UniversitÓ degli Studi di Perugia

Laurea Magistrale in Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni

Laurea Magistrale in Ingegneria Informatica e dell'Automazione

Sistemi di Telecomunicazione (72 ore, 9 CFU, A.A. 2015/2016)

DOCENTE
Luca Rugini

OBIETTIVI DEL CORSO
L'obiettivo principale dell'insegnamento di Sistemi di Telecomunicazione consiste nel fornire agli studenti le conoscenze relative all'analisi e al progetto di sistemi per telecomunicazioni digitali. Le principali conoscenze acquisite saranno:
- analisi e confronto delle modulazioni digitali in banda passante (tra le quali PAM, PSK, QAM, FSK) e dei loro requisiti in termini di probabilitÓ di errore, rapporto segnale-rumore, occupazione di banda, bit rate, efficienza spettrale, complessitÓ circuitale e/o computazionale;
- analisi e confronto delle tecniche di codifica di canale (tra le quali le codifiche a blocchi, cicliche e convoluzionali) e dei loro requisiti in termini di rivelazione e correzione di errore, bit rate, efficienza spettrale, complessitÓ di codifica e decodifica;
- analisi e confronto dei modelli di canale per sistemi di telecomunicazione (tra i quali i modelli di attenuazione, con fading su larga scala e con fading su piccola scala) e delle principali contromisure da adottare in ciascun caso;
- elementi di base dei sistemi di telecomunicazione basati su trasmissioni a portanti multiple ortogonali (tra i quali, l'OFDM) e la loro applicazione in standard per la radiodiffusione del segnale televisivo (DVB-T).
Le principali abilitÓ (ossia la capacitÓ di applicare le conoscenze acquisite) saranno:
- il progetto di ricevitori ottimi e subottimi per modulazioni digitali (PAM, PSK, QAM, FSK, et cetera);
- la stima delle prestazioni delle modulazioni digitali (PAM, PSK, QAM, FSK, et cetera) per canali con rumore additivo Gaussiano bianco;
- il progetto di schemi di codifica e decodifica di canale (per codici a blocchi e codici convoluzionali);
- il progetto dei parametri del sistema di telecomunicazione (rapporto segnale-rumore, occupazione di banda, et cetera) per un determinato canale wireless e la scelta del modello di canale pi¨ appropriato per una determinata tecnica di ricetrasmissione;
- la scelta dello schema di modulazione e codifica pi¨ appropriato per un determinato scenario;
- la scelta dei parametri di un sistema per telecomunicazioni a portanti multiple.

PROGRAMMA DEL CORSO
Modulazioni numeriche
Rappresentazioni in banda base di segnali in banda passante: componenti in fase e in quadratura, inviluppo complesso. Trasmissione e ricezione di segnali in banda passante. Spazio dei segnali: corrispondenza tra segnali e vettori, espansione tramite basi ortogonali.
Modulazioni coerenti: PSK, QAM, ricevitore ottimo per canale AWGN, probabilitÓ di errore di simbolo, probabilitÓ di errore di bit con codifica di Gray, efficienza spettrale. Cenni su modulazioni differenziali DPSK e confronto con PSK. Modulazioni di frequenza: FSK ortogonale, ricevitore ottimo per canale AWGN, ricezione non coerente. Confronto tra modulazioni per sistemi limitati in banda e modulazioni per sistemi limitati in potenza. Cenni su modulazioni CPFSK, MSK, OQPSK, GMSK: prestazioni ed efficienza spettrale. Cenni su sincronizzazione.
Codifica di canale
Fondamenti di Teoria dell’Informazione: teorema della codifica di canale.
Codici a blocchi: distanza di Hamming, peso di Hamming, distanza minima, rivelazione e correzione di errore, matrice generatrice, matrice di paritÓ, sindrome, standard array, probabilitÓ di errore con decodifica hard, cenni su decodifica soft. Codici ciclici: polinomio generatore, polinomio di paritÓ, sindrome, codifica sistematica e non sistematica, esempi di codici ciclici.
Codici convoluzionali: lunghezza di vincolo, polinomi generatori, diagramma ad albero, diagramma a traliccio, diagramma degli stati, decodifica a massima verosimiglianza e algoritmo di Viterbi, distanza libera e prestazioni. Cenni su codici concatenati, TCM, turbo, LDPC.
Modelli di canale
Tipologie di canali per sistemi di telecomunicazione. Propagazione su spazio libero e in presenza di ostacoli. Fading su larga scala: attenuazione e shadowing. Fading su piccola scala: multipath, effetto Doppler. Rappresentazioni in banda base di canali in banda passante. Risposta impulsiva, risposta in frequenza, variabilitÓ nel tempo. Profilo potenza-ritardo di canali con multipath. Spettro Doppler. Delay spread, banda di coerenza, Doppler spread, tempo di coerenza. SelettivitÓ in frequenza e interferenza intersimbolica. SelettivitÓ nel tempo e interferenza interportante. Modelli di canale per GSM e UMTS.
Trasmissioni con linea di vista e senza linea di vista: caratterizzazione statistica dell'inviluppo, probabilitÓ di errore in canali Rayleigh non selettivi in frequenza. Contromisure per il fading. Tecniche di diversitÓ: di spazio, di polarizzazione, di frequenza, di tempo. Tecniche di combinazione: selezione, combinazione a paritÓ di guadagno (EGC), combinazione a massimo rapporto (MRC). Cenni su link budget.
Trasmissioni multiportante
CapacitÓ di canale per canali con multipath. OFDM: sovrapposizione e spaziatura tra le sottoportanti, durata del simbolo OFDM, prefisso ciclico. Modello equivalente di sistema OFDM in banda base, realizzazione tramite FFT. Equalizzazione di canali con multipath, bit/power loading, effetto di interferenze a banda stretta. SensibilitÓ ad offset di frequenza, Doppler spread, effetti non lineari. Standard DVB-T.

