ≠ bit rate. QAM-256 = 8 bit/simbolo.
- Margine SNR determina l'ordine di modulazione massimo.
- Bit-loading adattivo (DSL, Wi-Fi, 5G) massimizza throughput per condizioni del canale.
- Full duplex: FDD (frequenze separate) o TDD (slot temporali) o cancellazione eco (dial-up, DSL).
Da 300 bps accoppiatore acustico a 10 Gbps XGS-PON — stesso diagramma a blocchi, matematica esponenzialmente migliore.