fondamenti di telecomunicazione programma del corso 2005-2006

Università degli Studi di Catania
Facoltà di Ingegneria
Dipartimento di Ingegneria Informatica e delle Telecomunicazioni (DIIT)
Viale A. Doria, 6 - 95125 CATANIA (ITALY) -TEL. (095) 339449 -FAX (095) 338280
FONDAMENTI DI TELECOMUNICAZIONE
PROGRAMMA DEL CORSO 2005-2006
per i Corsi di Laurea di:
Ingegneria Elettronica N.O. 2001
Ingegneria Elettronica NNO. 2003
Ingegneria Informatica N.O. 2001
Ingegneria dell’Automazione
Prof. Giovanni Schembra
1. Introduzione alle problematiche della comunicazione a distanza
- Definizioni:
o Sorgenti d’informazione e sistemi di comunicazione
o Il decibel
o Segnali determinati e segnali aleatori
- Architettura e progetto di un sistema di comunicazione
- Cenni sulla propagazione delle onde elettromagnetiche
- Misura dell’informazione
- Capacità di canale
2. Segnali e spettri
- Proprietà dei segnali: media temporale di un segnale; segnali periodici; potenza istantanea; valore efficace;
potenza media e potenza media normalizzata; potenza di picco; energia normalizzata totale; segnali a energia
finita e a potenza finita; il deciBel; espressione di un segnale sinusoidale tramite un favore rotante
- Trasformata e antitrasformata di Fourier: definizione; spettro di ampiezza e spettro di fase; espressione in
forma polare e in forma rettangolare; condizioni di esistenza e proprietà delle trasformata di Fourier
- Densità spettrale di energia; Teorema di Parseval; Teorema di Raleigh
- Segnali notevoli: delta di Dirac, gradino unitario, impulso rettangolare, impulso triangolare, seno cardinale,
coseno rialzato
- Convoluzione: definizione; convoluzione di un impulso rettangolare con un impulso esponenziale;
convoluzione di due impulsi rettangolari
- Densità spettrale di potenza
- Funzione di autocorrelazione.
- Spettri dei segnali impulso esponenziale, sinusoide smorzata, sinusoide, impulso rettangolare, impulso
triangolare (tramite il teorema della convoluzione), impulso sinusoidale
- Funzioni ortogonali e ortonormali; esempio delle funzioni esponenziali complesse
- Definizione e proprietà della Serie di Fourier; forma rettangolare e forma polare della Serie di Fourier
- Spettro a righe di un segnale periodico; calcolo dei coefficienti dello sviluppo in serie di Fourier per un
segnale periodico
- Potenza di un segnale periodico
- Funzione di autocorrelazione e densità spettrale di potenza di un segnale periodico
- Esempi notevoli:
o Spettri dei segnali treno di impulsi rettangolari, segnale pettine
o Funzione di autocorrelazione e densità spettrale di potenza dei segnali sinusoide, treno di
impulsi rettangolari
- Campionamento di un segnale
- Periodicizzazione e formule di somma di Poisson
- Campionamento ideale di un segnale: spettro di un segnale campionato con campionamento ideale
- Segnali a banda limitata e a durata limitata; Banda di guardia; Errore di aliasing; Condizione di Nyquist
Università degli Studi di Catania
Facoltà di Ingegneria
Dipartimento di Ingegneria Informatica e delle Telecomunicazioni (DIIT)
Viale A. Doria, 6 - 95125 CATANIA (ITALY) -TEL. (095) 339449 -FAX (095) 338280
- Teorema del campionamento: dimostrazione nel dominio della frequenza e nel dominio del tempo; formula
di interpolazione cardinale
- Interpolazione di una sequenza: segnale interpolatore; spettro di un segnale interpolato; interpolazione a
mantenimento; interpolazione cardinale
- Applicazione del teorema del campionamento ad una sequenza di durata finita
- Teorema della dimensionalità
- Definizioni convenzionali di banda di un segnale: banda al primo nullo, banda nullo-nullo
- Sistemi lineari e stazionari
- Definizione e misura della risposta impulsiva; risposta in frequenza;
- Relazione tra le Densità Spettrali di Potenza ingresso/uscita; risposta in potenza; guadagno di potenza
- Trasmissione senza distorsione;
- Filtro RC passa-basso.
