Manlio TESAURO | MODULAZIONI ANALOGICHE E NUMERICHE (6 CFU)

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Il corso ha lo scopo di fornire agli allievi la conoscenza degli argomenti di base relativi alla trasmissione di segnali analogici e numerici. Vengono presentati i principali schemi di modulazioni analogiche (lineari ed esponenziali) e numeriche (in banda base e in banda passante) e studiati gli effetti del rumore sulla comunicazione. Sono anche introdotti elementi di teoria dell’informazione. Le metodologie di analisi vengono presentate con riferimento allo studio di problemi di interesse applicativo.

Conoscenza delle metodologie e delle tecniche apprese nei corsi di matematica e fisica di base, di elettrotecnica, segnali e sistemi ed elettronica.

Concetti generali e schemi a blocchi di un sistema di trasmissione analogico e numerico. Modulazioni analogiche (modulazione d’ampiezza, e modulazioni angolari). Il rumore nella comunicazione analogica. Codifica di sorgente. Trasmissioni digitali tramite canale a rumore additivo Gaussiano bianco (AWGN). Trasmissione digitale PAM attraverso canali AWGN a banda limitata. Modulazione numerica in canali passa banda. Codifica di canale. Esercitazioni.

Concetti generali (2 ore): Introduzione al corso. Schemi a blocchi di un sistema di trasmissione analogico e numerico. Introduzione alla Teoria dell’Informazione. I canali di comunicazione e loro caratteristiche: doppini, cavi coassiali, guide d'onda e fibre ottiche. Modelli matematici per i canali di comunicazione.

Modulazione lineare (3 ore): trasmissione e ricezione di segnali analogici: introduzione alla modulazione. Modulazione AM convenzionale. Modulazione AM a doppia banda laterale e portante soppressa (DSB-SC). Modulazione AM a singola banda laterale SSB-SC. Profondità di modulazione ed efficienza. Calcolo della potenza associata al segnale e alla portante. La multiplazione a divisione di frequenza.

Modulazione angolare (3 ore): Modulazione di fase (PM) e di frequenza (FM). Rappresentazione di segnali FM e PM. Caratteristiche spettrali di segnali con modulazione angolare. Indice di modulazione di fase e frequenza. Calcolo della banda per un segnale modulato PM e FM nel caso di modulante sinusoidale. La modulazione FM a banda stretta e a banda larga. Effetto delle non linearità sulla modulazione FM.

Il rumore nella comunicazione analogica (4 ore): Effetto del rumore sui sistemi di modulazione lineari. Effetto del rumore sulle modulazioni angolari. Prestazioni delle modulazioni analogiche: rapporto segnale rumore in uscita ad un demodulatore sincrono AM, DSB-SC, SSB-SC, PM e FM. Confronto delle prestazioni dei sistemi di trasmissione analogici.

Codifica di sorgente (4 ore): Sorgenti discrete senza memoria (DMS). Codici a lunghezza fissa e a lunghezza variabile. Codici univocamente decifrabili. Codici a prefisso. Condizioni per l’univoca decifrabilità. Efficienza dei codici a lunghezza fissa. Codici di Huffmann.

Trasmissioni digitali tramite canale a rumore additivo Gaussiano bianco (AWGN) (8 ore): Modulazione d'ampiezza impulsiva (PAM). Modulazione impulsiva di posizione (PPM). Rappresentazione geometrica di forme d'onda e procedura di ortogonalizzazione di Gram-Schmidt. Rappresentazione geometrica di segnali modulati da impulsi M-ari. Struttura del ricevitore mediante correlatori e filtri adattati. Equivalente vettoriale del sistema di trasmissione numerica. Probabilità di errore per segnali in AWGN. Union bound. Confronto tra i metodi di modulazione.

Trasmissione digitale PAM attraverso canali AWGN a banda limitata (4 ore): Interferenza intersimbolica (ISI). Condizione di Nyquist per ISI nulla. Impulsi a spettro a coseno rialzato. Probabilità di errore nella rivelazione di segnali PAM digitali.

Modulazione numerica in canali passa banda (8 ore): Modulazione ASK. Modulazione PSK. Modulazione QAM. Modulazione FSK. Confronto tra le varie modulazioni.

Codifica di canale (4 ore): Codifica a protezione di errore: codici a blocco e codici convoluzionali.

Esercitazioni (12 ore): Saranno inoltre svolte esercitazioni, anche con l'ausilio del software Matlab, su: tecnica Monte Carlo per la simulazione aleatoria, modulazioni analogiche, modulazioni numeriche, codifiche, acquisizione di segnali reali mediante dispositivi software defined radio (SDR).

Lezioni frontali ed esercitazioni.

L'esame consiste in una prova orale volta a verificare le capacità dello studente di relazionare in merito agli argomenti trattati durante il corso e quindi verificare il livello di raggiungimento degli obiettivi formativi.

[1] Proakis, John G., et al. Communication Systems Engineering, Vol. 2, New Jersey: Prentice Hall, 2002.

[2] Proakis, John G., and M. Salehi. Digital Communications, 5th ed., New York: McGraw-Hill, 2007.

[3] Benedetto, Sergio, Ezio Biglieri, and Valentino Castellani. Teoria della trasmissione numerica. Jackson Libri, 1992.

[4] Stewart, Robert W., et al. Software Defined Radio using MATLAB & Simulink and the RTL-SDR, Strathclyde Academic Media, 2015.

[5] https://wiki.analog.com/university/tools/pluto

[6] https://www.rtl-sdr.com/

[7] Ulteriori appunti e/o slide ed approfondimenti forniti dal docente.

[8] Codici Matlab delle esercitazioni svolte.

Sulla piattaforma moodle all'indirizzo "https://informatica.unibas.it/moodle/enrol/index.php?id=575" è possibile accedere al materiale didattico di supporto allo studio (slide, note, dispense, codici Matlab delle esercitazioni).

Il ricevimento studenti può avvenire presso lo studio del docente nei giorni indicati in presenza presso il campus di Macchia Romana, Scuola di Ingegneria (V piano).

In alternativa, il ricevimento può essere effettuato anche in giorni e orari diversi sia in presenza che telematicamente mediante l’utilizzo di Google Meet concordando data e ora preventivamente tramite email.

E’ comunque possibile chiedere spiegazioni sia prima che subito dopo il termine della lezione stessa.

15/06/2023; 06/07/2023; 20/07/2023; 05/09/2023; 05/10/2023; 08/11/2023; 12/12/2023; 28/02/2024; 20/03/2024; 09/05/2024;

Si ricorda che l'iscrizione all'appello d'esame deve essere effettuata tramite ESSE3.

No