Anno accademico 1998/99 (corso semestrale)

Docente della materia: prof. Ciro Cafforio

Assistente: ing. Guaragniella

Testi di consultazione:

Comunicazioni Elettriche (F. Carassa - Ed. Bollati Boringhieri)

Sistemi elettronici a banda frazionale stretta (L.Franchina, P.Marietti - Masson editatoriale ESA, 1994)
Sistemi di modulazione per trasmissione numeriche (Calandrino, G.Immovilli - Ed. Patron)
La teoria matematica delle comunicazioni (C.E.Shannon, Etas Kompass, 1971)
Digital communications (D.Messerschmitt, E.Lee - Boston: Kluwer Academic Publisher, 1994)
Digital transmission theory(S.Bendetto, E.Biglieri, V.Castellani - Prentice Hall, 1987)
 
 
 

Indice generale degli argomenti trattati
 
 
 

Introduzione ai sistemi di trasmissione

Generalità sulle radiocomunicazioni. Classificazione delle radioonde. Cenni sui servizi di radiocomunicazione.
 
 

Capitolo 1 - Rumore nei sistemi di trasmissione

Introduzione ai disturbi. Strumenti statistici per l'analisi del rumore. Il rapporto segnale/rumore.

Rumore termico ed elettronico. Potenza disponibile di rumore. Banda equivalente di rumore.

Fattore di rumore, cifra di rumore e temperatura equivalente di rumore. Attenuatore resistivo.

Fattore di rumore e temperatura equivalente di rumore per i sistemi in cascata. Misura del fattore di rumore.
 
 

Capitolo 2 - Tecniche di modulazione di ampiezza

Introduzione.

Modulazione di ampiezza DSB-SC. Apparato modulatore. Apparato demodulatore. DSB-SC in presenza di sfasamenti. Metodo dei vettori rotanti. Analisi nel dominio del tempo. Rumore nella tecnica di

modulazione DSB-SC. Pre-filtraggio nel modulatore. Esempio numerico. Riferimento di fase e di frequenza nel segnale modulato.

Modulazione di ampiezza con 2 portanti in quadratura. Presenza di sfasamenti. Analisi nel dominio del tempo. Banda del segnale modulato

Modulazione di ampiezza SSB. Trasmissione analogica del segnale telefonico. Caso di un singolo tono modulante: modulazione e demodulazione, analisi nel dominio del tempo. Modulazione e demodulazione SSB per un segnale modulante generico. Rumore nella tecnica di modulazione SSB. Rapporto segnale-rumore e fattore di rumore.

Modulazione di ampiezza VSB. Descrizione della modulazione/demodulazione.

Modulazione AM-standard. Rumore nella tecnica AM-standard. Rapporto segnale-rumore e fattore di rumore.
 
 

Capitolo 3 - Tecniche di modulazione angolare

Introduzione. Esempio: modulazione FM e PM della rampa. Esempio: modulazione FM e PM del gradino unitario.

Semplice circuito per la modulazione di fase.

Modulazione FM. Caratteristiche generali. Caso particolare: singolo tono modulante. Spettro e occupazione di banda del segnale modulato. Esempio numerico: trasmissione FM del segnale radiofonico. Rumore nella tecnica di modulazione FM. Rapporto segnale-rumore. Fattore di rumore. Condizione di soglia.
 
 

Capitolo 4 - Il segnale televisivo

Introduzione alla "Televisione". Considerazioni generali sul segnale televisivo: segnale di luminanza. Sistemi di ripresa e riproduzione dell'immagine. Numero di righe necessario e corrispondente larghezza di banda. Segnali di sincronismo. Televisione a colori.

Radiodiffusione televisiva. Televisore. Requisiti di qualità per il segnale televisivo.

Numerizzazione del segnale televisivo. Standard numerici utilizzati per il segnale TV numerico
 
 

Capitolo 5 - Sistemi di trasmissione

Introduzione.

Sistema di trasmissione su cavo coassiale. Equalizzazione. Equalizzazione passiva.

Esempio numerico: trasmissione del segnale televisivo bianco-nero.

Sistemi multitratta.

Sistema di trasmissione mediante ponte radio. Attenuazione in spazio libero. Attenuazione supplementare. Attenuazione equivalente complessiva. Distribuzioni di Rayleigh. Esempio numerico: trasmissione del segnale televisivo bianco-nero.

Complementi sui sistemi di trasmissione in ponte radio. Propagazione alle varie frequenze (sintesi).

Sistema di trasmissione via satellite. Rumore d'antenna. Satelliti geostazionari. Collegamento punto a punto mediante satellite. Complementi sulla trasmissione via satellite.
 
 

Capitolo 6 - Sistema RADAR

Introduzione. Caratteristiche principali. Potenza ricevuta: equazione del radar. Radar monostatici e bistatici. Sezione radar. Criterio generale di dimensionamento. Determinazione della distanza radiale.

