Insegnamenti

 
Denominazione del Corso di Insegnamento

PROGETTAZIONE DI SISTEMI WIRELESS

Settore scientifico disciplinare ING-INF/02
Codifica dell’Ateneo
Tipologia B – caratterizzante
Modulo di corso Integrato No
Anno di corso 2
Semestre 1
N. di crediti 9
Durata del corso 90 ore

 

Docente Prof. Giovanni Andrea Casula
Qualifica Ricercatore
Settore Scientifico Disciplinare ING-INF/02
Struttura di afferenza Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica
Telefono 0706755787
E_mail  a.casula@diee.unica.it
Web page http://www.diee.unica.it/campi/Staff/Andrea.html

IA/0128 - PERVASIVE WIRELESS COMMUNICATIONS

Anno Accademico ​2019/2020

Docente
GIUSEPPE ​MAZZARELLA (Tit.)
GIOVANNI ANDREA ​CASULA
Periodo
Annuale​
Modalità d'Erogazione
Convenzionale​
Lingua Insegnamento
ITALIANO​



Informazioni aggiuntive

CorsoPercorsoCFUDurata(h)
[70/91] ​ ​INGEGNERIA DELLE TECNOLOGIE PER INTERNET [91/00 - Ord. 2018] ​ ​INGEGNERIA DELLE TECNOLOGIE PER INTERNET10100
Obiettivi

Gli obiettivi generali del corso sono quelli di descrivere dettagliatamente i meccanismi di propagazione di un segnale elettromagnetico in ambienti con elevato scattering, come l'ambiente urbanoe quello indoor e di presentare tecniche di analisi e progetto di dispositivi wireless che devono lavorare in prossimità del corpo umano, o comunque in un ambiente indoor.

In particolare, nel primo modulo del corso integrato, si descriveranno dettagliatamente i meccanismi di propagazione di un segnale elettromagnetico in ambienti con elevato scattering, come lambiente urbano, ed in particolare verranno esaminati i metodi di valutazione della attenuazione sia in ambiente indoor, che nel passaggio del segnale da outdoor ad indoor. Lo studente al termine del modulo acquisirà le conoscenze e svilupperà la comprensione del comportamento del campo elettromagnetico in presenza di multipath e di slow fading, e sarà in grado di applicare queste conoscenze per progettare antenne e sistemi wireless che funzionino in tali condizioni, grazie anche alle esercitazioni presentate durante il corso stesso.

Successivamente, nel secondo modulo del corso integrato, verranno presentate tecniche di analisi e progetto di dispositivi wireless che devono lavorare in prossimità del corpo umano, o comunque in un ambiente indoor. Più in dettaglio, al termine del modulo, lo studente acquisirà le conoscenze necessarie alla progettazione di antenne e dispositivi wireless che funzionino in tali condizioni. Ovviamente, essendo un corso previsto per una Laurea Magistrale, si è preferito focalizzarsi in particolare su una applicazione, la Identificazione a Radiofrequenza (RFID), esaminandone tutti gli aspetti tecnici e legandoli ai vincoli e alle opportunità che queste applicazioni hanno. E usandoli come paragone per discutere altre applicazioni, come ad esempio il Power Wireless Transfer o le On-Body Communications. Sempre per la collocazione del corso, lo studente acquisirà anche conoscenze sullo stato dell'arte industriale per questi servizi, e sulle limitazioni, anche legali, al loro utilizzo.

Le previste modalità di esame consentiranno anche di sviluppare le abilità comunicative, nella forma richiesta a un ingegnere.

Prerequisiti

Le propedeuticità obbligatorie sono indicate nel Regolamento didattico del Corso di Studio.
Tutti i contenuti del corso di campi elettromagnetici, e in particolare quelli relativi alle antenne ed ai collegamenti, sono da considerare prerequisiti essenziali del corso. Anche la conoscenza degli argomenti del corso di "Progettazione di Sistemi Wireless" è altamente consigliata per una più efficace ed adeguata comprensione del corso.

Contenuti

Il corso è diviso in due moduli, il primo relativo alle comunicazioni in ambiente indoor e la seconda ad una approfondita discussione relativa a sistemi RFId e Wearable

Il primo modulo tratta principalmente i meccanismi di attenuazione in ambienti complessi, in particolare in ambienti affetti da multipath e da slow fading. Verranno esaminati i metodi per la stima dellattenuazione sia in ambienti indoor, che nel passaggio del segnale elettromagnetico da outdoor ad indoor, ed inoltre sarà descritto il meccanismo di attraversamento delle pareti, in base al materiale che le compone, in modo da avere una ragionevole stima anche dellassorbimento dovuto agli ostacoli dissipativi presenti nel cammino di propagazione. Una parte del corso è dedicata ai sistemi MIMO, ed alla diversità (spaziale, temporale, in frequenza, in polarizzazione), utilizzata nelle comunicazioni wireless per compensare il fading cui il segnale è affetto a causa del multipath. Successivamente, si tratterà il problema della valutazione del livello dei segnali interferenti, e della individuazione delle principali sorgenti che possono produrre interferenza in base allapplicazione wireless di interesse, dato che, a causa di queste sorgenti dovute ad altre applicazioni che lavorano alla stessa frequenza, o a frequenze vicine a quella di interesse, si ha un peggioramento del rapporto segnale/rumore.

