B029690 - RETI WIRELESS E DI SENSORI

ITALIANO

-Sistemi cellulari 3G,4G, 5G e la futura 6G
-Standards per reti locali (WLAN)
- Standards per wireless personal area network (WPAN), wireless sensor networks (WSN) verso il paradigma dellInternet of Things

1] R. Steele: Mobile radio communications. Pentech Press, London, 1992.
[2] D. Parsons: The mobile radio propagation channel. Pentech Press, London, 1992.
[3] J. G. Proakis: Digital communications. McGraw-Hill International Editions, II Ed., 1992.
[4]C. Smith, D. Collins, "Comunicazioni Wireless 3G", Mc Graw Hill Companies, Publishing Group Italia, Milano, 2002.
[5] O. Andrisano, D. Dardari, "Sistemi di Telecomunicazioni : elementi di progetto di sistemi radiomobili", Ed. Progetto Leonardo, Bologna,2001.
[6]T. S. Rappaport, "Wireless Communications : Principles and Practice", Prentice Hall, IEEE Press, NJ, 1996.
[7] H.Holma, A.Toskala "WCDMA for UMTS" Wiley 2001
[8]D.Tse, P.Viswanath "Fundamentals of wireless communication" Cambridge University 2005
[9]Andreas Molish Editor: Wideband Wireless Digital Communications, Prentice Hall PTR, 2001
[10]Andrea Goldsmith :Wireless Communications - Cambridge Univ. Press 2005
[11]W. Stallings - Wireless Communications and Networks, Prentice Hall Ed., 2005
[12]Stefania Sesia, Issam Toufik, Matthew Baker "LTE the UMTS long term evolution : from theory to practice" Wiley 2011
[13]Harri Holma and Antti Toskala "LTE for UMTS: Evolution to LTE-Advanced" Wiley (Apr 25, 2011)
[14] Farooq Khan " LTE for 4G Mobile Broadband: Air Interface Technologies and Performance" Cambridge University 2009
[15] Appunti dal Corso reperibili sulla piattaforma e-learning
https://e-l.unifi.it
accedendo con il vostro username e passwd

Il corso ha lo scopo di presentare allo studente gli standards, le principali problematiche e gli aspetti progettuali relativi alle reti radiomobili cellulari, alle reti locali wireless e alle reti di sensori nell'ottica del nuovo contesto dell'Internet of Things (IoT). E' rivolto principalmente, ma non esclusivamente, agli studenti di corsi di Laurea Magistrale in Telecomunicazioni, Ingegneria Elettronica e Ingegneria dell'Informazione . Attraverso gli argomenti trattati saranno acquisite solide conoscenze accademiche per la comprensione degli standards per le reti cellulari, WLAN e reti di sensori e le competenze specifiche sulla progettazione di reti di comunicazione wireless a livello di sistema. Dopo aver completato il corso lo studente avrà capacità di confronto delle varie architetture di sistemi wireless, di analisi e progettazione nei contesti 4G, 5G,6G, reti di sensori wireless e Internet of Things (IoT).

Conoscenza delle principali modulazioni numeriche; conoscenza delle tecniche di codifica di canale; conoscenza dei protocolli di rete

Lezioni in aula, esperienze di laboratorio e seminari su argomenti specialistici tenuti anche da esperti provenienti dal mondo dell' industria.
Esistono accordi per lo svolgimento di visite e stage presso laboratori TIM in Italia e PMI nel settore IoT

Il Corso è fruibile attraverso la piattaforma Moodle accessibile con il proprio username e passwd.
Prenotazioni agli appelli al sito
https://studenti.unifi.it/auth/Logon.do?EnableRwd=1
con il proprio username e passwd
Appelli stabiliti FUORI dai periodi didattici.
Si prega di contattare il docente tramite mail per appelli straordinari (riservati a casi particolari, quali studenti fuori sede, studenti lavoratori, studenti fuori corso, etc.).

La prova di esame prevede un colloquio orale riguardo tutti gli argomenti previsti dal programma di studio.
In particolare le domande saranno finalizzate a verificare:
- Conoscenza di progettazione di un collegamento di radiocomunicazione affidabile;
- Conoscenza della architettura generale e gli elementi principali e le funzionalità di un sistema di comunicazione mobile cellulare, nonché analizzare le reti , UMTS / HSPA, LTE, 5G e oltre 5G;
- Conoscenze nel planning e nel calcolo del carico e della capacità per le configurazioni di rete cellulari di base ;
- Conoscenza dei principi base degli standards per le reti locali a livello di layer fisico e MAC;
- Conoscenza dei principi base delle reti di sensori a livello di layer fisico e MAC.

