Sistemi Radiomobili

Docente
Prof. Gaetano Giunta

(e-mail)

Orario
Il corso si tiene nel primo semestre, secondo il seguente calendario:

  • Martedi, ore 14-16, aula N17 (via Vasca Navale 109)
  • Mercoledi, ore 16-18, aula N17 (via Vasca Navale 109)
  • Giovedi, ore 16-18, aula N17 (via Vasca Navale 109)

Per aver accesso alla piattaforma MS Teams, gli studenti dovranno prima registrarsi sulla nuova piattaforma moodle (clicca qui) ed iscriversi al corso Sistemi Radiomobili. Contestualmente a questa iscrizione, saranno anche abilitati a Microsoft Teams.

Ricevimento Studenti

  • Mercoledi ore 15-16 in ufficio, nuovo edificio Vasca Navale, Via Vito Volterra 62, 2° piano, stanza n. 2.22 (inviare e-mail per conferma)
  • Ricevimento telematico via Skype (inviare e-mail per fissare un appuntamento.)
  • Ricevimento telematico via MS Teams (inviare e-mail per fissare un appuntamento.)
  • per contattare il Prof. Danilo Orlando (inviare e-mail per fissare un appuntamento.)
  • per contattare il Prof. Luca Pallotta (inviare e-mail per fissare un appuntamento.)

Modalità d’esame
Orale.
Oltre agli appelli previsti dal Collegio Didattico, è prevista una prova di esonero nel periodo di dicembre-gennaio, utile per gli studenti frequentanti.

Argomenti di tesi di laurea magistrale disponibili (anche Tirocini e Tesi in Azienda)

  • Rivelazione di comunicazioni nascoste.
  • Stima di parametri di comunicazioni radio.
  • Metodi per tele-localizzazione.
  • Trasmissione e ricezione di segnali per comunicazioni sicure.
  • Elaborazione di immagini radar.

Prossimi appelli d’esame

Calendario delle date sul portale Gomp (portale studenti). E’ comunque necessario registrarsi sul portale studenti per poter sostenere l’esame (almeno una settimana) prima della data dell’appello (portale studenti).

Programma del corso (9 cfu)

Le reti wireless radiomobili.
Le reti wireless condivise. Tecniche di accesso multiplo alla risorsa radio. Le reti wireless strutturate. Motivazioni economiche e finanziarie. Operatori fisici. Operatori virtuali. Tecnica di copertura cellulare. Gestione della mobilità. I sistemi mobili wireless (cellulari). Standard di servizi e comunicazioni radiomobili. Architettura di rete. Architetture protocollari. Pila protocollare ISO-OSI. Modi di trasferimento a circuito ed a pacchetto.

Requisiti e servizi.
Requisiti, servizi e Qualità del Servizio (QoS). Classi di Qualità del Servizio. Implementazione della QoS nelle reti a circuito (CS) e a pacchetto (PS). Classi di QoS in 4G (LTE) e 5G. Il servizio vocale. Il servizio di videochiamata. La connessione dati a internet. Il tethering. Il Fixed Wireless Access. Servizi di messaggistica (SMS e CBS). Servizi di posta elettronica (e-mail). Servizi di streaming multimediale. Servizi di multimedia broadcasting – multicasting (MBMS). Servizi di localizzazione e posizionamento. Metodi di copertura di cella, ritardo e potenza di segnale, triangolazione di direzioni (5G), assisted-GPS, assisted-WiFi.

Mobilità.
Pianificazione della rete. Gestione della mobilità cellulare. Procedure di registrazione iniziale e di paging. Gestione combinata della mobilità di cella. Selezione di cella in mobilità. L’Handover. L’Hard e il Soft Handover. Handover in LTE (4G). Hard Handover con Multiple Preparation (4G). Intra- e Inter- Pool Handover in LTE (4G). Seemless e Lossless Handover (4G). Handover nel 5G. Modalità Xn-based e N2-based. Mobilità inter-sistema e inter-5G. Mobilità tra operatori.

Sicurezza.
Gestione della sicurezza. Confidenzialità dell’identità e della localizzazione dell’utente. Mutua autenticazione tra utente e rete: autenticazione dell’utente (2G, 3G, 4G, 5G). Mutua autenticazione tra utente e rete: autenticazione della rete (3G, 4G, 5G). Confidenzialità della segnalazione e dei dati di utente. Integrità dei dati ed autenticazione della sorgente di emissione (3G, 4G, 5G). Gestione e trasmissione del vettore di autenticazione e delle chiavi.

Gestione della rete e dei dispositivi mobili.
Capacità del sistema cellulare. Controllo del carico nel sistema cellulare. Limiti al carico e Controllo degli Accessi nel sistema cellulare. Il Power Control. Open Loop Power Control. Inner Loop Power Control. Outer Loop Power Control. Attivazione di chiamata PS (PDP context) proveniente dal mobile. Attivazione di chiamata PS (PDP context) ricevuta dal mobile. Attivazione di chiamata PS di PDP context secondari. Instaurazione di chiamata a circuito (CS). Instaurazione di chiamata CS proveniente dal mobile. Instaurazione di chiamata CS ricevuta dal mobile.

