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

70/LM-0074 - PROGETTAZIONE DI SISTEMI WIRELESS

Anno Accademico ​2019/2020

Docente
GIOVANNI ANDREA ​CASULA (Tit.)
Periodo
Secondo Semestre​
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 INTERNET770
Obiettivi

Obiettivo del corso è fornire allo studente i principali tipi di antenne presenti nelle telecomunicazioni moderne, e le principali tecniche di pianificazione di un sistema di telecomunicazioni, in particolare per sistemi di comunicazione cellulare in ambito urbano. Saranno forniti i criteri per la progettazione di sistemi di antenne, in base alle specifiche richieste dalla applicazione in questione, e dal tipo di collegamento di interesse, sia per applicazioni broadcast, che per applicazioni cellulari. Verranno inoltre descritte le principali tecniche empiriche di pianificazione e i meccanismi fisici della propagazione in ambito urbano. Le esercitazioni saranno svolte con l'ausilio di programmi di simulazione e di CAD.
Nel seguito, gli obiettivi formativi, declinati secondo i Descrittori di Dublino:
Lo studente acquisirà conoscenze degli aspetti metodologico-operativi dell’elettromagnetismo applicato, nel quale sarà capace di identificare, formulare e risolvere i principali problemi ingegneristici relativi alla progettazione delle Antenne e dei sistemi di telefonia mobile, utilizzando metodi, tecniche e strumenti adeguati. Al termine del corso dovrà conoscere e comprendere: i principali tipi di antenne utilizzati nei moderni sistemi di comunicazione; i criteri essenziali necessari alla progettazione di qualunque sistema di antenne; i più importanti meccanismi di propagazione in ambiente urbano e le problematiche connesse alla elevata attenuazione del segnale e all’interferenza fra segnali a radiofrequenza. (Conoscenza e comprensione)
Lo studente saprà utilizzare tecniche e strumenti per la progettazione di antenne nel settore delle telecomunicazioni e per la pianificazione di copertura di sistemi di telefonia mobile; conoscerà i contesti contemporanei; acquisirà capacità relazionali e decisionali (saprà operare in gruppo). Al termine del corso, dovrà: saper analizzare il comportamento di un qualunque sistema di antenne a radio frequenza; saper individuare le caratteristiche di un generico sistema di antenne a radio frequenza; saper definire i parametri di un sistema di antenne sulla base di determinate specifiche; saper progettare un qualunque sistema di antenne a radio frequenza, note le specifiche ad esso richieste. (Capacità di applicare conoscenza e comprensione)
Lo studente avrà consapevolezza dei rischi delle tecnologie, sensibilità nei riguardi delle problematiche ambientali, sensibilità nei riguardi delle problematiche della sicurezza. (Comportamenti) Al termine del corso, dovrà essere capace di discriminare i meccanismi propagativi del campo elettromagnetico in base all’ambiente di propagazione, di analizzare un collegamento fra due o più sistemi di antenne, e di descrivere in maniera adeguata i diversi moduli che compongono un sistema di comunicazione a radio frequenza. Infine, dovrà saper selezionare l’antenna e/o il sistema di antenne più adatto per una determinata applicazione, sulla base delle specifiche di progetto richieste. (Autonomia di giudizio)
Lo studente, al termine del corso, dovrà essere in grado di esporre, con un linguaggio tecnico adeguato, le problematiche connesse agli aspetti propagativi e radiativi relativi ai sistemi di antenne a radiofrequenza, descrivendo adeguatamente i meccanismi che regolano la propagazione del campo elettromagnetico nei vari scenari del collegamento. (Abilità comunicative)
Lo studente dovrà essere in grado di approfondire autonomamente gli argomenti trattati nel corso, ricorrendo anche ad adeguati ed opportuni supporti, diversi da quelli proposti. Il corso fornirà agli studenti le basi per poter comprendere autonomamente la documentazione tecnica relativa ai componenti a microonde, ed in particolare ai sistemi di antenne a radiofrequenza. (Capacità di apprendimento)

Prerequisiti

Lessicali: comprensione e capacità di utilizzo del linguaggio tecnico-scientifico, in particolare riguardo la fisica e la matematica di base
Informatici: capacità di utilizzo/apprendimento di strumenti e software di base per il calcolo scientifico
Comunicativi: saper presentare concetti ed informazioni in forma orale, scritta e grafica
Organizzativi: saper organizzare le attività nell'arco della giornata e programmare un piano di lavoro/studio a medio termine
Conoscitivi: Equazioni di Maxwell, Linee di Trasmissione, Adattamenti di Impedenza, Onde Piane, Polarizzazione del Campo Elettromagnetico, Antenne, Trasformata di Fourier, Teoria dei Segnali, Teoria della probabilità.
Competenze: capacità di definire il legame tra fenomeni fisici, le loro proprietà e la loro rappresentazione sia matematica che in forma grafica.
Queste conoscenze, abilità e competenze sono di solito acquisite durante i corsi di laurea di primo livello.

