Il corso è composto da 5 unità didattiche articolate come segue:
PARTE 1 –PROPAGAZIONE GUIDATA E CIRCUITI DI ADATTAMENTO
Modellizzazione di strutture guidanti, Circuiti reali di adattamento delle strutture guidanti, Reti di adattamento a banda stretta e a banda larga, Trasformatore a larga banda con funzione di trasferimento binomiale e di Chebyshev.
PARTE 2 – RETI A MICROONDE: MODELLI E PROPRIETA’
Rappresentazioni matriciali delle reti a microonde e loro relazioni (Matrice ABCD, Matrice delle impedenze e delle ammettenze, Matrice di scattering e relazioni con le altre rappresentazioni matriciali), Matrice di Scattering [S] di una rete a N porte, Proprietà del componente osservando la matrice [S]: Reciprocità, Adattamento, Lossless. Rappresentazione a Grafo della matrice [S] per l'analisi dei componenti, Analisi della risposta in frequenza di componenti in una rete a microonde e progettazione delle reti compensatrici.
PARTE 3 – COMPONENTI A 3 PORTE
Analisi di una rete 3 porte generica, Analisi e progettazione di un circolatore a microonde, Analisi e progettazione di divisori di potenza (Divisore a giunzione, Divisore resistivo, Divisore di Wilkinson) in configurazione bilanciata e sbilanciata.
PARTE 4 – COMPONENTI A 4 PORTE
Analisi di una rete 4 porte generica, Proprietà e parametri di un accoppiatore direzionale, Analisi di accoppiatori direzionali simmetrici, antisimmetrici e ibridi in quadratura ed ad anello, Progettazione di accoppiatori direzionali
PARTE 5 –PROGETTAZIONE DI RETI E COMPONENTI AVANZATI
Introduzione alla progettazione di reti a microonde ed onde millimetriche reali quali i filtri e gli amplificatori per piccoli segnali. Introduzione all’uso di software CAD elettromagnetici per l’analisi e progettazione dei circuiti a microonde. Introduzione ai componenti in metamateriale per applicazioni radar, satellitari e comunicazioni wireless.

I testi di riferimento del corso sono:
1) Appunti del docente disponibili su Teams
2) “Microwave engineering”, autore David Pozar, editore Wiley
3) “Electromagnetic Waves and Antennas”, autore S.J. Orfanidis (free book online)
4) “Microwave solid state circuit design”, autori: I Bahl e P. Bhartia, editore: Wiley
5) “Foundation of Microwave Engineering”, autore: Robert E. Collin, editore: Wiley
6) “The stripline circulator: Theory and practice” , autore: J. Helszajn, editore: Wiley

Segnali e sistemi discreti. Operazioni lineari e non lineari tra sequenze. Cambiamento di scala dei segnali discreti (interpolazione e decimazione digitali). Trasformate numeriche. Filtraggio. Analisi dei sistemi lineari. Filtri ottimi. Stimatori numerici e loro prestazioni. Predizione. Stimatori spettrali. Codifica vocale e video. Software defined radio. Smart antennas. Segnali e codici spread spectrum. Differenze tra TDMA, FDMA e CDMA. Applicazioni mobili dell'elaborazione dei segnali.
Esercitazioni numeriche di laboratorio con la piattaforma MatLab.
Ulteriori dettagli su: https://sp4te.uniroma3.it/elaborazione

G. Giunta, "Problemi di base di elaborazione numerica dei segnali" - IV edizione, Roma.
Tamal Bose, Francois Meyer, "Digital Signal And Image Processing", December 2003, Wiley Publ.
G. Giunta, Lucidi del corso (Scaricabili Dal Sito Web Del Corso).
A.V. Oppenheim, R.W. Shafer, J.R. Buck, "Discrete-Time Signal Processing", Prentice-Hall, Upper Saddle River, Nj (USA), 1999.

Elementi di teoria dell’informazione: entropia di una sorgente, entropia relativa. Entropia congiunta e entropia condizionata. Statistica sufficiente. Codifica di sorgente senza perdita di informazione: Codici ottimi. Limiti sulla lunghezza delle parole di codice per i codici ottimi. Diseguaglianza di Kraft per codici univocamente decodificabili. Codificatori di Huffman e di Shannon-Fano-Elias. Codifica di sorgente Universale. Codificatori aritmetici. Codificatore di Lempel-Ziv.
Equivocazione, tasso di informazione mutua, capacità di canale. Capcità dei canali binari simmetrici e dei canali limitati in banda affetti da rumore additivo gaussiano.
Teorema di Shannon sulla codifica di canale. Diseguaglianza di Fano. Teorema della separazione tra codifica di sorgente e la codifica di canale.
Codificazione dei segnali audio
Caratteristiche del sistema uditivo umano, soglia assoluta di udibilità, percezione dei suoni complessi, banda critica e mascheramento simultaneo, caratteristiche temporali dei meccanismi di mascheramento.
Tecniche di codifica del segnale vocale. Codiche temporali: G.711, G.726 e G.727. Codifiche basate su modelli: G.729. Codifiche nel dominio della frequenza: MPEG 1 layer I, II e III, MPEG-2 e MPEG-4.
Elementi di codifica delle immagini: la trasformata coseno discreta (DCT) e la codifca JPEG.

