Curs 2013-2014

Enginyeria Tècnica de Telecomunicació (especialitzada en Telemàtica)

Teoria de la Comunicació I (12624)

Nombre de crèdits: 4.5 Nombre de crèdits ECTS: 3.6
Nombre total d'hores de dedicació: 90
Curs: 2n curs
Tipus: trimestre
Període: 1r trimestre

Guia Docent

Presentació Assignatura

Teoria de la Comunicació I (TC-I) és una assignatura troncal del segon curs de l'Enginyeria Tècnica de Telecomunicació, especialitat telemàtica, de la Universitat Pompeu Fabra.

Teoria de la Comunicació I (TC-I) té com objectiu principal la introducció dels conceptes fonamentals d'un sistema de comunicacions digital. Els sistemes de comunicacions digitals estan convertint-se actualment en indispensables per suportar la creixent demanda, de quantitat i de qualitat, a la comunicació de dades. La principal raó és la flexibilitat i diferents opcions de processament de les dades que la transmissió digital ofereix envers la transmissió analògica. Així, els coneixements tractats en aquesta assignatura són bàsics per tot futur enginyer de telecomunicacions.

La Figura 1 representa l'esquema de blocs d'un sistema de comunicacions digitals típic i general. Cal tenir en compte que molts dels coneixements s'impartiran en altres assignatures del grau amb una estreta relació amb TC-I, ja que aquesta es la primera assignatura del bloc d'assignatures que permetran entendre el conjunt d'un sistema de comunicacions digitals. El contingut teòric de TC-I començarà amb una introducció als sistemes de comunicacions, la motivació principal de l'ús de modulacions digitals i l'enunciat del Teorema de Shannon. Es centrarà desprès en consolidar conceptes matemàtics fonamentals per aquesta assignatura y per les següents del bloc. A continuació s'explicaran els conceptes bàsics presents en qualsevol sistema de transmissió: modulació, models de canal i soroll, filtres i desmodulació. Després es focalitzarà a les etapes de mostreig (amb el Teorema de Nyquist) i modulació. Els tipus de modulacions que s'explicaran son les modulacions per polsos i les modulacions digitals per banda més bàsiques. També s'explicaran els efectes més significatius d'aquests processos, com la quantificació, l'aliasing o la interferència intersimbòlica (ISI).

La teoria és l'ingredient principal de les classes magistrals, però un component no menys important en aquesta assignatura és la resolució d'exercicis, que suposa una gran part del treball individual de l'alumne fóra de l'aula, i que s'avaluaran conjuntament a les classes de seminari. A més a més, diverses entregues demanaran a l'alumne el desenvolupament de treball en equip, de anàlisi i síntesi, de cerca d'informació i capacitat de comunicació oral i escrita.

Per l'estudiant serà la primera vegada que s'utilitza Octave, programa de processat matemàtic vectorial (similar a Matlab) per representar senyals i sistemes de comunicacions. Aquest tipus de programa es molt utilitzat per analitzar i processar senyals, per aquesta raó es reforçarà l'explicació del seu ús.

Prerequisits per al seguiment de l'itinerari formatiu

L'assignatura de TC-I forma part del clúster d'assignatures de "Teoria del senyal i de les comunicacions" dels estudis de Telecomunicacions de la UPF, que també inclou Transmissió de Dades I (TD-I), II (TD-II) i III (TD-III) i Teoria de la Comunicació I (TC-II). L'objectiu d'aquest clúster és doncs el de cobrir tots els components principals d'un sistema de comunicacions digitals (SCD), com el mostrat a la Figura 1. En aquesta figura es pot veure la relació entre els d'un SCD i les assignatures del clúster.

Figura 1: Esquema de blocs d'un sistema de comunicacions digitals típic i relació amb les assignatures del clúster "Teoria del senyal i de les comunicacions": Teoria de la Comunicació I (TC-I) i II (TC-II), Transmissió de Dades I (TD-I), II (TD-II) i III (TD-III).

En el cas de TC-I, és molt important tenir presents els coneixements adquirits a Fonaments Matemàtics (per exemple sobre integrals, probabilitat y relacions trigonomètriques) per assegurar un bon seguiment de l'assignatura, doncs representen la base sobre la qual es pot avançar cap a un coneixement més profund de les comunicacions digitals. Respecte les altres assignatures, TC-II, TD-I i TD-II tracten la modulació, codificació i encriptació, respectivament, i podem veure-les com caixes buides pel que fa als continguts de TC-I.

TC-I no és un curs de matemàtica bàsic per enginyers, però requereix una bona base matemàtica per a poder adquirir un coneixement elevat de les propietats de Fourier més emprades, de la separació i la relació entre els dominis temporals i freqüencial i dels principals axiomes de probabilitat. Essent una assignatura on es veuen moltes equacions, no es demanarà la memorització de totes elles, i es proporcionaran les necessàries als diferents exàmens, excepte aquelles que apareixen contínuament durant tot el curs, com, per exemple, la de la transformada de cosinus.

