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Teoria dei segnali e delle comunicazioni
03NVCNX
A.A. 2020/21
Lingua dell'insegnamento
Italiano
Corsi di studio
Corso di Laurea in Ingegneria Elettronica - Torino
Organizzazione dell'insegnamento
| Didattica | Ore |
|---|---|
| Lezioni | 93 |
| Esercitazioni in aula | 12 |
| Esercitazioni in laboratorio | 15 |
Docenti
| Docente | Qualifica | Settore | h.Lez | h.Es | h.Lab | h.Tut | Anni incarico |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ferrero Valter | Professore Associato | IINF-03/A | 55 | 0 | 0 | 0 | 13 |
Collaboratori
Didattica
| SSD | CFU | Attivita' formative | Ambiti disciplinari | ING-INF/03 | 12 | B - Caratterizzanti | Ingegneria delle telecomunicazioni |
|---|
2020/21
L'obiettivo del corso è quello di fornire le basi dell'analisi dei segnali e della trasmissione numerica. Data la multidipliscinarietà degli argomenti trattati, le conoscenze acquisite sono utili praticamente in tutti i corsi seguenti affrontati dallo studente.
Nella prima parte del corso si analizzano i segnali nel dominio del tempo e in quello della frequenza, sia per segnali deterministici sia stocastici. Nella seconda parte del corso si introducono le basi delle comunicazioni elettriche. Si descrivono brevemente le comunicazioni analogiche e si approfondiscono le comunicazioni numeriche sia in banda base sia in banda traslata.
The goal of the first part of the course is to give the foundations of signal processing and communication system. Since the topics are strongly multidisciplinary, the knowledge gained is useful in almost all of the subsequent courses attended by the student.
In the first part of the course, the foundations of signal processing in the time domain and in the frequency domain are introduced, both for deterministic and random signals. In the second part, analog and digital communication systems are presented.
- Conoscenza delle diverse classificazioni dei segnali. Conoscenza dell'analisi in frequenza, sia a tempo continuo che a tempo-discreto. Conoscenza dei sistemi lineari tempo-invarianti (LTI), e della loro rappresentazione nel tempo e nella frequenza. Conoscenza delle tipologie base di filtri. Conoscenza dei processi stocastici e della loro rappresentazione spettrale.
- Capacità di classificare i segnali in base alle loro proprietà. Capacità di trasformare ed analizzare un segnale nel dominio delle frequenze. Capacità di classificare ed analizzare un sistema LTI nel dominio del tempo e della frequenza.
- Conoscenza dei sistemi di trasmissione analogici a modulazione di ampiezza, capacità di progettazione di massima e relativo calcolo delle prestazioni
- Conoscenza della modalità di trasmissione di un segnale analogico attraverso un sistema di trasmissione numerico, capacità di progettazione di massima e relativo calcolo delle prestazioni.
- Conoscenza dei sistemi di trasmissione numerici in banda base e in banda traslata, binari e multilivello, capacità di progettazione di massima e relativo calcolo delle prestazioni.
- Conoscenza di base della codifica di sorgente e capacità di calcolarne le prestazioni.
- Knowledge of the classification of signals. Knowledge of frequency analysis, both in continuous-time and in discrete-time. Knowledge of linear time-invariant (LTI) systems, as well as of their representation in the time and frequency domains. Knowledge of the basic types of filters. Knowledge of random processes and of their spectral representation.
- Ability to classify signals with respect to their properties. Ability to transform and analyze a signal in the frequency domain. Ability to classify and analyze an LTI system in the time and frequency domains.
- Knowledge of amplitude modulation analog transmission systems and ability to calculate the relative system performances.
- Knowledge of the methods to transmit an analog signal by means of a digital transmission system and ability to calculate the system performances.
- Knowledge of digital transmission systems, baseband and not baseband, binary and multilevel, and ability to calculate the systems performances.
- Background knowledge about source coding and ability to calculate the performances.
Analisi reale e complessa di funzioni a una o più variabili. Calcolo delle probabilità. Varabili casuali gaussiane. Equazioni differenziali lineari del primo ordine. Distribuzione delta di Dirac._
Real and complex analysis of one- and multi-dimensional functions. Probability theory. Gaussian random variables. First order linear differential equations. Dirac impulse function.
