Curso 2014-15

Transmisión de Datos y Codificación

Titulación: Código: Tipo:
Grado en Ingeniería Informática 21459 Optativa
Grado en Ingeniería Telemática 21729 Obligatoria 2º curso
Grado en Ingeniería en Sistemas Audiovisuales 21606 Obligatoria 2º curso

 

Créditos ECTS: 8 Dedicación: 200 horas Trimestre: 2º y 3º

 

Departamento: Dpto. de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones
Coordinador: Gemma Piella
Profesorado:

Òscar Cámara, Josep Font, Gemma Piella, Anna Carreras, Patricia García, Alexis Bagué, Bora Edizel, Jorge Hernández, Blanca Mayayo, Adrià Tauste, Federico Sukno, Dmytro Derkach
Idioma:

catalán (teoría), castellano (teoría, seminarios y laboratorios), inglés (material, bibliografía, laboratorios y algunos seminarios)
Horario:
Campus: Campus de la Comunicación - Poblenou

 

Presentación de la assignatura

Transmisión de Datos y Codificación (TDC) es una asignatura obligatoria de segundo curso de los siguientes grados impartidos por la Escuela Superior Politécnica (ESUP) de la Universitat Pompeu Fabra (UPF): Grado en Ingeniería Telemática, Grado en Ingeniería de Sistemas Audiovisuales.

 Esta asignatura ha sido diseñada siguiendo una metodología adaptada al nuevo Espacio Europeo de Educación Superior (EEES), también conocido como "Plan Bolonia", y que pretende centrar el aprendizaje en el estudiante. El objetivo principal de este diseño es el de implicar al estudiante de forma continua en el desarrollo de la asignatura mediante la evaluación continua y el estudio individual como complemento imprescindible a las clases magistrales. La dificultad de esta asignatura hace que este trabajo continuo a lo largo de los dos trimestres sea fundamental para alcanzar los conocimientos mínimos que se requieren.

Transmisión de Datos y Codificación tiene como objetivo principal la introducción de los conceptos fundamentales para el análisis y el diseño de un sistema de comunicaciones digital, incluyendo los conceptos de la teoría de la información que se aplican a la compresión y codificación de las datos, así como a su codificación y la corrección de errores introducidos por los canales de comunicación. Los sistemas de comunicaciones digitales están convirtiéndose actualmente en indispensables para soportar la creciente demanda, de cantidad y de calidad, a la comunicación de datos. La principal razón es la flexibilidad y diferentes opciones de procesamiento de los datos que la transmisión digital ofrece hacia la transmisión analógica. Así, los conocimientos tratados en esta asignatura son básicos para todo futuro ingeniero en relación con las telecomunicaciones.

Teniendo en cuenta los conocimientos impartidos en otras asignaturas, con una estrecha relación con Sistemas de Comunicación, Principios de Comunicación y Protocolos de Redes y Servicios, el contenido teórico de TDC se focalizará principalmente en las etapas de codificación, tanto de fuente como de canal, y de las fases de modulación y demodulación digital en banda base y con portadora. Una vez las diferentes codificaciones y modulaciones posibles y las herramientas para evaluarlas, como por ejemplo el cálculo de probabilidades de error, sean tratados, la última parte del curso se dedica al diseño y evaluación de sistemas digitales cualquiera, para poner en práctica los conocimientos adquiridos. Finalmente, se introducirán los conceptos básicos de unas modulaciones avanzadas, que son las utilizadas en ámbitos tan relevantes como son las comunicaciones móviles.

 Los elementos teóricos representan la base de las clases magistrales, pero un componente igualmente relevante en esta asignatura es la resolución de ejercicios, que supone una gran parte del trabajo individual del alumno fuera del aula, y que se evaluarán conjuntamente en las clases de seminario. Además, varios entregables y actividades de grupo durante el curso exigirán al alumno el desarrollo de trabajo en equipo, búsqueda de información y capacidad de comunicación oral y escrita.

 

Prerequisitos

La asignatura de TDC forma parte de un clúster de asignaturas relacionadas con "Teoría de la señal y de las comunicaciones", algunas de ellas impartidas en el grado de Telemática como son Sistemas de Comunicación (SDC) y Principios de Telecomunicación (PT), y otras comunes al grado de Telemática y al grado de Sistemas Audiovisuales, como por ejemplo Protocolos de Redes y Servicios (PXS). El objetivo de este clúster es pues el de cubrir todos los componentes principales de un sistema de comunicaciones digitales (SCD).