Competències a assolir en l'assignatura

Competències generals

Competències específiques

Instrumentals 1. Comunicació oral i escrita en la pròpia llengua 2. Capacitat d'anàlisi i síntesi 3. Coneixement d'una segona llengua, en aquest cas l'anglès 4. Resolució de problemes 5. Habilitats de gestió de la informació Interpersonals 6. Planificació i organització del treball en equip 7.Capacitat crítica i autocrítica Sistèmiques 8. Capacitat d'aplicar els coneixements a la pràctica

1. Descriure el funcionament general d'un sistema de comunicacions digitals 2. Conèixer els principals efectes negatius que ha d'afrontar un sistema de comunicacions digital 3. Distingir la separació i la relació entre els dominis temporals i freqüencial para qualsevol tipus de senyal 4. Avaluar la resposta de sistemes lineals tant en el domini temporal com freqüencial 5. Determinar la relació senyal a soroll d'un sistema de transmissió. 6. Utilitzar un programa de processat matemàtic vectorial (Octave) per representar senyals i simular etapes i elements d'un sistema de comunicacions.

Objectius d'aprenentatge

En aquesta assignatura es vol introduir els conceptes fonamentals d'un sistema típic de comunicacions digitals com per exemple el mostreig, modulacions digitals, soroll... Més concretament, es pretenen aconseguir els objectius següents:

• Descriure el funcionament general d'un sistema de comunicacions digitals, identificar els seus diferents components i explicar breument la seva finalitat

• Identificar les avantatges d'un sistema de comunicacions digital envers d'un analògic

• Transformar la informació d'entrada a un format digital

• Descriure l'estructura d'un emissor/receptor i enumerar i explicar les fonts d'error per el mostreig de la senyal (aliasing i quantificació)

• Classificar els diferents tipus de tècniques d'accés múltiple segon el recurs utilitzat per multiplexar les senyals.

• Representar senyals en el domini temporal i freqüencial.

• Classificar els diferents tipus de modulacions i les aplicacions i avantatges de cadascuna d'elles.

• Calcular la relació senyal a soroll i senyal a interferència en models de canal senzills.

• Descriure i llistar els avantatges i inconvenients de les modulacions per pols. Calcular les probabilitats d'error associades a aquestes modulacions.

• Descriure, interpretar i relacionar efectes negatius del canal en les modulacions per pols, com la interferència intersimbòlica.

• Utilitzar Octave com programa per analitzar i solucionar problemes de processat de senyals de comunicacions.

• Avaluació

Criteris generals d'avaluació

L'assignatura TC-I es fonamenta en un treball continu per part de l'estudiant, condicionant l'avaluació, que ha de tenir un caràcter continu i de realimentació constant per part del professor cap al treball de cada alumne. A continuació es detalla la distribució utilitzada per calcular la nota final en la primera i segona convocatòria.

Càlcul nota final desembre 2008:

•· 30% de entregues y presentacions.

•· 20% pràctiques.

•· 20% nota control de la cinquena setmana.

•· 30% nota examen final de desembre 2008.

Per a aprovar en la convocatòria de desembre i poder fer mitja, serà indispensable que la nota de l'examen final de desembre sigui major o igual a 4.

Les entregues y presentacions es componen de:

•· Exercicis de seminaris.

•· Mind-maps per sintetitzar conceptes teòrics.

•· Presentacions en grups de resums de temes.

•· Participació individual en seminaris (opcional per pujar nota).

Càlcul nota final setembre 2009:

•· 20% entregues.

•· 20% pràctiques.

•· 60% nota examen final de setembre 2008

Per a aprovar en la convocatòria de setembre i poder fer mitja, serà indispensable que la nota de l'examen final de setembre sigui major o igual a 4

Continguts

•- Bloc de contingut 1. Introducció a les sistemes de comunicacions:

•1. Comunicacions digitals i analògiques.

•2. Elements d'un sistema de comunicació.

•3. Teorema de Shannon.

•4. Evolució històrica

•- Bloc de contingut 2. Senyals i Sistemes:

•1. Senyals:

•- Tipus de senyals.

•- Senyals d interès.

•- Mesures sobre senyals

•2. Sistemes:

•- Definició de sistema.

•- Sistema lineal i sistema invariant

•3. Representació de senyals_

•- Transformada de Fourier directa i transformada de Fourier inversa.

•- Propietats.

•- Densitats espectrals.

•- Transformades de funcions elementals.

•- Bloc de contingut 3. Transmissió de senyals:

•1. Concepte de modulació:

•- Tipus de modulacions.

•2. Exemple de modulació: Amplitud modulada.

•- Esquemes de modulació i desmodulació.

•- Càlcul de potencia

•- Sobremodulació i aliasing

•3. Filtrat:

•- Filtre ideal.

•- Filtres reals.

•4. Soroll:

•- Senyals i processos aleatoris.

•- Soroll blanc additiu gaussià (AWGN).

•- Probabilitat d'error.

•5. Transmissió pel canal

•- Models de canal.

•- Atenuació i repetidors.

