Insegnamento SISTEMI DI TRASMISSIONE DIGITALE

Nome del corso di laurea	Ingegneria elettronica per l'internet-of-things
Codice insegnamento	70A00098
Curriculum	Comune a tutti i curricula
Docente responsabile	Luca Rugini
Docenti	Luca Rugini
Ore	72 Ore - Luca Rugini
CFU	9
Regolamento	Coorte 2017
Erogato	Erogato nel 2017/18
Erogato altro regolamento	Informazioni sull'attività didattica Coorte 2018 - Erogato nell'anno 2018
Attività	Affine/integrativa
Ambito	Attività formative affini o integrative
Settore	ING-INF/03
Anno	1
Periodo	Secondo Semestre
Tipo insegnamento	Obbligatorio (Required)
Tipo attività	Attività formativa monodisciplinare
Lingua insegnamento	ITALIANO
Contenuti	Strato fisico delle trasmissioni radio digitali per l'internet-of-things e per comunicazioni satellitari: modulazioni digitali, codifica di canale, modelli di canale per telecomunicazioni wireless, sistemi multiportante, trasmissioni con antenne multiple. Esempi di ricetrasmissione in MATLAB.
Testi di riferimento	J. G. Proakis, M. Salehi, Digital Communications, 5th edition, McGraw-Hill, 2008. B. Sklar, Digital Communications: Fundamentals and Applications, 2nd edition, Prentice Hall, 2001. Minyoung Park, IEEE 802.11ah: Sub-1-GHz License-Exempt Operation for the Internet of Things, IEEE Communications Magazine, September 2015. IEEE Std 802.15.4-2015, IEEE Standard for Low-Rate Wireless Networks, IEEE Computer Society. ETSI EN 302 307, Digital Video Broadcasting (DVB): Second generation framing structure, channel coding and modulation systems for Broadcasting, Interactive Services, News Gathering and other broadband satellite applications (Part 1: DVB-S2 and Part 2: DVB-S2X).
Obiettivi formativi	L'obiettivo principale consiste nel fornire agli studenti le conoscenze relative all'analisi e al progetto di sistemi di trasmissione digitale. Le principali conoscenze acquisite saranno: - analisi e confronto delle modulazioni digitali in banda passante 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 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 trasmissione digitale; - analisi e confronto di sistemi digitali basati su trasmissioni a portanti multiple ortogonali e su trasmissioni con antenne multiple. Le principali abilità (ossia la capacità di applicare le conoscenze acquisite) saranno: - il progetto di ricevitori ottimi e subottimi per la ricezione di trasmissioni digitali; - la stima delle prestazioni delle modulazioni digitali per canali con rumore additivo Gaussiano bianco; - la scelta e il progetto di schemi di codifica e decodifica di canale; - il progetto dei parametri del sistema di trasmissione digitale (probabilità di errore, rapporto segnale-rumore, bit rate, occupazione di banda, modulazione, codifica) per un determinato canale wireless e la scelta del modello di canale più appropriato per una determinata tecnica di ricetrasmissione; - la scelta dei parametri di un sistema digitale basato su trasmissioni multiportante e su trasmissioni con antenne multiple.
Prerequisiti	Si presuppone la conoscenza dei concetti di base della teoria dei segnali, dei sistemi, e della probabilità. In particolare, nel corso di Sistemi di trasmissione digitale, si farà uso di: - segnali (tempo-continui, tempo-discreti, determinati, aleatori, di energia, di potenza, in banda base, in banda traslata) e relative proprietà (campionamento, ortogonalità, autocorrelazione, spettro di densità di potenza, stazionarietà); - sistemi (lineari, non lineari, causali, non causali, permanenti, non permanenti, stabili, instabili) e relative proprietà (risposta impulsiva, funzione di trasferimento); - probabilità e variabili aleatorie (probabilità condizionata, variabili aleatorie continue, variabili aleatorie discrete, densità di probabilità, valore atteso, varianza e deviazione standard, correlazione, indipendenza).
Metodi didattici	- Lezioni frontali in aula su tutti gli argomenti del corso, con proiezione di lucidi (resi disponibili agli studenti all'inizio del corso); - Esercitazioni in aula su esperimenti software riguardanti esempi di ricetrasmissione (resi disponibili agli studenti all'inizio del corso).