TEORIA DEI SEGNALI DETERMINATI E STOCASTICI :
- Classificazione dei segnali; energia e potenza
- Serie e trasformata di Fourier
- Sistemi LTI, risposta all'impulso e funzione di trasferimento
- Spettro di energia e funzione di autocorrelazione
- Segnali periodici e spettro di potenza
- Teorema del campionamento
- Fast Fourier Transform
- Introduzione ai processi stocastici
- Rappresentazione geometrica dei segnali
- Introduzione all'analisi tempo-frequenza
INTRODUZIONE ALLE COMUNICAZIONI ELETTRICHE:
- Introduzione e descrizione generale di un sistema di comunicazione
- Rumore termico e suoi effetti sui sistemi di trasmissione
MODULAZIONI ANALOGICHE E SISTEMI PCM:
- Modulazione analogica di ampiezza
- Campionamento, quantizzazione e codifica digitale di segnali analogici: sistemi PCM
MODULAZIONI NUMERICHE :
- Modulazioni numeriche in banda base (PAM), rappresentazione geometrica dei segnali
- Probabilità di errore di un ricevitore con filtraggio reale, ottimo e passa basso ideale
- Occupazione spettrale per modulazioni numeriche in banda base
- Interferenza intersimbolica e teorema di Nyquist
- Modulazioni in banda traslata (PSK, QAM, QPSK): probabilità di errore ed occupazione spettrale
- Cenni ai sistemi FDM e TDM
CODIFICA DI SORGENTE :
- Codifica di Huffman
Saranno inoltre previste 15 ore di Laboratorio LAIB su tematiche affrontate nel corso
SIGNAL THEORY:
- Classification of signals; energy and power
- Fourier series and transform
- LTI systems, impulse response and transfer function
- Energy spectrum and autocorrelation function
- Periodic signals and power spectrum
- Sampling theorem
- Fast Fourier Transform
- Introduction to random processes
- Geometric representation of signals
- Introduction to time-frequency analysis
ELECTRICAL COMMUNICATION INTRODUCTION:
- Communication systems introduction
- Electrical noise in communication systems
ANALOGUE MODULATIONS AND PULSE CODE MODULATION SYSTEMS:
- Amplitude Modulation
- Pulse Code Modulation Systems
DIGITAL MODULATION SYSTEMS:
- Pulse Amplitude Modulation and Signals geometrical representation
- Bit Error Rate Performances for Digital receivers with real filtering, optimum filtering and ideal low pass filtering
- Power Spectrum analysis for baseband digital modulations
- PSK, QPSK and QAM Digital modulations: Bit Error Rate and bandwidth analysis
- Frequency Division Multiplexing and Time Division Multiplexing
DIGITAL SOURCE CODING:
- Huffman coding
The students will perform 15 hours of Laboratoty Training Sessions in LAIB, about some topics of the course
Il Corso consta di lezioni ed esercitazioni in aula e laboratorio presso i LAIB
Le esercitazioni in aula consistono nella soluzione di esercizi di calcolo che riguardano il programma svolto a lezione. Gli esercizi possono essere svolti alla lavagna dal docente, oppure essere proposti dal docente e risolti dagli studenti con l'aiuto del docente.
Nelle esercitazioni di laboratorio presso i LAIB saranno affrontate tematiche del corso per mezzo di simulazioni MATLAB.
Lectures and exercise classes will be given, and also Laboratory training by LAIB
Exercises on the course topics are solved during class. Exercises can be solved directly by the lecturer, or proposed by the lecturer and solved by the students with his help.
In the tutorials lab at the LAIB will be analyzed some course special topics by means of MATLAB simulations .
Tesi di riferimento:
• L. Lo Presti e F. Neri, L'analisi dei segnali, CLUT, 1992.
• L. Lo Presti e F. Neri, Introduzione ai processi casuali, CLUT, 1992.
• Leon W. Couch, Fondamenti di telecomunicazioni, APOGEO, 2002 .
• G. Albertengo, A. Bianco e M. Mondin, Esercizi svolti di Comunicazioni Elettriche, CLUT,1997.
Testi di Approfondimento:
• Papoulis e S. U. Pillai, Probability, Random Variables and Stochastic Processes, McGraw-Hill, 2002.
• G. Taricco, Comunicazioni Elettriche con elementi di teoria dell'informazione, CLUT, 2002
Sono inoltre disponibili le slide che riassumono gli argomenti trattati a lezione
Reference books:
• L. Lo Presti e F. Neri, L'analisi dei segnali, CLUT, 1992.
• L. Lo Presti e F. Neri, Introduzione ai processi casuali, CLUT, 1992.
• Leon W. Couch, Fondamenti di telecomunicazioni, APOGEO, 2002 .
• G. Albertengo, A. Bianco e M. Mondin, Esercizi svolti di Comunicazioni Elettriche, CLUT,1997.
Additional suggested books :
• Papoulis e S. U. Pillai, Probability, Random Variables and Stochastic Processes, McGraw-Hill, 2002.
• G. Taricco, Comunicazioni Elettriche con elementi di teoria dell'informazione, CLUT, 2002
All lecture materials will be made available on the course website before the lecture starts. Students should either download or print the files before the lecture and use the copy to facilitate taking notes.
