Teaching

Trasmissione Numerica,  A.A. 2023-2024, Facoltà di Ingegneria dell'Informazione,  Sapienza Università di Roma, sede di Latina

La didattica  sarà erogata  in presenza.

 Codice Classroom:  tc4bssd

Per comunicazioni con il docente usare l'indirizzo e-mail istituzionale stefania.sardellitti@uniroma1.it oppure la bacheca di Classroom.

Ricevimento:Giovedì dalle ore 14:30 alle 15:30. Si prega di contattare il docente per email almeno un giorno prima.

Obiettivi

Il principale obiettivo formativo del corso consiste nell’acquisizione da parte degli studenti degli strumenti fondamentali per il progetto e l’analisi dei sistemi di trasmissione numerica.  A tal fine vengono fornite le competenze  necessarie  al progetto di ricetrasmettitori numerici  introducendo le principali tecniche di  modulazione  e demodulazione digitale, i metodi di rivelazione  e la valutazione  delle prestazioni di un sistema di comunicazione numerico.   Vengono inoltre fornite le metodologie necessarie al dimensionamento dei parametri di sistema   che  garantiscono il funzionamento di un collegamento radio o cablato con specifiche prestazioni. Un ulteriore obiettivo formativo è l’acquisizione da parte degli studenti di alcune delle moderne tecniche di comunicazione numerica quali l’equalizzazione a blocchi, l’OFDM,  e le tecniche in diversità, per contrastare l'effetto di canali rumorosi affetti da fading piatto o selettivo in frequenza. Infine, vengono  introdotti alcuni concetti di teoria dell'informazione quali la codifica di sorgente discreta e la capacità di canale.

Prerequisiti: Conoscenza di base di analisi matematica, algebra lineare e calcolo delle probabilità.

Esame:  L'esame consiste in una prova scritta con discussione orale facoltativa dell'elaborato.  La prova scritta  consiste di 3 quesiti  tra esercizi e domande aperte di teoria sugli argomenti sviluppati a lezione (Durata della prova: 2h e 30 minuti).

Programma (6 CFU)

Parte I.  Introduzione ed elementi base di Teoria dei Segnali

Introduzione: Schema generale di un sistema di trasmissione numerica e discussione delle funzionalità dei singoli blocchi. Concetti base di teoria dei segnali: classi di segnali, definizione di energia, potenza  e prodotto scalare. Rappresentazione discreta dei segnali, Trasformata di Fourier e sue proprietà, convoluzione, correlazione, Teorema di Parseval, transito dei segnali attraverso sistemi lineari e permanenti. Modulazioni analogica su portanti sinusoidali, modulazione di ampiezza, fase e frequenza.

Parte II.  Modulazione Numerica

Modulazione numerica: modulazioni lineari, rappresentazione nello spazio dei segnali, Pulse Amplitude Modulation (PAM), Phase Shift Keying (PSK), Quadrature Amplitude Modulation (QAM); Modulazioni nonlineari multidimensionali: Frequency Shift Keying (FSK).

Parte III.  Teoria del ricevitore ottimo

Ricevitori a massima probabilità a posteriori (MAP) e a massima verosimiglianza (ML), regioni di decisione, decisione ottima, implementazioni del ricevitore (a correlazione, a filtro adattato). Valutazione delle prestazioni sul canale AWGN, probabilitià d’errore del ricevitore a massima verosimiglianza, probabilità di errore di sistemi con modulazione PAM e QAM, union bound sulla probabilità di errore, probabilità di errore di sistemi FSK. Confronto tra i metodi di modulazione numerica.

Parte IV.  Canali e Link budget

 Attenuazione di segnale su un collegamento cablato, ripetitori rigenerativi di segnale. Il canale radio: antenne isotrope e direttive, path loss, range equation. Rumore del ricevitore: reti due porte, reti due porte in cascata, fattore di rumore, temperatura di rumore di sistema, potenza di rumore. Link budget, margine di sistema, dimensionamento di un sistema  trasmissivo numerico. Attenuazione aleatoria da pioggia. Caratterizzazione  di canali tempo-varianti affetti da fading multipath,  banda e tempo di coerenza del canale.

Parte V. Trasmissione su canali selettivi in frequenza

Trasmissione di sequenze, interferenza intersimbolica (ISI), Teorema di Nyquist , forme d'onda a radice quadrata di coseno rialzato. Equalizazzione di canali selettivi in frequenza,  sistemi di trasmissione a blocchi, equalizzazione di canale con filtri lineari (Zero Forcing, Minimum Mean Square Error). Orthogonal frequency division multiplexing (OFDM): Modulazione e demodulazione, prefisso ciclico, implementazione numerica basata sulla trasformata di Fourier discreta.

Parte VI. Teoria dell'Informazione

Definizione di informazione, entropia di sorgente. Codifica di sorgente discreta: primo Teorema di  Shannon. Codifica di Huffman. Informazione mutua, capacità di canale, capacità del canale binario simmetrico, capacità del canale AWGN, secondo Teorema di Shannon, cenni su codici a rivelazione e correzione d'errore. Capacità di canale selettivo in frequenza, allocazione ottima di potenza: water filling. Capacità di canale affetto da fading piatto, outage, cenni su tecniche in diversità.

Testi:

- J. Proakis, M. Salehi, "Digital Communications", McGraw-Hill, 5th edition.

- B. Sklar, "Digital Communications", Pearson, 2nd edition.

- S. Barbarossa, "Multiantenna Wireless Communication Systems", Artech House, 2003 .

- Dispense delle lezioni (disponibili su Classroom).