COMUNICAZIONI DIGITALI A - L
Anno accademico 2024/2025 - Docente: Giovanni SCHEMBRARisultati di apprendimento attesi
Conoscenza e comprensione dei principali elementi riguardanti le comunicazioni digitali
Acquisire e comprendere gli strumenti fondamentali per analizzare le tecniche di trasmissione digitale, e le procedure che permettono di ricavare i principali parametri che caratterizzano un sistema di comunicazione digitale.
Sviluppo delle capacità di analisi della rappresentazione vettoriale dei segnali e delle tecniche di conversione analogico/digitale.
Conoscenze applicate e capacità di comprensione delle tecniche oggi all’avanguardia nei sistemi di comunicazioni digitali, anche finalizzate all’applicazione pratica in contesti diversi da quelli usuali
Sviluppo delle competenze necessarie per analizzare gli schemi di riferimento di un sistema di comunicazione digitale e poterne determinare i principali parametri che li caratterizzano (rapporto segnale rumore, probabilità di errore per bit, occupazione di banda, consumo energetico, complessità circuitale), al fine di poter mettere lo studente nella condizione di poterli utilizzare anche in futuro e in contesti diversi da quelli trattati nel corso.
Autonomia di giudizio su quanto imparato
Sviluppo di un adeguato grado di autonomia di giudizio nell’individuazione delle caratteristiche dei sistemi di trasmissione digitale e degli strumenti utilizzabili per poter effettuare non solo la progettazione di semplici sistemi di comunicazione quali quelli trattati a lezione, ma anche di sistemi più complessi quali quelli delle trasmissioni satellitari, 5G e 6G, per i quali è necessaria una maturazione di quanto studiato.
Abilità comunicative per la veicolazione a interlocutori eterogenei
Sviluppo della capacità di comunicare efficacemente e con linguaggio tecnico adeguato tematiche relative alle trasmissioni digitali, ai sistemi di modulazione e agli apparati di trasmissione.
Capacità di apprendimento in autonomia delle evoluzioni relative agli argomenti trattati a lezione
Sviluppo della capacità di aggiornamento sull’evoluzione scientifica e tecnologica nel settore delle comunicazioni digitali per poter approfondire in autonomia le nuove tecniche di trasmissione su cavo, su fibra e wireless che si affermeranno in futuro, con riferimento anche alle tecnologie inerenti ADSL, LTE, 4G, 5G e 6G.
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
Il corso è composto da una parte di teoria (35 ore) e da una parte di esercitazioni (15 ore).
Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza, potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.
Prerequisiti richiesti
Convoluzione
Banda di un segnale in banda base e in banda passante
Densità spettrale di potenza e funzione di autocorrelazione
Segnali periodici
Teoria della probabilità, variabili aleatorie e processi aleatori
Funzione densità di probabilità di una variabile aleatoria
Processi aleatori, e in particolare il rumore bianco e i processi gaussiani
Sistemi lineari tempo-invarianti (LTI), filtri e distorsioni
Campionamento di un segnale e interpolazione di una sequenza
Frequenza lezioni
Contenuti del corso
Il corso è organizzato nelle seguenti sei Unità Didattiche Elementari (UDE):
|
|
ORE |
TESTI |
|
UDE 1: Introduzione · Richiami di teoria dei segnali (autocorrelazione, densità spettrale di potenza, funzione densità delle probabilità di una variabile aleatoria, filtri, rumore bianco e processi aleatori gaussiani, campionamento). · Descrizione generale di un sistema di comunicazione, sorgenti analogiche e digitali. Canali di comunicazione, distorsioni e rumore. Canali rumorosi AWGN. Canali radio: attenuazione di spazio libero (formula di FRIIS). Parametri prestazionali di un sistema di comunicazione (SNR, BER, SER). Metriche per la misura della rumorosità di un quadripolo: figura di rumore, temperatura di rumore, di antenna e di sistema.
|
6 |
T1, T4 |
|
UDE 2: Codifica di sorgente e codifica di canale · Teoria dell’informazione - Misura dell’informazione ed entropia. Esempi di sorgenti discrete. Codifica di sorgente: proprietà dei codici, lunghezza di un codice, efficienza di codifica, codifica a blocchi, codici di Gray, Shannon-Fano, Huffman. · Codifica di canale - Codici a blocco. Rate del codice. Ritardo di codifica/decodifica. Codice lineare e sistematico. Efficienza spettrale. Codice a ripetizione e di parità. Peso e distanza di Hamming.
|
8 |
T1, T2, T4 |
|
UDE 3: Trasmissione digitale di segnali vocali · Caratteristiche del segnale vocale. Conversione A/D: campionamento, quantizzazione uniforme e non uniforme, codifica. SNR di quantizzazione. Leggi di compressione A e μ. Standard ITU-T e ETSI di compressione della voce.
|
8 |
T3, T4 |
|
UDE 4: Trasmissione digitale in banda base · Il trasmettitore digitale. Codifica di linea binaria ed M-aria. Teorema di Shannon Hartley sulla capacità di un canale. · Ricevitore digitale. Struttura di un ricevitore digitale. Demodulatore digitale. Decisore a massima verosimiglianza. Symbol error rate (SER) e bit error rate (BER). BER per le principali modulazioni binarie ed M-arie in banda base. · Trasmissione digitale binaria: Principali codici di linea binari e multilivello. Spettro di un codice di linea. Recupero del clock. Sistemi PAM binari ed M-ari. Interferenza intersimbolica (ISI) e criterio di Nyquist. Diagramma ad occhio.
