Università degli Studi Guglielmo Marconi

Insegnamento
Sistemi satellitari
Docente
Prof. Zampognaro Francesco
Settore Scientifico Disciplinare
ING-INF/03
CFU
06
Descrizione dell'insegnamento
Il corso si propone di descrivere i principali aspetti sistemistici riguardanti la progettazione e l’uso di sistemi satellitari per le comunicazioni. Vengono affrontati i concetti fondamentali di comunicazione, di architettura, di gestione delle risorse, di protocolli di rete e di trasporto, di integrazione, di qualità e prestazioni dei sistemi satellitari. Particolare enfasi verrà posta alle applicazioni, ai servizi, allo sviluppo del software per il segmento di terra e di bordo, introducendo brevemente l'utilizzo di simulatori per sistemi satellitari.
Obiettivi formativi (espressi come risultati di apprendimento attesi)
Al termine di questo corso, lo studente sarà in grado di:
  • conoscere la storia delle comunicazioni satellitari;
  • comprendere le principali caratteristiche delle costellazioni orbitali più usate (GEO, LEO, MEO, HEO) e dei sistemi satellitari che ne fanno uso;
  • conoscere i principi di radiopropagazione e comunicazione satellitare, nello specifico riferite a link-budget, alle attenuazioni e modelli di canale, la modulazione e codifica numerica;
  • apprendere le modalità di allocazione dello spettro e la condivisione delle risorse nei sistemi satellitari, considerando anche copertura multifascio, l’interferenza, e la rigenerazione a bordo;
  • conoscere i principali standard di comunicazione satellitare (DVB), i sistemi LMS ed IoT satellitari;
  • comprendere le caratteristiche del Software ed Hardware per lo spazio;
  • conoscere le architetture e valutare le prestazioni di sistemi satellitari basati su IP, incapsulamento, prestazioni di TCP/IP via satellite, acceleratori PEP, QoS e possibile integrazione con reti terrestri;
  • comprendere le caratteristiche di sicurezza dei sistemi di comunicazione satellitare;
  • essere in grado di dimensionare e valutare le prestazioni di una rete satellitare;
  • essere in grado di determinare le possibili scelte architetturali e tecnologiche, sulla base delle applicazioni e degli scenari di uso, per le comunicazioni satellitari;
  • eseguire progetti basilari di sistemi di comunicazione satellitare a seconda delle condizioni operative e dei requisiti applicativi;
  • comprendere le dipendenze e le differenze tra sistemi di comunicazione satellitari e sistemi terrestri, in relazione agli argomenti che vengono presentati in altri corsi e nello specifico sulle tematiche di modulazione e codifica, di radiopropagazione, di accesso condiviso al canale, dei terminali utente, di protocolli di rete e trasporto, di caratteristiche di servizio (QoS, disponibilità, copertura, mobilità), di sicurezza e di sviluppo del software.
Prerequisiti
Non si richiedono conoscenze particolari per sostenere questo esame. Si rimanda tuttavia alle indicazioni contenute nella guida dello studente.
Contenuti dell'insegnamento
  •  Breve storia delle comunicazioni satellitari. (1 lezione)
  •  Principali caratteristiche delle orbite più usate (GEO, LEO, MEO, HEO): caratteristiche geometriche dei collegamenti, messa in orbita, ritardo di propagazione (distanza), angoli di elevazione, costellazioni di satelliti, copertura. (1 lezione)
  • Allocazioni dello spettro per sistemi satellitari, antenne, sistemi multi-beam, interferenze, inter satellite link, sistemi satellitari realtime e non realtime. (1 lezione)
  • Link budget satellitare, calcolo e modellazione dell’attenuazione di canale. (1 lezione)
  • Strato fisico ed adattamento al canale: modulazione, codifica; adattività del canale, diversità. (1 lezione)
  • Tecniche di multiplazione, accesso multiplo (FDMA, TDMA, CDMA) e di accesso al mezzo (MAC) random e su domanda per reti satellitari. (2 lezioni)
  • Introduzione allo space software ed hardware, configurazioni del ground segment. (1 lezione)
  • Studio degli standard DVB-S, DVB-SI, DVB-S2, DVB-DSNG, Skyplex, DAB, VSAT, DVB-RCS. Incapsulamento IP su DVB, architetture e prestazioni di sistemi satellitari IP. (3 lezioni)
  • Studio dei sistemi di costellazioni per la fonia (LMS), le applicazioni di messaggistica M2M/IoT e le megacostellazioni. (1 lezione)
  • Analisi della sicurezza nei sistemi satellitari. (1 lezione)
  • Prestazioni del TCP/IP via satellite, accelerazione PEP. (1 lezione)
  • Applicazioni e servizi: servizi mobili e fissi, servizi multimediali, Qualità del Servizio, terminali, coperture, gateway, integrazione con reti terrestri, simulazione. (1 lezione)
Attività didattiche
Didattica Erogativa
L'insegnamento prevede, per ciascun CFU, 5 ore di Didattica Erogativa, costituite da 2,5 videolezioni (tenendo conto delle necessità di riascolto da parte dello studente). Ciascuna videolezione esplicita i propri obiettivi e argomenti, ed è corredata da materiale testuale in pdf.
Il corso è organizzato in 3 parti, che trattano le conoscenze e le teconologie di base per le comunicazioni satellitari, gli standard ed i sistemi satellitari e le loro applicazioni. Alcune videolezioni sono prevalentemente teoriche, con lo scopo di far conoscere le funzionalità principali nei sistemi satellitari. Altre videolezioni hanno un carattere più pratico al fine di favorire la capacità di applicare le conoscenze teoriche da parte dello studente, presentando anche esempi di dimensionamento di canale e di selezione dei terminali per la realizzazione di reti satellitari. A tal riguardo, si presenteranno confronti tra tecnologie vere in uso (o future) per la trasmissione satellitare al fine di favorire l’apprendimento e di rendere in parte autonomo lo studente nella selezione della tecnologia più adatta in un contesto operativo. In entrambi i casi si farà uso di una terminologia adeguata agli argomenti trattati, opportunamente e gradualmente introdotta durante le videolezioni.