Contenuti

Il corso si può dividere in due parti, più o meno equamente suddivise. La prima parte descrive i principali tipi di antenne utilizzati nei moderni sistemi di comunicazione, e fornisce i criteri essenziali necessari alla progettazione di qualunque sistema di antenne. La seconda parte tratta principalmente i più importanti meccanismi di propagazione ed i principali meccanismi di attenuazione in ambienti complessi, come l’ambiente urbano, e più in generale in ambienti affetti da multipath e da slow fading, ed i principali metodi e criteri progettuali per poter far fronte a questi problemi, connessi alla elevata attenuazione del segnale e all’interferenza fra segnali a radiofrequenza.
Il programma articolato del corso, con indicazione delle ore di lezione (L) ed esercitazione (E) per ciascun argomento, è il seguente:
Fondamenti (3L): Campo di una distribuzione di correnti, potenziali vettore elettrico e magnetico, campo lontano; Polarizzazione, rapporto assiale, componenti copolari e crosspolari (3L).
Antenne filiformi (4L, 6E): Distribuzione di corrente, equazioni di Pocklington e di Hallén, Antenne corte.
Allineamenti (8L, 6E): Fattore di allineamento, array uniformi, array superdirettivi; Rappresentazioni analitiche del fattore d'array, serie di Fourier, polinomio di Schelkunoff; Distribuzioni tipiche di array a fascio sottile; Array ad elementi parassiti, Antenne Yagi, Antenne Log-periodiche.
Antenne stampate (6L, 6E): Modello a cavità, analisi col metodo dei momenti, circuiti di alimentazione; Allineamenti stampati.
Antenne a riflettore (4L, 2E): Ottica fisica, teoria geometrica della diffrazione, metodo dell’ottica geometrica e del campo di apertura per lo studio di antenne a riflettore, efficienze di un riflettore, sistemi ad offset, sistemi a doppio riflettore, horn.
Teorema di equivalenza, aperture, spettro di onde piane; Funzione di Green in mezzi stratificati, valutazione asintotica; Uso del teorema del campionamento. (3L)
Caratteristiche della propagazione urbana (4L 2E): Fast fading e slow fading, Dipendenza dalla distanza, Modello di Hokumura-Hata, Propagazione nelle micorcelle, Correlazione del fading veloce, Diversita', Trasmissione di impulsi.
Valutazione del Link Budget (4L 2E): Caratteristiche dei sistemi cellulari - riuso di frequenza, Antenne per telefonia cellulare, Interferenze, Capacita' e copertura nell'UMTS, Radio Link Budget - Margini di Fading e di interferenza.
Modelli di propagazione - Diffrazione (6L 2E): Propagazione per raggi, Volume efficace di un raggio - Ellissoide di Fresnel, Modelli a due e sei raggi, Diffrazione da uno schermo - GTD, Campo nella zona di transizione - UTD, Diffrazione di onde piane e sferiche, Diffrazione multipla, Propagazione orizzontale sui tetti, Attenuazione tetto-terminale mobile.
Compatibilita' elettromagnetica (2L 2E): Riferimenti normativi sulla esposizione elettromagnetica, Volume di rispetto, Misure dei campi EM diffusi nell'ambiente.

Metodi Didattici

Il corso prevede 40 ore di lezioni frontali con supporto di presentazioni grafiche, 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 prevedono 30 ore, di cui una parte di laboratorio, che saranno prevalentemente basate sull'uso di simulatori elettromagnetici commerciali, mediante i quali verranno analizzati e progettati opportuni sistemi wireless che evidenzino le problematiche ed i concetti espressi durante le lezioni teoriche, e la restante parte sarà dedicata ai sistemi hardware, in particolare a misure di componenti a microonde con Network Analyzer, ed a misure di livelli di Campo Elettromagnetico con sonda a banda larga.

Verifica dell'apprendimento

Al termine del corso lo studente dovrà scegliere due progetti da svolgere, impiegando i software di simulazione utilizzati durante le esercitazioni di laboratorio. Tali progetti verranno valutati con un punteggio fino a 3/30 ciascuno. La verifica dell’apprendimento viene effettuata a fine corso attraverso una prova orale che verterà su tutti gli argomenti presentati durante il corso, al fine di verificare le conoscenze, le abilità e le competenze che coprono l’intero programma del corso stesso. Il voto massimo assegnato all’esame orale è pari a 24/30. Il voto finale si ottiene come somma dei punteggi ottenuti in ciascun progetto e il punteggio assegnato all’esame orale, e 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

R. E. Collin: Antennas and radiowave propagation, McGraw-Hill (student edition)

H. L. Bertoni: Radio Propagation for modern wireless systems, Prentice Hall
Materiale preparato dal docente.

Altre Informazioni

Nessuna

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