Codici lineari a blocco: definizione, matrice generatrice, controlli di parità, codici sistematici Rivelazione e correzione d’errore per codici lineari a blocco. Sindrome. Codice duale di un codice lineari a blocco. Decodificatore ottimo. Rivelazione e correzione d’errore per canali binari simmetrici. Schieramento standard. Prestazioni. Campi di Galois: definizioni e proprietà. Codici ciclici. Codici d Hamming. Codici di Reed-Solomon.
Codici convoluzionali: definizioni e proprietà. Decodifica a massima verosimiglianza: canali binari simmetrici e canali gaussiani Serie di Markov: definizioni e prorietà.
Algoritmo di Viterbi: principio, implementazione e prestazioni Algoritmo di Viterbi: prestazioni.
Turbocodici: definizioni e principio di funzionamento.
Codici concatenati. Codificatori convoluzionali ricorsivi sistematici. Interallacciatori per codici convoluzionali. Calcolo della probabilità a posteriori (AAP) per i turbocodici. Principio di funzionamento dei protocolli ARQ ibridi.
Decodificatori per turbo codici: algoritmo di decodifica.
Codici punturati. Reti bayesiane. Grafi orientati aciclici. Algoritmo di Pearl. Alberi bayesiani. Codici a lineari ablocco a bassa densità (LDPC): definizioni e proprieta. Decodicatore per LDPC. Cenni sulla codifica di canale orientata al pacchetto: codici a fontana e codici Raptor.
Teoria della stima. Stima a minimo errore quadratico medio: soluzione generale, caso Gaussiano in Gaussiano. Trasformata discreta di Fourier per processi ciclostazionari. Filtro di Wiener: caso Gaussiano in Gaussiano. Stima a minimo errore assoluto medio (MMAE). Stima a massima probabilità a posteriori (MPA). Stima a massima verosimiglianza (ML). Diseguaglianza di Cramèr Rao mono e pluridimensionale. Stimatori efficienti. Matrice di informazioen di Fisher. Stima di tempo d’arrivo. Stima congiunta di tempo d’arrivo e spostamento Doppler. Trasformata wavelet e analisi multirisoluzione. Restauro del segnale nel dominio della trasformata Wavelet.

A. Neri. "Appunti dalle lezioni di Teoria dell’Informazione e Codici". Disponibile gratuitamente in forma elettronica dal sito http://elearning.dia.uniroma3.it/moodle/.

Testi consigliati disponibili gratuitamente in forma elettronica dal sito della Biblioteca di Area Scientifico-tecnologica (http://host.uniroma3.it/biblioteche/page.php?page=collezion0)

Elements of information theory
Thomas M. Cover, Joy A. Thomas,
2. ed., 2006
John Wiley & Sons, Ltd.

Essentials of error-control coding
Jorge Castiñeira Moreira, Patrick Guy Farrell,
c2006
John Wiley & Sons, Ltd.

Parte I - Interazione tra campo elettromagnetico e materiali naturali
Fondamenti della teoria dei campi elettromagnetici. Risposta macroscopica dei materiali naturali. Relazioni costitutive e classificazione dei materiali. Linearità. Dispersione. Località. Materiali stazionari ed omogenei. Causalità e relazioni di Kramers-Kronig. Risposta elettrica dei materiali naturali. Polarizzazione elettrica del materiale. Polarizzabilità elettronica, atomica, ionica, di orientamento, di interfaccia. Modello di Lorentz: derivazione e discussione. Modello di Drude: derivazione e discussione. Risposta magnetica dei materiali naturali. Risposta elettrodinamica di una ferrite magnetizzata.

Parte II - Interazione tra campo elettromagnetico e materiali artificiali
Materiali elettromagnetici artificiali. Prospettiva storica. Materiali chirali. Risposta microscopica della materia. Concetto di polarizzabilità. Polarizzabilità elettrica di una sfera dielettrica. Polarizzabilità magnetica di una spira metallica. Polarizzabilità elettrica di una striscia metallica. Polarizzabilità elettrica di una spira metallica. Polarizzabilità della particella metallica a forma di omega. Effetto magneto-elettrico. Campo locale e campo di interazione. Dalla risposta microscopica a quella macroscopica. Tecniche di omogeneizzazione. Formula di Maxwell-Garnett. Formula di Clausius-Mossotti. Formula di Bruggeman. Densità di energia per materiali dispersivi. Causalità e conservazione dell’energia: comportamento in frequenza dei parametri costitutivi. Dispersione anomala. Introduzione ai metamateriali. Panoramica storica. Metamateriali e loro definizioni. Studi di Victor Veselago. Indice di rifrazione negativo. Materiali con indice di rifrazione negativo e loro prima implementazione. Terminologia dei metamateriale. Materiali elettrici artificiali con permittività negativa. Il mezzo a fili. Il mezzo a piatti metallici piani e paralleli. Metalli nobili alle frequenze ottiche. Materiali elettrici artificiali nel visibile. Metamateriali ENZ. Magnetismo naturale e artificiale. Lo Split-Ring Resonator: concetto, analisi e progettazione. Miniaturizzazione di inclusioni magnetiche. Il Multiple Split-Ring Resonator: concetto, analisi e progettazione. Lo Spiral Resonator: concetto, analisi e progettazione. Il Labyrinth Resonator: concetto, analisi e progettazione. Modellazione di inclusioni metalliche nel visibile. L'induttanza cinetica degli elettroni. La struttura Fishnet. Materiali ad indice di rifrazione negativo nel visibile. Magnetismo alle frequenze ottiche.


Parte III - Interazione tra campo elettromagnetico e la materia vivente
Introduzione al bioelettromagnetismo. Panoramica storica ed impatto. Modellistica elettrica dei tessuti viventi. Meccanismo di interazione, effetti biologici e sulla salute. Quantità fisiche per determinare il rischio. Dosimetria e limiti di esposizione. Regolamentazione europea e nazionale.

