Obiettivi formativi
Gli obiettivi del corso, in termini di conoscenza e comprensione, sono i seguenti:
- fornire allo studente una panoramica sui principali sistemi di telecomunicazioni, con particolare attenzione ai sistemi wireless.
Le capacità di applicare le conoscenze e comprensione elencate sopra risultano
essere in particolare:
- comprendere il principio di funzionamento di un sistema di telecomunicazione a partire dalla sua architettura.
Prerequisiti
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Contenuti dell'insegnamento
Introduzione ai sistemi di telecomunicazione. Il modello ISO-OSI. Caratteristiche di propagazione del canale radio. Metodi di accesso (con assegnazione fissa delle risorse e a contesa). Rumore di comunicazione. Dimensionamento di rete cellulare. Reti di area personale (PAN). Evoluzione dei sistemi cellulari da 2G a 3G: GSM, GPRS, UMTS. Reti di area locale (WLAN): protocolli 802.11 e casi reali. Sistemi cellulari 4G: Long Term Evolution (LTE).
Programma esteso
LEZIONE 1: Introduzione al corso. Cenni su caratterische di propagazione: guadagno di potenza, perdita di trasmissione e uso di ripetitori.
LEZIONE 2: Principi di trasmissione radio. Modi di propagazione, formula di Friis ed evanescenza.
LEZIONE 3: Il modello ISO-OSI: i 7 livelli (applicazione, presentazione, sessione, trasporto, rete, data link, fisico), i
compiti dei vari livelli, i protocolli dei vari livelli.
LEZIONE 4: Modello ISO-OSI: stack protocollare TCP/IP (a 5 livelli: applicazione, trasporto, rete, data link, fisico).
Livello fisico: struttura generale di un sistema di comunicazione; modulazioni analogiche (AM, FM, PM); modulazione digitale (ASK, FSK, PSK); QPSK, rappresentazione discreta e costellazione.
LEZIONE 5: Livello fisico: distorsioni, efficienza spettrale; sistema di comunicazione con AWGN e rivelazione del simbolo trasmesso con regioni di decisione; calcolo della BER nel caso di BPSK.
LEZIONE 6: Livello MAC: assegnamento fisso delle risorse: TDMA, FDMA e CDMA.
Modulazione a spettro espanso (idea, sequenze PN ed autocorrelazione). Direct sequence spread spectrum (DSSS): formulazione generale, struttura di trasmettitore e ricevitore, impatto dell'interferenza a banda stretta. Sistemi CDMA con interferenza da accesso multiplo.
LEZIONE 7: Livello MAC: assegnamento fisso delle risorse: FDD e TDD. Limitazioni di FDMA (interferenza da
canali adiancenti), TDMA (sync). Limitazione da accesso multiplo in CDMA e calcolo di N_max per cella.
LEZIONE 8: Livello MAC: assegnamento fisso delle risorse.
Rumore termico. Temperatura equivalente di rumore. Cifra di rumore. Sensitività di un ricevitore.
LEZIONE 9: Livello MAC: assegnamento fisso delle risorse: Confronto fra FDMA, TDMA, CDMA sulla base di flessibilità di formato, robustezza ad evanescenza selettiva in frequenza, capacità di sistemi (per esempio, AMPS e GSM) e accenno ad hand-over.
Livello MAC: accesso casuale: protocollo MAC ideale; principi di funzionamento di Aloha e slotted Aloha
LEZIONE 10: Livello MAC: accesso casuale: throughput di Aloha e slotted Aloha (calcolo semplificato e con processi di Poisson); CSMA (intervallo di vulnerabilità, strategie di ritrasmissione).
LEZIONE 11: Livello MAC: accesso casuale: Ethernet (CSMA/CD).
Livello MAC: accesso casuale: WiFi-1/2 (CSMA/CA).
LEZIONE 12: Livello MAC: accesso casuale: WiFi-2/2 (CSMA/CA).
Reti di area personale (PAN): Bluetooth & Zigbee.
LEZIONE 13: Dimensionamento delle reti cellulari: introduzione, concetto di cluster di celle, densità geografica degli utenti, Distanza di riuso.
LEZIONE 14: Dimensionamento delle reti cellulari: rapporto segnale-interferenti in downlink e uplink.
LEZIONE 15: Cellular networks From GSM (2G) to UMTS (3G): Lo standard GSM. Architettura ed organizzazione della rete GSM: MSS, BSS, NSS, procedura di chiamata.
LEZIONE 16: Cellular networks From GSM (2G) to UMTS (3G): Il segnale GSM: accenni su bande e livello fisico. Formato di accesso FDMA/TDMA, con dettagli su struttura multiframe/frame.
LEZIONE 17: Wi-fi: protocolli 802.11, implementazione e troubleshooting di WLAN.
LEZIONE 18: Scenari avanzati e caso reale di Wireless internet service provider.
LEZIONE 19: Reti cellulari dal GSM (2G) all'UMTS (3G): Modelli di canale GSM. Evoluzioni di GSM: GRPS, EDGE. Introduzione a UMTS.
LEZIONE 20: Reti cellulari dal GSM (2G) all'UMTS (3G): Differenze fra tecnologia W-CDMA e interfacce radio 2G. UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network). Dettagli su Core Network. Accenni su sviluppi futuri.
Reti cellulari LTE (4G): standardizzazione; motivazioni per LTE; requisiti prestazionali.
LEZIONE 21: Reti cellulari LTE (4G): sfide progettuali; caratteristiche del sistema LTE/SAE; tecnologie di base; OFDM/OFDMA/SC-FDMA, MIMO.
LEZIONE 22: Reti cellulari LTE (4G): overview protocollare, sommario su LTE.
Le telecomunicazioni nel futuro @ UniPR.
Bibliografia
- A. B. Carlson e P. B. Crilly, Communication Systems: an Introduction to Signals and Noise in Electrical Communication, Mcgraw Hill Higher Education, 5th edition, 2009. ISBN-13: 978-0071263320.
- P. M. Shankar, Introduction to Wireless Systems, Wiley, 2001, ISBN-13: 978-0471321675.
- K. Pahlavan e Prashant Krishnamurthy, Principles of Wireless Networks: a Unified Approach, Prentice Hall (Communications Engineering and Emerging Technologies Series), 2001. ISBN-13: 978-0130930033.
- S. Haykin e M. Moher, Modern Wireless Communications, Prentice Hall, 2004. ISBN-13: 978-0130224729.
- F. Muratore (Ed.), UMTS: Mobile Communications for the Future, Wiley, 2001, ISBN: 0-471-49829-7.
- Rysay Research/3G Americas, HSPA to LTE-Advanced: 3GPP Broadband Evolution to IMT-Advanced (4G), September 2009.
Metodi didattici
Nel corso delle lezioni verranno esaminati i temi connessi a sistemi di telecomunicazione, come indicato nel programma.
Modalità verifica apprendimento
Durante il periodo di lezione vi sarà una prova intermedia scritta (relativa agli argomenti della prima parte del corso) seguita da prova finale scritta al termine del corso (relativa agli argomenti della seconda metà del corso).
Esami di appelli regolari saranno scritti, con possibile esame orale in casi particolari.
Altre informazioni
Il materiale didattico e di supporto alle lezioni verrà fornito in parte dal docente.
Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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