Obiettivi formativi
1) Conoscenza e comprensione.
Il corso presenta le tecniche di controllo d'errore e di modulazione in banda passante nei sistemi di trasmissione numerica ed alcuni dei principali elementi necessari alla loro analisi e progettazione.
2) Capacità di applicare conoscenza e comprensione.
Gli studenti imparano a:
- utilizzare i principali schemi di controllo d'errore e di modulazione in sistemi di trasmissione, anche mediante strumenti di simulazione
- valutare le prestazioni delle tecniche di controllo d'errore e di modulazione, con approccio sia analitico che simulativo
- scegliere le soluzioni più adeguate a soddisfare determinate specifiche di prestazione e di costo, anche tenendo conto di eventuali vincoli applicativi.
Prerequisiti
Comunicazioni elettriche.
Contenuti dell'insegnamento
1) Tecniche di codifica per il controllo d'errore
2) Modulazioni numeriche in banda passante
Programma esteso
Tecniche di codifica per il controllo degli errori
Schemi di rivelazione e correzione degli errori - Schemi di richiesta automatica di ritrasmissione (ARQ). Schemi di correzione diretta degli errori (FEC). Codici a ripetizione. Codici a controllo di parità. Guadagno e costo della codifica. Interlacciamento di bit. Vettori di codice e distanza di Hamming. Capacità di controllo degli errori di un dato codice. Tasso di codifica e ridondanza. Analisi delle prestazioni di sistemi FEC. Procedure di ritrasmissione ARQ. Analisi delle prestazioni di sistemi ARQ. Sistemi ARQ ibridi.
Codici a blocco - Codici lineari sistematici a blocco. Rappresentazione matriciale di un codice lineare a blocco. Codici di Hamming. Decodifica a sindrome a massima verosimiglianza. Esempio di decodifica di un codice di Hamming (7,4). Codici ciclici. Scorrimento ciclico e polinomi di codice. Polinomio generatore di un codice ciclico. Codici sistematici. Codifica e decodifica come resto di una divisione fra polinomi. Esempio di un codice di Hamming (7,4). Realizzazione circuitale di codificatori e decodificatori per codici ciclici. Cenni sui codici BCH e CRC. Cenni sui codici M-ari e di Reed e Solomon.
Codici convoluzionali - Diagrammi ad albero, a traliccio e di stato di un codice convoluzionale. Polinomi generatori. Distanza libera. Funzione di trasferimento e distribuzione dei pesi di un codice convoluzionale. Stima della probabilità d'errore. Guadagno di codifica. Decodifica di codici convoluzionali. Decodifica di Viterbi. Decodifica sequenziale. Decodifica basata su "decisioni continue" (soft-decision decoding). Esempi di codici convoluzionali e relative prestazioni.
Approfondimenti - Codici traforati (punctured). Codici concatenati. Cenni sui codici turbo.
Modulazioni numeriche in banda passante
Formati di modulazione e relativa densità spettrale di potenza - Modulazioni di ampiezza (ASK) e di ampiezza e segno (PAM). Efficienza spettrale. Modulazioni di ampiezza in quadratura (QAM) e relativa efficienza spettrale. Modulazioni di fase (PSK) e relativa efficienza spettrale. Esempi di costellazioni PSK (QPSK e 8-PSK). Modulazione QPSK sfalsata (OQPSK). Modulazioni di frequenza (FSK) e relativa efficienza spettrale. Esempio di modulazione binaria. FSK M-arie a segnali ortogonali. FSK a fase continua (CPFSK).
Rivelazione coerente di modulazioni binarie in banda passante - Tecniche di rivelazione coerente e non coerente di modulazioni numeriche. Ricevitore coerente ottimo e sua probabilità d'errore. Analisi di prestazione delle modulazioni OOK e BPSK. Analisi di prestazione della modulazione FSK binaria. Cenni sulla sincronizzazione di simbolo e di fase.
Rivelazione non coerente di modulazioni binarie in banda passante - Distribuzione dell'inviluppo di una sinusoide affetta da rumore. Analisi di prestazione della OOK non coerente. Analisi di prestazione della FSK non coerente. Codifica e rivelazione differenziale della PSK differenziale (DPSK). Analisi comparata delle prestazioni di sistemi di trasmissione binari.
Modulazioni M-arie in quadratura - Analisi delle prestazioni della QPSK. Cenni sull'estrazione del sincronismo di fase mediante dispositivi non lineari. Analisi delle prestazioni della M-PSK. PSK con codifica e rivelazione differenziale (M-DPSK). Analisi delle prestazioni della M-QAM. Analisi comparata delle prestazioni di sistemi di trasmissione M-ari in banda passante: efficienza energetica e spettrale.
Approfondimenti - Modulazione a multiplazione di frequenza ortogonale (OFDM). Modulazione codificata a traliccio (TCM). Sistemi di trasmissione a spettro espanso.
Bibliografia
A. Bruce Carlson, Paul B. Crilly: Communication systems, 5th edition, McGraw Hill, 2009.
Metodi didattici
Il corso si articola indicativamente in circa 50 ore di lezione, 12 ore di esercitazione in aula e 10 ore di esercitazione in laboratorio. Le esercitazioni in aula consistono nella risoluzione di problemi assegnati precedentemente, durante le lezioni. Le esercitazioni di laboratorio si basano sull'impiego di strumenti di simulazione di sistemi di trasmissione.
Informazioni generali sull'organizzazione dello studio e sull'acquisizione dei CFU:
* Carico di lavoro complessivo del corso (9 CFU) corrispondente a circa 225 ore, ripartite fra:
o circa 72 ore in aula o in laboratorio
o circa 153 ore di studio individuale
* Ogni settimana, 6 ore in aula o laboratorio e circa 12 ore di attività individuale per:
o studio della teoria (libro di testo e appunti delle lezioni)
o risoluzione degli esercizi assegnati
o svolgimento dell'attività di laboratorio e predisposizione delle relazioni.
Modalità verifica apprendimento
Valutazione basata complessivamente su:
* livello di partecipazione attiva e regolare a lezioni, esercitazioni e laboratori
* relazioni di laboratorio
* due prove scritte in itinere (intermedia e finale)
* prova orale a fine corso, salvo esonero conseguibile con un buon livello di partecipazione.
Valutazione di recupero basata su esame scritto, esame orale e progetto.
Altre informazioni
Il corso si appoggia ad un apposito sito web.
