TRANSMISIÓN DIGITAL (Curso 2008/9)

TRANSMISIÓN DIGITAL
(Curso 2008/9)
Departamento responsable: Ingeniería de
Telecomunicación
Titulación: Ingeniería Técnica de Telecomunicación.
Especialidad Telemática
Curso: 2º
Carácter: Troncal
A) PROFESORADO
Damián Martínez Muñoz (Despacho B-211).
E-mail: [email protected]
Web: http://www4.ujaen.es/~damian
Horario Tutorías: Lunes 16:30-18:30, Martes 16:30-17:30 y 18:30-19:30, y Jueves
17:30-19:30.
B) CARGA LECTIVA
Clases teóricas (4 horas semanales) y prácticas (2 horas)
Grupos de prácticas: Martes 19:30-21:30 (aula B-116), Jueves 19:30-21:30 (aula
A-009-C)
C) PROGRAMA DE LA ASIGNATURA
BLOQUE 1: INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DE TRANSMISIÓN DIGITAL
TEMA 1: INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DE TRANSMISIÓN DIGITAL
1.1 Clasificación de señales
1.1.1 Señales aleatorias y deterministas
1.1.2 Señales periódicas y no periódicas
1.1.3 Señales continuas/discretas y analógicas/digitales
1.1.4 Señales de energía finita y de potencia media finita
1.1.5 Función impulso unidad
1.2 Densidad Espectral
1.2.1 Densidad Espectral de Energía
1.2.2 Densidad Espectral de Potencia
1.3 Autocorrelación
1.3.1 Autocorrelación de una señal de energía finita
1.3.2 Autocorrelación de una señal de potencia media finita
1.4 Señales Aleatorias
1.4.1 Variables aleatorias
1.4.1.1 Valores medios
1.4.2 Procesos estocásticos
1.4.2.1 Promedios estadísticos de un proceso estocástico
1.4.2.2 Estacionaridad
1.4.2.3 Autocorrelación de un proceso estocástico WSS
1.4.3 Media temporal y ergodicidad
1.4.4 Densidad espectral de potencia de un proceso estocástico
1.4.5 EL Ruido en los Sistemas de Transmisión
1.4.5.1 Ruido Blanco
1.5 Transmisión de Señal a través de Sistemas Lineales
1.5.1 Respuesta Impulsiva
1.5.2 Función de Transferencia en Frecuencia
1.5.2.1 Procesos Estocásticos y Sistemas Lineales
1.5.3 Transmisión Sin Distorsión
1.5.3.1 Filtro Ideal
1.5.3.2 Filtros Realizables
1.5.4 Señales, Circuitos y Espectro
1.6 Ancho de Banda
1.6.1 Banda base y Paso banda
1.6.2 Criterios de definición del Ancho de Banda
1.7 El Sistema de Transmisión Digital
1.7.1 ¿Por qué se utilizan los Sistemas Digitales?
