Obiettivi formativi
Conoscenza e comprensione.
L’obiettivo del corso è fornire allo studente la capacità di comprendere:
- le architetture e i trend dei sistemi di comunicazione via satellite
- i sistemi di comunicazione digitale via satellite, le tecnologie chiave e gli elementi per la loro selezione, gli standards, il loro progetto e la loro analisi;
Capacità di applicare conoscenza e comprensione.
Le capacità di applicare le conoscenze e comprensione elencate risultano essere in particolare:
- progettare, analizzare ed ottimizzare le prestazioni dei sistemi di comunicazione satellitare;
- modellizzare i sistemi di comunicazione satellitare.
Prerequisiti
Nessuno
Contenuti dell'insegnamento
Introduzione—prospettiva storica delle telecomunicazioni satellitari,
Applicazioni delle telecomunicazioni satellitari, aspetti regolamentari, commerciali e architetturali, orbite dei sistemi di comunicazione satellitare, architetture del payload, elementi del payload, il segmento di terra e tecniche di comunicazione digitale, link budgets, standards, tecniche di accesso per IoT, comunicazioni ottiche.
Sistemi commerciali di comunicazione mobile geostazionari e non geostazionari, sistemi commerciali di comunicazione fissa a banda larga geostazionari e non geostazionari.
Programma esteso
Introduzione
- Breve introduzione alle tematiche del corso. (0.5 ore)
- Telecomunicazioni via satellite: una prospettiva storica. (1 ora)
Applicazioni delle telecomunicazioni satellitari (1 ora)
- Servizi di broadcasting
- Servizi di comunicazione punto-punto professionali
- Servizi di comunicazione a banda larga
- Servizi di comunicazione mobile
Aspetti regolamentari, commerciali e architetturali (1.5 ore)
- La regolamentazione dello spettro a radiofrequenza
- I segmenti del mercato delle comunicazioni satellitari e le prospettive
- Architetture dei sistemi di broadcasting digitale basati su satelliti geostazionari
- Architetture dei sistemi a banda larga basati su satelliti geostazionari e in orbita bassa
Orbite dei sistemi di comunicazione satellitare (4 ore)
- Fondamenti delle orbite satellitari
- Orbite GEO, GSO, LEO, HEO
- Esercitazione guidata per la simulazione di costellazione LEO su Matlab
Architetture del payload dei sistemi di comunicazione satellitare (1 ora)
- Tipi di payload
- Il payload trasparente con beam singolo e multiplo
- Il payload digitale trasparente e rigenerativo
Elementi del payload dei sistemi di comunicazione satellitare (6 ore)
- Antenne single beam
- Antenne multi-beam passive e attive
- Elementi passivi a microonde
- Elementi attivi per ricezione a microonde
- Elementi attivi per trasmissione a microonde
- Processori digitali per il payload
- Effetti non ideali del payload
Il segmento di terra dei sistemi di comunicazione satellitare (4 ore)
- Architetture delle reti satellitari
- Tipi di apparecchiature per il segmento di terra e loro architetture
- Soluzioni tecniche per il broadcasting digitale
- Soluzioni tecniche per accesso a banda larga
- Soluzioni tecniche per Internet of Things (IoT)
- Aspetti delle tecniche di comunicazione digitale per sistemi satellitari
Link budgets dei sistemi di comunicazione satellitare (6 ore)
- I parametri del link budget
- Il canale mobile satellitare e la sua modellizzazione
- Impatti della interferenza
- Effetti del canale non lineare
- Sistemi multibeam
- Esempio di un link budget professionale
- Payload rigenerativi
- Esercitazione guidata per la creazione di un link budget per satellite trasparente con MS Excel
Standard dei sistemi di comunicazione satellitare (7 ore)
- Lo standard DVB-S2(X)
- Esercizio guidato per la simulazione del DVB-S2X con Matlab
- Lo standard DVB-RCS(2)
- Lo standard DVB-SH
- Lo standard ETSI S-MIM
- Lo standard 3GPP 5G NTN
Tecniche di accesso per IoT (6 ore)
- Il problema del random access via satellite e applicazione delle soluzioni terrestri
- Tecniche avanzate slotted
- Tecniche avanzate unslotted con e senza utilizzare spread-spectrum
- Esempi di utilizzazione del random access nei sistemi satellitari
- Esempio di dimensionamento di un sistema per IoT
Comunicazioni ottiche per satellite (2 ore)
- Perché usare comunicazioni ottiche via satellite e problematiche relative
- Gli effetti della propagazione ottica nell’ atmosfera
- Connessioni ottiche tra i satelliti
- Contromisure per le comunicazioni ottiche via satellite
- Tecniche di comunicazione ottica digitale
Sistemi commerciali di comunicazione mobile (4 ore)
- Sistemi non geostazionari (Iridium, Globastar, AST Mobile, Apple, Starlink direct to cell)
- Sistemi geostazionari (Inmarsat, Thuraya, Sirius-XM, Solaris, Terrestar/Echostar, Global Express)
Sistemi commerciali di comunicazione fissa a banda larga (3 ore)
- Il collo di bottiglia del link con il segmento di terra
- Sistemi geostazionari (Eutelsat Ka-sat, Viasat 2 e 3, Hughes Networks Jupiter 3)
- Sistemi non-geostazionari (SES O3B, OneWeb, SpaceX Starlink, Amazon Kuiper)
Bibliografia
Gérard Maral, Michel Bousquet, Zhili Sun, “Satellite Communications Systems: Systems, Techniques and Technology”, 2020 John Wiley & Sons Ltd, Print ISBN:9781119382089 |Online ISBN:9781119673811 |DOI:10.1002/9781119673811
Teresa M. Braun and Walter R. Braun, Satellite Communications Payload and System, 2nd ed, by published jointly by John Wiley & Sons and the IEEE Press in July 2021 (ISBN: 978-1-119-38431-1).
Metodi didattici
Lezioni frontali con esercitazioni svolte alla lavagna dal docente o al calcolatore attraverso l'utilizzo di MS Excel e Matlab (approssimativamente 80% lezioni, 20% esercitazioni). Le esercitazioni vertono su esercizi assegnati agli studenti con una settimana di anticipo. In questo modo gli studenti possono cimentarsi nello svolgimento e beneficiano maggiormente delle esercitazioni. Gli studenti hanno modo in aula di discutere il loro svolgimento con il docente.
Modalità verifica apprendimento
Allo studente sarà proposta la risoluzione di esercizi e domande teoriche.
Altre informazioni
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Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
3, 4, 9, 10, 11
