Italiano

Conoscenza dei concetti base dell’analisi matematica e della teoria dei segnali.

• Lezioni di teoria, 64 ore
• Laboratorio, 8 ore

Conoscere e comprendere le tecniche di trasmissione dell’informazione in un generico sistema di comunicazione digitale e la sua protezione nei confronti del rumore e dei disturbi sovrapposti, in modo da garantire l’affidabilità dei collegamenti. Saper misurare la quantità di informazione prodotta da una sorgente e le modalità per la sua rappresentazione con segnali fisici.

Lo studente dovrà saper interpretare correttamente gli elementi essenziali di un sistema di comunicazione digitale e saper misurare la quantità di informazione e la qualità della trasmissione. Le competenze di base in tal modo acquisite forniranno allo studente una serie di abilità professionalizzanti, quali: 1. la capacità di identificare le problematiche che si pongono nel progetto di un sistema di comunicazione digitale; 2. la capacità di convertire un segnale da analogico a numerico in modo efficiente, e di misurare la quantità di informazione associata alla trasmissione di un messaggio; 3. la capacità di proporre adeguate soluzioni ai problemi di trasmissione individuati; 4. la capacità di confrontare le prestazioni ottenibili dalle varie soluzioni proposte, individuando le più convenienti sulla base dei vincoli esistenti e dei requisiti prefissati.

La caratterizzazione di un sistema di comunicazione digitale richiede competenze diverse: dalla teoria dell’informazione alla teoria dei segnali, dall’elettronica all’informatica. Lo studente dovrà mettere a frutto le conoscenze acquisite in altri corsi, armonizzando i contenuti in una visione unitaria. Allo stesso tempo il corso fornisce elementi di base per corsi successivi, più specialistici ed orientati all’applicazione. Attraverso la soluzione di esempi numerici, lo studente approfondirà la propria capacità di analisi critica e di soluzione dei problemi. Verrà inoltre stimolata e verificata la capacità di presentazione dell’attività svolta.

Lezioni di teoria:
1. Canale AWGN. Banda equivalente di rumore, cifra di rumore e temperatura equivalente di rumore di una rete 2-porte lineare. Effetto del rumore termico in collegamenti analogici e numerici costituiti da più tratte.
2. Modulazioni analogiche. Modulazione di ampiezza, fase e frequenza con portante sinusoidale. Caratteristiche spettrali del segnale modulato. Multiplazione a divisione di frequenza. Dispositivi di modulazione e demodulazione. Effetto del rumore nelle modulazioni analogiche. Qualità di trasmissione. Pre-enfasi e de-enfasi.
3. Sorgenti di informazione e codifica di sorgente. Misura dell’informazione. Sorgenti discrete con memoria e senza memoria. Entropia. Source-Coding Theorem. Codifica di sorgente. Algoritmo di Huffman. Algoritmo di Lempel-Ziv. Misura della distorsione.
4. Quantizzazione scalare uniforme e non uniforme. Quantizzazione vettoriale. PCM uniforme e non uniforme. DPCM e Modulazione Delta. Cenni sulle tecniche di Analisi-Sintesi. Applicazione al segnale telefonico. Multiplazione a divisione di tempo.
5. Rappresentazione geometrica di forme d’onda nello spazio dei segnali. Procedura di ortogonalizzazione di Gram-Schmidt. Esempi di costellazioni. Segnali in banda base e in banda traslata. Energia media di una costellazione. Labeling binario e codifica di Gray. Forme d’onda ortogonali, bi-ortogonali e simplesse. Rappresentazione, generazione e proprietà di segnali PAM, PSK, FSK, QAM. Sequenze binarie. Codifica di linea.
6. Demodulazione e qualità delle trasmissioni numeriche su canale AWGN. Demodulazione a massima verosimiglianza/maximum a posteriori. Ricevitore a correlazione. Filtri adattati. Demodulatori per segnali PAM, PSK, QAM, FSK. Probabilità di errore per segnali PAM, PSK, QAM, FSK, binari ed M-ari, in banda base e banda traslata. DPSK. Qualità di trasmissione per forme d’onda ortogonali, bi-ortogonali e simplesse. Limite di Shannon. Efficienza spettrale.
7. Introduzione alla codifica di canale. Codici a blocco. Distanza minima di un codice. Capacità di correzione e di rivelazione. Esempi di codici con decodifica hard. Espansione di banda e guadagno di codifica.
8. Sequenze binarie random e pseudo-random. Proprietà e generazione tramite LFSR. Sequenze Gold e sequenze Kasami. Autocorrelazione aperiodica. Sequenze di Barker.
9. Tecniche a spettro espanso. Fondamenti teorici delle tecniche a spettro espanso. Tecnica DS-SS. Effetto su segnali interferenti a banda stretta e a banda larga. Guadagno di processo. Ruolo delle sequenze PN. Introduzione alla multiplazione a divisione di codice. Cenni tecnica frequency hopping.