En el caso de TDC, se repasarán brevemente algunos conceptos ya presentados en asignaturas como Principios de Telecomunicación y Sistemas de Comunicación (por ejemplo sobre señales y sistemas, emisores y receptores, ruido, muestreo, cuantificación). Estos conceptos representan los cimientos sobre los que se puede avanzar hacia un conocimiento más profundo de las comunicaciones digitales.

Finalmente, cabe destacar la importancia para la asignatura de TDC de dos herramientas matemáticas, Fourier (incluyendo convoluciones) y Probabilidad, que se introducen en el primer curso del grado y se desarrollan en las asignaturas de Señales y Sistemas y de Probabilidad y Procesos Estocásticos. TDC no es un curso de matemática básica para ingenieros, pero requiere un conocimiento de las propiedades de Fourier más utilizadas, de la separación y la relación entre los dominios temporales y frecuencial y los principales axiomas de probabilidad. Siendo una asignatura donde se ven muchas ecuaciones, no se pedirá la memorización de todas ellas, y se proporcionarán las fórmulas necesarias en los diferentes exámenes, excepto aquellas que aparecen continuamente durante todo el curso. Es muy recomendable haber aprobado las asignaturas de Cálculo y Métodos Numéricos y la de Álgebra Lineal y Matemática Discreta para no tener dificultades a la hora de seguir esta asignatura.

 

 

 

Competencias

Competencias transversalesCompetencias específicas

Instrumentales

  1. Comunicación oral y escrita en la propia lengua
  2. Capacidad de análisis y síntesis
  3. Conocimiento de una segunda lengua, en este caso el inglés
  4. Resolución de problemas
  5. Habilidades de gestión de la información

Interpersonales

  1. Planificación y organización del trabajo en equipo
  2. Capacitad crítica y autocrítica

Sistémicas

  1. Capacidad de aplicar los conocimientos a la práctica
  2. Capacidad de la estimación y programación del trabajo
  3. Aprendizaje continuo
  1. Capacidad de aplicar los conocimientos de matemáticas, ciencia e ingeniería
  2. Diseñar y ejecutar experimentos, así como analizar e interpretar los resultados
  3. Capacidad de diseñar un sistema, componente o proceso del ámbito de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones para que cumpla las especificaciones solicitadas.
  4. Capacidad para identificar, formular y resolver problemas de ingeniería.
  5. Capacidad de utilizar las técnicas y herramientas de la ingeniería moderna necesarias para la práctica en las ingenierías
  6. Diseñar y analizar las redes y los sistemas de comunicaciones 

 

Evaluación

La evaluación de TDC está diseñada en torno a un aprendizaje continuo por parte del alumno mediante el trabajo y la evaluación continuada, así como el feedback constante del profesorado sobre el trabajo de cada alumno.

Los elementos de evaluación de la asignatura se recogen en la siguiente tabla, que indica el peso de cada elemento de evaluación en la nota de la asignatura, las condiciones (mínimos) requeridas para aprobar, y qué elementos son recuperables (en julio ).

 

ELEMENTOS

PESO

RECUPERABLE

Pruebas

escritas
  • Pruebas escritas (1era prueba: bloques 1; 2nda prueba: bloque 2; 3ra prueba: bloque 3, 4rta prueba: bloque 4 y 5 )
    (Requisito: nota >=5 en cuatro de los bloques y >=4 en el bloque restante)
  •  60%
  •  Recuperable

Productos escritos
  • Actividades cortas en clase

(Requisito: nota >=5 de media en cada trimestre)
  • 15%
  •  No recuperable

Pruebas de ejecución
  • Prácticas ( pequeños tests + informes)

(Requisito: nota >=5 en los tests y en la nota global de prácticas)
  • 25%
  •   No recuperabl

Se realizarán cuatro pruebas escritas (a mediados de cada trimestre y durante el periodo de exámenes al final de cada trimestre) donde se evaluarán los conocimientos adquiridos durante el trimestre. Cada prueba escrita evaluará uno o dos bloques. El diseño de la asignatura de TDC es modular, siendo así un requisito imprescindible aprobar (> = 5.0) al menos cuatro de los cinco bloques y tener el bloque restante con una nota> = 4.0 para poder pasar la asignatura. En el caso de suspender algún bloque, el alumno tendrá la oportunidad de recuperarlo en el examen de julio.