Il secondo modulo sarà centrato sulla analisi e progetto di sistemi RFId a microonde, in particolare nella banda UHF, coprendo tutti gli aspetti del sistema, da quelli radio, a quelli relativi a segnali e modulazione fino ad arrivare agli aspetti più propriamente circuitali. La scelta di focalizzarsi su un sistema, ovviamente molto rilevante per le applicazioni, è legata, oltre che ad aspetti professionalizzanti, anche a mettere in evidenza come i vincoli tecnologici e normativi da una parte e la libertà di prestazioni dall'altra orientano le scelte progettuali, anche per soddisfare richieste economiche. Alcuni aspetti del sistema verranno discussi in forma più ampia, non limitata al sistema RFId (ad esempio i mixer) oppure verranno generalizzati ad applicazioni ulteriori, come il Wireless Power Transfer. Poiché i tag RFId lavorano spesso in presenza di materiali con perdite, o del corpo umano, questi aspetti conducono naturalmente alla seconda parte del corso, relativa alle antenne indossabili. Per questo argomento, dopo una disamina dei problemi che il corpo umano, e materiali simili dal punto di vista elettromagnetico, pongono alle comunicazioni radio, verranno mostrati alcuni esempi di utilizzo. Tra queste, verranno descritte con maggiore dettagli le comunicazioni UWB, che sono un sistema allo stato dell'arte per le comunicazioni on-body.

Metodi Didattici

Il corso prevede una divisione abbastanza bilanciata fra lezioni frontali ed esercitazioni. In particolare le lezioni frontali saranno sia di carattere formativo, sia di carattere pratico, con esempi numerici di applicazione delle relazioni descritte nella parte teorica, e con ampia descrizione e considerazioni sul conseguente impatto relativo alla implementazione del sistema in questione. Le attività pratiche saranno prevalentemente basate sull'uso di simulatori elettromagnetici commerciali, mediante ai quali verranno analizzati e progettati opportuni sistemi wireless che evidenzino le problematiche ed i concetti espressi durante le lezioni teoriche.

Verifica dell'apprendimento

Il corso, per la sua natura e collocazione, ha una impronta fortemente progettuale. Il superamento a pieni voti dell'esame richiede quindi di mostrare l'acquisizione delle competenze relative al suo contenuto.

Per tale motivo, durante il corso verrà richiesto di sviluppare argomenti trattati durante le esercitazioni, con redazione di un report. Inoltre, per il superamento dell'esame è previsto sia che lo studente esponga alla classe un argomento a scelta relativo al primo modulo e che approfondisca uno dei temi affrontati durante il corso, con una presentazione di 15-20 minuti (eventualmente sostituibile con un esame orale standard suo contenuti del primo modulo), sia una attività progettuale relativa al secondo modulo da svolgersi (fuori dall'orario di lezione) in piccoli gruppi, di cui verrà richiesto non solo il progetto ma anche l'analisi del problema, il tutto documentato dalla redazione di un report finale. Dei report presentati è prevista poi la discussione in sede di esame finale.


Il voto finale terrà conto delle conoscenze, abilità e competenze acquisite. In particolare, un ragionevole livello di conoscenza, unita ad una abilità anche minima, è condizione necessaria per il superamento dell'esame.

Testi

Per il primo modulo:

K. Fujimoto: Mobile Antenna Systems Handbook - Ed. Artech House;

R. Vaughan, I. Bach Andersen: Channels Propagation and Antennas for Mobile Communications - Ed. IEE;

F De Flaviis et al.:Multiantenna Systems for MIMO Communications - Ed. Morgan & Claypol;

Per il secondo modulo:

D.M. Dobkin: The RF in RFId - Ed. Newnes;

N. Shinohara - Wireless Power Transfer via Radiowaves - Ed. Wiley

P.S. Hall, Y. Hao: Antennas and Propagation for Body-Centric Wireless Communications - Ed. Artech House;

T. Zwick et al (Eds): Ultra-wideband RF System Engineering - Ed. Cambridge Univ. Press;


Articoli scientifici di rassegna;

Materiale preparato dal docente.

Altre Informazioni

Gli articoli scientifici di rassegna sono disponibili all'interno della rete di Ateneo.

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