Parte IV - Imaging elettromagnetico, sensoristica elettromagnetica ed invisibilità elettromagnetica
Imaging, sensoristica ed invisibilità: definizioni e principi di base. Microscopia: definizione e classificazione. Nozioni di base e principi di microscopia ottica. Tecniche di bright field, dark field, contrasto di fase, fluorescenza. Microscopia a raggi X e microscopia elettronica. TEM e SEM. Limite della diffrazione nelle lenti ottiche. La lente perfetta: aspetti fisici, progettazione, implementazione e funzionamento. Esempi di superlenti che lavorano a diverse frequenze. Metamateriali iperbolici: definizione e proprietà. Le iperlenti: aspetti fisici, progettazione, implementazione e funzionamento. Super e iper-lenti ibride. Microscopia in campo vicino. NSOM: fondamenti e principi. Modalità operative dell’NSOM: illumination, collection e scattering mode. Scattering e assorbimento di onde elettromagnetiche. Sezioni di scattering, assorbimento ed estinzione. Principi di spettroscopia. Scattering di Rayleigh (risposta elastica). Scattering Raman (risposta anelastica; scattering Stokes e anti-Stokes). Spettroscopia IR. Polaritone plasmone di superficie (SPP): definizione ed eccitazione. Sensori elettromagnetici basati sulla risonanza plasmonica di superficie (SPR): definizione, aspetti fisici, implementazione, funzionamento. Modulazione angolare, di lunghezza d'onda, intensità, fase, polarizzazione di sensori basati su SPR. Biosensori basati su SPR. Preparazione del campione. Sensogrammi. Sensibilità, FoM, LoD. Localized Surface Plasmon (LSP): definizione ed eccitazione. Sensori elettromagnetici basati sulla risonanza plasmonica di superficie localizzata (LSPR): definizione, fisica, implementazione, funzionamento. Principi di spettroscopia SERS. Riduzione dell'osservabilità dell'oggetto. Tecnologie stealth e RAM. Invisibilità elettromagnetica: definizione e figura di merito. L'elettromagnetismo di trasformazione come via per l'invisibilità. Approcci alternativi al cloaking. Principali limitazioni. Cancellazione dello scattering. Mantelli volumetrici per oggetti cilindrici e sferici: analisi e progettazione. Cloaking di oggetti con altre forme. Implementazione di mantelli volumetrici basati sulla cancellazione dello scattering a microonde e a frequenze ottiche. Mantle cloaking: concetto, modellistica, progettazione e realizzazione. Applicazioni del cloaking alle frequenze ottiche. Riduzione e manipolazione delle forze ottiche. Riduzione dell'effetto Casimir. Sistemi NSOM: principi di funzionamento e applicazioni. Transmission, reception e scattering mode. Punte dell’NSOM parzialmente schermate per immagini ad elevata risoluzione. Applicazioni dell’invisibilità alle antenne. Nascondere oggetti passivi e ostacoli nel campo vicino di un'antenna. Nascondere un'antenna ricevente. Nascondere antenne trasmittenti. Dispositivi di invisibilità non lineari. Metasuperfici riconfigurabili e relative applicazioni nei sistemi 5G+.

Appunti predisposti a cura del docente.

Kerberos e Diameter
IP Security
Sicurezza nel web
Sistemi di autenticazione
Intrusion detection
Honey pot
Android security
Cloud security
Big data security
Analisi Forense di immagini digitali
Analisi e rilevazione di modifiche di dati multimediali
Tecniche di analisi statistica
Tecniche geometriche

Sono previste esercitazioni in Matlab su marchiatura digitale ed attacchi su sistemi di comunicazione

Stallings’ Cryptography and Network Security, Seventh Edition

Statistics
inference and statistical hypothesis testing
regression
Machine Learning
classification (supervised learning)
decision trees, random forests, naïve Bayes, linear discriminant analysis, k-nearest neighbor, support vector machines
clustering (unsupervised learning)
k-means clustering
hierarchical clustering
data modeling
principal component analysis, indipendent component analysis, outlier detection and data cleansing, hidden Markov models
deep learning & CNN
Processing
parallel processing
examples in Matlab & Python
Data analytics in business applications
Students' presentations

S. Nolan and T. Heinzen, "Statistics for the Behavioral Sciences"
G. James, D. Witten, T. Hastie, R. Tibshirani, "An Introduction to Statistical Learning"
K. P. Murphy, "Machine Learning - A Probabilistic Perspective"
S. Theodoridis and K. Koutroumbas, "Pattern Recognition"
T. A. Runkler, "Data Analytics - Models and Algorithms for Intelligent Data Analysis"
I. Goodfellow, Y. Bengio, A. Courville, "Deep Learning"

Materiale didattico ulteriore fornito dal docente

Fondamenti della radiazione elettromagnetica e parametri di un’antenna. Radiazione da dipolo corto. Radiazione da un loop di corrente. Radiazione da una distribuzione arbitraria di corrente. Dipolo a lambda mezzi. Impedenza d’antenna. Antenna a dipolo ripiegato, a dipolo corto e a monopolo. Antenne riceventi. Teorema di reciprocità ed area efficace. Disadattamento di polarizzazione. Formula di trasmissione di Friis. Rumore nei sistemi di comunicazione. Temperatura di rumore di antenna.

Introduzione agli array. Array monodimensionali, broad-side, end-fire. Array bidimensionali. Reti di alimentazione. Array parassiti. Antenne in ricezione: teorema di reciprocità ed area efficace, formula di trasmissione di Friis. Temperatura di rumore di antenna. Progettazione degli array. Metodo di Chebyshev, arrays binomiali, array polinomiali. Reti di alimentazione. Matrici di Butler. Arrays parassiti. Arrays log-periodici.

Antenne ad apertura: analisi e progettazione. Radiazione da una apertura piana. Metodo della trasformata di Fourier. Radiazione da apertura rettangolare e circolare. Principio di equivalenza. Applicazione del principio di equivalenza alla radiazione da apertura. Antenne a tromba. Radiazione da guida d'onda rettangolare e circolare. Ottica geometrica. Lenti a microonde. Antenne a paraboloide: efficienza, direttività, cross-polarizzazione. Metodo delle correnti indotte. Feed con bassa cross-polarizzazione. Sistemi a doppio riflettore. Radiazione da fenditura. Sintesi di allineamenti di fenditure. Antenne planari a microstriscia. Proprietà dei mezzi artificiali periodici e a band-gap elettromagnetico. Applicazione alle antenne.

Diffusione della radiazione in ambiente elettromagnetico complesso e casi canonici. Scattering di un’onda piana da un cilindro conduttore, polarizzazione E ed H. Cilindro dielettrico.

Le esercitazioni sono parte integrante del programma d’esame.

A. Paraboni, M. D’Amico, “Radiopropagazione” Mc Graw-Hill Libri Italia.
A. Paraboni, "Antenne", Mc Graw-Hill Libri Italia.
C. Balanis, "Antenna theory, analysis and design", 3rd edition, Wiley,
Robert E. Collin, "Antennas and Radiowave propagation", McGraw-Hill Book Company.