1.7.2 Diagrama de Bloques de un Sistema de Transmisión Digital
1.7.3 Vocabulario Básico en un sistema de transmisión
1.7.4 Medidas de calidad analógicas y digitales
1.8 Clasificación de los Sistemas de Transmisión
1.8.1 Transmisión serie y paralela
1.8.2 Transmisión símplex, semidúplex y dúplex
1.8.3 Transmisión síncrona y asíncrona
1.8.3.1 Transmisión asíncrona
1.8.3.2 Transmisión síncrona
BLOQUE 2: CONVERSIÓN DE FORMATO Y CODIFICACIÓN DE FUENTE
TEMA 2: MUESTREO
2.1 Introducción
2.2 Aproximación intuitiva al muestreo
2.3 Teorema del muestreo
2.4 Muestreo teórico o ideal
2.5 Muestreo práctico natural
2.6 Muestreo práctico instantáneo
2.7 Solapamiento
TEMA 3: CUANTIFICACIÓN
3.1 INTRODUCCIÓN
3.2 Clasificación de los Cuantificadores
3.3 Ruido de cuantificación
3.3.1 Espectro del ruido de cuantificación
3.4 Cuantificador Uniforme
3.5 Cuantificación no uniforme
3.5.1 Cuantificador óptimo. Algoritmo de Max-Lloyd
3.5.2 Cuantificación robusta
3.6 Cuantificación adaptativa
3.7 Cuantificación vectorial
3.7.1 Cuantificación vectorial óptima
3.7.2 Cuantificación vectorial en árbol
3.7.3 Cuantificación Vectorial Multietapa
TEMA 4: CODIFICACIÓN ENTRÓPICA
4.1 Conceptos básicos
4.1.1 Medida de la Información
4.1.2 Definición de entropía
4.1.3 Entropía conjunta y entropía condicionada
4.1.4 Información mutua
4.1.5 Capacidad de un canal
4.2 Modelos de Fuente
4.2.1 Fuente Discreta sin Memoria
4.3 Códigos reductores de redundancia estadística
4.3.1 Definiciones previas
4.3.2 Códigos Shift
4.3.3 Códigos B
4.3.4 Código Huffman
4.3.5 Código Huffman de mínima varianza
4.3.6 Codificación Aritmética
4.4 Conclusiones
TEMA 5: TÉCNICAS DE TRANSFORMACIÓN
5.1 Técnicas de Transformación
5.2 Modulación por Impulsos Codificados (MIC)
5.2.1 Tratamiento de las señales
5.2.2 Cuantificación en MIC
5.2.3 Codificación de las muestras
5.2.4 Realización práctica del codificador MIC Ley A
5.2.5 Decodificación de MIC Ley A
5.2.6 Evaluación de la distorsión de cuantificación
5.3 MIC Diferencial (MICD o DPCM)
5.3.1 Introducción a la codificación diferencial
5.3.2 Ganancia de Predicción
5.3.3 Errores en MIC Diferencial
5.4 MIC Diferencial Adaptativo (ADPCM)
5.4.1 MICDA a 32 kb/s
5.5 Modulación Delta (MD)
5.5.1 Análisis del Sistema
5.5.2 MD Adaptativa
5.6 Codificación por Transformada
5.6.1 Transformada óptima
5.6.2 Transformadas sub-óptima
5.6.2.1 Transformada de Hadamard Discreta
5.6.2.2 Transformada Discreta de Fourier
5.6.2.3 Transformada del Coseno Discreta
5.7 Codificación Sub-banda
5.7.1 Diezmado
5.7.2 Interpolación
5.7.3 Técnica de codificación Sub-banda
5.8 Codificación de Análisis/Síntesis
5.8.1 Modelo de generación de la voz
5.8.2 Codificación por Predicción Lineal
5.8.3 Vocoder
5.9 Codificación Híbrida
5.9.1 Codificación con predicción en el cuadro
5.10 Codificación de audio usando técnicas psicoacústicas: El algoritmo ISO-MPEG
5.10.1 Introducción al algoritmo ISO-MPEG
5.10.2 Psicoacústica. Nociones básicas
5.10.3 Algoritmo ISO-MPEG. Capa II
5.10.4 Comentario final sobre el Algoritmo ISO-MPEG
5. 11 Estudio Comparativo de las diferentes técnicas de codificación
BLOQUE 3: CODIFICACIÓN DE CANAL