Antes de cada seminario se publicará en Moodle una colección de problemas para que se trabajen individualmente antes de la sesión como una preparación previa al seminario. Estos problemas corresponden a conceptos o conocimientos tratados en clase de teoría y puestos en práctica en los laboratorios. Durante el seminario se pedirá a los estudiantes la resolución individual de algún problema similar a los entregados previamente. La evaluación de esta actividad no es recuperable y vale un 15% de la nota total. En cada trimestre, la media de las tres mejores notas obtenidas (de las cuatro posibles por trimestre ) a las actividades cortas en clase debe ser superior o igual a 5.0 para poder aprobar la asignatura.


Las prácticas de la asignatura de TDC constarán de 8 sesiones de 2 horas cada una. En estas sesiones, el alumno utilizará Matlab para resolver problemas típicos y ejemplos prácticos utilizando los conceptos vistos en teoría.

Para las prácticas del segundo trimestre, correspondientes a los temas de modulación, cada grupo de estudiantes (1-2 personas) deberán escoger una imagen que se utilizará como los datos a transmitir y a recibir en el diseño de un sistema de comunicaciones digitales. A lo largo de las prácticas se verán todas las etapas del SCD, desde preparar la imagen (formateado, cuantificación) para ser transmitida por un canal hasta estudiar la influencia de este canal (por ejemplo, ruido) a la hora de recibir (detectar) la imagen con una calidad suficiente o las diferentes posibilidades para modular la información. De manera similar a los seminarios, los alumnos deberán resolver un pequeño test al inicio de cada práctica con preguntas relacionadas con un estudio previo. La media de estos pequeños tests sobre las prácticas valdrá un 30% de la nota de prácticas y deberá ser superior o igual a 5.0 para poder aprobar las prácticas. El restante 70% de la nota de prácticas de Matlab surgirá de los informes entregados a la resolución de los ejercicios propuestos en las prácticas. Estos informes se entregarán a través de Moodle, individualmente, como máximo 48 horas después de la finalización de la sesión de prácticas. Además, al finalizar la sesión de prácticas se pedirá que cada grupo entregue lo que se ha hecho durante la sesión, que servirá para validar lo que se presentará 48 horas después.

Para las prácticas del segundo trimestre, correspondientes a los temas de codificación, se propondrá un proyecto de batalla naval (adaptación del juego "Hundir la flota"). El objetivo de este proyecto será la programación de un bloque codificador y su correspondiente decodificador, para un canal binario de transmisión con ruido. La evaluación dependerá del nivel alcanzado en las diferentes partidas (distribuidas a lo largo del trimestre) y la presentación final del proyecto. Más información sobre el "Proyecto Naval" se distribuirá junto con las bases del proyecto.

La nota final de prácticas deberá ser ser superior o igual a 5.0 en cada trimestre para aprobar la asignatura.

Muy importante: habrá una política estricta de tolerancia cero hacia las copias o plagiarismo. La consecuencia inmediata a la mínima sospecha será informar al equipo directivo de la ESUP para la apertura de un expediente académico y las consecuentes acciones disciplinarias.

 

Contenidos

El diseño de la asignatura de TDC está constituido por siete bloques de contenido obligatorio. Estos siete bloques responden a una lógica disciplinar y curricular, siguiendo el esquema típico de un sistema de comunicaciones digitales.

