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TrasmissioniNumeriche

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Questo è il sesto anno che svolgo questo corso a Latina! Gli argomenti previsti comprendono anche un ripasso di argomenti di teoria del segnali, senza dare nulla per scontato! happy smiley

Materiale didattico

Gli argomenti sono tutti sviluppati nel libro che quest'anno è arrivato all'edizione 1.4, il cui PDF gli studenti possono scaricare con le modalità indicate a Lezione, in attesa che sia pronta l'edizione a stampa.

Errata corrige

Durante la preparazione delle lezioni ogni anno mi avvedo degli errori che ho introdotto, per correggere gli errori precedenti, o nell'introdurre nuovi argomenti. Anziché attendere la pubblicazione della prossima edizione, stavolta provo a stilare un elenco di correzioni in real-time, almeno per gli errori più importanti!

Orario

Il corso corrisponde a 6 crediti, pari a 60 ore (accademiche, ossia di 45 min) di didattica frontale, che diviso 12 settimane, si articola in 5 ore/settimana. Pertanto, l'orario di lezione è definito come

Mercoledì14 - 15.30(due ore accademiche)
Giovedì12 - 14.30(tre ore accademiche + 15 min di pausa)

Argomenti svolti per l'a.a. 2015-2016

Man mano che si susseguono le lezioni, mantengo qui traccia degli argomenti affrontati

