Insegnamento mutuato da: B029691 - RETI WIRELESS E DI SENSORI Laurea Magistrale in INGEGNERIA DEI SISTEMI ELETTRONICI Curriculum SISTEMI PER LE COMUNICAZIONI
Lingua Insegnamento
Italiano anche con materiale didattico in inglese
Contenuto del corso
I contenuti del Corso mirano a fornire una prospettiva esauriente degli standards e delle tecnologie avanzate per la gestione del sistemi cellulari di ultima generazione 4G, 5G e la futura generazione 6G
delle reti locali (WLAN)
delle wireless personal area network (WPAN), delle wireless sensor networks (WSN) verso il paradigma dell' Internet of Things (IoT)
Slide del corso disponibili sulla Piattaforma d’Ateneo Moodle
https://e-l.unifi.it
accedendo con il vostro username e passwd
Tesi di riferimento:
[1]Andreas Molish Editor: Wideband Wireless Digital Communications, Prentice Hall PTR, 2001
[2]Andrea Goldsmith :Wireless Communications - Cambridge Univ. Press 2005
[3]W. Stallings - Wireless Communications and Networks, Prentice Hall Ed., 2005
[4]Harri Holma and Antti Toskala "LTE for UMTS: Evolution to LTE-Advanced" Wiley (Apr 25, 2011)
[5] Farooq Khan " LTE for 4G Mobile Broadband: Air Interface Technologies and Performance" Cambridge University 2009
[6] Harri Holma, Antti Toskala, Takehiro Nakamura 5G Technology: 3GPP New Radio, Wiley 2019
[7] S. Cirani, G. Ferrari, M. Picone, L. Veltri, “Internet of Things: Architectures, Protocols and Standards”, JohnWiley, 2019, 1st edition
Obiettivi Formativi
Obiettivo del corso è quello di fornire le conoscenze e competenze per gestire 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). 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, delle reti di sensori wireless e Internet of Things (IoT).
Metodi Didattici
Didattica frontale.
La presentazione degli aspetti teorici è integrata con l'illustrazione di esempi pratici.
Potranno essere previste alcune ore facoltative di seminario con l'intervento di specialisti del settore.
Modalità di verifica apprendimento
L'esame consiste di una prova scritta relativa agli argomenti trattati nell'insegnamento. La prova scritta punta ad accertare le conoscenze dello studente su tutti gli aspetti teorici della materia, tramite domande a risposta aperta.
La valutazione, espressa in trentesimi, tiene conto del livello di padronanza degli argomenti, della chiarezza espositiva e della proprietà di linguaggio.
In particolare le domande saranno finalizzate a verificare:
- Conoscenza della architettura generale e gli elementi principali e le funzionalità di un sistema di comunicazione mobile cellulare, nonché analizzare le reti cellulari 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.
Programma del corso
1.Introduzione alle reti wireless dai sistemi satellitari ai sistemi terrestri cellulari, le local area network e le reti wireless a medio e corto raggio.
2.Reti cellulari
Concetti di copertura e capacità.
La pianificazione di una rete cellulare.
Il concetto di Handover e la mobilità
- I Sistemi di 4 generazione ‘all-IP’
Caratteristiche principali:modulazione OFDM, sistemi MIMO, HybridARQ, Turbo codifica, Software defined Radio, Concetti di relaying cooperativo
- IP Multimedia Subsystem (IMS).
-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
-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
-La futura 6G generation
Larghezza di banda, latenza .
Gestione del traffico dati generato da elevato numero di dispositivi interconnessi tramite AI.
- 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
3. Reti di sensori wireless (WSN) con nodi sia stazionari sia mobili.Topologie di reti di sensori. Sensor Network protocol stack. Problematiche di discovery, connettività, interoperabilità sincronizzazione e efficienza energetica. Aspetti di sicurezza.
. 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.
-IEEE 802.15.4 (ZigBee)
Specifiche del livello PHY e MAC
-Low -Power Wireless Personal Area Networks- 6LowPAN
4. 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
Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
Questo insegnamento concorre alla realizzazione degli obiettivi ONU dell'Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile