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B026228 - FONDAMENTI DI SEGNALI E TRASMISSIONE
Principali informazioni
Lingua Insegnamento
Contenuto del corso
Libri di testo consigliati
Obiettivi Formativi
Prerequisiti
Metodi Didattici
Modalità di verifica apprendimento
Programma del corso
Anno Accademico 2019-20
Coorte 2018 - Laurea Triennale (DM 270/04) in INGEGNERIA INFORMATICA
Anno di corso
Secondo Anno - Primo Semestre
Dipartimento di Afferenza
Ingegneria dell'Informazione
Tipo insegnamento
Attività formativa monodisciplinare
Settore Scientifico disciplinare
ING-INF/03 - TELECOMUNICAZIONI
Crediti Formativi
9
Ore Didattica
81
Periodo didattico
16/09/2019 ⇒ 20/12/2019
Frequenza Obbligatoria
No
Tipo Valutazione
Voto Finale
Contenuto del corso
mostra
Programma del corso
mostra
Docenza
Lingua Insegnamento
Italiano
Contenuto del corso
Segnali analogici. Serie di Fourier per segnali periodici. Trasformata di Fourier per segnali aperiodici. Sistemi lineari analogici. Processi aleatori. Segnali tempo-discreto. Campionamento. Trasformata Z. Sistemi LTI. DFT e FFT. Trasmissione di segnali: modulazioni analogiche e digitali. Applicazioni
Libri di testo consigliati (Cerca nel catalogo della biblioteca)
[1] Argenti F., Mucchi L., Del Re E., Elaborazione numerica dei segnali: Teoria, esercizi ed esempi al calcolatore, McGraw-Hill, 2011.
[2] Gherardelli M., Fossi M., Appunti di teoria dei segnali: Segnali deterministici, segnali aleatori. Società Editrice Esculapio, Bologna. Seconda Edizione, 2016.
[3] Luise M., Vitetta G.M., Teoria dei segnali, McGraw-Hill, 2003.
[4] Proakis J.G., Salehi M.: Digital Communications, Mc Graw Hill.
[2] Gherardelli M., Fossi M., Appunti di teoria dei segnali: Segnali deterministici, segnali aleatori. Società Editrice Esculapio, Bologna. Seconda Edizione, 2016.
[3] Luise M., Vitetta G.M., Teoria dei segnali, McGraw-Hill, 2003.
[4] Proakis J.G., Salehi M.: Digital Communications, Mc Graw Hill.
Obiettivi Formativi
Obiettivo del corso è quello di fornire le conoscenze dei concetti di base relativi alla teoria dei segnali e dell'elaborazione numerica dei segnali.
In particolare, intende:
* Fornire gli strumenti metodologici di base per la descrizione e l'analisi dei segnali deterministici ed aleatori.
* Introdurre il campionamento e i principi di elaborazione numerica dei segnali.
* Spiegare i principi di funzionamento delle modulazioni analogiche e numeriche.
* Fornire una panoramica dei moderni sistemi di trasmissione e delle problematiche ad essi connesse.
Con tali conoscenze, lo studente acquisirà:
* La capacità di analizzare e caratterizzare, sia nel dominio del tempo che nel dominio della frequenza, i segnali deterministici ed i segnali aleatori che si incontrano nei sistemi di telecomunicazioni.
* La capacità di interpretare gli effetti del campionamento di segnali continui e capacità di sintesi di semplici sistemi a dati campionati.
* La capacità di caratterizzare semplici sistemi di trasmissione e descrivere le principali applicazioni nel campo dell'elaborazione dei segnali.
In particolare, intende:
* Fornire gli strumenti metodologici di base per la descrizione e l'analisi dei segnali deterministici ed aleatori.
* Introdurre il campionamento e i principi di elaborazione numerica dei segnali.
* Spiegare i principi di funzionamento delle modulazioni analogiche e numeriche.
* Fornire una panoramica dei moderni sistemi di trasmissione e delle problematiche ad essi connesse.