Propagazione tra punti fissi: presenza della terra, onda superficiale e riflessione da terra piatta. Indice di rifrazione per un mezzo ionizzato. Curvatura dei raggi nel plasma ionosferico.

Materiale didattico:
- Appunti e slide delle lezioni, a cura del docente, pubblicati sullo spazio Moodle del corso

Fondamenti di Biometria: Identità e biometria. Introduzione ai sistemi biometrici. Applicazioni.
Identificatori biometrici morfologici: impronte digitali, volti (2D e 3D), geometria della mano, palmo della mano, strutture venose, iride, termogrammi, etc.) comportamentali (firma, voce, modalità di digitazione, andatura, movimento delle labbra, etc.) e cognitivi (segnale elettroencefalografico e risposte del sistema nervoso periferico).
Progetto di un sistema biometrico: architettura dei sistemi biometrici. Fasi di progetto di un sistema biometrico (requisiti, definizione delle specifiche di progetto, architettura, implementazione, messa in esercizio, manutenzione del sistema).
Verifica e valutazione delle prestazioni del sistema: FAR, FRR. FTE, FTA, curve ROC, DET, CMC, usabilità, scalabilità.
Sicurezza, vulnerabilità, e privacy di un sistema biometrico: attacchi ad un sistema biometrico, protezione del template (criptosistemi biometrici, "cancelable templates").
Sistemi biometrici multimodali.
Standard nei Sistemi Biometrici.
Aspetti sociali, culturali e legali dell'uso dei sistemi biometrici.

Introduction to Biometrics, Anil K. Jain , Arun A. Ross , Karthik Nandakumar, Springer, 2011.
Handbook of Biometrics , A. K. Jain, P. Flynn, A. Ross, Springer, 2007.
Handbook of Multibiometrics, A. A. Ross, K. Nandakumar, and Anil K. Jain, Springer, 2006.

Le reti mobili condivise. Strutturazione delle reti e dei servizi e loro motivazioni economiche e finanziarie. I sistemi mobili cellulari di nuova generazione (3G, 4G, 5G, 6G). Servizi offerti e qualità di servizio. Gestione della mobilità e problematiche di sicurezza, confidenzialità e autenticazione. Servizi di localizzazione. Controllo energetico dei dispositivi connessi. Tecnologie di accesso alla rete internet mediante dispositivi wireless. Evoluzione delle architetture di rete virtualizzate e riconfigurabili via SW. Tecniche di elaborazione parallela che consentono un collegamento efficiente e dedicato negli standard più moderni (5G e oltre) con e tra i terminali e gli oggetti connessi nell'IoT.
Maggiori dettagli sul sito: https://sp4te.uniroma3.it/radiomobile

G. Giunta, Lucidi del corso, 2023.

Il corso è composto da 5 unità didattiche articolate come segue:
PARTE 1 –PROPAGAZIONE GUIDATA E CIRCUITI DI ADATTAMENTO
Modellizzazione di strutture guidanti, Circuiti reali di adattamento delle strutture guidanti, Reti di adattamento a banda stretta e a banda larga, Trasformatore a larga banda con funzione di trasferimento binomiale e di Chebyshev.
PARTE 2 – RETI A MICROONDE: MODELLI E PROPRIETA’
Rappresentazioni matriciali delle reti a microonde e loro relazioni (Matrice ABCD, Matrice delle impedenze e delle ammettenze, Matrice di scattering e relazioni con le altre rappresentazioni matriciali), Matrice di Scattering [S] di una rete a N porte, Proprietà del componente osservando la matrice [S]: Reciprocità, Adattamento, Lossless. Rappresentazione a Grafo della matrice [S] per l'analisi dei componenti, Analisi della risposta in frequenza di componenti in una rete a microonde e progettazione delle reti compensatrici.
PARTE 3 – COMPONENTI A 3 PORTE
Analisi di una rete 3 porte generica, Analisi e progettazione di un circolatore a microonde, Analisi e progettazione di divisori di potenza (Divisore a giunzione, Divisore resistivo, Divisore di Wilkinson) in configurazione bilanciata e sbilanciata.
PARTE 4 – COMPONENTI A 4 PORTE
Analisi di una rete 4 porte generica, Proprietà e parametri di un accoppiatore direzionale, Analisi di accoppiatori direzionali simmetrici, antisimmetrici e ibridi in quadratura ed ad anello, Progettazione di accoppiatori direzionali
PARTE 5 –PROGETTAZIONE DI RETI E COMPONENTI AVANZATI
Introduzione alla progettazione di reti a microonde ed onde millimetriche reali quali i filtri e gli amplificatori per piccoli segnali. Introduzione all’uso di software CAD elettromagnetici per l’analisi e progettazione dei circuiti a microonde. Introduzione ai componenti in metamateriale per applicazioni radar, satellitari e comunicazioni wireless.

I testi di riferimento del corso sono:
1) Appunti del docente disponibili su Teams
2) “Microwave engineering”, autore David Pozar, editore Wiley
3) “Electromagnetic Waves and Antennas”, autore S.J. Orfanidis (free book online)
4) “Microwave solid state circuit design”, autori: I Bahl e P. Bhartia, editore: Wiley
5) “Foundation of Microwave Engineering”, autore: Robert E. Collin, editore: Wiley
6) “The stripline circulator: Theory and practice” , autore: J. Helszajn, editore: Wiley

Segnali e sistemi discreti. Operazioni lineari e non lineari tra sequenze. Cambiamento di scala dei segnali discreti (interpolazione e decimazione digitali). Trasformate numeriche. Filtraggio. Analisi dei sistemi lineari. Filtri ottimi. Stimatori numerici e loro prestazioni. Predizione. Stimatori spettrali. Codifica vocale e video. Software defined radio. Smart antennas. Segnali e codici spread spectrum. Differenze tra TDMA, FDMA e CDMA. Applicazioni mobili dell'elaborazione dei segnali.
Esercitazioni numeriche di laboratorio con la piattaforma MatLab.
Ulteriori dettagli su: https://sp4te.uniroma3.it/elaborazione

G. Giunta, "Problemi di base di elaborazione numerica dei segnali" - IV edizione, Roma.
Tamal Bose, Francois Meyer, "Digital Signal And Image Processing", December 2003, Wiley Publ.
G. Giunta, Lucidi del corso (Scaricabili Dal Sito Web Del Corso).
A.V. Oppenheim, R.W. Shafer, J.R. Buck, "Discrete-Time Signal Processing", Prentice-Hall, Upper Saddle River, Nj (USA), 1999.