TEMA 6: CODIFICACIÓN DE FORMA DE ONDA
6.1 Señales antipodales y ortogonales
6.2 Codificación de forma de onda con Detección por Correlación
6.3 Códigos Ortogonales
6.4 Códigos biortogonales
6.5 Códigos transortogonales (simplex)
TEMA 7: CODIFICACIÓN DE SECUENCIAS ESTRUCTURADAS
7.1 Introducción
7.2 Tipos de Control de Error
7.2.1 Conectividad de terminales
7.2.2 Petición automática de retransmisión (ARQ)
7.3 Secuencias estructuradas
7.3.1 Modelos de canal
7.3.1.1 Canales discretos sin memoria
7.3.1.2 Canal Binario Simétrico
7.3.1.3 Canal Gaussiano
7.3.2 Tasa de codificación y redundancia
7.3.3 Códigos con chequeo de paridad sencillos
7.3.3.1 Códigos con chequeo de paridad simple
7.3.3.2 Códigos rectangulares
7.3.4 Ganancia de codificación
TEMA 8: CÓDIGOS DE BLOQUE LINEALES
8.1 Introducción
8.2 Aproximación Algebraica a los códigos de bloque
8.2.1 Espacios vectoriales
8.2.2 Subespacios vectoriales
8.3 Matriz Generatriz
8.4 Chequeo de Paridad. Concepto de Síndrome
8.5 Detección y Corrección de errores
8.5.1. Definiciones Previas
8.5.2 Criterios de detección y corrección de errores
8.5.3 Tabla de decodificación y array estándar
8.5.4 Representación en el espacio
8.5.5 Corrección de borrado
8.6 Códigos lineales conocidos
8.6.1 Códigos Hamming
8.6.2 Códigos duales
8.6.3 Códigos de longitud máxima
8.6.4 Códigos Reed-Muller
8.7 Códigos cíclicos
8.7.1 Propiedades de los códigos cíclicos binarios
8.7.2 Algoritmos de codificación para códigos cíclicos
8.7.3 Detección y corrección de errores con códigos cíclicos
8.7.4 Clases especiales de códigos cíclicos
8.7.4.1 Códigos Hamming
8.7.4.2 Código Golay
8.7.4.3 Código Golay extendido
8.7.4.4 Códigos Bose-Chaudhuri-Hocquenghem (BCH)
8.7.4.5 Códigos Reed-Solomon
8.7.4.6 Secuencias Pseudoaleatorias
8.8 Detección y corrección de errores a ráfagas
8.8.1 Códigos de Fuego
8.8.2 Códigos con Entrelazado (Interleaving)
TEMA 9: CÓDIGOS CONVOLUCIONALES
9.1 Introducción
9.2 Codificación convolucional
9.3 Representación del codificador convolucional
9.3.1 Representación del conexionado
9.3.1.1 Respuesta impulsiva del codificador
9.3.1.2 Representación polinómica
9.3.2 Representación de estados y diagrama de estados
9.3.3 Diagrama en árbol
9.3.4 El diagrama Trellis
9.4 Formulación de la decodificación convolucional
9.4.1 Decodificación según criterio de máxima verosimilitud
9.4.2 Modelos de canal: decisiones duras y blandas
9.4.2.1 Canal binario simétrico
9.4.2.2 Canal Gaussiano
9.4.3 El algoritmo de decodificación convolucional de Viterbi
9.4.4 Un ejemplo de aplicación del algoritmo de Viterbi
9.4.5 Memoria necesaria y sincronización
9.5 Propiedades de los códigos convolucionales
9.5.1 Distancia de los códigos convolucionales
9.5.1.1 Corrección de errores de los códigos convolucionales
9.5.2 Códigos convolucionales sistemáticos y no sistemáticos
9.5.3 Códigos catastróficos
9.5.4 Límites del rendimiento de códigos convolucionales
9.5.5 Ganancia de codificación
9.5.6 Códigos convolucionales más conocidos
9.6 Otros algoritmos de decodificación
9.6.1 Decodificación Secuencial
9.6.2 Comparación entre la decodificación Secuencial y de Viterbi