Altre informazioni	Per informazioni più dettagliate, si prega di contattare il docente tramite posta elettronica (luca.rugini@unipg.it).
Modalità di verifica dell'apprendimento	La valutazione consiste in due prove di esame. La prima prova consiste in un esame svolto in forma di presentazione di un elaborato. L'elaborato consiste nello sviluppo di un esperimento software su un quesito individuale (a stimolo chiuso e a risposta aperta) riguardante gli argomenti del programma dell'insegnamento. La presentazione dell'elaborato è volta ad accertare la conoscenza e la comprensione degli argomenti oggetto dell'elaborato, e l'abilità dello studente nell'applicare le tecniche oggetto dell'elaborato. La consegna dell'elaborato da parte dello studente può essere effettuata in qualsiasi momento dell'anno. La presentazione dell'elaborato ha una durata di 30 minuti circa. La discussione dell'elaborato avviene in concomitanza della seconda prova (prova orale). È oggetto di valutazione anche la capacità di esposizione del contenuto. La prima prova è valutata in trentesimi. La seconda prova consiste in un esame orale. L'esame orale è volto ad accertare la conoscenza e la comprensione degli argomenti del programma dell'insegnamento (inclusi gli argomenti che non sono stati discussi durante la prima prova). La prova orale ha una durata di 30 minuti circa. È oggetto di valutazione anche la capacità di esposizione del contenuto. La seconda prova è valutata in trentesimi. Il voto finale è ottenuto tramite media aritmetica, eventualmente arrotondata, dei punteggi relativi alle due prove descritte sopra. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa
Programma esteso	1) Modulazioni digitali Rappresentazioni in banda base di segnali in banda passante, spazio dei segnali, modulazioni di ampiezza e fase (PSK, QAM), modulazioni di frequenza (FSK), ricevitore a massima verosimiglianza per canale AWGN, probabilità di errore (di simbolo e di bit), occupazione spettrale ed efficienza spettrale, confronto tra modulazioni per sistemi limitati in banda e limitati in potenza. Cenni su sincronizzazione, modulazioni PSK differenziali, ricevitori non coerenti per FSK. Modulazioni digitali per l'internet-of-things e modulazioni digitali per comunicazioni satellitari. 2) Codifica di canale Modelli di canale per codifica di canale, tipologie di codifica di canale. Codici a blocchi: codici sistematici, matrice generatrice, matrice di controllo della parità, sindrome, rivelazione e correzione di errore, codici ciclici. Codici convoluzionali: lunghezza di vincolo, polinomi generatori, diagramma degli stati e diagramma a traliccio, decodifica tramite algoritmo di Viterbi. Cenni su codici concatenati, TCM, turbo, LDPC. Codifica di canale per l'l'internet-of-things e codifica di canale per comunicazioni satellitari. 3) Modelli di canale per trasmissioni digitali Tipologie di canali per trasmissioni digitali, link budget, attenuazione su spazio libero, fading su larga scala, fading su piccola scala, multipath, delay spread, canali selettivi in frequenza, effetto Doppler. Contromisure per il fading: equalizzazione, tecniche di diversità. Modelli di canale per l'internet-of-things e modelli di canale per comunicazioni satellitari. 4) Trasmissioni multiportante Capacità di canale per canali con multipath. OFDM: spaziatura tra le sottoportanti, durata del simbolo OFDM, prefisso ciclico, realizzazione tramite FFT, equalizzazione di canali con multipath, svantaggi delle tecniche multiportante, applicazioni. Trasmissioni multiportante per l'internet-of-things. 5) Trasmissioni con antenne multiple Sistemi di ricetrasmissione con antenne multiple (multiantenna): sistemi MISO, SIMO e MIMO, capacità di canale per canali MIMO, compromesso tra multiplexing e diversità in sistemi MIMO, codifica spazio temporale e schema di Alamouti, sistemi multiantenna per canali selettivi in frequenza (MIMO-OFDM). 6) Cenni di MATLAB Breve descrizione dei principali comandi MATLAB utili per la simulazione della ricetrasmissione di segnali radio digitali.