Con tali conoscenze, lo studente acquisirà:
* La capacità di analizzare e caratterizzare, sia nel dominio del tempo che nel dominio della frequenza, i segnali deterministici ed i segnali aleatori che si incontrano nei sistemi di telecomunicazioni.
* La capacità di interpretare gli effetti del campionamento di segnali continui e capacità di sintesi di semplici sistemi a dati campionati.
* La capacità di caratterizzare semplici sistemi di trasmissione e descrivere le principali applicazioni nel campo dell'elaborazione dei segnali.
Prerequisiti
Limiti, serie, integrali. Analisi complessa. Algebra lineare. Trigonometria. Teoria della probabilità. Variabili aleatorie.
Metodi Didattici
Il corso si compone di lezioni tradizionali con esercitazioni svolte in aula.
Modalità di verifica apprendimento
L'esame si svolge in due prove. La prima prova consiste (a scelta dello studente): in due prove parziali scritte, svolte in itinere durante il corso (sulla parte di programma svolta fino alla data della prova); oppure in un unico esame scritto su tutti gli argomenti del corso. La seconda prova consiste in un esame orale (obbligatorio).
La prima prova è volta a valutare la capacità dello studente di effettuare serie o trasformate di Fourier di segnali, di calcolare l'uscita di sistemi LTI con ingressi diversi, sia nel dominio del tempo che della frequenza, e di calcolare la DFT di segnali campionati.
La prova orale è volta ad accertare l'apprendimento di:
- tecniche per il modellamento e l’analisi dei segnali deterministici e dei segnali aleatori;
- metodi per la caratterizzazione di semplici sistemi di trasmissione;
- tecniche di campionamento dei segnali tempo-continui e relativi effetti.
- tecniche di trasmissione di segnali, anche in presenza di rumore
La prima prova è volta a valutare la capacità dello studente di effettuare serie o trasformate di Fourier di segnali, di calcolare l'uscita di sistemi LTI con ingressi diversi, sia nel dominio del tempo che della frequenza, e di calcolare la DFT di segnali campionati.
La prova orale è volta ad accertare l'apprendimento di:
- tecniche per il modellamento e l’analisi dei segnali deterministici e dei segnali aleatori;
- metodi per la caratterizzazione di semplici sistemi di trasmissione;
- tecniche di campionamento dei segnali tempo-continui e relativi effetti.
- tecniche di trasmissione di segnali, anche in presenza di rumore
Programma del corso
TEORIA DEI SEGNALI
Introduzione alla teoria dei segnali. Classificazione dei segnali: segnali a tempo continuo e a tempo discreto; segnali deterministici e aleatori. Potenza e energia di segnali. Segnali periodici. Esempi di segnali elementari. [GHE, Cap. 1][LUI, Cap. 1].
Richiami su spazi lineari, distanza, norma, prodotto scalare, basi ortogonali e ortonormali. Spazio lineare delle funzioni a energia finita in un intervallo. Espansione mediante base ortonormale. [GHE, Cap. 2].
Sviluppo in serie di Fourier per segnali periodici mediante funzioni trigonometriche. Condizioni di Dirichlet. Espansione di Fourier in forma di esponenziali complesse. Spettro di un segnale. Proprietà della serie di Fourier. Esempi di espansione di funzioni mediante serie di Fourier. [GHE, Cap. 3][LUI, Cap. 2].
Trasformata di Fourier. Definizione di trasformata e antitrasformata. Proprietà di simmetria. Teoremi sulla trasfomata di Fourier. Convoluzione. Teorema di Parseval. La funzione delta di Dirac: definizione e proprietà. Trasformata di Fourier di segnali generalizzati. [GHE, Cap. 4][LUI, Cap. 3].
Sistemi a tempo continuo o analogici. Caratterizzazione sistemi (linearità, tempo-invarianza, causalità, memoria, stabilità). Sistemi lineari e tempo invarianti (LTI). Risposta impulsiva. Risposta in frequenza. Esempi di sistemi LTI. Decibel. Sistemi in cascata e in parallelo. Condizioni di non distorsione. Distorsione di ampiezza e distorsione di fase. Sistemi filtranti (passa-basso, passa-alto, passa-banda, elimina-banda). [GHE, Cap. 7][LUI, Cap. 4].
