Ingegneria Elettronica - Electronics Engineering

ULTRA WIDE BAND RADIO FUNDAMENTALS

Obiettivi formativi

ITALIANO GENERALI Scopo del corso è lo studio della tecnica di comunicazione wireless Ultra Wide Band (UWB), e della sua applicazione alla progettazione di reti avanzate quali le reti ad-hoc e le reti di sensori, e in generale di reti wireless distribuite. Il corso analizza le tematiche chiave dei sistemi UWB, allo scopo di evidenziare le potenzialità di una tecnologia che appare come uno dei migliori candidati nella definizione di standard per reti di futura generazione. Il corso affronterà i fondamenti teorici delle comunicazioni UWB, completando la trattazione con esempi pratici e principi di applicazione per ogni argomento trattato. SPECIFICI • Conoscenza e capacità di comprensione: tecniche di generazione di segnali UWB, analisi temporale e spettrale dei segnali UWB, progettazione di ricevitori UWB in canali AWGN e multipath, analisi delle prestazioni singolo link e di rete, tecniche di posizionamento e localizzazione basati su tecnologia UWB. • Capacità di applicare conoscenza e comprensione: analisi e dimensionamento di reti wireless UWB in funzione della tipologia di segnale trasmesso, del canale, e del ricevitore utilizzato, sia attraverso l’approccio analitico che con l’utilizzo di strumenti software per la simulazione di singoli link o di reti. • Autonomia di giudizio: capacità di affrontare un progetto di dimensionamento di una rete wireless UWB, identificando vincoli e obiettivi imposti sugli indici prestazionali e sulla standardizzazione, selezionando lo strumento o gli strumenti più opportuni per completare in modo corretto ed efficiente il progetto stesso. • Abilità comunicative: saper esporre coerentemente e chiaramente tematiche relative alle comunicazioni UWB, combinando la padronanza della trattazione analitica, la capacità di sintetizzare le caratteristiche delle tecniche studiate, e la conoscenza e l’utilizzo di strumenti software di simulazione. • Capacità di apprendimento: (assente)

Canale 1

MARIA GABRIELLA DI BENEDETTO Scheda docente

Programmi - Frequenza - Esami

Programma

- Ultra Wide Band radio [2 ore]  * Definizione  * Standard IEEE e industriali: IEEE 802.5.4, UWB Alliance, Wireless USB  - Generazione di segnali radio UWB [6 ore]  * Impulsivi (IR): Time-Hopping UWB, Direct-Sequence UWB  * Ad onda continua: Multi-Band UWB  * Segnali UWB in banda TeraHertz - Densità spettrale di potenza di segnali Time-Hopping UWB, Direct-Sequence e Multi-Band UWB [4 ore]  - Analisi delle prestazioni di un link radio UWB [4 ore]  * Limitazione di potenza e maschere di emissione e link budget   - Progettazione del sagomatore di impulsi nei sistemi IR-UWB [6 ore]  * L’impulso di base  * Effetto della derivazione e variazione della durata temporale dell’impulso  * Progettazione del sagomatore in funzione dei vincoli imposti dalle maschere di emissione  - Il canale e il ricevitore UWB [6 ore]  * Propagazione di segnali UWB su un canale AWGN privo di cammini multipli e su un canale affetto da cammini multipli  * Il modello di canale UWB proposto nell’ambito di IEEE 802.15.3a e IEEE 802.15.4a * Il canale in onda TeraHertz  * Diversità temporale e ricevitore RAKE  - Sincronizzazione nei sistemi di comunicazione IR-UWB [2 ore]  - Comunicazioni UWB multi utente [8 ore] * Accesso multiplo e interferenza multi-utente * Modello di interferenza multi-utente: Standard Gaussian Approximation, “Pulse collision” * Modelli di interferenza per comunicazioni impulsive in banda TeraHertz  - Stima di distanza e posizionamento nei sistemi UWB [18 ore] * Stima di direzione e angolo di arrivo * Algoritmi di posizionamento * Applicazioni: tagging, tracking di persone e oggetti e contact tracing * Piattaforme sperimentali e nuovi standard: Decawave, IEEE 802.5.4z  - Reti Ultra Wide Band: progettazione del sistema di accesso radio (Medium Access Control) [4 ore]  * Medium Access Control (MAC): principi generali  * Funzioni del Medium Access Control (MAC)

Prerequisiti

Conoscenze di teoria dei segnali, elaborazione numerica e fondamenti di comunicazioni

Testi di riferimento

M.-G. Di Benedetto e Guerino Giancola, "Understanding Ultra Wide Band Radio Fundamentals", Prentice Hall Communications Engineering and Emerging Technologies Series, ISBN:0-13-148003-0, 2004. ENG

Modalità insegnamento

Il corso prevede l’utilizzo di lezioni frontali che illustrano le tematiche del corso, combinando una trattazione approfondita degli aspetti analitici con esempi di utilizzo delle tecniche e dei protocolli studiati in reti wireless UWB. Alle lezioni che introducono ciascuna tematica si affiancano lezioni in cui la tematica stessa è analizzata nel contesto di uno o più problemi di analisi e dimensionamento di una rete UWB; la partecipazione attiva a tali lezioni da parte degli studenti è fortemente incoraggiata, in modo da permettere loro di verificare la propria comprensione degli argomenti affrontati nel corso. In base alle indicazioni fornite dall'Ateneo durante il semestre, le lezioni si tengono in presenza o a distanza su piattaforma Zoom al link https://uniroma1.zoom.us/j/87602576925?pwd=YVdYSnpVc0tOL1d3ODNuajRzanBFUT09

Frequenza

La frequenza delle lezioni è facoltativa, ma fortemente raccomandata.

Modalità di esame

L'esame consiste in una prova scritta, consistente in un progetto da sviluppare utilizzando gli strumenti di simulazione utilizzati nel corso (Matlab), e da una prova orale che verte sui contenuti delle lezioni e delle esercitazioni svolte in aula. Le due prove hanno stesso peso nel determinare la votazione finale.

Bibliografia

M.-G. Di Benedetto, A. Cattoni, J. Fiorina, F. Bader and L. De Nardis, "Cognitive Radio and Networking for Heterogeneous Wireless Networks", Springer, ISBN: 978-3-319-01717-4, DOI 10.1007/978-3-319-01718-1, 2015. M.-G. Di Benedetto and F. Bader, "Cognitive Communication and Cooperative HetNet Coexistence", Springer, ISBN: 978-3-319-01402-9, DOI: 10.1007/978-3-319-01402-9, 2014. M.-G. Di Benedetto, T. Kaiser, D. Porcino, A. Molisch and I. Oppermann, "UWB Communications Systems - A Comprehensive Overview", ISBN: 9789775945105, Hindawi Publishing Corporation, 2006.

Modalità di erogazione