Abbiamo visto che nelle comunicazioni analogiche le due tecniche di modulazione più diffuse sono quelle di ampiezza e di frequenza. Esiste però una terza grandezza fondamentale che può essere utilizzata per trasferire informazione: la fase. Su questo principio si basa la modulazione di fase (phase modulation, PM), una tecnica che, pur essendo meno impiegata nella forma analogica pura, riveste un ruolo centrale nelle moderne comunicazioni digitali.
Nella modulazione di fase, l’informazione viene impressa sulla fase istantanea della portante, mentre ampiezza e valore medio della frequenza restano costanti. In termini intuitivi, ciò significa che il segnale trasmesso non varia in “intensità” né in frequenza media, ma subisce anticipi o ritardi nel tempo, cioè variazioni di sfasamento rispetto a un riferimento. Il segnale modulante controlla direttamente queste variazioni di fase, determinando la forma finale del segnale trasmesso.
Dal punto di vista concettuale, la PM è strettamente legata alla modulazione di frequenza. Poiché la frequenza istantanea è legata alla velocità di variazione della fase, una modulazione di fase implica inevitabilmente anche variazioni di frequenza. In altre parole, PM e FM appartengono alla stessa famiglia delle modulazioni angolari e condividono molte proprietà, pur differendo nel modo in cui il segnale modulante agisce sulla portante.
Come nella FM, anche nella PM lo spettro del segnale risulta composto da numerose bande laterali distribuite attorno alla portante. La larghezza di banda occupata dipende sia dall’ampiezza del segnale modulante sia dalla rapidità delle sue variazioni nel tempo. In generale, queste tecniche richiedono una banda maggiore rispetto alla modulazione di ampiezza, soprattutto quando si desidera ottenere una buona qualità del segnale o una elevata fedeltà nella trasmissione.
Un parametro caratteristico della modulazione di fase è l’indice di modulazione, che esprime l’entità massima della variazione di fase indotta dal segnale informativo. A differenza della modulazione di frequenza, questo parametro dipende direttamente dall’ampiezza del segnale modulante e non dalla sua frequenza. Ne deriva che segnali a frequenza più elevata producono variazioni più rapide della fase e quindi un contenuto spettrale più esteso.
Dal punto di vista della ricezione, la demodulazione della PM richiede circuiti in grado di rilevare le variazioni di fase della portante. In pratica si impiegano spesso soluzioni basate su phase-locked loop (PLL), che consentono di inseguire la fase del segnale ricevuto e di ricostruire con precisione il segnale modulante. Come per la FM, la costanza dell’ampiezza della portante rende la PM relativamente poco sensibile ai disturbi di ampiezza, migliorando la robustezza complessiva del sistema.
Sebbene la modulazione di fase analogica sia meno diffusa rispetto alla FM nelle applicazioni pratiche, il suo principio è alla base di molte tecniche di modulazione digitale moderne. In particolare, schemi come PSK (Phase Shift Keying) e le sue varianti utilizzano variazioni discrete della fase per rappresentare simboli binari o multilevel. In questo senso, la PM costituisce un naturale punto di collegamento tra le modulazioni analogiche e le tecniche numeriche, nelle quali l’informazione viene codificata in modo discreto ma trasmessa attraverso grandezze analogiche della portante.
In sintesi, accanto all’ampiezza e alla frequenza, la fase rappresenta la terza dimensione fondamentale su cui è possibile agire per trasportare informazione: meno intuitiva da visualizzare, ma estremamente potente e oggi imprescindibile nei sistemi di comunicazione più avanzati.