PREREQUISITI
Al fine di comprendere e saper applicare le tecniche descritte nell'insegnamento di Sistemi di Telecomunicazione, si raccomanda un’adeguata conoscenza dei contenuti presenti negli insegnamenti della Laurea triennale in Ingegneria Informatica ed Elettronica, ed in particolare di Teoria dei Segnali, di Teoria della ProbabilitÓ e della Misurazione, e di Fondamenti di Telecomunicazioni. Ulteriori informazioni sono disponibili nel sito web di ateneo.

TESTI CONSIGLIATI
- J. G. Proakis, M. Salehi, Digital Communications, 5a edizione, McGraw-Hill, 2008.
- B. Sklar, Digital Communications: Fundamentals and Applications, 2a edizione, Prentice Hall, 2001.

ALTRO MATERIALE DIDATTICO
- Lucidi delle lezioni: Introduzione al corso (2015-16), Modulazioni numeriche (2015-16), Codifica di canale (2015-16), Modelli di canale (2015-16), Trasmissioni multiportante (2015-16), DVB-T
- MATLAB files: Esercizio 1, Esercizio 2, Esercizio 3, Esercizio 4, Esercizio 5, Esercizio 6
- Tabella della funzione Q
- Articoli scientifici per approfondimenti: MSK e CPM, GMSK, Sincronizzazione, Teoria dell'informazione, Codici a blocchi e convoluzionali, Codici turbo e LDPC, Progetto di modulazione e codifica, Canali con fading, OFDM e DVB, CDMA e UMTS

MODALIT└ DI VERIFICA DEL PROFITTO
La verifica del profitto consiste in due prove. Per quanto riguarda la prima prova, lo studente pu˛ scegliere se effettuare una prova scritta (della durata di 120 minuti) oppure un elaborato in MATLAB relativo ad un quesito preassegnato dal docente. La seconda prova consiste in una prova orale della durata di 40 minuti circa. Ulteriori informazioni sono disponibili nel sito web di ateneo.

CALENDARIO DELLE LEZIONI A.A. 2015/2016
- Lunedý, ore 9:30-11:30, Aula 10
- Mercoledý, ore 9:30-11:30, Aula 10
- Venerdý, ore 14:30-16:30, Aula 10

VARIAZIONI RISPETTO AL CALENDARIO DEGLI ESAMI
I prossimi appelli di esame si terranno nelle seguenti date:
- Mercoledý 13 Luglio 2016
- Lunedý 5 Settembre 2016 (posticipo dell'appello originariamente previsto per Mercoledý 31 Agosto 2016)
- Mercoledý 14 Settembre 2016
Per iscriversi all’esame Ŕ necessario inviare un'e-mail al docente, entro due giorni prima della data di esame. Eventuali variazioni di data e orario saranno segnalate prima possibile.

RICEVIMENTO STUDENTI
Il docente Ŕ disponibile per consultazioni ogni mercoledý dalle 15:00 alle 17:00. Ulteriori appuntamenti possono essere richiesti contattando il docente tramite e-mail.

APPELLI DI ESAME DEGLI ANNI PRECEDENTI
16/09/2015, 05/02/2015, 09/07/2014, 11/06/2014, 05/02/2014, 17/01/2014, 19/09/2013, 05/09/2013, 11/07/2013, 06/06/2013, 07/02/2013, 11/01/2013, 20/09/2012, 06/09/2012, 11/07/2012, 17/02/2012, 11/01/2012


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