35167 - COMMUNICATION SYSTEMS: THEORY AND MEASUREMENT M

Conoscenze e abilità da conseguire

The main concepts for the design criteria of analog and digital communication systems are introduced. The fundamentals concerning transmission on band-pass channel in a realistic environment and basic ideas on multiple access techniques are provided. Finally some application examples such as digital radio links, satellite systems, short range wireless communication and mobile networks are investigated. Seminars are included in the lectures given by experts from Telecommunication industry.

Contenuti

(Modulo 2 – Prof. Dardari)

** Introduzione ai sistemi di telecomunicazione wireless.

• Introduzione del corso: evoluzione dei sistemi di telecomunicazione.
• Richiami: variabili aleatorie gaussiane reali e complesse. Statistiche di Rayleigh, esponenziale e chi-quadro. Elementi di algebra matriciale, scomposizione agli autovalori e ai valori singolari.
• Il canale wireless: Principali caratteristiche. Selettività nel tempo e nella frequenza. Tempo e banda di coerenza. Propagazione multi-percorso: i modelli “tapped delay line” e Clarke (Rayleigh fading, spettro di Jakes).
• Rappresentazione geometrica dei segnali. Modello equivalente passa-basso tempo-discreto di segnali passa-banda. Esercizi.

** Elementi di teoria della decisione.

• Introduzione alla teoria della decisione. Test delle ipotesi: il criterio MAP per la minima probabilità d’errore. Il test di massima verosimiglianza (ML). Esempi.
• Rivelazione ottima di 2 segnali in AWGN: ricevitori a correlatore e a filtro adattato. Esempi.

** Trasmissione ottima in canali a banda limitata e non selettivi.

• Modulazioni lineari: Costellazione e caratteristiche spettrali. Il rapporto segnale-rumore convenzionale Eb/No. Trasmissione ottima in AWGN: criteri MAP e ML. Caso particolare di rivelazione simbolo per simbolo. Espressione generale della probabilità d’errore (union bound).
• Esempi di costellazioni and relative probabilità d’errore: L-ASK, L-PSK, M-QAM. Definizione di efficienza spettrale e compromesso fra efficienza spettrale ed efficienza energetica.

** Trasmissione in presenza di canali selettivi.

• Trasmissione in presenza di fading piatto. Link budget in presenza di fading veloce e lento: probabilità di fuori servizio e probabilità d’errore media.
• Trasmissione ottima in presenza di selettività in frequenza: il ricevitore MLSE. Schemi di equalizzazione sub-ottimi: equalizzatori lineari.
• Tecnica multi-portante OFDM e sue applicazioni.
• Esempio: standard digital video broadcasting (DVB)

** Sistemi multi-antenna (MIMO).

• Definizioni. Effetto delle condizioni di propagazione (LOS, rich NLOS, “keyhole”).
• Sistemi SIMO: maximal ratio combining (MRC).
• Sistemi MISO con e senza informazione sullo stato del canale al trasmettitore (CSIT): schema ottimo con CSIT (SVD-MIMO), beamforming e schema di Alamouti (senza CSIT).
• Ceni ai ricevitori V-BLAST, Zero-forcing, MMSE, e SIC. Multi-user MIMO and massive MIMO (cenni).

 

(Modulo 1 – Prof. Pasolini)

** Attività di laboratorio

• Introduzione al software di simulazione Matlab
• Progetto e implementazione di blocchi funzionali per la generazione di segnali modulati
• Progetto e implementazione di blocchi funzionali per la decodifica di segnali modulati
• Utilizzo di dispositivi software defined radio

Testi/Bibliografia

Non è necessario l'acquisto di testi specifici. Sono disponibili su Moodle dispense messe a disposizione dal docente.

Bibliografia per approfondimenti:

D. Tse and P. Viswanath, "Fundamentals of Wireless Communications", Cambridge University Press, 2005.

A. Goldsmith “Wireless Communications”, Cambridge University Press, 2005

J.Proakis, “Digital Communications”, Mc Graw Hill.

J.D. Parsons, “The Mobile Radio Propagation Channel”, Second Edition, John Wiley & Sons.

Oreste Andrisano, Davide Dardari "Appunti di Sistemi di Telecomunicazione: elementi di progetto di sistemi radiomobili”, Esculapio, Bologna, 2001.

Metodi didattici

L’insegnamento si compone di due moduli per un totale di 9 CFU, di cui 6 CFU di lezioni frontali in aula (Modulo 2) e 3 CFU, corrispondenti a 30 ore, di esercitazioni pratiche in laboratorio (Modulo 1). Le esercitazioni pratiche vengono svolte in laboratorio con l’obiettivo di far acquisire allo studente dimestichezza con la strumentazione del laboratorio ed i software di simulazione (Matlab) attraverso la generazione e la misura di segnali modulati. Le esercitazioni sono svolte in gruppi di 2-3 studenti.

In considerazione della tipologia di attività e dei metodi didattici adottati, la frequenza di questa attività formativa richiede la preventiva partecipazione di tutti gli studenti ai moduli 1 e 2 di formazione sulla sicurezza nei luoghi di studio, [https://elearning-sicurezza.unibo.it/] in modalità e-learning.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L'esame consiste in una prova orale comune ai due moduli all'interno della quale verranno verificate le conoscenze acquisite durante il corso e valutato il raggiungimento degli obiettivi didattici:

• Conoscere i principi di funzionamento di un sistema di trasmissione numerico
• Conoscere le principali tecniche di progetto del sistema in presenza di propagazione anomala
• Saper dimensionare un collegamento wireless digitale
• Conoscere gli strumenti hardware e software necessari alla generazione e analisi di segnali modulati

Il voto finale viene definito sulla base di tre quesiti specifici su argomenti inerenti ai principali obiettivi del Corso. Uno dei tre quesiti può riguardare la risoluzione di piccoli esercizi di progetto e analisi di sistemi di telecomunicazione.

Strumenti a supporto della didattica

Materiale didattico: il materiale didattico presentato a lezione verrà messo a disposizione dello studente in formato elettronico tramite la intranet di Ateneo (Moodle).

Esercitazioni in laboratorio in ambiente di sviluppo Matlab e attraverso l’utilizzo della strumentazione (generatore di funzione, oscilloscopio, analizzatore di spettro, dispositivi software defined radio).

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Davide Dardari

Consulta il sito web di Gianni Pasolini