Dimensionamento del sistema: criterio di Neymann-Pearson. Rapporto segnale-rumore in ingresso al sistema a soglia. Funzionamento qualitativo del filtro adattato. Caso del rumore colorato. Risoluzione geometrica del radar. Filtro adattato ad un impulso rettangolare. Risoluzione temporale.

Moving target indicator. Fenomeno dello shift doppler.
 
 

Capitolo 7 - Trasmissione numerica

Introduzione ai segnali di tipo numerico ed alla trasmissione numerica. Schema generale di un sistema di trasmissione binaria. Definizione del filtro adattato. Scelta della soglia.

Codifica antipodale e codifica ortogonale.

Problema dell'interferenza di intersimbolo. Forme d'onda di Nyquist.Roll off delle forme d'onda ad intersimbolo nullo. Forma d'onda da rasmettere. Cenni sulla formazione delle forme d'onda in trasmissione.

Estrazione del timing. Codifica NRZ e codifica RZ. Codifica RZ di tipo antipodale. Schema del dispositivo estrattore del timing. Diagramma ad occhio. Generazione degli impulsi di campionamento. Sollecitazioni sul filtro passa-banda e corrispondenti codifiche di linea. Codice AMI, codice HDB-3 e codice Manchester.

Criterio generale di dimensionamento del sistema. Rapporto S/N a valle del campionatore, a valle del filtro in ricezione. Potenza ricevuta dal mezzo trasmissivo.

Esempio numerico: trasmissione numerica del segnale TV a colori.

Sistema numerico multitratta.

Scelta del filtro in ricezione. Fattore di forma.

Effetto di disturbi generici.

Sistemi numerici multilivello.

Modulazione di segnali numerici. Tipi di modulazione numerica. Modulazione di ampiezza: ASK. Scelta del tipo di modulazione di ampiezza. Analisi della modulazione ASK. Trasmissione QAM e modulazione di fase PSK. Probabilità di errore in un sistema M-PSK. Trasmissione M-QAM. Complementi sul sistema PSK. Modulazione di frequenza FSK. Demodulazione PSK. Codifica differenziale DPSK. Demodulazione nel PSK multilivello e M-DPSK. Ulteriori vantaggi del sistema numerico multilivello. Esempio: trasmissione numerica su canale telefonico idealizzato. Esempio: trasmissione del segnale del televideo. Esempio: trasmissione numerica del segnale TV su ponte radio.

Osservazioni varie conclusive
 
 

Capitolo 8 - Sistema di trasmissione su fibra ottica

Introduzione alle fibre ottiche. Dispersione modale: fibre multimodali e fibre monomodali. Dispersione cromatica. Dispersione spaziale. Attenuazione. Sorgenti ottiche. Richiami sulla luce coerente. Cenni ai dispositivi optoelettronici. Il LED. Il diodo LASER. Richiami storici: laser e maser.

Schema generale di un sistema di trasmissione su fibra ottica. Funzionamento del fotorivelatore. Cenni ai dispositivi fotoconduttori.

Dimensionamento di un sistema reale: rumore termico e rumore quantico. Numero medio di fotoni per simbolo. Riduzione del rumore termico.

Struttura eterodina e omodina.
 
 

Capitolo 9 - Teoria dell'informazione e codici binari
 
 

Capitolo 10 - Dispositivi e circuiti

Introduzione alla ricezione di un segnale passa-banda. Caratteristiche del filtro passa-banda.

Ricevitore a conversione di frequenza (o a Supereterodina).

Conversione di frequenza. Il problema della banda immagine. Esempio numerico: trasmissione radiofonica AM e trasmissione TV.

Ricevitore numerico.

Amplificazione selettiva. Concetti generali sull'impiego di risonanti RLC. Richiami sul fattore di merito di un RLC. Osservazioni su induttori e condensatori reali usati nei risonanti. Problemi di instabilità e di allineabilità.

Stadio a base comune. Guadagno dell'amplificatore. Transconduttanza di prima armonica. Tensione di uscita. Comportamento del condensatore: effetto di clamping.

Generatore forzante non ideale. Esempio: carico non lineare costituito da una serie diodo+batteria. Simulazione del circuito al calcolatore. Funzionamento qualitativo del circuito. Calcolo della resistenza di emettitore.

Amplificatori in classe A,B e C.

Osservazione: problema della saturazione del transistor.

Moltiplicatore di frequenza.

Convertitore di frequenza. Introduzione. Implementazione circuitale: stadio a base comune pilotato dalla somma dei due segnali. Implementazione circuitale: stadio a base comune pilotato sulla base dal segnale ricevuto e sull'emettitore dall'oscillazione.

Modulatori di ampiezza. Introduzione. Sistemi bilanciati. Circuito CHOPPER. Modulatori AM singolarmente bilanciati e doppiamente bilanciati. Modulatore ad anello. Simulazione Spice del modulatore singolarmente bilanciato. Cella di Gilbert.

Modulatori di ampiezza con portante trasmessa. Richiami sulla modulazione AM standard. Realizzazioni circuitali.