Didattica Interattiva
L'insegnamento segue quanto previsto dalle Linee Guida di Ateneo sulla Didattica Interattiva e l'interazione didattica, e propone, per ciascun CFU, 1 ora di Didattica Interattiva dedicata alle seguenti attività: lettura area FAQ, partecipazione ad e-tivity strutturata costituita da attività finalizzate alla restituzione di un feedback formativo e interazioni sincrone dedicate a tale restituzione.
Tra le interazioni sincrone, sono utilizzate le aule virtuali in genere così strutturate:
  • il docente rende disponibile un testo di esercitazione agli studenti di solito basato su domande aperte;
  • lo studente svolge in autonomia gli esercizi;
  • durante l’aula virtuale, il docente dà un “feedback formativo” ovvero valuta il livello di apprendimento degli argomenti del corso, raccoglie i dubbi e fornisce chiarimenti ed eventuali approfondimenti in base alle scelte effettuate sulle strategie di dispiegamento delle reti e alle difficoltà riscontrate.
Il docente favorirà la discussione e il confronto al fine di sviluppare competenze critiche.
Modalità di verifica dell'apprendimento
Tutte le prove di verifica e autoverifica intermedie previste dai Corsi ed erogate in modalità distance learning sono da considerarsi altamente consigliate e utili ai fini della preparazione e dello studio individuali. Le prove di verifica e autoverifica intermedie non sono obbligatorie ai fini del sostenimento della prova d´esame, la quale deve essere svolta in presenza dello studente davanti ad apposita Commissione ai sensi dell´art. 11 c.7 lett.e) del DM 270/2004.

La prova di esame è orientata alla valutazione della comprensione, dell’elaborazione personale, dell’approfondimento interdisciplinare, della capacità di scelta ed analisi di compromesso di soluzioni alternative, e dell’applicazione concreta degli elementi studiati per la definizione di sistemi e applicazioni satellitari esistenti o future.

Al fine di valutare il conseguimento degli obiettivi formativi del corso, il docente terrà conto nella valutazione finale dell’esame anche:
  • della padronanza di linguaggio dello studente;
  • della capacità di apprendere e quindi di esporre l’argomento richiesto;
  • della capacità di applicare architetture, funzionalità o protocolli nella progettazione di sistemi satellitari e di valutare in modo appropriato le scelte tecnologiche in base a situazioni reali.
L’esame si svolge in forma scritta, e consiste in 3 domande teoriche e/o pratiche che riguardano gli argomenti trattati durante il corso. La durata della prova è di 2 ore.

Per superare l’esame, lo studente deve dimostrare di aver acquisito conoscenze sufficiente sui concetti di base relativi alle reti satellitari, una conoscenza di base sulle orbite e sui principali meccanismi di accesso ed utilizzo di risorse satellitari, dei principali standard e protocolli di comunicazione, dei concetti di sicurezza in relazioni alle applicazioni satellitari e di essere in grado di comprendere gli scenari in cui operano tali sistemi. Per conseguire un punteggio pari a 30/30 e lode, lo studente deve dimostrare di aver acquisito una conoscenza eccellente di tutti gli argomenti trattati durante il corso e di essere in grado di applicare i concetti teorici a sistemi e reti realmente operative.
Libri di testo

Oltre alle lezioni realizzate dal Docente ed ai materiali didattici pubblicati in piattaforma, è obbligatorio lo studio dei seguenti testi:

  • Maral and M. Bousquet, Satellite Communications Systems: Systems Techniques and Technology, (4th edition), J. Wiley
  • Lutz, M. Werner, A. Jahn, Satellite Systems for Personal and Broadband Communications, Springer.
  • R. Elbert, The Satellite Communications Handbook, Artech House.
  • Zhang, Interworking and Computing over Satellite Networks, Kluwer Academic Publishers, 2003
Ricevimento studenti
Previo appuntamento (f.zampognaro@unimarconi.it)