Laboratorio:
Le attività di Laboratorio saranno eseguite in aula e riguarderanno una serie di esercitazioni software al computer su alcuni argomenti del corso. In dettaglio:
1. Esercitazioni Matlab e Simulink. Simulazione di un sistema TLC con modulazione PSK su canale AWGN.

La valutazione del livello di apprendimento della/o studentessa/studente si articola in due prove: - Una prova scritta, consistente nella soluzione di un esercizio numerico, da completare in circa 40 minuti. - Una prova orale, consistente nella discussione su due o più temi trattati nel corso e nel riesame critico di eventuali errori commessi nella prova scritta. La prova scritta non è verbalizzata ma è propedeutica alla prova orale, per accedere alla quale la/o studentessa/studente deve aver ottenuto almeno la sufficienza nella prova scritta. La prova orale può essere sostenuta nello stesso appello della prova scritta o in appelli successivi. Nel caso di esito negativo per la prova orale, la/o studentessa/studente può mantenere lo scritto, ovvero ripeterlo, se lo preferisce. La comunicazione sull'opzione scelta deve essere fornita al docente prima dell'inizio della nuova sessione d'esame cui la/o studentessa/studente intende partecipare.

La valutazione dell’apprendimento si basa sulla verifica, attraverso le prove d’esame, che la/o studentessa/studente abbia acquisito un sufficiente livello di comprensione ed un’adeguata capacità di utilizzo dei concetti esposti nell’ambito del corso, sia per quanto riguarda i fondamenti teorici che la loro applicazione nell’ambito dei sistemi di telecomunicazione.

Durante le prove d’esame, viene valutata la capacità della/o studentessa/studente di analizzare propriamente gli elementi essenziali di un sistema di telecomunicazione e di proporre soluzioni adeguate per i problemi che si pongono, utilizzando gli strumenti ed i metodi presentati durante le lezioni. Per la prova scritta, il docente assegna, in funzione della qualità dell’elaborato un giudizio: insufficiente, sufficiente, discreto, buono, distinto, ottimo. La/o studentessa/studente non viene ammesso all’orale se ha ottenuto un giudizio insufficiente.Ognuno dei giudizi positivi, e per i quali la/o studentessa/studente è ammessa/o all’orale, consente il raggiungimento del punteggio massimo (trenta, con eventuale dichiarazione di lode) se la/o studentessa/studente saprà dimostrare che le eventuali lacune riscontrate nello scritto non corrispondono ad effettive mancanze nella preparazione. Il voto complessivo, in trentesimi, è il risultato della valutazione globale che il docente assegnerà.

Perché l’esito complessivo della valutazione sia positivo, la/o studentessa/studente deve conseguire almeno la sufficienza nella prova scritta e dimostrare un’idonea preparazione nella prova orale. La valutazione massima è raggiunta dimostrando una conoscenza approfondita dei contenuti del corso nell’ambito delle prove. La lode è riservata alle/agli studentesse/studenti che abbiano dimostrato una particolare brillantezza nell’esposizione orale, tale da compensare in modo eccellente anche eventuali lacune nella redazione dell’elaborato scritto.

1. Dispense a cura del docente reperibili dalla piattaforma Moodle di Ateneo (https://learn.univpm.it), 2. John G. Proakis, Masoud Salehi, “Communication Systems Engineering”, 2nd Edition, Prentice Hall, 2002.