  • merc 2/3 - Presentazione corso Cap. 1: Trasmissione dell’informazione, trasmissioni numeriche, Codifica di canale e di sorgente, Campionamento e quantizzazione, Segnali analogici, certi, aleatori, numerici; Risposta impulsiva e convoluzione, Frequenza di simbolo e di campionamento; Sistemi di telecomunicazione, Attenuazione, Portata, Qualità del servizio; Multiplazione a divisione di tempo, di frequenza, di codice, di lunghezza d'onda. 3.5 Risposta impulsiva, integrale di convoluzione, la risposta impulsiva come funzione memoria. 2.4.1 Algebra vettoriale: Spazio dei segnali periodici. 2.3 Teorema di Parseval: Ortogonalità degli esponenziali complessi.
  • giov 3/3 - 1.7.1 Caratteristiche dei segnali, Aspetti fisici delle grandezze energetiche, Spettro di segnale, Caratteristiche dei sistemi. Cap. 2 Serie di Fourier: Interpretazione degli Xn come fasori, applet http://pages.jh.edu/~signals/phasorlecture2/indexphasorlect2.htm , serie di Fourier per onda quadra, Serie di Fourier troncata, applet http://www.falstad.com/fourier/ . Cap. 3 Trasformata di Fourier: Energia mutua e densità di energia, proprietà della trasformata, traslazione. Convoluzione: applet http://pages.jh.edu/~signals/convolve/index.html . Moltiplicazione in frequenza o filtraggio, Moltiplicazione nel tempo (modulazione e finestratura), 3.9.3 Finestratura e stima spettrale. 3.8 Trasformata di segnali periodici. Cap. 4 Campionamento, quantizzazione ed elaborazione numerica: Teorema del campionamento, Aliasing. Applet http://www.diit.unict.it/users/dpanno/webdit/camp.html
  • merc 9/3 - Generalizzazione del filtro di restituzione, applet http://www.falstad.com/dfilter/ Ortogonalità delle funzioni sinc, Uso pratico del campionamento. 4.2 Quantizzazione, Quantizzazione lineare, SNR di quantizzazione, Quantizzazione logaritmica e codifica PCM. Cenni di 18.1 Codifica audio. 4.3 Trasformata di Fourier di sequenze.
  • giov 10/3 - Capitolo 5 Trasmissione dati in banda base: Trasmissione numerica di banda base, Codifica di linea e segnale dati. Digressione di teoria: Capitolo 7 Probabilità e processi, Istogramma e suo ruolo nell'interpretare il valore atteso come media pesata. 7.3.7 Processo ad aleatorietà parametrica: Processo armonico e Segnale dati. Capitolo 9 Densità spettrale e filtraggio: Correlazione, Indipendenza statistica e incorrelazione, Correlazione di processo ergodico, Autocorrelazione e intercorrelazione, Proprietà dell’autocorrelazione, Teorema di Wiener, Processo armonico, Processo gaussiano bianco limitato in banda, Processo di segnale dati. 9.4 Filtraggio di segnali e processi: Densità spettrale e Caratteristiche statistiche in uscita da un filtro. 9.6.1 Prodotto tra processi, 9.6.2 Somma di processi. 9.9.4 Densità spettrale per onda PAM.
  • merc 16/3 - autocorrelazione per stimare il periodo di pitch pag, 542; d.d.p. della somma di v.a.: 7.2.6 Funzione caratteristica, esperimento dei dadi; 9.9.2 Gaussiana multivariata ed indipendenza statistica, applet http://www.math.uah.edu/stat/applets/BivariateNormalExperiment.html, animazione. 5.1.2.1 Segnale binario e onda rettangolare, Effetto della limitazione in banda e ISI, Diagramma ad occhio, video, 5.1.2.4 Trasmissione multilivello, Codici di linea a banda infinita, applet https://www.cs.auckland.ac.nz/courses/compsci314s1c/resources/Coding/.
  • giov 17/3 - 5.2.2 Segnale dati limitato in banda: Requisiti per l’impulso di trasmissione, Condizioni di Nyquist, Filtro a coseno rialzato. 5.3 Errori nelle trasmissioni numeriche di banda base: Rumore bianco limitato in banda, 16.1 Rumore nei bipoli passivi, 5.3.2 Soglie di decisione, Probabilità di errore per simbolo, Espressione della Pe per simbolo. Diagramma ad occhio in presenza di rumore, Valutazione della Pe per bit, Codice di Gray, Probabilità di errore per bit. Esercizio A 21 Settembre 2010. 5.4 Gestione degli errori di trasmissione: Controllo di errore, Errori su parole, Correzione di errore e codifica di canale, Codice a blocchi, Codice a ripetizione, Errori a burst ed interleaving. Detezione di errore, Parità.
  • merc 23/3 - 17.3.1 Codice lineare a blocchi, Distanza dm, Rappresentazione matriciale, Correzione basata sulla distanza e sulla sindrome, Codice di Hamming, Osservazioni. Simulatore. 17.3.2 Codice convoluzionale, Diagramma di transizione e a traliccio, Decodifica di Viterbi, Riflessioni. Simulatore. 5.4.3.2 Somma di controllo, Codice polinomiale e CRC (in modo sommario). 5.5.2.3 Efficienza di uno schema di controllo di errore ARQ. 5.6 Sincronizzazione dati, 5.6.1 Trasmissione asincrona.
  • merc 30/3 - Sincronizzazione di bit e di parola, Sincronizzazione di trama, 5.6.2 Trasmissione sincrona, Sincronizzazione di simbolo per trasmissione orientata al carattere e al bit. 9.5 Filtro adattato: Integrate and dump, simulatore, video. Rumore colorato, Probabilità di errore, 9.5.1 Segnalazione antipodale, 9.5.2 Segnalazione ortogonale, Correlatore. 5.7 Ricevitore ottimo.
