34991 - PROGETTO DI ELETTRONICA E TELECOMUNICAZIONI LM

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente acquisisce la capacità di affrontare un problema complesso di carattere progettuale, di formulare le specifiche tecniche in base agli obiettivi prefissi e di procedere al progetto di un sistema elettronico o delle telecomunicazioni che risponda a tali specifiche.

Contenuti

Modulo 1.

Questo modulo introduce lo studente alla programmazione di sistemi per l'elaborazione numerica dei segnali (DSP) e alla programmazione model-based di sistemi embedded. Viene dapprima illustrata l'architettura di sistema e l'ambiente di programmazione. Successivamente, lo studente esegue numerose esperienze di laboratorio riguardanti l'implementazione di algoritmi che operano in tempo reale su DSP e esperienze di laboratorio che prevedono l'utilizzo di Matlab/Simulink. Fra essi:

• Implementazione di filtri digitali FIR e IIR e loro caratterizzazione;
• Implementazione di filtri adattativi basati sull'algoritmo LMS;
• Effetti audio;
• Sistemi di analisi spettrale dei segnali basati su FFT;
• Sistemi di trasmissione numerica.

Modulo 2.

Durante il modulo verranno approfonditi aspetti legati al settore della progettazione elettronica, con particolare riferimento:

• alla modellizzazione, progettazione e fabbricazione di schede a circuito stampato (PCB)
• all'uso di programmi CAD Electronic Design Automation (EDA) per il progetto di sistemi elettronici a componenti discreti

Il modulo illustrerà elementi legati alla tecnologia di fabbricazione di schede PCB, fornirà fondamenti di signal/power integrity, descriverà il flusso di progetto per schede PCB, affronterà problematiche di realizzazione del layout e approfondirà tecniche di progetto di schede PCB multistrato.

Modulo 3.

Questo modulo introduce lo studente alle tecniche avanzate di statistical signal processing in uso nelle reti di telecomunicazioni moderne, con riferimento sia a tematiche consolidate che a soluzioni innovative. Il programma prevede lezioni frontali ed esercitazioni in laboratorio in ambiente MATLAB. Le attività specifiche includono:

• Introduzione alle tecniche base di machine learning e statistical signal processing: regressione lineare e non lineare, gradiente stocastico, algoritmi di detection e classificazione, clustering.
• Implementazione ed utilizzo degli algoritmi visti a lezione per la risoluzione di alcuni problemi comuni nei sistemi di telecomunicazioni.

Testi/Bibliografia

Modulo 1.

Le dispense fornite dal docente, i testi delle esercitazioni di laboratorio (resi disponibili online in formato elettronico sul repository istituzionale) e alcuni tutorial Mathworks rappresentano uno strumento sufficiente per lo svolgimento del modulo. I seguenti volumi possono tuttavia essere utili allo studenti ai fini di consultazione:

• T.B. Welch, C.H.G. Wright, and M.G. Morrow, Real-Time Digital Signal Processing. CRC Press, 2006.
• R. Chassaing, Digital Signal Processing and Applications with the C6713 and C6416 DSK. Wiley Interscience, 2005.
• R. Chassaing, Digital Signal Processing: Laboratory Experiments Using C and the TMS320C31 DSK. Wiley Series on Topics in Signal Processing, 1999.

Alcune delle esercitazioni di laboratorio proposte sono tratte dal secondo volume della lista precedente.

Modulo 2.

Le dispense presentate a lezione vengono messe a disposizione dello studente in formato elettronico nei repository istituzionali. I seguenti volumi possono tuttavia essere utili allo studenti ai fini di consultazione e approfondimento:

• S. C. Thierauf, High-Speed Circuit Board Signal Integrity, Artech House, 2004
• H. B. Bakoglu , Circuits, Interconnections and Packaging for VLSI, Addison-Wesley, 1990.

Modulo 3.

Il docente renderà disponibili in formato elettronico, sui repository istituzionali, le dispense presentate a lezione.

Di seguito alcuni testi consigliati:

• C. M. Bishop, Pattern Recognition and Machine Learning, Springer, 2007.
• J. Watt, R. Borhani, A. K. Katsaggelos, Machine Learning Refined: Foundations, Algorithms, and Applications, Cambridge University Press, 2020.
• I. Goodfellow, Y. Bengio, A. Courville, Deep Learning, MIT Press, 2016.
• R. M. Gray, L. D. Davisson, An Introduction to Statistical Signal Processing, Cambridge University Press, 2012.
• M. Mitzenmacher, E. Upfal, Probability and Computing: Randomized Algorithms and Probabilistic Analysis, Cambridge University Press, 2005.