Modalità di esame: Prova orale facoltativa; Prova scritta tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;
L’esame è volto ad accertare la conoscenza degli argomenti elencati nel Programma ufficiale del Corso e la capacità di applicare la teoria ed i suoi metodi all’analisi e al progetto dei segnali e dei sistemi di trasmissione.
L’esame è costituito da una parte "scritta" e da una successiva parte orale facoltativa.
Le valutazioni degli scritti e degli orali sono espresse in trentesimi. Il voto finale viene determinato tenendo conto sia della prova scritta sia della prova orale facoltativa.
SCRITTO: una votazione dello scritto inferiore a 18/30 è considerata non sufficiente.
Durante lo scritto non si possono portare in aula libri di alcun tipo o appunti del corso. Può essere consentito l’uso di una calcolatrice non programmabile ed eventualmente dei formulari ufficiali del corso (pubblicati sul portale)
L’esame scritto è rivolto ad accertare la capacità di risoluzione di quesiti e calcoli (sia simbolici che numerici) inerenti gli argomenti trattati nel corso.
Lo scritto è articolato in 2 parti:
La prima parte dello scritto consta ad accertare le conoscenze acquisite nell’ambito della teoria dei segnali, e consiste in 7-8 quiz a risposta multipla. Ogni quiz è un esercizio la cui soluzione è analitica e richiede al più l'uso delle tavole della trasformata di Fourier fornite dal docente. Il voto è la somma dei punteggi assegnati ad ogni quiz risolto correttamente.
Il voto della prima parte dello scritto dovrà essere maggiore o uguale a 18/30.
La seconda parte dello scritto, consta ad accertare le conoscenze acquisite nell’ambito delle comunicazioni elettriche e consiste nella risoluzione di esercizi di progetto e/o calcolo delle prestazioni di sistemi di trasmissione, congiuntamente a domande sulla teoria delle comunicazioni elettriche.
Il voto della seconda parte dello scritto dovrà essere maggiore o uguale a 16/30.
La durata totale della prova scritta (I e II parte) è pari a 2,5 ore.
Il voto finale della parte scritta sarà la media delle due parti
ORALE: la prova orale è facoltativa e per poter accedere all’orale i candidati devono riportare una votazione dello scritto maggiore o eguale a 18/30. L’esame orale è considerato sufficiente con una votazione di almeno 18/30. Per superare l’esame il voto finale, che tiene conto dei voti dello scritto e dell’orale, deve comunque esser maggiore o uguale a 18/30.
L’orale sarà prevalentemente rivolto ad accertare una adeguata conoscenza della teoria discussa nel corso e potrà includere la discussione dello scritto.
Di norma la parte orale dell’esame va sostenuta nell’appello in cui si è superato lo scritto.
Exam: Optional oral exam; Computer-based written test using the PoliTo platform;
The goal of the exam is to test the knowledge of the candidate about the topics included in the official program and to verify the skill in analysis and design of signals and transmission systems. The exam consists of two steps: a written exam followed by an optional (not compulsory) oral exam. The assessment of both the written and the oral part is based on marks ranging from 0 to 30 (the maximum is 30 out of 30 cum laude).
The final assessment is determined by considering both the marks obtained in the written exam and the optional interview.
WRITTEN EXAM: a mark less than 18 out of 30 in the written exam is not sufficient for the admission to the optional oral exam.
Candidates are not allowed to take in the exam room text-books or notes relevant to course (excluding the official formulary). The use of electronic calculators can be allowed provided these are cleared of all pre-stored programmes or information.
The written exam consists of 2 parts.
The first part of the Written test is about Signal Theory and is made by 7-8 multiple choice questions. Every question is an exercise whose solution requires only the Fourier transform table provided by the lecturer. The score is the sum of the grades granted for every exercise solved correctly. In order to pass the final examination the score of Signal Theory written test has to be higher or equal to 18/30.
The second part of the Written test is about Communication Theory and it is a written examination on designing, performances calculation and theory questions on transmission systems. In order to pass the final examination the score of Communication Theory written test has to be higher or equal to 16/30.
The Final score of the Written Test is given by the average between the Signal Theory and the Communication Theory written tests scores.
The overall written Examination ( First and Second parts) is 2,5 hours.
ORAL EXAM: the oral exam is optional (not compulsory) and students are admitted to the oral exam if the assessment of their overall written exam is 18 marks out of 30 or more. The assessment of oral exam cannot be less than 18 marks out of 30.
The exam is passed if the final assessment (accounting for the marks of the written and oral exam) is 18 marks out of 30 or more.
Oral exam is mainly oriented to check whether a candidate has a sufficiently wide knowledge of the theoretical topics of the course program. Oral exam may include questions concerning the written exam of the candidate. In general, the optional oral exam must be passed in the same exam session (appello) in which the written exam is passed.