Variabili aleatorie. Funzione distribuzione di probabilità. Funzione densità di probabilità (PDF). Esempi di PDF (uniforme, Gaussiana). Valore atteso, potenza, varianza e loro calcolo per PDF elementari. Analisi congiunta di due variabili aleatorie. Funzione distribuzione di probabilità e di densità di probabilità congiunte. Variabili aleatorie indipendenti e incorrelate. PDF marginali. Correlazione e covarianza. [LUI, 7.3.1-7.3.5,7.4.1, 7.4.3-7.4.5, 7.4.7][GHE, 5.1-5.2, estratti di Cap. 10]
Processi aleatori. Media, potenza e varianza di processi aleatori. Funzione di autocorrelazione e autocovarianza. Stazionarietà in senso stretto e in senso lato (WSS). Proprietà funzione di autocorrelazione. Densità spettrale di potenza per processi aleatori WSS. Filtraggio di un processo aleatorio WSS mediante un sistema LTI. Processo bianco. Funzione di autocorrelazione e della densità spettrale di potenza all'uscita di sistemi LTI. [LUI, 8.1-8.4, 8.5.2][GHE, Cap. 11].
ELABORAZIONE NUMERICA DEI SEGNALI
Campionamento di segnali analogici [ARG, Cap. 1]
Teorema del campionamento di segnali analogici. Spettro di segnali campionati. Campionamento di segnali passabanda. Conversione digitale di frequenza [Sezioni 1.1-1.3]. Quantizzazione di segnali campionati. Rapporto segnale-rumore di quantizzazione [Sezioni 1.5]. Trasformata di Fourier per sequenze. Proprietà e teoremi sulla Trasformata di Fourier per sequenze [Sezioni 1.6-1.8].
Trasformata Z [ARG, Cap. 2]
Definizione Trasformata Z. Convergenza della Trasformata Z [Sezioni 2.1, 2.2]. Trasformata Z inversa [Sezione 2.3]. Proprietà e teoremi sulla Trasformata Z [Sezione 2.4].
Sistemi lineari tempo-discreto [ARG, Cap. 3]
Sistemi tempo-discreto lineari tempo-invarianti (LTI). Risposta impulsiva [Sezioni 3.1, 3.2]. Connessioni serie, parallelo. Causalità, stabilità di sistemi LTI. Esempi di sistemi LTI [Sezioni 3.3, 3.4]. Equazioni lineari alle differenze a coefficienti costanti [Sezione 3.5]. Funzione di trasferimento [Sezioni 3.6]. Risposta in frequenza di sistemi LTI [Sezioni 3.7].
Trasformata Discreta di Fourier [ARG, Cap. 5]
Rappresentazione di segnali tempo-discreto periodici mediante Trasformata Discreta di Fourier (DFT) [Sezioni 5.1, 5.2]. Relazioni con trasformata Z e trasformata di Fourier per sequenze. Proprietà della DFT [Sezioni 5.3, 5.4]
TRASMISSIONE DEI SEGNALI
Elementi di un sistema di comunicazione digitale
Esempi di applicazione alle trasmissioni e all'elaborazione dei segnali.
Introduzione alla teoria dei segnali. Classificazione dei segnali: segnali a tempo continuo e a tempo discreto; segnali deterministici e aleatori. Potenza e energia di segnali. Segnali periodici. Esempi di segnali elementari. [GHE, Cap. 1][LUI, Cap. 1].
Richiami su spazi lineari, distanza, norma, prodotto scalare, basi ortogonali e ortonormali. Spazio lineare delle funzioni a energia finita in un intervallo. Espansione mediante base ortonormale. [GHE, Cap. 2].
Sviluppo in serie di Fourier per segnali periodici mediante funzioni trigonometriche. Condizioni di Dirichlet. Espansione di Fourier in forma di esponenziali complesse. Spettro di un segnale. Proprietà della serie di Fourier. Esempi di espansione di funzioni mediante serie di Fourier. [GHE, Cap. 3][LUI, Cap. 2].
