Sistemi Di Radiocomunicazione 2014/2015

Docente: Prof. Francesco Vatalaro (vatalaro@uniroma2.it)

    Dipartimento di Ingegneria dell’Impresa

Anno Accademico: 2014/2015

Anno di Corso: IV anno, 2° ciclo didattico

Prerequisiti: nessuno

Crediti didattici: 9.

A)    FINALITÀ DELLO STUDIO E RISULTATI DELL’APPRENDIMENTO

Il corso si propone di fornire allo studente gli strumenti necessari per comprendere i principali fenomeni che riguardano i sistemi di radiocomunicazione, e più in generale wireless, così da acquisire le capacità di analisi e progetto di base dei moderni sistemi.

La prima parte, più descrittiva dei fenomeni che hanno sede nel canale radio, apre con un’introduzione alla radiopropagazione in spazio libero, in cui si forniscono le nozioni generali per la progettazione di un semplice collegamento tra punti fissi. Si procede, quindi, a caratterizzare il mezzo trasmissivo in presenza di atmosfera, terreno e ostacoli, prendendo in esame i fenomeni via via più complessi che determinano le prestazioni di un radiosistema reale. Si procede poi a caratterizzare il canale radiomobile, le sue proprietà a banda stretta e a banda larga e i relativi provvedimenti tecnici adatti a garantire la qualità di trasmissione.

Nella seconda parte del corso, più propriamente sistemistica, si illustrano le funzionalità di base delle reti mobili, anche attraverso l’esame di standard assai diffusi, dal GSM/GPRS al UMTS, dal WiFi al WiMAX. Si inizia con la discussione di dettaglio del concetto cellulare e delle sue implicazioni nella gestione dell’interferenza, per poi procedere con l’esame delle modalità più usate di accesso al mezzo (il cosiddetto MAC) con particolare riferimento alle tecniche di accesso multiplo al canale radiomobile, per poi fornire i principi fondamentali della pianificazione di reti cellulari e la connessa valutazione di prestazione a livello di radiosistema. Seguono infine le descrizioni degli standard, con ampia discussione di architetture e dei protocolli ai vari strati per i sistemi cellulari GSM/GPRS e UMTS/HSPA, concludendo il corso con alcuni cenni ai sistemi wireless WiFi e WiMAX.

Il corso si rivolge primariamente a studenti del Corso di Laurea Magistrale in Telecomunicazioni ma si consiglia come utile complemento anche a quanti avranno necessità di progettare sistemi e sottosistemi con componenti radio elettroniche (ad es. Laurea Magistrale in Elettronica), o di approfondire le nozioni di architetture e protocolli in ambienti mobili o, infine, a quanti desiderino conoscere la complessità di sistemi completi in ottica di gestione sulla base di casi di studio reali (ad es. Laurea Magistrale in Ingegneria Gestionale).

B)    PROGRAMMA DEL CORSO E ASPETTI ORGANIZZATIVI

Programma di massima:

1.      Generalità e cenni storici: Uso ottimo dello spettro e interferenze. Servizi di radiotecnica. Cenni storici.

2.      Analisi e progetto dei radio sistemi: Radiotrasmissione in spazio libero. Disturbi nei radiosistemi. Radiosistema reale. Bilancio di radiocollegamento.

3.      Il canale radio tra punti fissi: Generalità sulla propagazione reale. Propagazione in atmosfera. Rappresentazione su terra equivalente. Propagazione anomala nella troposfera (fenomeni di condotto, evanescenze). Collegamenti in diversità. Precipitazioni e assorbimento atmosferico. Propagazione su suolo terrestre e in presenza di ostacoli. Diffrazione e ellissoide di Fresnel. Disturbi captati dall’antenna.

4.      Il canale radiomobile: Canali lineari tempo-varianti, canali fortemente aleatori, il canale WSS-US (Wide sense stationary - uncorrelated scattering), il canale radiomobile come canale WSS-US, canali a banda stretta e a banda larga e parametri descrittivi, il canale G-WSS-US (WSS-US gaussiano).

5.      Generalità sulle reti mobili: Definizioni e concetti di rete. Fenomeni di propagazione nelle reti mobili. Sistemi cellulari nelle reti infrastrutturate. Cenni sulla trasmissione nelle reti ad hoc.

6.      Controllo d’accesso nei sistemi radiomobili: Architettura di riferimento. Caratteristiche generali dell’interfaccia radio e problemi di accesso al mezzo. Tecniche di multiplazione. Tecniche di accesso multiplo: TDMA, FDMA, CDMA, PRMA, SDMA. Efficienza spettrale di accesso multiplo. Tecniche di duplexing: TDD, FDD. Sistemi a banda larga: modulazione spread spectrum; calcolo del rapporto segnale/rumore e capacità di accesso in un sistema CDMA.

7.      Il sistema GSM/GPRS: Architettura di sistema GSM. Caratteristiche dell’interfaccia radio. Servizi offerti. Architettura protocollare. Gestione del mezzo trasmissivo. Gestione delle risorse radio. Gestione della mobilità. Gestione della comunicazione. Sicurezza e confidenzialità delle comunicazioni. Architettura GPRS: interfaccia radio, architettura protocollare e procedure.

8.      Il sistema UMTS: Generalità. Servizi offerti. Architettura di rete. Interfaccia radio. Architettura protocollare. Gestione della risorsa radio. Gestione della sicurezza. Cenno al HSPA.

9.      Cenni su altri sistemi wireless: Il sistema WiFi. Il sistema WiMAX.

Il corso è complementato da numerose ore di esercitazione a cura del Prof. Romeo Giuliano (romeo.giuliano@uniroma2.it )

Organizzazione degli esami:

Gli esami si svolgono in forma scritta (teoria e esercizi), con colloquio orale a complemento, ove ritenuto necessario.

Materiale didattico:

·         Dispense a cura del docente (rese disponibili a lezione)

·         Intero set di diapositive in powerpoint (rese disponibili a lezione)

Testi (non obbligatori per sostenere l’esame):

• Roger L. Freeman, “Radio System Design for Telecommunications” , Wiley
• Michel Mouly, Marie-Bernadette Pautet, “The GSM System for Mobile Communications”, eSys
• Harri Holma and Antti Toskala, “WCDMA for UMTS: Radio Access for Third Generation Mobile Communications”, Wiley.