PROGRAMMA DI TELECOMUNICAZIONI NELLA CLASSE 5^

Il Piano Regolatore Telefonico Nazionale. Costituzione della rete telefonica. L’apparecchio telefonico: parti costituenti. Selezione ad impulsi e a toni. Forchetta telefonica. Elementi di commutazione: centrali di commutazione, organi di commutazione elettromeccanica.

Definizione di segnale. Classificazioni dei segnali: segnali aleatori e determinati, continui nel tempo e in ampiezza, discreti nel tempo e in ampiezza, segnali pari e dispari, unipolari e bipolari, analogici e digitali, binari e multilivello, segnali periodici. Esempi di segnali determinati e loro parametri caratteristici: segnale costante, a gradino, impulso rettangolare, impulsi di area costante, impulso ideale, segnale rettangolare, segnale quadro, sequenza di impulsi reali e ideali, segnale a rampa, segnale triangolare. Il segnale sinusoidale: ampiezza, fase iniziale, fase istantanea, relazione tra fase iniziale e ritardo temporale, altri parametri. Traslazione nel tempo di un segnale.

Caratteristiche elettriche dei segnali: valore medio, valore efficace, potenza di un segnale. Rappresentazione vettoriale e complessa di un segnale sinusoidale, notazione in forma esponenziale, in modulo e fase, con parte reale e immaginaria. Rappresentazione di un segnale nel dominio della frequenza, concetto di spettro di un segnale. Scomposizione in frequenza di un segnale periodico (serie di Fourier)., passaggio dal dominio del tempo a quello della frequenza. In particolare, scomposizione mediante la serie di Fourier di un segnale ad onda quadra. Concetto di Trasformata di Fourier e sua definizione matematica. Concetto di spettro continuo. Esempi di trasformate di alcuni segnali come: segnale continuo, impulsivo, sinusoidale (senza dimostrazione).

Concetto di modulazione e motivazioni che ne giustificano l’utilizzo. Classificazione delle modulazioni.

Modulazione di ampiezza con portante armonica. Espressione grafica temporale di un segnale modulato in ampiezza. Modulazione con modulante armonica: espressione analitica del segnale modulato, indice di modulazione, spettro del segnale modulato, potenza dello stesso, potenza associata alla portante e alle bande laterali, efficienza della modulazione. Modulazione con modulante periodica ma non armonica: spettro, indice di modulazione, potenza. Modulazione con modulante non periodica, spettro del segnale modulato.

Modulazione DSB: espressione analitica, rappresentazione grafica nel dominio del tempo, spettro del segnale modulato, motivazioni per l’adozione di questo tipo di modulazione, efficienza di modulazione.

Il segnale SSB: espressione analitica per modulante sinusoidale, spettro, efficienza, di mod. Principio di generazione del segnale SSB mediante filtro e con il sistema a sfasamento. Demodulazione dei segnali SSB, Il segnale VSB.

Modulazioni angolari.

Concetto di modulazione di frequenza. Visualizzazione nel tempo di un segnale modulato in frequenza con vari tipi di modulante. Concetto di frequenza istantanea e fase istantanea, relazione tra le due grandezze. Espressione analitica di un segnale modulato in frequenza. Modulazione di frequenza con modulante sinusoidale: deviazione di frequenza, indice di modulazione. Spettro di un segnale modulato in frequenza, caso di basso indice di modulazione e caso generale. Dipendenza dello spettro dall’indice di modulazione. Larghezza di banda, formula di Carson. Potenza del segnale FM.

Modulazione di fase: significato e relazione con la modulazione di frequenza. Espressione della fase per un segnale non modulato. Espressione analitica di un segnale modulato in fase. Indice di modulazione di fase e deviazione di fase per modulante armonica. Spettro di un segnale PM. larghezza di banda per un segnale PM. Confronto con la larghezza di banda di un segnale FM a parità di deviazione di frequenza o di fase al variare della frequenza della modulante. Legame tra la variazione della frequenza e della fase per un segnale FM e per uno PM. Spettro di un segnale PM in generale e con basso indice di modulazione. Confronto tra lo spettro di un segnale AM e PM con basso indice di mod. Interpretazione dell’espressione del segnale PM per realizzare un modulatore PM con basso indice di mod. Schema a blocchi.

Modulazione di frequenza attraverso la mod. di fase e viceversa

Modulatori A.M. Modulatori a caratteristica quadratica , modulatore a diodo. Modulatori a modulazione diretta di collettore. Demodulatore ad inviluppo: funzionamento, elementi di progetto.

Modulatore DSB bilanciato ad anello: costituzione funzionamento.

La demodulazione dei segnali DSB: reinserimento della portante su un rivelatore ad inviluppo , demodulazione coerente .

Modulatore SSB a filtro e a sfasamento.

Modulatori di frequenza: modulazione diretta attraverso diodo varicap; modulazione indiretta attraverso modulazione di fase

Parallelamente, modulatori di fase.

Il PLL. Costituzione di base di un PLL e funzione dei vari blocchi. Comportamento al variare della frequenza di riferimento. Frequenza di free- run, stato di cattura e di aggancio. Il PLL come demodulatore, come sintetizzatore e moltiplicatore di frequenza e come sistema per stabilizzare la frequenza di un VCO e quindi suo impiego nella realizzazione di trasmettitore FM a modulazione diretta.

Trasmettitori: struttura a blocchi di un trasmettitore.

Ricevitori: schema a blocchi di un ricevitore ad eterodina, funzione dei vari blocchi e motivazioni che ne giustificano la struttura. Concetti di sensibilità, selettività.

Concetti di base sul multiplex FDM. Il multiplex in telefonia. Gruppi primari di tipo A e B. gruppi secondari, ecc. Realizzazione del gruppo primario mediante modulazione diretta, doppia modulazione e premodulazione. Vantaggi. Multiplex a 960 canali.

Concetto di informazione, legame con la probabilità, definizione di informazione. Concetto e definizione di entropia della sorgente. Capacità di canale e codifica multilivello: criterio di Nyquist, efficienza di banda, baud rate e bit rate, capacità di informazione per canale non rumoroso e rumoroso, formula di Shannon.

Struttura di un sistema di telecomunicazioni di tipo numerico. Codifica di sorgente, di canale e di linea, motivazioni.

Codifica di sorgente: concetto di efficienza di codice, codice ottimo e motivazioni per le quali un codice può essere poco efficiente (simboli non equiprobabili oppure numero simboli diverso da potenza di due). Codici di sorgente: Morse, Baudot, ASCII; alcune particolarità di questi codici

Codifica di canale. Il problema degli errori, BER, BLER. Codici a rivelazione di errore e a correzione di errore, concetto di distanza di Hamming e relazione con la capacità di rivelare o correggere errori. Controllo di parità, controllo di parità incrociato, codici a maggioranza, codice CRC.

Codifica di linea (Modulazioni in banda base). Motivazioni alla base della codifica di linea. Vari tipi di codice: RZ, NRZ, BIFASE, BIFASE differenziale, Manchester, AMI, MCMI, HDB3.

Modulazioni in banda traslata. Modulazioni con portante analogica. ASK e OOK: diagrammi temporali, spettro. Modulatore ad anello, demodulazione di un segnale ASK e OOK, demodulatore coerente e demodulatore ad inviluppo.

Modulazione di frequenza FSK: diagrammi temporali, considerazioni sullo spettro, modulatore di tipo "analogico" e modulatore di tipo digitale, demodulazione di tipo analogico e demodulatore di tipo digitale.

Modulazioni di fase. PSK a due fasi, modulatore e demodulatore ad anello (per analogia con ASK). DPSK a due fasi , codificatore e decodificatore, vantaggi rispetto alla PSK, verifica sui diagrammi temporali. Modulazioni polifasi, vantaggi per quanto riguarda la quantità di informazione trasmessa. Modulatore e demodulatore 4PSK.

Fasi nella 8PSK. Modulazione QAM, rappresentazione degli stati e aree di decisione.

Modulazione analogica su portante impulsiva. Concetto di : PAM, PPM, PDM e PFM.

Campionamento di un segnale: campionamento ideale e naturale, segnale PAM. Spettro di un segnale campionato, deduzione dello spettro interpretando il campionamento come un processo di modulazione tra il segnale analogico e un segnale impulsivo. Teorema di Shannon (enunciato), ricostruzione del segnale, condizione sulla frequenza di campionamento, errore di aliasing. Conversione di un segnale da analogico a digitale. Il problema della quantizzazione, errore di quantizzazione, rumore di quantizzazione. Opportunità della compressione del segnale analogico al fine di migliorare il rapporto S/N.

Segnale PCM. Struttura di un sistema di telecomunicazioni a segnali campionati.

Concetti generali sulla multiplazione a divisione di tempo. Multiplo PAM a 32 canali. Multiplex PCM: struttura della trama e multitrama a 32 canali di un multiplo PCM primario secondo lo standard europeo. Cenni sulla costituzione di multipli di ordine superiore. Concetti di base sulla commutazione elettronica sia analogica che numerica a divisione di tempo

Terminologia utilizzata nella trasmissione dati. Struttura di un sistema di trasmissione dati. Sistemi Batch e Real Time.

Modalità di collegamento, sistemi point to point o multipoint. Modalità di trasmissione (seriale, parallela; sincrona, asincrona). Tipi di esercizio( Full d. , Simplex, Half d.). Tipi di linee.

Misure analogiche: tipi di distorsione, maschere equivalente - frequenza, maschere ritardo di propagazione - frequenza, impiego di equalizzatori. Rumore nei collegamenti. Misura della distorsione di non linearità

Misure numeriche: BER, BLER, distorsione, distorsione isocrona e di BIAS.

Interfacciamento DTE DCE. Raccomandazioni V.24 e V.28. Line Drivers e Line receivers, UART E USART.

Circuiti della serie 100. Modalità del colloquio attraverso modem

Modem: Necessità di utilizzarli. Classificazione dei modem. Test di controllo (V.54).

Modem in banda fonica; generalità, circuiti fondamentali costituenti i modem fonici. Modem fonici V.21, V.22bis, V23.

Modem in banda base: generalità, circuiti principali.

Protocolli di comunicazione: generalità, classificazione. Protocollo asincrono START-STOP, XON-XOFF, X-MODEM.

Protocollo sincrono BSC. Protocollo si ncrono HDLC.

Generalità sul modello di riferimento OSI/ISO.

La fibra ottica come linea di trasmissione. Fenomeni di riflessione e rifrazione, legge di Snell, angolo limite.

Struttura di una fibra ottica. Modalità di propagazione dei segnali. Apertura numerica di una fibra. modi di propagazione e problemi connessi con la dispersione modale. Fibre monomodali e fibre multimodali. Fibre STEP-INDEX e fibre GRADED -INDEX. Il problema della dispersione cromatica Larghezza di banda per una fibra ottica. Perdite nelle fibre ottiche. Perdite di carattere tecnologico e per interconnessione, intrinseche ed estrinseche. Finestre ottiche. Dispositivi optoelettronici.

IN LABORATORIO. Analizzatore di spettro: Verifica sperimentale dei coefficienti di Fourier per un'onda rettangolare al variare del duty-cycle.

Esperienza sulla modulazione AM e relativa demodulazione con rivelatore ad inviluppo.

Esperienza di ricezione di segnali AM e SSB in bande amatoriali. Demodulazione mediante inserimento esterno della portante e mediante rivelatore a prodotto.

Visualizzazione di segnali AM con l'oscilloscopio per vari tipi di modulante.

Verifica con analizzatore di spettro del segnale AM e FM al variare degli indici di modulazione

Sperimentazione su un radiorivevitore per onde medie con rivelatore a diodo e a contatto grafite-metallo.

Dimostrazione su ricevitore magnetico.

Analisi di un trasmettitore FM di piccola potenza controllato con PLL (home made)

Visualizzazione di segnali di tipo PAM , PWM e PPM: verifica delle fasi di campionamento, modulazione e ricostruzione del segnale modulante.

Collegamento di due pc attraverso la porta seriale (Null modem). Prova di trasmissione mediante programma di comunicazione in QB; visualizzazione dei segnali in uscita.

Visualizzazione delle varie fasi di generazione di un segnale PCM e di ricostruzione del segnale analogico.