Architetture ed accesso alla risorsa di rete dal 2G al 4G.
Il GSM-GPRS: caratteristiche del 2G. L’EDGE: miglioramento del GSM/GPRS (2.5G). Il terminale mobile. Nodi della Rete di accesso. Nodi del Core Network del dominio a circuito. Nodi del Core Network del dominio a pacchetto. Nodi del Core Network in comune. Operational Support System. Informazione di utente, di segnalazione e di controllo. Schema di codifica e data processing. Il metodo MAC di ritrasmissione Hybrid ARQ. L’accesso radio TDD (Time Division Duplexing). La struttura radio TDD. Canali di trasporto e fisici nel TDD. Gestione della risorsa radio nel TDD. Propagazione radio delle onde elettromagnetiche. Propagazione radio: il multi-path. Propagazione radio: il fading. Il Rake Receiver. L’IP multimedia subsystem (IMS). Architettura di rete del 4G–LTE. Architettura della rete di accesso LTE. Funzionalità della rete di accesso LTE. Architettura del Core Network LTE. Funzionalità del Core Network LTE. Tecniche di accesso radio LTE. Accesso radio OFDMA in LTE. Accesso radio SC-FDMA nell’uplink di LTE. Assegnazione delle sottoportanti SC-FDMA in LTE. Trama dati OFDMA in LTE. Data rates in LTE. Tecnologia MIMO in LTE. Elaborazione MIMO con Adaptive Beamforming.

Il 5G: concetti innovativi ed evoluzioni future oltre il 5G.
Architettura 5G. Accesso radio della evoluzione verso il 5G. Uso del Massive MIMO nel 5G. Effetti del Massive MIMO. Uso del D2D nel 5G. Tipologie del D2D. Network Slicing. Virtualizzazione NFV. Vantaggi della virtualizzazione NFV. SDN e sinergie con NFV nel 5G. B5G: Evoluzione oltre il 5G (Beyond 5G). Facilitatori tecnologici e nuova interfaccia radio. Possibile uso del Machine Learning e della Artificial Intelligence (AI). Connettività, latenza, massive MIMO, reti ultra-dense. Device-to-device (D2D) e machine-to-machine (M2M). Possibile uso delle bande delle micro-onde e dei THz. Soluzioni low cost e convergenza verso Next Generation Internet (NGI).

Rivelazione ed elaborazione parallela ad array.

Array processing, smart antennas e tecniche di beamforming digitale. Introduzione al concetto di antenne multiple. Diversità spaziale e tecniche di beamforming. Richiami alle antenne e loro caratteristiche principali. Fondamenti di Beamforming digitale (pesatura dell’array, beamforming di Bartlett e di Capon). Beamforming adattativo per la cancellazione dell’interferenza. Introduzione alla stima della DOA (metodo di Bartlett e Capon). Esempi in Matlab.

MIMO: principi di funzionamento delle smart antennas. Benefici delle smart antennas per le stazioni base. Benefici delle smart antennas per i terminali mobili. MIMO e adaptive beamforming. Combinazione e processing dei beam patterns. Direzionalità sintetica dell’array di antenne multiple.

Rivelazione di segnale e comunicazioni sicure.

Segnali e sistemi Radar. Elaborazione del segnale Radar. Radar ad apertura sintetica (SAR). Algoritmi di ranging e Doppler. Algoritmo MUSIC per la stima dell’angolo di arrivo dei segnali. Rivelazione di segnali di comunicazione. Rivelazione di segnali nascosti. Energy detector e metodi basati sulle caratteristiche statistiche dei segnali. Spectrum sensing e reti cognitive.

Segnali Spread Spectrum a sequenza diretta. Caratteristiche e tecniche di rivelazione. I codici ed il concetto di ortogonalità. I codici ortogonali di Walsh-Hadamard. Lo spreading di codice. Lo spreading di codice: robustezza e prestazioni. I codici di scrambling. Segnali Spread Spectrum del tipo Frequency Hopping. Schemi di trasmissione e ricezione. Tecniche di accesso multiplo non ortogonale (NOMA). Ricevitore a cancellazioni successive. Metodo del Rate Splitting Multiple Access e sue potenziali ottimizzazioni. Modulazioni a fase continua. La tecnica Shaped Binary Phase Shift Key (SBPSK) con schemi di trasmissione e ricezione. La tecnica Contuous Phase Frequency Shift Key (CPFSK) con schemi di trasmissione e ricezione. Applicazione delle tecniche a fase continua.

Materiale didattico

Materiale didattico online

Testi consigliati

  • Nigel Jefferies: “Networking in 2030: A Wireless World Forum Perspective, Third ITU Workshop on Network 2030, 2018. Link alla presentazione
  • Walid Saad, Mehdi Bennis, Mingzhe Chen: “A Vision of 6G Wireless Systems: Applications, Trends, Technologies, and Open Research Problems, IEEE Network, 2019. Link
  • Ping Yang, Yue Xiao, Ming Xiao, and Shaoqian Li: “6G Wireless Communications: Vision and Potential Techniques. IEEE Network, 2019. Link alla IEEE (accesso da Univ. Roma Tre o con altre credenziali autorizzate)
  • 6G Reseach Vision (University of Oulu): “White Paper on 6G Networking”, 2020. Link
  • S. Kuklinski, “Network Slicing. Concepts, standardization, open issues”, IEEE ComSoc Talk, 2020. Link