Modulatori angolari. Modulazione di fase. Schema di principio di un modulatore di fase (modulatore di Armstrong). Modulazione di frequenza. Oscillatore controllato in tensione.

Demodulatore a valor medio. Implementazione circuitale. Problemi legati alla non idealità dei diodi.

Demodulatore ad inviluppo. Principio di funzionamento. Istante di spegnimento del diodo. Influenza di C sulla tensione di uscita. Effetto di demodulazione e dimensionamento. Relazione tra tensione di uscita e tensione di ingresso. Demodulatore ad inviluppo come demodulatore coerente. Estrazione dell’inviluppo negativo.

Demodulatori angolari. Introduzione. Considerazioni intuitive sulla demodulazione di fase. Demodulazione diretta di fase. Demodulazione indiretta di frequenza. Discriminatore di frequenza. Demodulatore FM di Trevis. Demodulatore di Foster-Seeley. Realizzazione circuitale di un ritardatore di gruppo. Strutture autobilanciate.
 
 

Capitolo 11 - Esercizi sul dimensionamento di sistemi di trasmissione

Trasmissione numerica del segnale TV a colori su cavo coassiale.
Trasmissione numerica del segnale TV su ponte radio.
Trasmissione analogica di segnali televisivi mediante satellite. Diffusione televisiva
domestica. Altri sviluppi dei sistemi mediante satellite.
Trasmissione numerica del segnale TV in un sistema via satellite.
Sistema di trasmissione numerico via satellite.
Trasmissione del segnale radiofonico in un mezzo passa-banda.
 
 
 

Appendice 1 - Richiami di Teoria dei segnali

Trasformata di Fourier. Definizione. Proprietà generali. Trasformate di alcuni segnali notevoli. Proprietà di traslazione nel tempo, di traslazione in frequenza, di modulazione, di derivazione nel tempo, di derivazione in frequenza, di integrazione nel tempo, di dualità. Trasformata del segnale coniugato. Trasformata di Fourier dell’impulso di Dirac. Trasformata di Fourier della funzione Coseno e della funzione Seno. Trasformata di Fourier di segnali periodici. Trasformata di Fourier dell’impulso gaussiano. Teorema di Parseval.

Spettri bilateri e spettri unilateri.

Relazione tra banda e durata di un segnale.

Funzione di autocorrelazione. Funzione di autocorrelazione per segnali di energia. Proprietà della funzione di autocorrelazione. Importanza della funzione di autocorrelazione per i sistemi continui. Autocorrelazione per segnali di potenza.

Caratteristiche sistemiche delle antenne. Guadagno di antenna. Lunghezza efficace di una antenna. Area efficace.

Richiami sulla distorsione armonica.

Segnale musicale.

Richiami di probabilità e statistica. Variabili aleatorie. Media di una variabile aleatoria. Proprietà della media di una variabile aleatoria. Varianza e deviazione standard di una variabile aleatoria. Proprietà della varianza di una variabile aleatoria.

Variabili aleatorie con distribuzione gaussiana. Definizione di distribuzione gaussiana. Funzione densità di probabilità congiunta. Indipendenza di due variabili aleatorie con distribuzione gaussiana. Funzione densità di probabilità condizionata. Combinazione lineare di variabili aleatorie gaussiane.

Processi stocastici stazionari. Caratteristiche statistiche delle variabili aleatorie estratte da un processo stocastico. Stazionarietà in senso lato e in senso stretto. Ergodicità dei processi stocastici. Ergodicità in media. Processi stocastici stazionari e sistemi lineari. Potenza statistica.
 
 

Appendice 2 - Varie sui sistemi di trasmissione

Cenni generali sui radioricevitori. Caso particolare: Radiotelescopio.

Cenni generali sui radiotrasmettitori. Caso particolare: radiotrasmettitore a modulazione di frequenza.

Cenni alla trasmissione di dati su canali analogici.

Segnali multipli. Introduzione. Tecnica della divisione di frequenza. Metodi con cui realizzare un segnale FDM. Tecnica della divisione di tempo. Caratteristiche statistiche del segnale telefonico multiplo FDM. Segnali di tipo numerico multiplati a divisione di frequenza. Caratteristiche richieste al mezzo trasmissivo. Considerazioni generali sui filtri in ricezione.

Complementi sulla trasmissione numerica. Espressione generale di un segnale numerico. Spettro di potenza di un segnale numerico. Esempio: codifica binaria antipodale o ortogonale. Esempio: codice Manchester e codice AMI. Trasmissione numerica in banda traslata. Convenienza di una trasmissione numerica con due portanti in quadratura.
 
 

Appendice 3 - Richiami vari dai corsi precedenti

Il trasformatore ideale (ELETTROTECNICA)

Circuiti RLC risonanti (ELETTROTECNICA)

Modello di Ebers-Moll per un BJT (DISPOSITIVI ELETTRONICI)

Analisi in frequenza dello stadio ad emettitore comune (ELETTRONICA APPLICATA)

Analisi in frequenza dello stadio a base comune (ELETTRONICA APPLICATA)