Bloques de contenido

- Bloque de contenido 1. Introducción a las comunicaciones digitales. Transmisión y demodulación digital en bande base

 

1ra prueba escrita

- Bloque de contenido 2. Transmisión y demodulación digital en paso banda

2nda prueba escrita (final 2ndo trimestre)

 - Bloque de contenido 3. Codificación de fuente

3ra prueba escrita

- Bloque 4. Codificación de canal: caracterización del canal

• Tema 10. Canal de información
• Tema 11. Capacidad de canal

- Bloque de contenido 5. Codificación de canal: diferentes tipos de códigos

• Tema 12. Códigos lineales
• Tema 13. Códigos cíclicos
• Tema 14. Códigos convolucionalse

4rta prueba escrita (final 3er trimestre)

 

Organización y concreción de los contenidos

 Bloque de contenido 1. Introducción a las comunicaciones digitales. Transmisión y demodulación digital en banda base

Conceptos

Procedimientos

Actitudes

1. Esquema de un sistema de comunicaciones digitales

2. Sistema analógico vs. digital

3. Conceptos básicos de comunicaciones analógicas y digitales: muestreo, cuantificación, transmisión en banda base

4. Detección en canales con ruido

5. Probabilidades de error de símbolo

6. Interferencia inter-simbólica (ISI)

7. Técnicas para reducir la ISI: filtros conformadores y ecualización

 

 

1. Diseño de diagramas de bloques

2. Preparación de una exposición

3. Extracción de información relevante y resumen de un texto

4. Resolución de problemas sobre muestreo, cuantificación, transmisión en banda base


5. Extracción de información relevante y resumen de un texto técnico en inglés

6. Resolución de problemas de conceptos de transmisión en banda base

7.Explicació en la pizarra de problemas resueltos

8. Cálculo de probabilidades de error

9. Diseño de filtros conformadores y de ecualización

10. Análisis de curvas de probabilidades de error

1. Razonamiento y uso de conocimientos previos

2.Trabajo colaborativo por parejas

3. Especificidad y concreción

4.Capacitad crítica respecto al trabajo propio y de los demás

5.Participación activa en las clases magistrales y los seminarios

6. Extraer y resumir los conceptos más importantes de un tema

7. Razonar y analizar los problemas antes de aplicar métodos más mecánicos

8. Aplicar la teoría a la práctica

9. Análisis de textos técnicos en inglés 

Bloque de contenido 2. Transmisión y demodulació digital en paso banda

 

Conceptos

Procedimientos

Actitudes

1.Estructura del receptor y filtros óptimos

2. Espacio de la señal

3. Modulación/demodulación con portadora y detección

4. Diferentes formas de onda para la modulación y detección coherente

5. Detección no coherente

6. Probabilidades de error de BPSK y BFSK

7.Probabilidades de error para modulaciones no binarias

8. Objetivos y restricciones de un sistema de comunicaciones digitales

9. Planos de probabilidad de error y de eficiencia del ancho de banda

10. Sistemas limitados en potencia o en ancho de banda

1. Representación de señales en el espacio de la señal con o sin el método de Gram-Schmidt

2. Simulación con software de conceptos de transmisión en paso banda

3. Extracción de información relevante y resumen de un texto técnico en inglés

4. Resolución de problemas de conceptos de transmisión y pasa parte

5. Explicación en la pizarra de problemas resueltos

6. Cálculo de probabilidades de error

 7. Resolución de problemas de diseño de un sistema de comunicaciones

 

1. Razonamiento y uso de conocimientos previos

2. Trabajo colaborativo por parejas

3. Extraer y resumir los conceptos más importantes de un tema

4. Raonar y analizar los problemas antes de aplicar métodos más mecánicos

5. Aplicar la teoría a la práctica

6. Anàlisis de textos técnicos en inglés

7. Autoevaluación y autocrítica de trabajos propios

8. Participación activa en las clases magistrales y los seminarios

 9. Reconocimiento e  interés sobre el trabajo de científicos clave en las comunicaciones digitales

Bloque de contenido 3. Codificación de fuente

Conceptos

Procedimientos

Actitudes

1. Probabilidad discreta y condicional

2. Fuente de información

3. Códigos y esquemas de codificación. Códigos óptimos.

4. Unicidad e instantaneidad

5. Entropía

6. Extensiones de fuente

7. Entropía condicional

8. Información mutua

1. Cálculo de probabilidades

2. Uso de las propiedades básicas de probabilidad

3. Descripción de las fuentes de información, los códigos y los esquemas de codificación

4. Clasificación de los códigos en unívocos e instantáneos

5. Cálculo de la longitud media y de la eficiencia de un código

6. Utilización de la desigualdad de Kraft

7. Cálculo de la entropía y de la información mutua

8. Uso de las extensiones de fuente

 