3. Trasmissione di segnali analogici e digitali in banda base
- Modulazione PAM
- Campionamento naturale e campionamento istantaneo; scopi della modulazione PAM
- Spettro di un segnale PAM
- Esempio notevole: spettro del segnale sinc campionato con PAM naturale e PAM istantaneo
- Modulazione PCM
- Vantaggi e svantaggi della trasmissione digitale; ripetitori lineari e ripetitori rigenerativi
- Dal segnale analogico ad una sequenza PCM: campionamento, quantizzazione e codifica: codifica Gray e
codifica naturale
- Sistema di trasmissione PCM; decodifica PCM
- Banda dei segnali PCM;
- Disturbi sul segnale PCM;
- PCM a quantizzazione uniforme: SNR di picco ed SNR medio per segnali a distribuzione uniforme;
influenza della probabilità di errore di canale; probabilità di errore di soglia; regola dei 6dB; SNR di picco ed
SNR medio per segnali a distribuzione qualunque; fattore di carico per un segnale a distribuzione uniforme
- Progetto di un segnale PCM per un sistema telefonico
- Applicazione del PCM a sistemi audio ad alta fedeltà
- PCM a quantizzazione non uniforme: companding; legge A e legge µ; SNR di picco ed SNR medio con
legge A e legge µ; confronto grafico con le prestazioni con quantizzazione uniforme
- Codifica multilivello
- Trasmissione digitale: velocità di simbolo e velocità di bit; rappresentazione vettoriale di un segnale binario;
rappresentazione di un simbolo con una base di segnali ortogonali ed ortonormali; impulsi rettangolari e
impulsi a seno cardinale; larghezza di banda di un segnale digitale multilivello
- Codici di linea e spettri
- Segnalazione unipolare, polare e bipolare, segnalazione RZ e NRZ, segnalazione Manchester; realizzazione
di un codice di linea; caratteristiche prestazionali di un codice di linea
- Spettro di potenza dei codici di linea binari; calcolo dello spettro di potenza dell’NRZ unipolare con
sagomatura a impulso rettangolare; grafico dello spettro di potenza degli altri codici di linea binari
- Spettro di potenza dei codici di linea multilivello; calcolo dello spettro di potenza dell’NRZ polare
multilivello con sagomatura a impulso rettangolare
- Efficienza spettrale di un codice di linea con sagomatura a impulso rettangolare
- Codifica differenziale;
- Interferenza intersimbolica (ISI)
- Le cause di ISI sulla trasmissione di segnali digitali
- Calcolo della funzione di trasferimento all’uscita del sistema di trasmissione in banda base, per qualunque
formattazione degli impulsi del segnale trasmesso

Università degli Studi di Catania
Facoltà di Ingegneria
Dipartimento di Ingegneria Informatica e delle Telecomunicazioni (DIIT)
Viale A. Doria, 6 - 95125 CATANIA (ITALY) -TEL. (095) 339449 -FAX (095) 338280
- Primo criterio di Nyquist per l’annullamento dell’ISI: annullamento tramite progettazione del filtro adattato
in ricezione; annullamento tramite formattazione dell’impulso sagomatore a banda limitata; filtro di Nyquist
a coseno rialzato; realizzabilità del filtro di Nyquist; progettazione del filtro di Nyquist con codifica
multilivello; efficienza spettrale di alcuni codici di linea con impulso formattato a cos rialzato; filtri di
Nyquist
- Secondo e Terzo criterio di Nyquist per il controllo dell’ISI.