1. Introduzione alle comunicazioni wireless dai sistemi satellitari ai sistemi terrestri cellulari, le local area network e i sistemi wireless a medio e corto raggio.
Panoramica della evoluzione dei sistemi cellulari dalla 1G,2G,3G,4G,5G fino alla futura 6G generazione.
Concetti di copertura e capacità: la geometria cellulare e il cluster; il riuso delle frequenze.
La pianificazione di una rete cellulare.
Il concetto di Handover e la mobilità

2. Cenni ai sistemi cellulari di seconda generazione e loro evoluzione (2G e 2.5G) ;
3. Cenni ai sistemi cellulari di terza generazione (3G):
Il sistema UMTS: Architettura di rete
Livello fisico: Spread spectrum
Gestione delle risorse: Controllo di potenza,handover, admission control.
Livello MAC: mapping fra canali logici e canali di trasporto, esempi di flusso dati,radio link control protocol, packet data convergence protocol, broadcast/multicast control protocol, radio resource control protocol
Elementi di progettazione di reti cellulari di terza generazione.
Gestione della comunicazione: Accesso alla rete, RRC Connection set-up, registrazione dell’utente, instaurazione della chiamata CS iniziata dal mobile o terminata sul mobile, Sessione nel dominio PS :contesto PDP attivato dal mobile , PDP secondario, contesto PDP attivato dalla rete.
Separazione tra controllo e connettività.

– IP Multimedia Subsystem (IMS). Architettura .

Il sistema High Speed Packet Access (HSPA)
Link adaptation, adaptive modulation e coding, Fast scheduling, Ibrido ARQ. Canali Shared HS-DSCH,HS-SCCH,HS-DPCCH

4. I Sistemi di 4 generazione ‘all-IP’
Caratteristiche principali:modulazione OFDM, sistemi MIMO, HybridARQ, Turbo codifica, Software defined Radio, Concetti di relaying cooperativo

Standard Long Term Evolution (LTE)
Obiettivi dello sviluppo LTE
La nuova architettura di rete
Mappatura dei canali logici, di trasporto, fisici
Accesso DL OFDM e UL SCFDMA

Struttura Frame e slot
Ricerca di cella e segnali di riferimento
Scheduling, link adaptation e ARQ ibrido
Controllo di Potenza
Sistema Multimedia Broadcast/Multicast service evolution
LTE-Advanced

5. Il 5G
Miglioramento delle efficienze spettrali: NOMA,Windowed- OFDM
Utilizzo delle bande mmWave
Modelli di canale per frequenze>6GHz
Network slicing, SDN/NFV/MEC networks and cloud and virtualized RAN architectures
Accesso Massivo per IoT (internet of Things)
Proximity services/ comunicazioni device to device (D2D)
Mobile data offloading per reti eterogenee
Self-organizing networks (SONs)
5G security

6. La futura 6G generation
Larghezza di banda, latenza .
Gestione del traffico dati generato da elevato numero di dispositivi interconessi tramite AI.


7. Accesso multiplo a divisione di spazio(SDMA) nelle comunicazioni mobili
Beamforming adattativo :miglioramenti della BER con fading, riduzione delle interferenze cocanale e di utenti multipli, prestazioni in sistemi CDMA
Sistemi ad antenne multiple (MIMO).
Il canale MIMO: capacità tramite singular value decomposition, rango e condition number della matrice di canale.
Modelli di MIMO :Capacità oltre il limite di Shannon . esempio gradi di libertà Tecniche a diversità spazio-tempo: algoritmi di Alamouti e Alamouti ibridi anche in configurazioni 2x2 MIMO Rayleigh channel
Tecniche di multiplexing spaziale: algoritmo VBLAST. Architetture di ricevitori.
Evoluzioni dei sistemi MIMO in LTE.
Massive MIMO in 6G

8. Reti di sensori wireless (WSN) con nodi sia stazionari sia mobili, e protocolli per le infrastrutture Internet-of-Things (IoT) con attenzione ad applicazioni in ambito Industry 4.0.

. Gli Standard principali e tecnologie del mercato consumer:
WPAN
-La tecnologia RFID
-IEEE 802.15 .1 (Bluetooth)
caratteristiche, applicazioni, livelli di potenza e copertura, controllo del mezzo trasmissivo, attività di standardizzazione, modi di funzionamento; piconet e scatternet
I-EEE 802.15.3 (UWB)
caratteristiche,tipologia degli impulsi, lunghezza variabile del frame, modulazioni,canali indoor short range. Confronti con standard WLAN high rate.
-IEEE 802.15.4 (ZigBee)
Specifiche del livello PHY e MAC
-Low -Power Wireless Personal Area Networks- 6LowPAN

WLAN
IEEE 802.11
Tecnologie IR. Tecnologie RF Spread Spectrum (FHSS e DSSS) e OFDM. Confronto tra gli standard IEEE 802.11b e 802.11a: bande di frequenza, bit rate, tecniche di modulazione. Canali e pianificazione delle frequenze. L’evoluzione negli standard IEEE 802.11g/n/p