Trasformata di Fourier. Definizione di trasformata e antitrasformata. Proprietà di simmetria. Teoremi sulla trasfomata di Fourier. Convoluzione. Teorema di Parseval. La funzione delta di Dirac: definizione e proprietà. Trasformata di Fourier di segnali generalizzati. [GHE, Cap. 4][LUI, Cap. 3].
Sistemi a tempo continuo o analogici. Caratterizzazione sistemi (linearità, tempo-invarianza, causalità, memoria, stabilità). Sistemi lineari e tempo invarianti (LTI). Risposta impulsiva. Risposta in frequenza. Esempi di sistemi LTI. Decibel. Sistemi in cascata e in parallelo. Condizioni di non distorsione. Distorsione di ampiezza e distorsione di fase. Sistemi filtranti (passa-basso, passa-alto, passa-banda, elimina-banda). [GHE, Cap. 7][LUI, Cap. 4].
Variabili aleatorie. Funzione distribuzione di probabilità. Funzione densità di probabilità (PDF). Esempi di PDF (uniforme, Gaussiana). Valore atteso, potenza, varianza e loro calcolo per PDF elementari. Analisi congiunta di due variabili aleatorie. Funzione distribuzione di probabilità e di densità di probabilità congiunte. Variabili aleatorie indipendenti e incorrelate. PDF marginali. Correlazione e covarianza. [LUI, 7.3.1-7.3.5,7.4.1, 7.4.3-7.4.5, 7.4.7][GHE, 5.1-5.2, estratti di Cap. 10]
Processi aleatori. Media, potenza e varianza di processi aleatori. Funzione di autocorrelazione e autocovarianza. Stazionarietà in senso stretto e in senso lato (WSS). Proprietà funzione di autocorrelazione. Densità spettrale di potenza per processi aleatori WSS. Filtraggio di un processo aleatorio WSS mediante un sistema LTI. Processo bianco. Funzione di autocorrelazione e della densità spettrale di potenza all'uscita di sistemi LTI. [LUI, 8.1-8.4, 8.5.2][GHE, Cap. 11].
ELABORAZIONE NUMERICA DEI SEGNALI
Campionamento di segnali analogici [ARG, Cap. 1]
Teorema del campionamento di segnali analogici. Spettro di segnali campionati. Campionamento di segnali passabanda. Conversione digitale di frequenza [Sezioni 1.1-1.3]. Quantizzazione di segnali campionati. Rapporto segnale-rumore di quantizzazione [Sezioni 1.5]. Trasformata di Fourier per sequenze. Proprietà e teoremi sulla Trasformata di Fourier per sequenze [Sezioni 1.6-1.8].
Trasformata Z [ARG, Cap. 2]
Definizione Trasformata Z. Convergenza della Trasformata Z [Sezioni 2.1, 2.2]. Trasformata Z inversa [Sezione 2.3]. Proprietà e teoremi sulla Trasformata Z [Sezione 2.4].
Sistemi lineari tempo-discreto [ARG, Cap. 3]
Sistemi tempo-discreto lineari tempo-invarianti (LTI). Risposta impulsiva [Sezioni 3.1, 3.2]. Connessioni serie, parallelo. Causalità, stabilità di sistemi LTI. Esempi di sistemi LTI [Sezioni 3.3, 3.4]. Equazioni lineari alle differenze a coefficienti costanti [Sezione 3.5]. Funzione di trasferimento [Sezioni 3.6]. Risposta in frequenza di sistemi LTI [Sezioni 3.7].
Trasformata Discreta di Fourier [ARG, Cap. 5]
Rappresentazione di segnali tempo-discreto periodici mediante Trasformata Discreta di Fourier (DFT) [Sezioni 5.1, 5.2]. Relazioni con trasformata Z e trasformata di Fourier per sequenze. Proprietà della DFT [Sezioni 5.3, 5.4]
TRASMISSIONE DEI SEGNALI
Elementi di un sistema di comunicazione digitale
Esempi di applicazione alle trasmissioni e all'elaborazione dei segnali.