Modalità di esame: Prova orale facoltativa; Prova scritta tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;
L’esame è volto ad accertare la conoscenza degli argomenti elencati nel Programma ufficiale del Corso e la capacità di applicare la teoria ed i suoi metodi all’analisi e al progetto dei segnali e dei sistemi di trasmissione.
L’esame è costituito da una parte "scritta" e da una successiva parte orale facoltativa.
Le valutazioni degli scritti e degli orali sono espresse in trentesimi. Il voto finale viene determinato tenendo conto sia della prova scritta sia della prova orale facoltativa.
SCRITTO: una votazione dello scritto inferiore a 18/30 è considerata non sufficiente.
Durante lo scritto non si possono portare in aula libri di alcun tipo o appunti del corso. Può essere consentito l’uso di una calcolatrice non programmabile ed eventualmente dei formulari ufficiali del corso (pubblicati sul portale)
L’esame scritto è rivolto ad accertare la capacità di risoluzione di quesiti e calcoli (sia simbolici che numerici) inerenti gli argomenti trattati nel corso.
Lo scritto è articolato in 2 parti:
La prima parte dello scritto consta ad accertare le conoscenze acquisite nell’ambito della teoria dei segnali, e consiste in 7-8 quiz a risposta multipla. Ogni quiz è un esercizio la cui soluzione è analitica e richiede al più l'uso delle tavole della trasformata di Fourier fornite dal docente. Il voto è la somma dei punteggi assegnati ad ogni quiz risolto correttamente.
Il voto della prima parte dello scritto dovrà essere maggiore o uguale a 18/30.
La seconda parte dello scritto, consta ad accertare le conoscenze acquisite nell’ambito delle comunicazioni elettriche e consiste nella risoluzione di esercizi di progetto e/o calcolo delle prestazioni di sistemi di trasmissione, congiuntamente a domande sulla teoria delle comunicazioni elettriche.
Il voto della seconda parte dello scritto dovrà essere maggiore o uguale a 16/30.
La durata totale della prova scritta (I e II parte) è pari a 2,5 ore.
Il voto finale della parte scritta sarà la media delle due parti
ORALE: la prova orale è facoltativa e per poter accedere all’orale i candidati devono riportare una votazione dello scritto maggiore o eguale a 18/30. L’esame orale è considerato sufficiente con una votazione di almeno 18/30. Per superare l’esame il voto finale, che tiene conto dei voti dello scritto e dell’orale, deve comunque esser maggiore o uguale a 18/30.
L’orale sarà prevalentemente rivolto ad accertare una adeguata conoscenza della teoria discussa nel corso e potrà includere la discussione dello scritto.
Di norma la parte orale dell’esame va sostenuta nell’appello in cui si è superato lo scritto.
Exam: Optional oral exam; Computer-based written test using the PoliTo platform;
The goal of the exam is to test the knowledge of the candidate about the topics included in the official program and to verify the skill in analysis and design of signals and transmission systems. The exam consists of two steps: a written exam followed by an optional (not compulsory) oral exam. The assessment of both the written and the oral part is based on marks ranging from 0 to 30 (the maximum is 30 out of 30 cum laude).
The final assessment is determined by considering both the marks obtained in the written exam and the optional interview.
WRITTEN EXAM: a mark less than 18 out of 30 in the written exam is not sufficient for the admission to the optional oral exam.
Candidates are not allowed to take in the exam room text-books or notes relevant to course (excluding the official formulary). The use of electronic calculators can be allowed provided these are cleared of all pre-stored programmes or information.
The written exam consists of 2 parts.
The first part of the Written test is about Signal Theory and is made by 7-8 multiple choice questions. Every question is an exercise whose solution requires only the Fourier transform table provided by the lecturer. The score is the sum of the grades granted for every exercise solved correctly. In order to pass the final examination the score of Signal Theory written test has to be higher or equal to 18/30.
The second part of the Written test is about Communication Theory and it is a written examination on designing, performances calculation and theory questions on transmission systems. In order to pass the final examination the score of Communication Theory written test has to be higher or equal to 16/30.
The Final score of the Written Test is given by the average between the Signal Theory and the Communication Theory written tests scores.
The overall written Examination ( First and Second parts) is 2,5 hours.
ORAL EXAM: the oral exam is optional (not compulsory) and students are admitted to the oral exam if the assessment of their overall written exam is 18 marks out of 30 or more. The assessment of oral exam cannot be less than 18 marks out of 30.
The exam is passed if the final assessment (accounting for the marks of the written and oral exam) is 18 marks out of 30 or more.
Oral exam is mainly oriented to check whether a candidate has a sufficiently wide knowledge of the theoretical topics of the course program. Oral exam may include questions concerning the written exam of the candidate. In general, the optional oral exam must be passed in the same exam session (appello) in which the written exam is passed.