NETWORK INFORMATION THEORY
cod. 1009281

Anno accademico 2020/21
1° anno di corso - Secondo semestre
Docente
CAIRE Giuseppe, PIEMONTESE Amina
Settore scientifico disciplinare
Telecomunicazioni (ING-INF/03)
Campo
Attività formative affini o integrative
Tipologia attività formativa
Affine/Integrativa
48 ore
di attività frontali
6 crediti
sede: PARMA
insegnamento
in INGLESE

Obiettivi formativi

L'obiettivo di questo corso consiste nel costruire sulla base della teoria dell'informazione acquisita nel corso 1005249 - TEORIA DELL'INFORMAZIONE, per sviluppare concetti avanzati nella teoria dell'informazione delle reti (multi-terminale).
Gli studenti che seguiranno questo corso padroneggeranno i concetti di teoria dell'informazione alla base dei canali di uplink (multiaccess) e downlink (broadcast) nelle comunicazioni wireless, nella gestione delle interferenze e nello scheduling dei collegamenti in reti device-to-device, nonché il ruolo del relay nelle reti multi-terminale. Saranno in grado di applicare tali concetti a problemi reali che sorgono nei sistemi di comunicazione wireless, con particolare attenzione alle reti wireless 5G.

Prerequisiti

1005249 - TEORIA DELL'INFORMAZIONE

Contenuti dell'insegnamento

Il corso fornisce una conoscenza approfondita dei risultati di base nel campo della teoria dell’informazione delle reti, inclusi i blocchi fondamentali delle topologie di rete, come il canale ad accesso multiplo, il canale broadcast, il canale con interferenza e il canale con relay. Il corso tratta inoltre diversi argomenti e applicazioni avanzate, come MIMO multiutente (con applicazioni a schemi massive MIMO tipici del 5G), la relazione tra il canale di accesso multiplo della teoria dell'informazione e la rilevazione/decodifica multiutente iterativa nei moderni schemi CDMA, il regime di ottimalità del TIN (treating interference as noise), in relazione alla selezione del collegamento e lo scheduling nelle reti Device-to-Device (D2D) e reti con relay che adottano decode-and-forward multihop e codifica di rete rumorosa (compress-and-forward generalizzato). Verranno evidenziati i rapporti con le attuali tendenze degli standard wireless ed in particolare con i sistemi 5G.

Programma esteso

1) Rassegna di concetti avanzati sulle sequenze tipiche: packing lemma, covering lemma, conditional typicality, Markov lemma.
2) Codifica con perdita della sorgente e teoria rate-distortion per sorgenti senza memoria.
3) Compressione con perdita di sorgenti gaussiane correlate, bit-allocation e reserve waterfilling, connessione con transform coding (image coding, video coding).
4) Schemi di binning: codifica separata Slepian-Wolf di sorgenti correlate.
5) Schemi di binning: codifica di sorgente con perdite Wyner-Ziv con informazioni al decoder.
6) Schemi di binning: codifica Gelfand-Pinsker per canali con stato noto al trasmettitore.
7) La regione di capacità dei canali ad accesso multiplo discreti senza memoria e gaussiani.
8) Applicazioni: rilevazione / decodifica multiutente, CDMA e IDMA.
9) La regione di capacità dei canali degraded broadcast discreti senza memoria e gaussiani.
10) Applicazioni: schemi NOMA in 5G.
11) Schemi MIMO multiutente: MAC e BC gaussiani vettoriali, precoding lineare, massive MIMO.
12) Il canale con interferenza gaussiano a 2 utenti: capacità approssimata e gradi di libertà generalizzati.
13) Ottimalità del TIN nei canali con interferenza gaussiani.
14) Applicazioni: scheduling dei collegamenti nelle comunicazioni device-to-device.
15) Canali con relay e reti con relay: decode-and-forward e noisy network coding.
16) Argomenti avanzati: caching codificato per una distribuzione efficiente dei contenuti, lo schema Maddah-Ali e Niesen e le sue varianti.

Bibliografia

El Gamal, A. and Kim, Y.H., 2011. Network information theory. Cambridge University Press.

Articoli scientifici segnalati durante le lezioni del corso.

Metodi didattici

Le lezioni potranno essere fruite a distanza in modalità sincrona (via Teams) e in modalità asincrona (caricate sulla pagina Elly del corso).
Il materiale didattico di supporto alle lezioni è caricato sul sito Elly del corso. Per scaricare il materiale è necessaria l’iscrizione al corso.

Modalità verifica apprendimento

Prova scritta con domande di teoria e problemi.
Seminario con diapositive e prova orale.

Altre informazioni

Informazioni e materiali relativi al corso verranno pubblicati su un apposito sito web.