Elementi di teoria dell’informazione: entropia di una sorgente, entropia relativa. Entropia congiunta e entropia condizionata. Statistica sufficiente. Codifica di sorgente senza perdita di informazione: Codici ottimi. Limiti sulla lunghezza delle parole di codice per i codici ottimi. Diseguaglianza di Kraft per codici univocamente decodificabili. Codificatori di Huffman e di Shannon-Fano-Elias. Codifica di sorgente Universale. Codificatori aritmetici. Codificatore di Lempel-Ziv.
Equivocazione, tasso di informazione mutua, capacità di canale. Capcità dei canali binari simmetrici e dei canali limitati in banda affetti da rumore additivo gaussiano.
Teorema di Shannon sulla codifica di canale. Diseguaglianza di Fano. Teorema della separazione tra codifica di sorgente e la codifica di canale.
Codificazione dei segnali audio
Caratteristiche del sistema uditivo umano, soglia assoluta di udibilità, percezione dei suoni complessi, banda critica e mascheramento simultaneo, caratteristiche temporali dei meccanismi di mascheramento.
Tecniche di codifica del segnale vocale. Codiche temporali: G.711, G.726 e G.727. Codifiche basate su modelli: G.729. Codifiche nel dominio della frequenza: MPEG 1 layer I, II e III, MPEG-2 e MPEG-4.
Elementi di codifica delle immagini: la trasformata coseno discreta (DCT) e la codifca JPEG.

Codici lineari a blocco: definizione, matrice generatrice, controlli di parità, codici sistematici Rivelazione e correzione d’errore per codici lineari a blocco. Sindrome. Codice duale di un codice lineari a blocco. Decodificatore ottimo. Rivelazione e correzione d’errore per canali binari simmetrici. Schieramento standard. Prestazioni. Campi di Galois: definizioni e proprietà. Codici ciclici. Codici d Hamming. Codici di Reed-Solomon.
Codici convoluzionali: definizioni e proprietà. Decodifica a massima verosimiglianza: canali binari simmetrici e canali gaussiani Serie di Markov: definizioni e prorietà.
Algoritmo di Viterbi: principio, implementazione e prestazioni Algoritmo di Viterbi: prestazioni.
Turbocodici: definizioni e principio di funzionamento.
Codici concatenati. Codificatori convoluzionali ricorsivi sistematici. Interallacciatori per codici convoluzionali. Calcolo della probabilità a posteriori (AAP) per i turbocodici. Principio di funzionamento dei protocolli ARQ ibridi.
Decodificatori per turbo codici: algoritmo di decodifica.
Codici punturati. Reti bayesiane. Grafi orientati aciclici. Algoritmo di Pearl. Alberi bayesiani. Codici a lineari ablocco a bassa densità (LDPC): definizioni e proprieta. Decodicatore per LDPC. Cenni sulla codifica di canale orientata al pacchetto: codici a fontana e codici Raptor.
Teoria della stima. Stima a minimo errore quadratico medio: soluzione generale, caso Gaussiano in Gaussiano. Trasformata discreta di Fourier per processi ciclostazionari. Filtro di Wiener: caso Gaussiano in Gaussiano. Stima a minimo errore assoluto medio (MMAE). Stima a massima probabilità a posteriori (MPA). Stima a massima verosimiglianza (ML). Diseguaglianza di Cramèr Rao mono e pluridimensionale. Stimatori efficienti. Matrice di informazioen di Fisher. Stima di tempo d’arrivo. Stima congiunta di tempo d’arrivo e spostamento Doppler. Trasformata wavelet e analisi multirisoluzione. Restauro del segnale nel dominio della trasformata Wavelet.

A. Neri. "Appunti dalle lezioni di Teoria dell’Informazione e Codici". Disponibile gratuitamente in forma elettronica dal sito http://elearning.dia.uniroma3.it/moodle/.

Testi consigliati disponibili gratuitamente in forma elettronica dal sito della Biblioteca di Area Scientifico-tecnologica (http://host.uniroma3.it/biblioteche/page.php?page=collezion0)

Elements of information theory
Thomas M. Cover, Joy A. Thomas,
2. ed., 2006
John Wiley & Sons, Ltd.

Essentials of error-control coding
Jorge Castiñeira Moreira, Patrick Guy Farrell,
c2006
John Wiley & Sons, Ltd.

Parte I - Interazione tra campo elettromagnetico e materiali naturali
Fondamenti della teoria dei campi elettromagnetici. Risposta macroscopica dei materiali naturali. Relazioni costitutive e classificazione dei materiali. Linearità. Dispersione. Località. Materiali stazionari ed omogenei. Causalità e relazioni di Kramers-Kronig. Risposta elettrica dei materiali naturali. Polarizzazione elettrica del materiale. Polarizzabilità elettronica, atomica, ionica, di orientamento, di interfaccia. Modello di Lorentz: derivazione e discussione. Modello di Drude: derivazione e discussione. Risposta magnetica dei materiali naturali. Risposta elettrodinamica di una ferrite magnetizzata.

