ECTS - University of Pisa
| Modules | Area | Type | Hours | Teacher(s) | |
| COMUNICAZIONI WIRELESS | ING-INF/03 | LEZIONI | 60 |
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TUTTE LE INFORMAZIONI SULL'INSEGNAMENTO:
COMUNICAZIONI WIRELESS (6 CFU)
Docente: Ruggero Reggiannini
Numero totale di ore di lezione (L): 40
Numero totale di ore di esercitazione (E): 20
Prerequisiti: Conoscenze di base di teoria dei segnali, sistemi di telecomunicazione e teoria delle antenne acquisite dagli insegnamenti di Analisi e simulazione di segnali aleatori, Digital signal processing, Comunicazioni elettriche, Comunicazioni digitali, Antenne e propagazione.
Obiettivi del corso: L’insegnamento ha lo scopo di presentare allo studente una panoramica delle problematiche e delle applicazioni relative alle radiocomunicazioni terrestri con mezzi mobili. Inizialmente viene presentata la modellistica dei canali dispersivi nel tempo e nella frequenza, identificando gli scenari di maggiore interesse per le applicazioni. Successivamente si discutono i principali aspetti progettuali relativi alla pianificazione geografica di una rete cellulare. Vengono quindi tratteggiate le caratteristiche delle reti radiomobili cellulari di seconda (GSM) e terza (UMTS) generazione, ponendo enfasi sulle problematiche relative all’interfaccia radio e, a seguire, si forniscono nozioni sugli standard delle famiglie IEEE 802.11 e 802.16, alcuni dei quali divenuti molto popolari. Si dedica inoltre una parte significativa del tempo di insegnamento alla presentazione delle tecniche MIMO e alla valutazione dell’incremento di capacità e di affidabilità che esse consentono in determinati ambienti di propagazione. Vengono quindi illustrate le caratteristiche principali dello standard di quarta generazione LTE. Si tratteggiano infine le principali caratteristiche dei sistemi di quinta generazione (NR).
Programma
MODELLISTICA DEL CANALE RADIOMOBILE Canali selettivi nel tempo ed in frequenza. Banda ed intervallo di coerenza di un canale. Modelli deterministici e statistici a breve, medio e lungo termine, stazionari e non stazionari. (L: 4, E: 4)
PIANIFICAZIONE DI UNA RETE CELLULARE Concetto di rete cellulare. Sistemi radiomobili cellulari analogici e digitali. Cluster di celle e tecniche di riuso di canale. Interferenza da accesso multiplo. Densità geografica di utenti e capacità della rete. Confronto tra le capacità di rete ottenibili con diverse tecniche di accesso multiplo. Cenno ai servizi offerti dalle reti radiomobili cellulari. (L: 4, E: 4)
SISTEMI CELLULARI DI SECONDA E TERZA GENERAZIONE Il sistema GSM. Elementi funzionali costituenti la rete GSM. Caratteristiche del segnale radio: codifica di sorgente e di canale, modulazione e accesso, modellistica del canale. Architettura della rete UMTS. Assegnazione delle frequenze. Modalità di accesso FDD-CDMA e principali caratteristiche dell’interfaccia radio. Velocità di trasmissione ottenibili. (L: 11, E: 5)
CENNI ALLE RETI IEEE 802.11 E 802.16 Tecniche e protocolli di accesso al mezzo negli standard 802.11 e 802.16. Tecniche di modulazione e codifica. Bande impegnate e velocità di trasmissione dell’informazione. (L: 3, E: 0)
TECNICHE MIMO Tecnica MIMO-SVD. Capacità asintotica e tecnica di waterfilling. Gradi di libertà e di diversità di un canale MIMO. Condizioni ambientali che accrescono la capacità e l’affidabilità della trasmissione. Ruolo della selettività angolare di array lineari di antenne. Canale MIMO con fading di Rayleigh. Schema V-BLAST e sua capacità. Casi particolari, con canale noto e non al trasmettitore. Struttura del ricevitore a decorrelazione. Cenni al ricevitore SIC a cancellazione di interferenza (L: 14, E: 7)
CENNI ALLE RETI 4G E 5G Caratteristiche principali della rete 3GPP-LTE. Formati di modulazione, accesso e condivisione delle bande. Tecnica OFDMA (downlink) e SC-FDMA (uplink). Impiego della tecnica MIMO sul canale PDSCH e velocità di trasmissione massima raggiungibile. Metodo di stima del canale attraverso simboli pilota. Cenni alle caratteristiche delle reti NR di quinta generazione (3GPP, Rel. 15 e 16). (L: 4, E: 0)
Testi di riferimento:
Materiale fornito dal docente.