9.7 Códigos Concatenados y Entrelazados
9.7.1 Entrelazado de Bloque
9.7.2 Entrelazado Convolucional
9.7.3 Códigos Concatenados
9.8 El Compact Disc para Audio Digital
9.8.1 Codificación CIRC
9.8.2 Decodificación CIRC
9.8.3 Interpolación y Mute
BLOQUE 4: MULTIPLEXACIÓN Y ACCESO MÚLTIPLE
TEMA 10: MULTIPLEXACIÓN Y ACCESO MÚLTIPLE
10.1 Introducción
10.2 Multiplexación/Acceso Múltiple por División en Frecuencia (FDM/FDMA)
10.2.1 Multiplexación por División en Frecuencia de canales telefónicos
10.2.2 Acceso Múltiple por División en Frecuencia en sistemas vía satélite.
10.3 Multiplexación/Acceso Múltiple por División en el Tiempo (TDM/TDMA)
10.3.1 Multiplexación por División en el Tiempo para canales telefónicos
10.3.1.1 Múltiplex MIC
10.3.1.2 Múltiplex Digital
10.4 Comparación entre FDM/FDMA y TDM/TDMA
10.4.1 Régimen binario equivalente en FDMA y TDMA
10.4.2 Retardos de mensaje en FDMA y TDMA
10.5 Multiplexación/Acceso Múltiple por División de Código (CDM/CDMA)
BLOQUE 5: TECNICAS DE ESPECTRO ENSANCHADO
TEMA 11: TECNICAS DE ESPECTRO ENSANCHADO
11.1 Introducción
11.2 Características de las técnicas de Espectro Ensanchado
11.3 Secuencias Pseudoaleatorias
11.4 Sistemas de Espectro Ensanchado por secuencia directa
11.4.1 Ejemplo de Secuencia Directa
11.4.2 Rendimiento y ganancia
11.5 Espectro ensanchado por salto de frecuencia
11.5.1 Ejemplo de salto de frecuencia
11.5.2 Robustez
11.5.3 Salto de frecuencia con repetición
11.5.4 Salto rápido frente a salto lento
11.5.5 Modulación MFSK con saltos de frecuencia
11.5.6 Demodulador MFSK
11.6 SINCRONIZACIÓN
11.6.1 Adquisición
11.6.1.1 Adquisición con búsqueda en paralelo
11.6.1.2 Adquisición con búsqueda en serie
11.6.1.3 Adquisición por estimación secuencial
11.6.2 Seguimiento (Tracking en inglés)
11.7 Aplicaciones de las técnicas de espectro ensanchado
11.7.1 Acceso múltiple por división del código
11.7.2 Canales con Multitrayecto
11.7.3 Defensa contra interferencias mal intencionadas (Jamming)
D) PRACTICAS DE LABORATORIO
Las prácticas se realizarán utilizando el lenguaje de programación Matlab.
PRACTICA 1: INTRODUCCIÓN A MATLAB (según guión preparado al efecto)
PRACTICA 2: CODIFICACIÓN DE FUENTE (según guión preparado al efecto)
PRACTICA 3: CODIFICACIÓN DE CANAL (según guión preparado al efecto)
PRACTICA 4: TÉCNICAS DE ESPECTRO ENSANCHADO (según guión preparado al
efecto)
E) SISTEMA DE EVALUACIÓN
Para aprobar la asignatura es imprescindible obtener una calificación superior o igual a 5 tanto en el
examen de teoría como en el de prácticas. La calificación final se obtendrá al realizar la media
ponderada entre las notas obtenidas en ambos exámenes conforme a la siguiente ecuación:
Nota Final = 0.75 * Nota Teoría + 0.25 * Nota Prácticas
F) BIBLIOGRAFÍA
Transparencias de clase.
Apuntes de la asignatura.
Digital Communications. Fundamentals and applications.
B. Sklar. Prentice-Hall
Digital Transmission Theory
Benedetto y otros. Prentice-Hall
Digital Communications
Proakis. McGraw-Hill
Redes de ordenadores
A.S. Tanembaum. Prentice-Hall
Theory and Practice of Error Control Codes
R.E. Blahut. Addison-Wesley