Parte II - Interazione tra campo elettromagnetico e materiali artificiali
Materiali elettromagnetici artificiali. Prospettiva storica. Materiali chirali. Risposta microscopica della materia. Concetto di polarizzabilità. Polarizzabilità elettrica di una sfera dielettrica. Polarizzabilità magnetica di una spira metallica. Polarizzabilità elettrica di una striscia metallica. Polarizzabilità elettrica di una spira metallica. Polarizzabilità della particella metallica a forma di omega. Effetto magneto-elettrico. Campo locale e campo di interazione. Dalla risposta microscopica a quella macroscopica. Tecniche di omogeneizzazione. Formula di Maxwell-Garnett. Formula di Clausius-Mossotti. Formula di Bruggeman. Densità di energia per materiali dispersivi. Causalità e conservazione dell’energia: comportamento in frequenza dei parametri costitutivi. Dispersione anomala. Introduzione ai metamateriali. Panoramica storica. Metamateriali e loro definizioni. Studi di Victor Veselago. Indice di rifrazione negativo. Materiali con indice di rifrazione negativo e loro prima implementazione. Terminologia dei metamateriale. Materiali elettrici artificiali con permittività negativa. Il mezzo a fili. Il mezzo a piatti metallici piani e paralleli. Metalli nobili alle frequenze ottiche. Materiali elettrici artificiali nel visibile. Metamateriali ENZ. Magnetismo naturale e artificiale. Lo Split-Ring Resonator: concetto, analisi e progettazione. Miniaturizzazione di inclusioni magnetiche. Il Multiple Split-Ring Resonator: concetto, analisi e progettazione. Lo Spiral Resonator: concetto, analisi e progettazione. Il Labyrinth Resonator: concetto, analisi e progettazione. Modellazione di inclusioni metalliche nel visibile. L'induttanza cinetica degli elettroni. La struttura Fishnet. Materiali ad indice di rifrazione negativo nel visibile. Magnetismo alle frequenze ottiche.


Parte III - Interazione tra campo elettromagnetico e la materia vivente
Introduzione al bioelettromagnetismo. Panoramica storica ed impatto. Modellistica elettrica dei tessuti viventi. Meccanismo di interazione, effetti biologici e sulla salute. Quantità fisiche per determinare il rischio. Dosimetria e limiti di esposizione. Regolamentazione europea e nazionale.

Parte IV - Imaging elettromagnetico, sensoristica elettromagnetica ed invisibilità elettromagnetica
Imaging, sensoristica ed invisibilità: definizioni e principi di base. Microscopia: definizione e classificazione. Nozioni di base e principi di microscopia ottica. Tecniche di bright field, dark field, contrasto di fase, fluorescenza. Microscopia a raggi X e microscopia elettronica. TEM e SEM. Limite della diffrazione nelle lenti ottiche. La lente perfetta: aspetti fisici, progettazione, implementazione e funzionamento. Esempi di superlenti che lavorano a diverse frequenze. Metamateriali iperbolici: definizione e proprietà. Le iperlenti: aspetti fisici, progettazione, implementazione e funzionamento. Super e iper-lenti ibride. Microscopia in campo vicino. NSOM: fondamenti e principi. Modalità operative dell’NSOM: illumination, collection e scattering mode. Scattering e assorbimento di onde elettromagnetiche. Sezioni di scattering, assorbimento ed estinzione. Principi di spettroscopia. Scattering di Rayleigh (risposta elastica). Scattering Raman (risposta anelastica; scattering Stokes e anti-Stokes). Spettroscopia IR. Polaritone plasmone di superficie (SPP): definizione ed eccitazione. Sensori elettromagnetici basati sulla risonanza plasmonica di superficie (SPR): definizione, aspetti fisici, implementazione, funzionamento. Modulazione angolare, di lunghezza d'onda, intensità, fase, polarizzazione di sensori basati su SPR. Biosensori basati su SPR. Preparazione del campione. Sensogrammi. Sensibilità, FoM, LoD. Localized Surface Plasmon (LSP): definizione ed eccitazione. Sensori elettromagnetici basati sulla risonanza plasmonica di superficie localizzata (LSPR): definizione, fisica, implementazione, funzionamento. Principi di spettroscopia SERS. Riduzione dell'osservabilità dell'oggetto. Tecnologie stealth e RAM. Invisibilità elettromagnetica: definizione e figura di merito. L'elettromagnetismo di trasformazione come via per l'invisibilità. Approcci alternativi al cloaking. Principali limitazioni. Cancellazione dello scattering. Mantelli volumetrici per oggetti cilindrici e sferici: analisi e progettazione. Cloaking di oggetti con altre forme. Implementazione di mantelli volumetrici basati sulla cancellazione dello scattering a microonde e a frequenze ottiche. Mantle cloaking: concetto, modellistica, progettazione e realizzazione. Applicazioni del cloaking alle frequenze ottiche. Riduzione e manipolazione delle forze ottiche. Riduzione dell'effetto Casimir. Sistemi NSOM: principi di funzionamento e applicazioni. Transmission, reception e scattering mode. Punte dell’NSOM parzialmente schermate per immagini ad elevata risoluzione. Applicazioni dell’invisibilità alle antenne. Nascondere oggetti passivi e ostacoli nel campo vicino di un'antenna. Nascondere un'antenna ricevente. Nascondere antenne trasmittenti. Dispositivi di invisibilità non lineari. Metasuperfici riconfigurabili e relative applicazioni nei sistemi 5G+.

Appunti predisposti a cura del docente.

Introduzione ai sistemi wireless: standard e bande di frequenze. Standard per comunicazioni mobili, Wireless LAN e Bluetooth. Standard emergenti in band millimetrica per sistemi wireless indoor ed outdoor. Standard per i sistemi radar.

Circuiti Integrati a Microonde (MIC) e Circuiti Integrati a Microonde Monolitici (MMIC). Teoria delle linee di trasmissione e adattamento delle linee. Circuiti integrati in microstriscia: formule di progetto per le linee a microstriscia. Impedenze in microstriscia. Discontinuità in microstriscia. Componenti in microstriscia: componenti due porte; componenti tre porte, componewnti resistivi e divisore Wilkinson; componenti quattro porte, accoppiatori direzionali ibridi, ibrido in quadratura, accoppiatore a linee accoppiate, rat-race. Antenne integrabili nei MIC.
Circuiti in tecnologia Substrate Integrated Waveguide (SIW). Progetto di strutture guidanti. Componenti in SIW.
Circuiti in tecnologia Gap Waveguide. Realizzazioni della struttura guidante. Componenti in Gap Waveguide.
Progetto e simulazione di circuiti a microonde in microstriscia mediante software elettromagnetico.