•- Càlcul de la relació senyal a soroll.

•- Bloc de contingut 4. Mostreig, Codificació i quantificació:

•1. Mostreig:

•- Efectes del mostreig en el domini temporal i freqüencial.

•- Teorema de Nyquist.

•- Aliasing.

•- Recuperació de la senyal original (Filtre Pas Baix).

•2. Quantificació:

•- Concepte.

•- Error de quantificació

•- Quantificació con compressió.

•- Llei A i Llei µ.

•3. DPCM:

•- Modulació diferencial per codificació per polsos.

•- Error de predicció.

•- Càlcul de la relació senyal a soroll.

•- ADPCM.

•4. DM:

•- Modulació delta.

•- ADM.

•- Bloc de contingut 5. Modulacions per pols en banda base:

•1. Modulació analògica per polsos:

•- PAM, PDM, PPM.

•- Sample and Hold.

•- PAM unipolar.

•2. Modulació digital per polsos:

•- Esquema de modulador.

•- Codificació de línia.

•- M-PAM

•3. Probabilitat d'error:

•- Detecció.

•- Càlcul de BER.

•4. Interferència intersimbòlica:

•- Concepte.

•- Ample de banda de canal.

•- Filtro cosinus alçat

•- Diagrama d'ull.

•- Bloc de contingut 6. Introducció a modulacions digitals pas banda:

•1. Modulació digital pas banda:

•- Concepte.

•- Avantatges i inconvenients.

•- Diferències amb modulació en banda base.

Metodologia

Enfocament metodològic de l'assignatura

L'assignatura de Teoria de la Comunicació II (TC-I) és una assignatura que ha estat dissenyada seguint una metodologia adaptada al nou Espai Europeu d'Educació Superior (EEES), altrament conegut com "Pla Oblonga", centrant així l'aprenentatge en l'estudiant. L'objectiu principal d'aquest disseny és el d'implicar l'estudiant de forma contínua en el desenvolupament de l'assignatura mitjançant l'avaluació contínua i l'estudi personal com complement imprescindible a les classes magistrals. La dificultat d'aquesta assignatura fa que aquest treball continu al llarg de tot el trimestre sigui fonamental per assolir els coneixements mínims que es requereixen.

Aquest disseny adaptat al EEES comporta una configuració del cicle d'aprenentatge que divideix les activitats en presencials i no presencials, és a dir, docència a l'aula o fora de l'aula, representant les primeres un 25-30% de la càrrega total de treball de l'assignatura i, conseqüentment, un 75-70% de treball de l'estudiant fora de l'aula. És a dir, per cada hora de classe, l'alumne hauria de dedicar una mica més d'un parell d'hores a l'assignatura de forma no presencial. A més a més, hi ha tres tipus de classes presencials: les magistrals, els seminaris i les practiques. Les primeres es realitzen amb el conjunt d'alumnes de l'assignatura i representen un 45% del total (18 hores), deixant un 30% (12 hores) de les classes presencials pels practiques i un 25 % per seminaris, on hi ha un nombre reduït d'estudiants (menys de 20).

GRAU	Treball de l'estudiant 75-70%
	Docència 25-30%	Magistralitat 45% (gran grup)
		Seminaris 25% (de menys de 20 estudiants)
		Pràctiques 30% (de menys de 20 estudiants)

Els seminaris (2h) es dediquen principalment a la correcció en grup i/o presentació dels diferents controls parcials i entregables de l'assignatura, entre els quals hi ha resolució de problemes, resums de blocs de l'assignatura, presentacions individuals.

Les pràctiques (2h) es dediquen principalment a la simulació de mòduls i etapes d'un sistema de comunicacions, com filtres freqüencials o modulacions de senyals. Les pràctiques es realitzaran amb el programa Octave.

Organització temporal: sessions, activitats d'aprenentatge i temps estimat de dedicació

L'organització temporal de les classes magistrals i seminaris es mostren al fitxer Excel adjunt a continuació.

Fonts d'informació i recursos didàctics

Fonts d'informació per a l'aprenentatge. Bibliografia bàsica i complementària (suport paper i electrònic)

•· Sistemas de Comunicación, Haykin, Simon S., México DF: Limusa Wiley, edició 2002

•· Digital Commnications: Fundamentals and Applications, Sklar, Bernard

•· Comunicaciones Digitales, Artés, A. V. et. al., Pearson - Prentice Hall 2007

•· Señales y Sistemas, Oppenheim, A.V. et. al., Pearson Educación, edició 1998 (segona edició)

•· Communication Systems, Carlson, A. B. et. al., McGraw-Hill, edició 2002 (quarta edició)

•- Temari complet y fonts d'informació addicional:

Recursos didàctics. Material docent de l'assignatura

•- Transparències de cada sessió magistral penjada al Moodle. Exemple adjunt a continuació.

•- Exercicis, documents addicionals, referències web, vídeos, diferent material disponible al Moodle de l'assignatura

9.5. Recursos didàctics. Materials i eines de suport

•- Moodle