- Diagramma ad occhio
4. Segnali in banda passante e modulazioni
- Definizioni: segnali in banda passate, segnale modulante, segnale modulato, segnale portante
- Inviluppo complesso dei segnali in banda passante; rappresentazione dei segnali modulati;
- Spettro e densità spettrale di potenza dei segnali in banda passante;
- Potenza media totale e potenza di picco dei segnali in banda passante;
- Teorema del campionamento per segnali passa-banda
- Modulazione analogica d’ampiezza (AM)
- Inviluppo complesso e segnale modulato: espressione matematica e grafico
- Indici di profondità di modulazione
- Spettro del segnale AM;
- Potenza media normalizzata e potenza di picco;
- Efficienza di modulazione
- Modulazione analogica AM a doppia banda laterale con portante soppressa (DSB-SC)
- Inviluppo complesso e segnale modulato: espressione matematica e grafico
- Indici di profondità di modulazione
- Spettro del segnale modulato;
- Potenza media normalizzata e potenza di picco;
- Efficienza di modulazione
- Modulazione analogica a banda laterale unica (SSB-AM)
- Inviluppo complesso e segnale modulato: espressione matematica
- Spettro del segnale modulato;
- Potenza media normalizzata e potenza di picco
- Modulazione analogica AM a banda laterale vestigiale o residua (VSB)
- Caratteristica del filtro vestigiale
- Spettro del segnale modulato
- Modulazioni analogiche d’angolo: PM ed FM
- Inviluppo complesso e segnale modulato: espressione matematica e grafico
- Relazione tra modulazione PM ed FM
- Frequenza istantanea; deviazioni di frequenza e di fase (istantanea, di picco e picco-picco);
- Indici di modulazione di fase e di frequenza
- Esempio di calcolo di Spettro di un segnale FM o PM con modulazione sinusoidale: espressione matematica
e grafico; funzioni di Bessel
- Regola di Carson
- Modulazione digitale binaria di ampiezza: On Off Keying (OOK) o Amplitude Shift Keying (ASK)
- Inviluppo complesso e segnale modulato: espressione matematica e grafico
- DSP dell’inviluppo complesso e del segnale modulato
- Banda di trasmissione con sagomatura dell’impulso a impulso rettangolare e a cos rialzato
- Modulazione digitale binaria di fase: Binary Phase Shift Keying (BPSK)
- Inviluppo complesso e segnale modulato: espressione matematica e grafico
- Equivalenza con una modulazione DSB-SC
Università degli Studi di Catania
Facoltà di Ingegneria
Dipartimento di Ingegneria Informatica e delle Telecomunicazioni (DIIT)
Viale A. Doria, 6 - 95125 CATANIA (ITALY) -TEL. (095) 339449 -FAX (095) 338280
- Indice di modulazione
- DSP dell’inviluppo complesso e del segnale modulato
- Banda di trasmissione con sagomatura dell’impulso a impulso rettangolare e a cos rialzato
- Modulazione digitale binaria di frequenza: Modulazione Frequency Shift Keying (FSK);
- Modulazione FSK a fase discontinua: inviluppo complesso e segnale modulato
- Modulazione FSK a fase continua: inviluppo complesso e segnale modulato
- Esempio di calcolo di Spettro di un segnale FSK: modem V.21 (escluso dimostrazione con sviluppo in serie
di Fourier)
- Banda di trasmissione dei segnali FSK
- Modulazioni digitali multilivello MPSK e QPSK
- Segnale modulante, inviluppo complesso, segnale modulato
- Rappresentazione dell’inviluppo complesso tramite costellazione
- Densità spettrale di potenza
- Sagomatura con impulsi rettangolari: banda nullo-nullo ed efficienza spettrale
- Sagomatura con impulsi a coseno rialzato: banda nullo-nullo ed efficienza spettrale
- Modulazioni digitali QAM
- Inviluppo complesso, segnale modulato
- Rappresentazione dell’inviluppo complesso tramite costellazione
- Schema realizzativo di realizzazione di un modulatore QAM
- Densità spettrale di potenza
- Sagomatura con impulsi rettangolari: banda nullo-nullo ed efficienza spettrale
- Sagomatura con impulsi a coseno rialzato: banda nullo-nullo ed efficienza spettrale
5. Teoria delle probabilità e variabili aleatorie (solo 9 crediti)
- Teoria della probabilità
- Definizioni: esperimento aleatorio, prova, spazio campione o universo, evento, evento elementare, evento
certo, evento impossibile
- Probabilità di eventi equiprobabili per spazio campione discreto e spazio campione continuo
- Probabilità congiunta e condizionata, eventi statisticamente indipendenti, condizioni necessarie per
l’indipendenza statistica
- Teorema della probabilità totale, teorema di Bayes
- Formula di Bernoulli
- Variabili aleatorie
- Definizione
- Funzione distribuzione cumulativa (cdf) e sue proprietà (v.a. continue e v.a. discrete)
- Funzione di densità di probabilità (pdf) e sue proprietà (v.a. continue e v.a. discrete)
- Indici caratteristici di una variabile aleatoria: valore medio o atteso, valore quadratico medio o potenza,
varianza, deviazione standard, momenti di ordine l
- Variabili aleatorie notevoli:
o Uniforme: pdf, cdf, media, varianza e valore quadratico medio
o Esponenziale: pdf, cdf, media, varianza e valore quadratico medio
o Gaussiana o normale: pdf, cdf, media, varianza e valore quadratico medio, cdf complementare
Φ (x)
e sua espressione in funzione di erf ed erfc, calcolo della probabilità degli intervalli
] − ∞,
a]
, ] a, b]
e ] , +∞]
a .