Amplificatori a microonde: stabilità, guadagno e adattamento.

Sistemi radar. Radar ad impulsi e radar in frequenza. Architettura dei sistemi radar. Il Ground Penetrating Radar; applicazioni alla localizzazione di oggetti sepolti.

Materiale fornito dal Docente.

R.E. Collin, Foundations for Microwave Engineering, McGraw Hill, 1992.
D.M. Pozar, Microwave Engineering, Wiley, 1998.

Fondamenti della radiazione elettromagnetica e parametri di un’antenna. Radiazione da dipolo corto. Radiazione da un loop di corrente. Radiazione da una distribuzione arbitraria di corrente. Dipolo a lambda mezzi. Impedenza d’antenna. Antenna a dipolo ripiegato, a dipolo corto e a monopolo. Antenne riceventi. Teorema di reciprocità ed area efficace. Disadattamento di polarizzazione. Formula di trasmissione di Friis. Rumore nei sistemi di comunicazione. Temperatura di rumore di antenna.

Introduzione agli array. Array monodimensionali, broad-side, end-fire. Array bidimensionali. Reti di alimentazione. Array parassiti. Antenne in ricezione: teorema di reciprocità ed area efficace, formula di trasmissione di Friis. Temperatura di rumore di antenna. Progettazione degli array. Metodo di Chebyshev, arrays binomiali, array polinomiali. Reti di alimentazione. Matrici di Butler. Arrays parassiti. Arrays log-periodici.

Antenne ad apertura: analisi e progettazione. Radiazione da una apertura piana. Metodo della trasformata di Fourier. Radiazione da apertura rettangolare e circolare. Principio di equivalenza. Applicazione del principio di equivalenza alla radiazione da apertura. Antenne a tromba. Radiazione da guida d'onda rettangolare e circolare. Ottica geometrica. Lenti a microonde. Antenne a paraboloide: efficienza, direttività, cross-polarizzazione. Metodo delle correnti indotte. Feed con bassa cross-polarizzazione. Sistemi a doppio riflettore. Radiazione da fenditura. Sintesi di allineamenti di fenditure. Antenne planari a microstriscia. Proprietà dei mezzi artificiali periodici e a band-gap elettromagnetico. Applicazione alle antenne.

Diffusione della radiazione in ambiente elettromagnetico complesso e casi canonici. Scattering di un’onda piana da un cilindro conduttore, polarizzazione E ed H. Cilindro dielettrico.

Le esercitazioni sono parte integrante del programma d’esame.

A. Paraboni, M. D’Amico, “Radiopropagazione” Mc Graw-Hill Libri Italia.
A. Paraboni, "Antenne", Mc Graw-Hill Libri Italia.
C. Balanis, "Antenna theory, analysis and design", 3rd edition, Wiley,
Robert E. Collin, "Antennas and Radiowave propagation", McGraw-Hill Book Company.

Propagazione tra punti fissi: presenza della terra, onda superficiale e riflessione da terra piatta. Indice di rifrazione per un mezzo ionizzato. Curvatura dei raggi nel plasma ionosferico.

Materiale didattico:
- Appunti e slide delle lezioni, a cura del docente, pubblicati sullo spazio Moodle del corso

Le reti mobili condivise. Strutturazione delle reti e dei servizi e loro motivazioni economiche e finanziarie. I sistemi mobili cellulari di nuova generazione (3G, 4G, 5G, 6G). Servizi offerti e qualità di servizio. Gestione della mobilità e problematiche di sicurezza, confidenzialità e autenticazione. Servizi di localizzazione. Controllo energetico dei dispositivi connessi. Tecnologie di accesso alla rete internet mediante dispositivi wireless. Evoluzione delle architetture di rete virtualizzate e riconfigurabili via SW. Tecniche di elaborazione parallela che consentono un collegamento efficiente e dedicato negli standard più moderni (5G e oltre) con e tra i terminali e gli oggetti connessi nell'IoT.
Maggiori dettagli sul sito: https://sp4te.uniroma3.it/radiomobile

G. Giunta, Lucidi del corso, 2023.

PRIMA PARTE

Cenni e richiami introduttivi:
Sistemi algebrici lineari e relativa soluzione. Decomposizione ai valori singolari di matrici a valori complessi. Proprietà fondamentali della radiazione elettromagnetica. Teoremi di unicità, reciprocità ed equivalenza e relative applicazioni nell’ambito dei fenomeni radiativi. Parametri caratteristici delle antenne. Allineamenti di antenne.

Reti equivalenti trasverse e metodo della risonanza trasversa:
Linee di trasmissione TE, TM e TEM. Applicazioni delle reti equivalenti trasverse alle strutture dielettriche multistrato. Il grounded dielectric slab (GDS). Equazione di risonanza trasversa. Equazione di dispersione dei modi TM e TE del GDS. Soluzione grafica dell’equazione di dispersione. Soluzioni proprie e improprie. Onde superficiali TM e TE. Onde leaky. Campo lontano generato da sorgenti elementari in strutture dielettriche multistrato.

Antenne stampate a microstriscia:
Introduzione, principi operativi, metodi di alimentazione e caratteristiche radiative. Tecniche di progetto e formule CAD. Campo lontano e diagramma di radiazione (derivazione con metodi approssimati basati sulla sovrapposizione degli effetti e la reciprocità). Impedenza di ingresso: modelli circuitali e sviluppo in autofunzioni. Antenne a larga banda e multi banda, miniaturizzazione.

SECONDA PARTE

Strutture periodiche:
Introduzione e teoria di base (armoniche spaziali e teorema di Floquet-Bloch). Diagrammi di Brillouin. Proprietà spettrali delle armoniche spaziali: armoniche proprie e improprie. Analisi di Bloch.

Antenne a onda leaky (Leaky-wave antennas, “LWAs”):
Caratteristiche generali e classificazione. Tecniche di progetto per antenne a onda leaky monodimensionali (1D-LWAs) uniformi e periodiche. Antenne a cavità di tipo Fabry-Perot. Caratteristiche generali di antenne a onda leaky bidimensionali (2D LWAs).