1. Razonamiento y uso de conocimientos previos

2. Trabajo colaborativo por parejas

3. Extraer y resumir los conceptos más importantes de un tema

4. Razonar y analizar los problemas antes de aplicar métodos más mecánicos

5. Aplicar la teoría a la práctica

6. Participació activa en las clases magistrales y los seminarios

 

Bloque de contenido 4. Codificación de canal: caracterización de canal

Conceptos

Procedimientos

Actitudes

1. Canal de información

2. Distancia de las palabras de código

3. Reglas de decodificación

4. Redundancia

5. Capacidad de canal

 

1. Cálculos de probabilidad de canal condicionados a entrada o salida

2. Aplicación de las reglas de decisión

3. Cálculo de las tasas de transmisión y de la capacidad del canal

4. Cálculo de probabilidad de error


 


 

1. Razonamiento y uso de conocimientos previos


2. Extraer y resumir los conceptos más importantes de un tema

3. Razonar y analizar los problemas antes de aplicar métodos más mecánicos

4. Aplicar la teoría a la práctica


5. Participación activa en las clases magistrales y los seminarios

 

 

Bloque de contenido 5. Codificación de canal: Diferentes tipos de códigos

Conceptos

Procedimientos

Actitudes

1. Códigos lineales

2. Matriz generadora, matriz de paridad y síndromes

3. Códigos cíclicos, polinomio generador

4. Códigos convolucionales y algoritmo de Viterbi

 

1. Diseño de las matrices generadoras y de paridad, y generación de códigos mediante estas matrices

2. Decodificación para cálculo de síndromes y por matriz estándar

3. Construcción de códigos cíclicos y decodificación

4. Construcción de códigos convolucionales y decodificación por Viterbi

 

 

 

 

1.Razonamiento y uso de conocimientos previos

2. Trabajo colaborativo por parejas

3. Extraer y resumir los conceptos más importantes de un tema

4. Razonar y analizar los problemas antes de aplicar métodos más mecánicos

5.Aplicar la teoría a la práctica

6.Participación activa en las clases magistrales y los seminarios

 

 

Metodología

Enfoque metodológico de la asignatura

El objetivo principal del diseño de la asignatura de TDC es el de implicar al estudiante de forma continua en el desarrollo de la asignatura mediante la evaluación continua y el estudio personal como complemento imprescindible a las clases magistrales. La dificultad de esta asignatura hace que este trabajo continuo a lo largo de los dos trimestres sea fundamental para alcanzar los conocimientos mínimos que se requieren.

La metodología EEES conlleva una configuración del ciclo de aprendizaje que divide las actividades en presenciales y no presenciales, representando las primeras un 35% de la carga total de trabajo de la asignatura y, consecuentemente, un 56% de trabajo del estudiante fuera del aula. Hay tres tipos de clases presenciales: las magistrales, los seminarios y las prácticas. Las primeras se realizan con el conjunto de alumnos de la asignatura y representan un 50% del total (42 horas, 21 sesiones de 2 horas semanales), dejando un 22% (16 horas, 8 sesiones de dos horas) de las clases presenciales por los seminarios, donde hay un número reducido de estudiantes y un 22% por las prácticas (16 horas, 8 sesiones de dos horas, mayoritariamente bisemanales).

GRADO

Trabajo del estudiante

65%

Docencia

35%

Magistralidad

56%

(grupo grande)

Seminarios

22%

(grupo pequeño)

Prácticas

22%

(grupo mediano)

 

 

Recursos

Bibliografía básica (soporte papel y electrónico)

  Bibliografía complementaria  (soporte papel y electrónico)

J. G. Casas ,“Introducción a la Teoría de Códigos, Teoría de la Información y Criptografía”, Univ. Nacional Autónoma de México

Recursos didácticos. Material docente de la asignatura

 -Transparencias de cada sesión magistral en el Moodle. 

 - Ejercicios, documentos adicionales, referencias web, diferente material disponible en el Moodle de la asignatura

Recursos didácticos. Materiales y herramientas de soporte

- Basics of Information Theory

- The Error Correcting Codes (ECC) Page:

- Wikipedia: Category:Information theory

- Problemas adicionales