|
20 |
T1, T3, T4 |
|
UDE 5: Introduzione alle modulazioni in banda passante · Modulazione e demodulazione d’ampiezza AM DSB, DSB-SC, SSB e VSB. · Modulazione angolare FM e PM. · Confronto tra le tecniche di modulazione: potenza, banda, SNR, complessità.
|
6 |
T1, T3, T4 |
|
UDE 6: Modulazioni digitali · Modulazioni binarie ASK, PSK, FSK. Confronto prestazionale: potenza, banda, BER, complessità. · Modulazioni multidimensionali M-arie: M-PSK, QAM, M-FSK. · Sistemi di trasmissione DMT ed OFDM.
|
10 |
T1, T3, T4 |
Testi di riferimento
[T1] Leon W. Couch, Fondamenti di Telecomunicazioni, Prentice Hall
[T2] Alessandro Falaschi, Trasmissione dei Segnali e Sistemi di Telecomunicazione, Web edition, Versione 2.0, 2023.
[T3] K. Sam, Shanmugam “Digital and Analog Communication Systems”, John Wiley & Sons.
[T4] Appunti del docente.
Testi di riferimento
[T1] Leon W. Couch, Fondamenti di Telecomunicazioni, Prentice Hall
[T2] Alessandro Falaschi, Trasmissione dei Segnali e Sistemi di Telecomunicazione, Web edition, Versione 2.0, 2023.
[T3] K. Sam, Shanmugam “Digital and Analog Communication Systems”, John Wiley & Sons.
[T4] Appunti del docente
Programmazione del corso
| Argomenti | Riferimenti testi | |
|---|---|---|
| 1 | UDE 1: Introduzione · Richiami di teoria dei segnali (autocorrelazione, densità spettrale di potenza, funzione densità delle probabilità di una variabile aleatoria, filtri, rumore bianco e processi aleatori gaussiani, campionamento). · Descrizione generale di un sistema di comunicazione, sorgenti analogiche e digitali. Canali di comunicazione, distorsioni e rumore. Canali rumorosi AWGN. Canali radio: attenuazione di spazio libero (formula di FRIIS). Parametri prestazionali di un sistema di comunicazione (SNR, BER, SER). Metriche per la misura della rumorosità di un quadripolo: figura di rumore, temperatura di rumore, di antenna e di sistema. | T1, T4 |
| 2 | UDE 2: Codifica di sorgente e codifica di canale · Teoria dell’informazione - Misura dell’informazione ed entropia. Esempi di sorgenti discrete. Codifica di sorgente: proprietà dei codici, lunghezza di un codice, efficienza di codifica, codifica a blocchi, codici di Gray, Shannon-Fano, Huffman. · Codifica di canale - Codici a blocco. Rate del codice. Ritardo di codifica/decodifica. Codice lineare e sistematico. Efficienza spettrale. Codice a ripetizione e di parità. Peso e distanza di Hamming. | T1, T2, T4 |
| 3 | UDE 3: Trasmissione digitale di segnali vocali · Caratteristiche del segnale vocale. Conversione A/D: campionamento, quantizzazione uniforme e non uniforme, codifica. SNR di quantizzazione. Leggi di compressione A e μ. Standard ITU-T e ETSI di compressione della voce. | T3, T4 |
| 4 | UDE 4: Trasmissione digitale in banda base · Il trasmettitore digitale. Codifica di linea binaria ed M-aria. Teorema di Shannon Hartley sulla capacità di un canale. · Ricevitore digitale. Struttura di un ricevitore digitale. Demodulatore digitale. Decisore a massima verosimiglianza. Symbol error rate (SER) e bit error rate (BER). BER per le principali modulazioni binarie ed M-arie in banda base. · Trasmissione digitale binaria: Principali codici di linea binari e multilivello. Spettro di un codice di linea. Recupero del clock. Sistemi PAM binari ed M-ari. Interferenza intersimbolica (ISI) e criterio di Nyquist. Diagramma ad occhio. | T1, T3, T4 |
| 5 | UDE 5: Introduzione alle modulazioni in banda passante · Modulazione e demodulazione d’ampiezza AM DSB, DSB-SC, SSB e VSB. · Modulazione angolare FM e PM. · Confronto tra le tecniche di modulazione: potenza, banda, SNR, complessità. | T1, T3, T4 |
| 6 | UDE 6: Modulazioni digitali· Modulazioni binarie ASK, PSK, FSK. Confronto prestazionale: potenza, banda, BER, complessità. · Modulazioni multidimensionali M-arie: M-PSK, QAM, M-FSK. · Sistemi di trasmissione DMT ed OFDM. | T1, T3, T4 |
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
L’esame è costituito da una prova in itinere e da una prova orale.
La prova in itinere, della durata di 3 ore, viene valutata secondo le seguenti 3 fasce:
- Fascia A: lo studente potrà sostenere l'esame con sole 2 domande su un programma ridotto.
- Fascia B: lo studente ha due possibilità:
1) sostenere l'esame orale di sole 2 domande su un programma ridotto, ma il voto finale non potrà superare i 27/30
2) sostenere l’esame orale di 2 domande su un programma completo se vuole aspirare ad un voto finale senza la limitazione del punto precedente
- Fascia C: lo studente dovrà sostenere un esame orale di 3 domande su un programma completo.
Chi non supera la prova in itinere o non vi partecipa deve sostenere un esame completo che include anche un esercizio numerico
La prova in itinere ha valore fino al 30 settembre dello stesso anno in cui il corso è stato erogato. Successivamente a tale data tutti gli studenti dovranno sostenere un esame completo che include anche un esercizio numerico.