Luca Rugini - Sistemi di Telecomunicazione

Università degli Studi di Perugia

Laurea in Ingegneria Informatica e delle Telecomunicazioni (Sede di Orvieto)

Sistemi di Telecomunicazioni (45 ore, 5 CFU, A.A. 2009/2010)

DOCENTE
Luca Rugini

OBIETTIVI DEL CORSO
Acquisire le conoscenze relative all’analisi e al progetto di sistemi di telecomunicazioni digitali.

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. Modulazioni numeriche coerenti: PSK, QAM. Prestazioni: probabilità di errore di simbolo e di bit. Codifica di Gray. Rapporto segnale-rumore. Confronto tra BPSK, QPSK e 16-QAM: prestazioni, efficienza spettrale.
Modulazioni differenziali: DPSK. Codifica differenziale. Prestazioni DPSK e confronto con PSK. QPSK con offset. Modulazioni di frequenza: FSK. FSK ortogonale e non ortogonale. FSK binaria: prestazioni con ricezione coerente e non coerente, probabilità di errore minima. Confronto tra FSK M-aria e modulazioni per sistemi limitati in banda.
Modulazioni a fase continua: CPM. Indice di modulazione. Impulsi CPM: CPM a risposta totale e a risposta parziale. CPFSK, CPFSK binaria, MSK. Confronto tra MSK, QPSK con offset, e QPSK: prestazioni e proprietà spettrali. Proprietà spettrali CPFSK binaria e CPM. MSK gaussiana. Rappresentazione di segnali CPM: traiettorie delle fasi, albero delle fasi, traliccio degli stati, diagramma degli stati. Cenni su ricevitori per segnali CPM. Prestazioni CPM: caso particolare della CPFSK binaria.
Codifica di sorgente
Fondamenti di Teoria dell’Informazione. Entropia di sorgenti discrete e binarie. Entropia congiunta, entropia condizionata, tasso di entropia. Codifica di sorgente: teorema di Shannon. Codifica senza perdita e con perdita. Codifica a lunghezza fissa e a lunghezza variabile. Efficienza. Condizione di prefisso, disuguaglianza di Kraft. Algoritmo di Huffman: codifica, decodifica, esempi, ottimalità. Algoritmo di Huffman a blocchi. Cenni su varianti dell’algoritmo di Huffman. Algoritmo di Lempel-Ziv: codifica, decodifica, esempi.
Codifica di canale
Richiami di Teoria dell'Informazione. Canale discreto, canale binario simmetrico (BSC). Errori casuali, errori a pacchetto, interleaving.
Codici a blocchi: codici binari, codici lineari, codici sistematici. Code rate. Decodifica hard e soft. Distanza di Hamming, peso di Hamming, distanza minima. Capacità di rivelazione, capacità di correzione, codici perfetti. Matrice generatrice, matrice di parità, sindrome. Circuiti di codifica e di decodifica. Standard array. Probabilità di errore con decodifica hard.
Codici ciclici. Polinomio generatore, polinomio di parità, sindrome. Codifica sistematica e non sistematica. Circuiti di codifica e di decodifica. Esempi di codici ciclici: Hamming, Golay, BCH, Reed-Solomon.
Codici convoluzionali. Lunghezza di vincolo. Polinomi generatori. Diagrammi: ad albero, a traliccio, degli stati. Codifica continua, terminata, troncata, tail-biting. Decodifica hard e soft. Decodifica a massima verosimiglianza: algoritmo di Viterbi. Complessità computazionale e ritardo: troncamento dei percorsi. Distanza libera. Probabilità di errore con decodifica soft. Puncturing. Codici concatenati. Cenni su codici TCM, turbo, LDPC.
Canale radiomobile
Tipologie di canali per sistemi di telecomunicazioni. Propagazione su spazio libero. Propagazione in presenza di ostacoli: riflessione, diffrazione, scattering. Fading su larga scala: attenuazione, shadowing.
Fading su piccola scala: multipath, effetto Doppler. Trasmissioni con linea di vista e senza linea di vista. Caratterizzazione statistica dell’inviluppo: Rayleigh, Rice. Rappresentazioni in banda base di canali in banda passante: stazionarietà in senso lato con scattering incorrelato (WSSUS), risposta impulsiva variabile nel tempo, risposta in frequenza variabile nel tempo. Profilo potenza-ritardo di canali con multipath. Spettro Doppler. Parametri significativi del canale radiomobile: delay spread, banda di coerenza, Doppler spread, tempo di coerenza. Selettività in frequenza e interferenza intersimbolica (ISI). Selettività nel tempo e interferenza interportante (ICI). Le quattro tipologie di fading. Modelli di canale per GSM e UMTS.
Contromisure per il fading. Tecniche di diversità: diversità di spazio, di polarizzazione, di frequenza, di tempo. Tecniche di combinazione: selezione, combinazione a parità di guadagno (EGC), combinazione a massimo rapporto (MRC).
Trasmissioni multiportante
Multiplazione a divisione di frequenza e OFDM. Sovrapposizione e spaziatura tra le sottoportanti. Durata del simbolo OFDM. Tempi di guardia: prefisso ciclico. Modello di sistema OFDM equivalente in banda base. Cenni su rappresentazione matriciale. Benefici in sistemi OFDM: equalizzazione di canali con multipath, bit/power loading, interferenze a banda stretta, realizzazione tramite FFT. Svantaggi in sistemi OFDM: sensibilità ad offset di frequenza, Doppler spread, effetti nonlineari. Distorsioni generate da amplificatori nonlineari: rapporto tra potenza di picco e potenza media, intermodulazione. Cenni su tecniche multiportante per sistemi DSL.
Standard DVB-T: codifica di canale, interleaving, modulazione, parametri di trasmissione, portanti pilota, bit rates, prestazioni.

PREREQUISITI
- Obbligatori: Analisi matematica I, Analisi matematica II, Geometria, Teoria dei Fenomeni Aleatori, Elaborazione Analogica dei Segnali
- Raccomandati: Fisica generale II, Elaborazione Numerica dei Segnali, Trasmissione dell’Informazione

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: modulazioni numeriche, codifica di sorgente, codifica di canale, canale radiomobile, trasmissioni multiportante

MODALITÀ DI VERIFICA DEL PROFITTO
La verifica consiste in una prova scritta della durata di 120 minuti e in una prova orale della durata di 40 minuti circa.

NOTA IMPORTANTE
A partire dall’A.A. 2010/2011, gli insegnamenti del terzo anno non sono più attivi. Questo comporta l’assenza di lezioni ufficiali di Sistemi di Telecomunicazione.

APPELLI DI ESAME
Gli appelli si terranno nella sede di Perugia. Per iscriversi all’esame è necessario inviare un'e-mail al docente, indicando una serie di date possibili per lo svolgimento dell'esame. I testi di alcuni compiti di esame sono disponibili al seguente link.

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 telefono (+39 075 585 3932) o e-mail.