Array per comunicazioni wireless:
Caratterizzazione dei canali wireless. Arrays e diversità nel tempo, nella frequenza e nello spazio. Introduzione ai sistemi Multiple-Input/Multiple-Output (MIMO).

Metodi numerici basati sulle equazioni integrali al contorno e metodo dei momenti (MoM):
Rappresentazioni integrali al contorno dei campi elettromagnetici ed equazioni integrali di superficie. Equazioni integrali ai potenziali misti nello spazio libero. MoM applicato alle equazioni integrali ai potenziali misti nello spazio libero: funzioni base e di test di tipo Rao-Wilton-Glisson. Equazioni integrali ai potenziali misti in strutture dielettriche multistrato. Metodo dello “spectral domain” per la derivazione delle funzioni di Green spettrali in strutture multistrato. Integrali di Sommerfeld, estrazioni asintotiche e singolarità spaziali. Metodi di accelerazione per il calcolo numerico di integrali e serie in elettromagnetismo. MoM in strutture periodiche nello spazio libero.

ESERCITAZIONE NUMERICHE

CAD elettromagnetici:
Ansys HFSS e CST Microwave Studio: introduzione e caratteristiche generali.
Analisi di antenne a microstriscia e a onda leaky. Analisi di strutture periodiche selettive in frequenza.

Materiale didattico:
• Appunti delle lezioni a cura del docente pubblicati sullo spazio Moodle del corso

Modulo 1: Introduzione ai metamateriali.
Metamateriali ad indice di rifrazione negativo. Classificazione e terminologia. Risonatore di Engheta. Lente di Pendry. Metamateriali a linea di trasmissione. Miniaturizzazione di componenti. Antenne miniaturizzate. Metamateriali bi-dimensionali: metasuperfici. Progetto di inclusioni per metamateriali a microonde. Progetto di metamateriali a linea di trasmissione e progetto di componenti miniaturizzati (celle elementari, sfasatori, rat-race, ecc.). Esercitazioni in ambiente di calcolo simbolico e numerico.

Modulo 2: Introduzione alle metasuperfici.
Introduzioni alle metasuperfici. Metasuperfici con risposta elettrica. Metasuperfici con risposta elettrica e magnetica. Metasuperfici per riflessione e rifrazione anomala. Metasuperfici a microonde. Metasuperfici a frequenze ottiche basate su allineamenti di nanoparticelle. Caratterizzazione elettromagnetica dei metalli a frequenze ottiche. Modello di Drude. Effetto della forma e delle dimensioni sulla risposta ottica dei materiali. Effetto di dispersione superficiale. Tecniche di omogeneizzazione volumetriche di allineamenti di nanoparticelle: formule di Maxwell Garnett e di Clausius-Mosotti. Tecniche di omogeneizzazione bidimensionali. Applicazioni delle metasuperfici ottiche: invisibilità elettromagnetica, assorbitori ottici, dispositivi per la minimizzazione delle riflessioni e schermi trasparenti. Estensione del modello bidimensionale a metasuperfici composte da nanoparticelle dielettriche. Applicazioni delle metasuperfici dielettriche. Esercitazioni in ambiente di calcolo numerico.

Modulo 3: Invisibilità elettromagnetica.
Riduzione dell’osservabilità radar. Concetti di base sull’invisibilità elettromagnetica. Sezione radar e sezione di scattering. Figure di merito per quantificare l’efficacia di un dispositivo di invisibilità elettromagnetica. Concetti introduttivi sull’elettromagnetismo di trasformazione. Mantello dell’invisibilità basato sull’elettromagnetismo di trasformazione. Altre tecniche per ottenere l’invisibilità elettromagnetica. Concetti introduttivi sulla cancellazione dello scattering. Cancellazione dello scattering mediante metamateriali volumetrici. Cancellazione dello scattering mediante metasuperfici (mantle cloaking). Teoria di Mie per oggetti sferici e cilindrici ricoperti con uno strato volumetrico e un’impedenza superficiale. Implementazione di dispositivi di invisibilità basati sulla cancellazione dello scattering a microonde: materiali volumetrici e metasuperfici a singola e doppia polarizzazione. Applicazioni dell’invisibilità elettromagnetica alle microonde: invisibilità di oggetti passivi, invisibilità di antenne riceventi e sensori, invisibilità reciproca di antenne trasmittenti. Dispositivi di invisibilità elettromagnetica non-lineari e selettivi rispetto alla forma d’onda e relative applicazioni. Esercitazioni in ambiente di calcolo simbolico e numerico.

Modulo 4: Metamateriali tempo-spazio varianti.
Introduzione alla non-reciprocità elettromagnetica ottenuta con materiali naturali e metamateriali. Introduzione ai metamateriali modulati nel tempo e nello spazio. Analisi di un risonatore caricato con metamateriale tempo-spazio variante: modi accoppiati, modi in risonanza e risposta in frequenza. Applicazioni di risonatori caricati con metamateriale tempo-spazio variante. Propagazione libera in un mezzo infinitamente esteso e in uno slab finito modulato nel tempo e nello spazio. Analisi della propagazione in uno slab nel dominio del tempo e applicazioni. Metasuperfici tempo-spazio varianti.

Modulo 5: Metamateriali per campi strutturati.
Proprietà topologiche dei campi strutturati. Introduzione ai concetti di momento orbitale angolare, singolarità di fase e carica topologica. Generazione di campi elettromagnetici con singolarità di fase a frequenze ottiche e a microonde. Generazione di vortici compositi e loro proprietà topologiche (robustezza rispetto all'interazione con oggetti opachi e con campi non vorticosi). Esempi di applicazioni: antenna a patch con stato di polarizzazione di tipo Moebius; sagomatura e orientamento del diagramma di radiazione; casi particolari di diagramma settoriale e a sella. Esercitazioni in ambiente di calcolo simbolico e numerico.

Materiale didattico messo a disposizione dal docente.