Obiettivi Formativi

Conoscenza e comprensione dei concetti basilari relativi alle telecomunicazioni e in particolare sulle comunicazioni numeriche e sui principali standard e protocolli usati nelle reti wireless e nell'Internet of Things (IoT). Comprensione e capacità di applicazione degli strumenti analitici usati per la progettazione e la valutazione delle prestazioni di sistemi e reti di comunicazione wireless per l'IoT. Sviluppo dell'autonomia di giudizio nelle scelte progettuali e le abilità comunicative e di apprendimento individuale nell'ambito delle telecomunicazioni.

Learning Goals

Understanding the fundamental concepts of telecommunications with emphasis on digital modulations and communication protocols used for wireless networks and Internet of Things (IoT) applications; Development of the ability to apply knowledge and analytical tools to design wireless communication systems and networks for IoT applications taking account of various factors which affect their performance; Providing the students with the opportunity to improve his/her autonomy in design choice, communication skills and ability to develop independent learning in the telecommunications field.

Metodi didattici

Il corso si svolge attraverso lezioni frontali ed esercitazioni in aula.

Teaching Methods

Course is based on lectures and classroom exercises.

Prerequisiti

Conoscenza di base della teoria dei segnali

Prerequisites

Basic knowledge of signal theory

Verifiche dell'apprendimento

Le conoscenze acquisite e la capacità dello studente di applicarle, utilizzando i corretti approcci metodologici, sono verificate mediante: 1) Due prove in itinere (opzionali) svolte rispettivamente a conclusione della 2a e 3a parte del corso. Ogni prova prevede 10 domande a risposta multipla e la risoluzione di 2 esercizi numerici sugli argomenti svolti nelle rispettive parti del corso. Il tempo previsto per ciascuna prova è di 90 minuti. Il punteggio delle prove è in trentesimi (considerando fino ad un massimo di 10 punti per esercizio e 1 punto per ogni risposta corretta data ai quesiti a risposta multipla). 2) Una prova finale scritta, basata su 10 domande a risposta multipla e sulla risoluzione di 4 esercizi numerici. La valutazione finale, espressa in trentesimi, è data dalla somma dei punti ottenuti negli esercizi e nei quesiti a risposta multipla, considerando fino ad un massimo di 5 punti per esercizio e 1 punto per ogni risposta corretta. La durata prevista per la prova è di 120 minuti. Uno studente che abbia superato entrambe le prove in itinere nell'anno accademico in corso, è esonerato dalla svolgimento delle domande e degli esercizi sugli argomenti già oggetto delle prove. In tal caso, la valutazione finale è ottenuta dalla media pesata dei risultati delle prove, considerando un peso pari a 1/3 per le prove in itinere ed un peso pari a 1 per la parte svolta della prova finale, assegnando la lode se il punteggio finale è superiore al 30.

Assessment

With the aim of verifying student's knowledge and skills on wireless communications and his/her ability to apply the acquired knowledge using the correct methodological approaches, the learning assessment is achieved in two phases: 1) Two mid-term assessments (optional), each consistising in a written exam with 10 multiple-choice questions and 2 numerical exercises. Mid-term assessments are scheduled at the end of 2n and 3rd part of the course, respectively, and they are scored out of thirty, by considering a maximum of 1 point for each correct answer and up to 10 points for each numerical exercise. The amount of time to complete each mid-term assessment is 90 minutes. 2) The final assessment consists in a written exam with 10 multiple-choice questions and 4 numerical exercises. The final score is given by the sum of collected points up to thirty by considering 1 point for each correct answer and up to 5 points for each numerical exercise. The amount of time to complete the exam is 120 minutes. Exercises and questions related to mid-term assessments are not requested for students with a positive evaluation of the mid-term assessments carried out in the same academic year. In this case, the final score is achieved with a weighted average considering a weight of 1/3 for each mid-term assessment and 1 for the accomplished part of the final assessment. The honor will be assigned if the final score is greater than thirty.

Programma del Corso

Il corso si divide in quattro parti: 1a PARTE: Introduzione alle comunicazioni wireless e all'Internet of Things Storia e classificazione dei sistemi di comunicazione wireless; terminologia di riferimento e parametri prestazionali dei sistemi di comunicazione; evoluzione dei sistemi wireless e standard di riferimento; classificazione delle reti wireless; modello ISO/OSI e stack protocollari; Internet delle "cose": genesi, applicazioni, criticità e architetture; introduzione alle piattaforme e ai protocolli per l'IoT. 2a PARTE: Modellizzazione del canale wireless Fondamenti di propagazione delle onde radio; rumore e altre degradazioni introdotte dal canale; perdite di percorso; shadowing (probabilità di outage e margine di fading); fading di piccola scala (parametri e modelli); modelli empirici derivanti da misure sperimentali; risoluzione di problemi di link budget; capacità di canale per canali AWGN e wireless. 3a PARTE: Tecniche di trasmissione su canali wireless Codifica di sorgente; modulazioni digitali a singola portante e multi-portante; prestazioni delle modulazioni digitali in canali AWGN e wireless; tecniche di spread-spectrum; codifica di canale; tecniche di diversity e sistemi MIMO; tecniche di accesso multiplo; paradigmi software defined radio e cognitive radio. 4a PARTE: Reti wireless e protocoli per l'IoT Fondamenti di networking, reti cellulari, ingegneria del teletraffico, protocolli IEEE e reti ad-hoc (Bluetooth, LR-WPAN, Zigbee, WiFi, LoRaWAN); protocolli IoT di livello applicativo (CoAP, MQTT).

Course Syllabus

The course is divided into four parts: 1st PART: WIRELESS COMMUNICATIONS and IoT FUNDAMENTALS History of wireless communications and types of communication systems; Fundamental terms and performance parameters; Evolution of wireless communication systems and standards; Classification of wireless networks; ISO/OSI model and protocol stacks; Internet of Things: genesis, applications, challenges and architectures; Introduction to IoT platforms and protocols. 2nd PART: WIRELESS CHANNELS and MODELLING Radio wave propagation fundamentals; noise and other channel impairments; path loss models; shadowing (outage probability and fading margin); small-scale fading (parameters and models); measurement-based propagation models; link budget problems; capacity in AWGN and wireless channels. 3rd PART: WIRELESS COMMUNICATION TECHNIQUES Source coding techniques; single and multi-carrier digital modulation schemes; performance of digital modulations over AWGN and wireless channels; spread-spectrum techniques; channel coding techniques; diversity techniques and MIMO systems; multiple access techniques; software defined radio and cognitive radio paradigms. 4th PART: WIRELESS NETWORKS and IoT PROTOCOLS networking fundamentals, cellular networks, teletraffic engineering, IEEE protocols and ad-hoc wireless networks (Bluetooth, LR-WPAN, Zigbee, WiFi, LoRaWAN); application layer IoT protocols (CoAP, MQTT).