  • giov 31/3 - Capitolo 8 Traffico, code e reti a pacchetto: 8.2.1 Variabile aleatoria esponenziale negativa, 8.3 Sistema di servizio orientato alla perdita, Frequenza di arrivo e di servizio, Intensità media di traffico, Probabilità di rifiuto, Efficienza di giunzione, Validità del modello. 8.4 Sistemi di servizio orientati al ritardo, Risultato di Little, Sistemi a coda infinita ed a servente unico. 8.5 Reti per trasmissione dati, Il pacchetto dati; Modo di trasferimento delle informazioni: Schema di multiplazione, Principio di commutazione, Commutazione di pacchetto a circuito virtuale. Capitolo 6 Reti di trasmissione a circuito: Elementi della rete telefonica, La rete di accesso, Multiplazione, a divisione di tempo, statistica e commutazione di pacchetto, deterministica e commutazione di circuito. 6.3 Rete plesiocrona: Trama PCM, Messaggi di segnalazione. 6.3.4 Multiplazione asincrona e PDH, Bit stuffing, Add and Drop Multiplexer. 6.4 Gerarchia digitale sincrona. 6.6 Rete in fibra ottica, Dispositivi SDH, Topologia ad anello, 6.6.3 Sistemi di protezione automatica.
  • merc 6/4 - Cap. 10 Segnali modulati: Multiplazione a divisione di frequenza - FDM, Multiplazione a divisione di frequenza - FDM, Accesso multiplo, Collegamenti punto-punto, Canale telefonico, Antenne e lunghezza d’onda, Banda di segnale, Trasmissione a banda laterale unica. 10.2 Rappresentazione dei segnali modulati: Inviluppo complesso, Modulazione di ampiezza e/o angolare, Componenti analogiche di bassa frequenza, Filtro di Hilbert, Estrazione delle c. a. di b. f., Segnale analitico, Densità spettrale di segnali passa-banda. 10.6 Rappresentazione dei processi in banda traslata (cenni); 10.6.1 Conclusioni, 10.6.2 Processo gaussiano bianco limitato in banda
  • giov 7/4 - 10.3 Transito dei segnali modulati nei sistemi fisici: Filtraggio, Intermodulazione tra componenti analogiche, Equalizzazione di banda base, Segnali a banda stretta, vedi anche pag. 389. 10.4 Condizioni per inviluppo complesso reale: Filtro passa banda ideale, Simmetria coniugata attorno ad fo. 10.5 Demodulazione coerente delle componenti analogiche di bassa frequenza. Cap. 11 Modulazione per segnali analogici: Modulazione di ampiezza - AM, Banda laterale doppia - BLD, Portante soppressa - PS, Portante intera - PI, applet indice di modulazione, progetto di un modulatore, Portante parzialmente soppressa - PPS, Efficienza di PI-PPS. 11.1.2 Banda laterale unica - BLU. 11.1.4 Potenza di un segnale AM. 11.2 Demodulazione di ampiezza, Demodulazione coerente o omodina, Sincronizzazione di portante, Metodo della quadratura, Phase Locked Loop - PLL. 11.2.3 Errori di fase e frequenza, Demodulazione di entrambe le c.a. di b.f. in presenza di errore di fase, Demodulazione incoerente in fase e quadratura, Demodulatore di inviluppo per AM-BLD-PI. Cap. 12 Prestazioni delle trasmissioni modulate, Il rumore nei segnali modulati, Rapporto segnale-rumore e banda di rumore, Demodulazione di un processo di rumore, Prestazioni delle trasmissioni AM, Potenza di segnale e di rumore dopo demodulazione ed SNR, Modulazione BLD-PS, Modulazione BLU-PS, Modulazione BLD-PI.
  • merc 13/4 - simulatore modulazione AM/FM. Discussione sommaria della modulazione FM, con argomenti tratti da 11.3 Modulazione angolare, 11.3.2 Densità spettrale di segnali a modulazione angolare, 11.3.3 Densità spettrale FM con processo aleatorio modulante, compromesso banda-potenza che porta a SNR = 3β2*SNRo (pag. 319). 7.4 Trasformazione di variabile aleatoria e cambio di variabili: Caso unidimensionale, Trasformazione non monotona, Caso multidimensionale; Variabile aleatoria di Rayleigh, Variabile aleatoria di Rice, 7.4.3 Detezione di sinusoide nel rumore
  • giov 14/4 - Cap. 13 Modulazione numerica: 13.1.1 BPSK, Alternative per l’impulso di banda base g(t), Modulazione L-ASK, Efficienza spettrale o densità di informazione, SNR ed Eb/No, Probabilità di errore BPSK e L-ASK. 13.2.1 Modulazione QPSK ed L-PSK, Applet, Prestazioni QPSK e L-PSK; Modulazione QAM e sue prestazioni; Esercizio.
  • merc 20/4 - per chi vuol sperimentare: simulatore QPSK e QAM. 13.4 Codifica differenziale, Modulazione DBPSK, Prestazioni. 13.4.2 DQPSK. 13.5 Modulazione di frequenza L-FSK, Modulazione FSK ortogonale, 13.12.1 Ortogonalità tra simboli sinusoidali. 13.6 Demodulazione incoerente.
  • giov 21/4 - 13.8 Modulazione OFDM: Rappresentazione nel tempo ed in frequenza, Potenza complessiva. Architettura di modulazione, Efficienza, Architettura di demodulazione. Prestazioni: sono troppi conti in assoluto, solo per arrivare alla conclusione di pag. 355, ovvero che in caso di rumore bianco, le prestazioni sono le stesse di una modulazione monoportante. 13.8.6 Equalizzazione, Codifica differenziale, Sensibilità alla temporizzazione, Ottimalità, Bit loading, Codifica, Portanti pilota. Descrizione alternativa. 6.9.4 ADSL. 13.9 Sistemi a spettro espanso: Sequenze pseudo-casuali, Modulazione per sequenza diretta, Guadagno di processo, Despreading. Prestazioni in presenza di rumore e di un tono interferente. Applet 1, Applet 2.
