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13.4 Appendice

13.4.1 Derivazione del tempo di ritardo di gruppo

Dimostriamo qui il risultato (14.81). Svolgiamo i calcoli rappresentando sia l’ingresso x(t) = a(t) cos(2πf0t) a banda stretta che la risposta impulsiva h(t) del canale nei termini dei corrispondenti inviluppi complessi, in modo da poter scrivere (vedi eq. (14.67))
(14.85) Y(f) = 12 X(f) H(f)
Lo scopo è dimostrare che, se il canale è affetto dalla sola distorsione di fase, ovvero descritto da una risposta in frequenza H(f) = 1 ⋅ e jφ(f), il segnale in uscita avrà la forma y(t)a(t − τg(f0)) cos(2πf0(t − τf(f0))).
Per quanto riguarda l’ingresso, ad esso corrisponde
(14.86) X(f) = Xc(f) = A(f)
mentre per quanto riguarda il canale risulta
(14.87)
H(f) = 2H+(f + f0) = 2 e jφ(f + f0) = 2 e jφpb(f)
dove il pedice pb simboleggia che ci riferiamo alla fase dell’equivalente passa-basso del canale, ovvero che φpb(f) = φ(f + f0) è la fase di H(f), e non di H(f). Sviluppando ora φpb(f) in serie di Maclaurin, e troncando la stessa al primo termine, per f prossimo a zero si ottiene[682]  [682]  Infatti, ricordando le definizioni (§ 8.2.2) tp(f) = − φ(f)2πf per il ritardo della portante e tg(f) = − 12π ddf φ(f) per il ritardo di gruppo, sussistono i passaggi
φpb(f) φpb(0) + fdφpb(f)df||f = 0 = φ(f0) + fdφ(f)df|| f = f0  =  2πf0φ(f0)2πf0 + f12π dφ(f)df||f = f0  = − 2π(f0tp(f0) + ftg(f0))
(14.88)
φpb(f) ≃ − 2π(f0τf(f0) + fτg(f0))
e quindi sostituendo (14.86) e (14.87) in (14.85), ed utilizzando (14.88) otteniamo
Y(f)  =  12 X(f) H(f) = A(f) e jφpb(f)A(f) e −j2π(f0τf(f0) + fτg(f0))  =  e −j2πf0τf(f0)A(f) e −j2πfτg(f0)
da cui, ricordando la proprietà di traslazione temporale, otteniamo l’antitrasformata
y(t) = e −j2πf0τf(f0)a(t − τg(f0))
a cui corrisponde[683]  [683] E’ sufficiente applicare le definizione
y(t)  = {y(t)e jω0t} = {e −j2πf0τf(f0)a(t − τg(f0)) ⋅ e jω0t} =   = {a(t − τg(f0)) ⋅ e j(2πf0t − 2πf0τf(f0))} = a(t − τg(f0))cos(2πf0(t − τf(f0)))
il segnale modulato y(t)a(t − τg(f0)) cos(2πf0(t − τf(f0))).
Teniamo ora a precisare che il risultato mostrato perde validità sia qualora la risposta in frequenza non abbia modulo costante, sia nel caso in cui la derivata della fase dφ(f)df non possa essere considerata sufficientemente costante nell’intervallo di frequenze occupato da A(f): nel secondo caso infatti nello sviluppo di Maclaurin di cui alla nota 682 occorre tener conto anche dei termini legati alle derivate successive, la cui importanza relativa aumenta con le potenze di f, ovvero tanto più ci si discosta dalla frequenza centrale f0 del gruppo (di frequenze).
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