Altre informazioni disponibili all’URL: http://unimap.unipi.it/registri/dettregistriNEW.php?re=168063::::&ri=6044
Modalità€ di svolgimento dell’esame:
Prova orale.
ALL INFORMATION ON THE COURSE:
WIRELESS COMMUNICATIONS (6 CFU)
Teacher: Ruggero Reggiannini
Number of teaching hours (T): 40
Number of exercise hours (E): 20
Prerequisites: Basic knowledge of signal theory, telecommunication systems and antenna theory acquired from the courses of Analysis and simulation of random signals, Digital signal processing, Digital communications, Antennas and propagation.
Course objectives: The course aims at presenting an overview of the main issues and applications related to terrestrial radio communications involving mobile terminals. Initially we discuss various models of time and frequency dispersive channels, identifying typical scenarios of interest for applications. Next, we discuss the main design aspects related to the geographic planning of a cellular network. We then describe structure and functions of cellular mobile networks of second (GSM) and third (UMTS) generations, with emphasis on issues concerning the radio interface. We also provide some basic concepts about the IEEE 802.11 and 802.16 standards, some of which have gained wide popularity. Furthermore, significant teaching time is devoted to the presentation of multi-input multi-output (MIMO) techniques and to the assessment of the increased capacity and reliability they allow in specific propagation environments. Next, the main features of the fourth-generation standard LTE are illustrated. Finally some noteworthy prospected characteristics of fifth-generation systems (NR) are briefly outlined.
Program
MOBILE RADIO CHANNEL MODELS Time and frequency selective channels. Coherence bandwidth and coherence time for a multipath time-varying channel. Deterministic and statistic channel models for short, medium and long term, with stationary and non-stationary assumptions. (T: 4, E: 4)
CELLULAR NETWORK PLANNING Concept of cellular mobile network. Short review of the services provided by mobile networks. Analog and digital cellular networks. Clusters of cells and techniques for channel reuse. Interference arising from multiple access. Limits to geographical density of mobile users and network capacity. Discussion of the network capacity achievable by different multiple access techniques. (T: 4, E: 4)
SECOND AND THIRD GENERATION CELLULAR NETWORKS The GSM system. Main functional blocks in the GSM network. Issues related to the radio interface: source and channel coding, modulation, medium access control, channel models. Architecture of the UMTS network. Frequency and bandwidth allocation. FDD-CDMA mode and main features of radio interface. Achievable transmission rates. (T: 11, E: 5)
BASICS OF IEEE 802.11 AND 802.16 Techniques and protocols for medium access control in the 802.11 and 802.16 standards. Techniques of modulation and coding for the radio interface. Bands and transmission rates. (T: 3, E: 0)
MIMO TECHNIQUES Architecture of MIMO-SVD. Asymptotic capacity, waterfilling algorithm. Degrees of freedom and diversity gain for a MIMO channel. Environmental conditions affecting capacity and transmission reliability of MIMO systems. Role of angular selectivity of linear arrays of antennas. MIMO channel with Rayleigh fading. V-BLAST scheme and its capacity. Analysis of specific cases, with and without channel knowledge at the transmitter. Architecture of the decorrelation receiver. Outline of the interference cancellation (SIC) receiver. (T: 14, E: 7)
BASICS OF 4G AND 5G NETWORKS Key features of the 3GPP-LTE standard. Modulation formats, medium access control and band allocation. Use of OFDMA (downlink) and SC-FDMA (uplink). Use of MIMO technology over the PDSCH and associated maximum achievable transmission rates. Pilot-aided channel estimation. Brief overview of 5G NR networks (according to 3GPP Rel. 15-16). (T: 4, E: 0)
Reference material:
Handouts provided by the teacher.
Additional info available at the URL: http://unimap.unipi.it/registri/dettregistriNEW.php?re=168063::::&ri=6044
Type of examination:
Oral examination.
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