  • merc 27/4 - 13.9.2.5 DSSS - Accesso multiplo: Controllo di potenza, Prestazioni multi-utente con PN incorrelate. pag. 378 Disturbi additivi, 14.8.5 Valutazione dell’SNR dovuto a diverse fonti di disturbo. 13.9.3 Famiglie di sequenze pseudo casuali: di massima lunghezza, di Walsh-Hadamard. Frequency Hopping, Time Hopping. Altre possibilità: Offset keying, Modulazione π/4, Minimum shift keying - MSK.
  • giov 28/4 - Cap. 14 - Transito nei circuiti e distorsione: Canale perfetto, Potenza di segnale e grandezze elettriche. Caratterizzazione dei circuiti: Numero di porte, Modello di rappresentazione, Proprietà delle reti due porte. Bipoli: passivi, attivi, esempio. Potenza assorbita da un bipolo: Connessione tra generatore e carico, Potenza disponibile e massimo trasferimento di potenza, Adattamento di impedenza per assenza di distorsione lineare, Zg(f) reale. Reti due porte: Modello circuitale, Schema simbolico, Trasferimento energetico, Guadagno disponibile, Collegamento generatore-carico mediante rete due porte, Reti passive, Reti in cascata. Misure di potenza in decibel. Cap. 16 Rumore termico: Rumore nei bipoli passivi, Rapporto segnale rumore dei generatori, Rumore nelle reti due porte, Temperatura di sistema. Reti passive: Rapporto SNR in uscita, Fattore di rumore. Reti attive e Fattore di rumore, Riassunto.
  • merc 4/5 - 16.3.3 Fattore di rumore per reti in cascata, prima domanda dell'esercizio. 16.4 Rumore nei ripetitori, Rumore termico accumulato. Capitolo 15 Collegamenti e mezzi trasmissivi: Bilancio di collegamento, Determinazione della sensibilità, Guadagno di sistema e margine, Attenuazione supplementare, Grado di servizio. 15.2 Collegamenti in cavo: Costanti distribuite, grandezze derivate, e condizioni generali, Condizione di Heaviside; Trasmissione in cavo, Effetto pelle, Diafonia. Grafico della densità di corrente nella sezione di un cavo. Tipologie di cavi per le telecomunicazioni: Linea aerea, Coppia ritorta, Cavo coassiale; Esercizio. 6.9.6 Ripetitore rigenerativo. Esercizio in fondo all'errata corrige. 14.5 Distorsione lineare: Guadagno di potenza in dB.
  • giov 5/5 - 14.5.2 Tempo di ritardo di gruppo, Esempio. 9.7.1 Filtro trasversale, Filtro del 1o ordine. 14.6 Equalizzazione: Argomento avanzato di cui omettere lo studio dei dettagli. Equalizzazione numerica, Equalizzatore MMSE e filtro di Wiener, Soluzione delle equazioni di Wiener-Hopf, Risposta in frequenza del filtro di Wiener, Metodo del gradiente, applet. Equalizzazione adattiva LMS, Equalizzatore a reazione, Equalizzatore a massima verosimiglianza di sequenza; Prestazioni.
  • merc 11/5 - 15.3 Collegamenti radio: Antenna isotropa, direttiva, ricevente; Bilancio di collegamento, Potenza ricevuta, Attenuazione di spazio libero e disponibile. 15.3.3 Condizioni di propagazione e attenuazioni supplementari: Condizioni di visibilità, Ellissoidi di Fresnel, Diffusione e riflessione atmosferica, Assorbimento atmosferico, Dimensionamento di un collegamento soggetto a pioggia. 15.3.3.5 Cammini multipli, Diversità di frequenza e di spazio. Applet attenuazione two-ray ground.
  • giov 12/5 - 15.3.4 Collegamenti radiomobili: Le componenti del fading, Path loss, Fading su larga scala e shadowing. Fading su piccola scala, piatto, di Rayleigh, Frequenza e durata media del fading, Fading di Rice. Fading selettivo in frequenza: Dispersione potenza-ritardo, Banda di coerenza, Dimensione di cella e velocità trasmissiva. Dispersione spettrale e variabilità temporale: Effetto Doppler (applet) e Dispersione, Tempo di coerenza. Tipologia di canale radiomobile.
  • merc 18/5 - Ricezione di trasmissioni radiomobili, 15.3.4.8 Probabilità di errore in presenza di fading di Rayleigh. Ricevitore multi-antenna: Selezione di diversità, Combinazione di massimo rapporto, Combinazione equal gain. Ricevitore Rake.
  • giov 19/5 - 15.4 Collegamenti in fibra ottica: segnale luminoso, Trasmissione ottica, Propagazione luminosa e indice di rifrazione, Video sulla rifrazione; Dispersione modale, Attenuazione, Dispersione cromatica, Dispersione del modo di polarizzazione, Effetti non lineari. Libro per chi vuole approfondire. 15.4.2 Bilancio di collegamento: Trasduttori elettro-ottici, Prodotto banda-lunghezza, Massima lunghezza di tratta, Trasduttori ottico-elettrici, Sensibilità e frequenza di segnalazione. Libro per chi vuole approfondire.
  • merc 25/5 - 15.4.3 Seconda generazione: Amplificazione ottica in fibra drogata all’erbio, a semiconduttore e Raman; Multiplazione a divisione di lunghezza d’onda - WDM, Controllo della dispersione, Fibre compensatrici, Filtri ottici. Sistemi in fibra ottica: Dalle fibre ottiche alle reti ottiche, Multiplatori e demultiplatori, Accoppiatori a stella, Convertitori di lunghezza d’onda, Optical cross-connects. Rete ottica di trasporto, Rete passiva di distribuzione, Ridondanza e pericoli naturali.
  • giov 26/5 - Domande degli studenti

