- Docente: Franco Fuschini
- Crediti formativi: 9
- SSD: ING-INF/02
- Lingua di insegnamento: Inglese
- Moduli: Franco Fuschini (Modulo 1) Franco Fuschini (Modulo 2)
- Modalità didattica: Convenzionale - Lezioni in presenza (Modulo 1) Convenzionale - Lezioni in presenza (Modulo 2)
- Campus: Bologna
- Corso: Laurea Magistrale in Telecommunications engineering (cod. 9205)
Conoscenze e abilità da conseguire
Mastery in engineering electromagnetic topics related to wave propagation. Knowledge of the main properties of radio propagation in real environment, expertise on path-loss models, multipath propagation modeling and radio channel wideband characterization. General comprehension of MIMO systems, diversity and spatial multiplexing techniques. Awareness of the main coverage and planning strategies for cellular radio, broadcasting and wireless systems. Assessment of wireless systems efficiency.
Contenuti
Parte I – Fondamenti di Elettromagnetismo (30 ore circa)
Equazioni di Maxwell
Rappresentazione complessa di campi sinusoidali. Polarizzazione di campi sinusoidali.
Equazioni di Maxwell nel dominio del tempo e della frequenza, condizioni al contorno.
Onde elettromgnetiche
Il concetto di onda e la radiazione elettromagnetica.
Risoluzione delle equazioni di Maxwell in mezzo omogeneo: potenziali vettori, campo generato da una sorgente puntiforme e da una sorgente estesa. Condizioni di campo lontano e onde sferiche uniformi. Attenuazione dell’onda elettromagnetica, velocità di propagazione della fase.
Onde piane: vettore d’onda, onde omogenee, dissociate ed evanescenti.
Onda progressiva e onda riflessa, concetto di onda stazionaria.
Comunicazioni wireless in campo vicino.
Risonanza elettromagnetica.
Teoremi dell’elettromagnetismo
Teorema di Poyinting, teorema di equivalenza e teorema delle immagini.
Teoria Geometrica della Propagazione
Cenni storici, definizione di raggio ottico. Equazioni delle onde in mezzo disomogeneo. Equazione dell’iconale e del trasporto. Equazione dei raggi e traiettorie. Esempi: mezzo a stratificazione planare e sferica. Fattore di divergenza. Espressione generale del campo elettromagnetico lungo un raggio.
Interazioni Elettromagnetiche
Riflessione e rifrazione: coefficienti di Fresnel. Diffrazione: raggio diffratto e teorema di Keller, coefficienti di diffrazione GTD e UTD. Scatterig diffuso
Parte II – Propagazione nei Sistemi Wireless (60 ore circa)
Propagazione libera in ambiente reale
Dalla propagazione ideale (formula di Friis) a quella reale: il fading e le sue cause (ostruzione del collegamento e cammini multipli). Dipendenza delle prestazioni di un sistema radio digitale dalle condizioni di propagazione. Attenuazione e distorsione (e interferenza), fading piatto e selettivo.
Introduzione agli effetti ambientali. Esempio: effetti atmosferici, propagazione troposferica, impatto del terreno sul radiocollegamento (modello a 2 raggi).
Proprietà di dispersione del canale radio: delay spread/banda di coerenza, Doppler spread/tempo di coerenza, angle spread.
Caratterizzazione del canale radiomobile in tempo, spazio e frequenza.
Analisi a banda stretta della distribuzione di campo e.m.: termine dominante, fading lento e fading rapido. Fattore di attenuazione, descrizione statistica del fading lento e rapido. Modelli di propagazione a banda stretta (formula di Okumura-Hata, modello di Epstein-Peterson, …). Margine di fading raggio di copertura.
Effetto dei cammini multipli e funzioni di input/output del canale radiomobile.
Canale WSSUS per la determinazione dei parametri a larga banda (Delay Spread, Angle Spread, ecc.) e modelli di propagazione a banda larga (modelli a raggi).
Sistemi multi-antenna
Soluzioni MIMO per la mitigazione del fading e/o per l’incremento della capacità di canale: diversità spaziale, beamforming e spatial multiplexing.
Introduzione ai sistemi cellulari
Sistemi cellulari e riuso delle risorse. Hand-over. Introduzione alle tecniche di accesso multiplo: TDMA, FDMA, CDMA e SDMA.
Testi/Bibliografia
Lucidi e dispense del corso.
D.A. McNamara. C.W.I Pistorius, J.A.G. Malherbe, Introduction to the uniform geometrical theory of diffraction, Artech House, 1990.
H. L. Bertoni, Radio Propagation for Modern Wireless Systems, Prentice Hall, 2000
S.J. Orfanidis, Electromagnetic Waves and Antennas, free download at: http://eceweb1.rutgers.edu/~orfanidi/ewa/
N. Costa, S. Haykin, Multiple-Input Multiple Output Channel Models – Theory and Practice, Wiley& Sons, 2010.
E. Björnson, J. Hoydis L. Sanguinetti, Massive MIMO Networks: Spectral, Energy, and Hardware Efficiency, free download at: https://massivemimobook.com/wp/free-pdf/
Metodi didattici
Il corso comporta lezioni frontali ed esercitazioni in aula e a casa.
Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento
L' esame è articolato in una prova scritta ed in una successiva discussione orale.
La prova scritta consiste in un esercizio a risposta aperta da svolgersi nel tempo di 1h circa e relativo ad uno qualunque degli argomenti del corso. È ammesso l’uso di libri, appunti, calcolatrici ma non di supporti informatici.
L’ esito della prova scritta deve risultare sufficiente (ovvero pari ad 18/30) per consentire l’accesso alla prova orale.
La discussione orale (della durata di 15/20 minuti circa) mira a valutare la comprensione dei concetti fondamentali espressi durante il corso.
La prova scritta e la discussione orale devono essere sostenute preferibilmente entro la stessa sessione d’esame ed in ogni caso la validità dei risultati della prova scritta è limitata all’anno accademico in corso.
Il voto finale espresso in trentesimi risulta dalla valutazione complessiva di scritto e orale.
Strumenti a supporto della didattica
Lavagna, PC, video proiettore.
Orario di ricevimento
Consulta il sito web di Franco Fuschini