Università 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 probabilità di errore, rapporto segnale-rumore, occupazione di
banda, bit rate, efficienza spettrale, complessità 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, complessità 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 abilità (ossia la capacità 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 più appropriato per una determinata tecnica di
ricetrasmissione;
- la scelta dello schema di modulazione e codifica più 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,
probabilità di errore di simbolo, probabilità 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
parità,
sindrome, standard array, probabilità di errore con decodifica hard,
cenni su decodifica soft. Codici ciclici: polinomio generatore,
polinomio di parità, 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, variabilità nel tempo.
Profilo potenza-ritardo di canali con multipath. Spettro Doppler.
Delay spread, banda di coerenza, Doppler spread, tempo di coerenza.
Selettività in frequenza e interferenza intersimbolica.
Selettività 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, probabilità di errore
in canali Rayleigh non selettivi in frequenza.
Contromisure per il fading. Tecniche di diversità: di spazio,
di polarizzazione, di frequenza, di tempo. Tecniche di combinazione:
selezione, combinazione a parità di guadagno (EGC), combinazione
a massimo rapporto (MRC). Cenni su link budget.
Trasmissioni multiportante
Capacità 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. Sensibilità 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 Probabilità
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
MODALITÀ DI VERIFICA DEL PROFITTO
La verifica del profitto consiste in due prove. Per quanto riguarda
la prima prova, lo studente può 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
- Lunedì, ore 9:30-11:30, Aula 10
- Mercoledì, ore 9:30-11:30, Aula 10
- Venerdì, ore 14:30-16:30, Aula 10
VARIAZIONI RISPETTO AL CALENDARIO
DEGLI
ESAMI
I prossimi appelli di esame si terranno nelle seguenti date:
- Mercoledì 13 Luglio 2016
- Lunedì 5 Settembre 2016 (posticipo dell'appello originariamente previsto per Mercoledì 31 Agosto 2016)
- Mercoledì 14 Settembre 2016
Per iscriversi all’esame è 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 è disponibile per consultazioni ogni mercoledì 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