Risorse didattiche

Anziché fare gesti nell'aria, calligrafare formule, od arrampicarmi sugli specchi di lavagna e proiettore, durante le lezioni ho tentato di stimolare la curiosità dei presenti proponendo delle applet Java, video da Youtube, animazioni Flash, gif animate o semplici immagini, nella speranza che possano rappresentare "la realtà fisica" meglio delle parole che andavo declamando. Ripropongo pertanto qui sotto la serie di collegamenti agli strumenti didattici interattivi individuati:

Prove di esame svolte

L'esame si svolge mediante una prova scritta, suddivisa in una parte quantitativa ed una descrittiva, potendo consultare testi ed altro materiale (ma non gli esercizi svolti e pubblicati sul sito) solo durante lo svolgimento della prima. In funzione della valutazione conseguita, la verbalizzazione può essere preceduta da una prova orale. Di seguito, i testi delle prove fin qui somministrati.

Nell'a.a. 2013-2014 alcuni argomenti svolti negli anni precedenti non sono stati trattati, come la teoria del traffico e la teoria dell'informazione, e quindi ai fini della preparazione degli esami possono essere omessi i seguenti esercizi:

  • 19 Settembre 2013 - quantitativa b e c; descrittiva c
  • 10 Luglio 2013 - quantitativa b
  • 24 Giugno 2013 - quantitativa c; descrittiva d
  • 25 Settembre 2012 - quantitativa a, b(1); descrittiva 2, 4
  • 2 Marzo 2012 - quantitativa B; descrittiva 1, 2
  • 5 Ottobre 2011 - quantitativa a, b(1). c
  • 20 Luglio 2011 - quantitativa c; descrittiva 2, forse 3
  • 28 Giugno 2011 - quantitativa 1, 2; descrittiva 1, 2