o Normale standard
o Trasformazione di una variabile aleatoria
o Generazione al calcolatore della variabile aleatoria esponenziale partendo da una v.a. uniforme

Università degli Studi di Catania
Facoltà di Ingegneria
Dipartimento di Ingegneria Informatica e delle Telecomunicazioni (DIIT)
Viale A. Doria, 6 - 95125 CATANIA (ITALY) -TEL. (095) 339449 -FAX (095) 338280
6. Processi aleatori (solo 9 crediti)
- Definizione di processo aleatorio e applicazione ai segnali aleatori, processi aleatori discreti e continui, a
tempo-discreto e a tempo-continuo
- Esempi di processi aleatori parametrici:
o Processo aleatorio esponenziale
o Processo aleatorio cosinusoidale a fase aleatoria (o armonico)
- Caratterizzazione statistica completa
- Statistiche del primo ordine, e indici statistici del primo ordine
- Statistiche del secondo ordine: funzioni di autocorrelazione, di autocovarianza;
- Potenza ed energia
- Processi stazionari in senso stretto e in senso lato: proprietà e significato delle funzioni di autocorrelazione,
di autocovarianza, di autocovarianza normalizzata e di spettro di potenza
- Processi incorrelati e indipendenti, processi congiuntamente stazionari
- Processi erodici: ergodicità in senso lato e in senso stretto
- Rumore bianco: definizione, funzione di autocorrelazione, spettro di potenza
- Rumore termico, rumore termico ai capi di una resistenza
- Filtraggio di processi aleatori con sistemi lineari tempo-invarianti
7. Influenza dei disturbi sulle prestazioni dei sistemi di comunicazione (solo 9 crediti)
- Disturbi sulle modulazioni analogiche
- Rapporto segnale-rumore in banda base (senza modulazione)
- Rapporto segnale-rumore in ingresso e in uscita al ricevitore per le modulazioni:
o Modulazione AM con demodulazione coerente e a inviluppo
o Modulazione AM DSB-SC con demodulazione coerente e a inviluppo
o Modulazione AM SSB con demodulazione coerente e a inviluppo
o Modulazione PM con demodulazione coerente e a inviluppo
o Modulazione FM con demodulazione coerente e a inviluppo
o Confronto prestazionale delle diverse modulazioni con quelle del canale ideale
- Disturbi sulle modulazioni digitali (solo 9 crediti)
- Sistema di trasmissione binaria
- Espressione generale della BER
- BER nel caso di rumore gaussiano, posizione ottima della soglia
- Filtro adattatato: funzione di trasferimento e risposta all’impulso, S/N all’uscita del filtro adattato in caso di
rumore bianco, BER con filtro adattato a rumore bianco
- BER con filtro passa-basso e filtro adattato per:
o Segnalazione unipolare
o Segnalazione polare
o Segnalazione bipolare
o Modulazione OOK con demodulatore coerente e con demodulatore a inviluppo
o Modulazione BPSK con demodulatore coerente
o Modulazione FSK con demodulatore coerente e con demodulatore a inviluppo
- Confronto della BER per i diversi schemi di segnalazione digitale
- BER per modulazioni multilivello