Metodi didattici

Modulo 1.

L'attività didattica avrà luogo prevalentemente presso il Laboratorio di Elettronica e Telecomunicazioni e sarà per la maggior parte dedicata allo svolgimento di esperienze di laboratorio nelle quali verranno implementati algoritmi per l'elaborazione numerica dei segnali. Tali esperienze di laboratorio verranno eseguite dagli studenti in gruppi (tipicamente due studenti per gruppo). Sono previsti anche alcuni momenti di lezione frontale, finalizzati alla presentazione delle esperienze di laboratorio che si andranno a svolgere e, ove necessario, al richiamo di alcuni elementi di teoria utili per comprendere le esercitazioni stesse.

Modulo 2.

L'attività didattica sarà dedicata sia a lezioni teoriche in aula che a lezioni pratiche da svolgersi presso il Laboratorio di Elettronica e Telecomunicazioni al fine di apprendere l'uso di strumenti CAD EDA per la progettazione di sistemi elettronici a componenti discreti basati su schede a circuito stampato (PCB) . Oltre alla normale attività didattica, potranno essere previsti durante il corso alcuni seminari tenuti da esperti del settore, di estrazione universitaria e aziendale.

Modulo 3.

Il modulo prevede lezioni frontali, per introdurre gli argomenti specifici e approfondire gli aspetti più operativi, ed esercitazioni pratiche in laboratorio. Particolare enfasi è data alle esercitazioni, che sono essenziali per poter acquisire una comprensione completa delle tecniche introdotte a lezione. Allo scopo di motivare lo studente e stimolarne l'interesse, ciascuna esercitazione è strutturata in modo da conseguire determinati obiettivi pratici funzionali allo svolgimento delle esercitazioni successive. Le esercitazioni sono inoltre pensate per stimolare la capacità degli studenti a lavorare in gruppo. 

 

Nota - In considerazione della tipologia di attività e dei metodi didattici adottati, la frequenza di questa attività formativa richiede la preventiva partecipazione di tutti gli studenti ai Moduli 1 e 2 di formazione sulla sicurezza nei luoghi di studio, in modalità e-learning. 

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Modulo 1.

L'apprendimento viene verificato mediante l'assegnazione, da parte del docente, di un progetto che ciascun gruppo di studenti dovrà sviluppare ed implementare su DSP. Ciascun gruppo di studenti dovrà produrre una relazione, nella quale devono essere chiariti l'obiettivo del progetto, la soluzione identificata, una descrizione dell'algoritmo sviluppato, tutti i file sorgenti sviluppati, e il contributo individuale di ciascun componente del gruppo nell'ambito del progetto. A valle della consegna della relazione al docente, ciascun gruppo verrà chiamato a presentare al docente il proprio progetto, rispondendo a domande orali inerenti il progetto sviluppato.

Modulo 2.

Gli studenti dovranno sviluppare un progetto di circuito elettronico e la relativa implementazione su scheda PCB a 4 strati, redigendo una relazione in cui dovranno essere evidenziate le principali scelte progettuali.L'esame consisterà nella discussione della relazione da parte dello studente e in un colloquio orale volto a verificare la conoscenza dei contenuti presentati nel corso. Costituiranno elementi di valutazione la conoscenza e l'applicazione dei concetti e delle tecniche di progetto presentate durante il corso, la padronanza dei concetti presentati, l'uso corretto del linguaggio tecnico della disciplina.

Modulo 3.

La verifica dell'apprendimento avviene tramite una prova finale che intende valutare la capacità dello studente nel saper utilizzare le conoscenze acquisite a lezione per risolvere alcuni problemi comuni nei sistemi di telecomunicazioni. La prova consiste in un colloquio orale, in cui si chiede allo studente di illustrare una relazione finale sulle esperienze effettuate in laboratorio e su eventuali progetti di fine corso.

Strumenti a supporto della didattica

Modulo 1.

Il modulo prevede l'uso di kit di sviluppo Texas Instruments TMS320C6713, programmati mediante ambiente di sviluppo Code Composer Studio. I kit di sviluppo DSP verranno interfacciati con strumenti di laboratorio quali il generatore di funzioni e l'oscilloscopio. Il modulo prevede anche l'utilizzo di Matlab/Simulink per la parte di programmazione model-based.

Modulo 2.

Oltre alla normale dotazione delle aule didattiche, il modulo prevede l'uso del laboratorio di elettronica e di workstation CAD equipaggiate con software CAD EDA per la progettazione di PCB.

Modulo 3.

PC dotati di sistema operativo Windows e MATLAB.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Enrico Paolini

Consulta il sito web di Aldo Romani

Consulta il sito web di Enrico Testi