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Sono allo studio nuovi materiali (metasuperfici) che fanno passare segnali radio solo se di sufficiente intensità. Avvolgendo un'antenna di ricezione con questi materiali si può schermare l'antenna da tutti i segnali di disturbo non abbastanza forti da passare la metasuperficie, riducendo così l'interferenza nelle reti di comunicazione wireless. Queste metasuperfici sono dette selettive in potenza.
La tesi mira a studiare lo scheduling delle trasmissioni in un rete wireless composta da più nodi ricetrasmettitori, dove i ricevitori sono dotati di metasuperfici selettive in potenza. La decisione di quali dispositivi possono trasmettere simultaneamente deve tenere conto dell'interferenza che le trasmissioni simultanee provocano, mitigata però dalla presenza delle metasuperfici.
La tesi si sviluppa prima con uno studio teorico per ottenere un semplice modello delle metasuperfici e della velocità di trasmissione ottenibile in presenza di interferenza, per poi ricavare un algoritmo di scheduling (per decidere chi può trasmettere) al fine di massimizzare il numero di bit simultaneamente trasmessi nella rete per unità di tempo. Infine, si realizzerà una semplice simulazione con un linguaggio di programmazione (Matlab o Python, a scelta dello studente). Si richiedono solo le conoscenze acquisite nel corso di Fondamenti di Telecomunicazioni.
Per ulteriori informazioni contattare il prof. Stefano Tomasin (stefano.tomasin@unipd.it)
La tesi mira a studiare lo scheduling delle trasmissioni in un rete wireless composta da più nodi ricetrasmettitori, dove i ricevitori sono dotati di metasuperfici selettive in potenza. La decisione di quali dispositivi possono trasmettere simultaneamente deve tenere conto dell'interferenza che le trasmissioni simultanee provocano, mitigata però dalla presenza delle metasuperfici.
La tesi si sviluppa prima con uno studio teorico per ottenere un semplice modello delle metasuperfici e della velocità di trasmissione ottenibile in presenza di interferenza, per poi ricavare un algoritmo di scheduling (per decidere chi può trasmettere) al fine di massimizzare il numero di bit simultaneamente trasmessi nella rete per unità di tempo. Infine, si realizzerà una semplice simulazione con un linguaggio di programmazione (Matlab o Python, a scelta dello studente). Si richiedono solo le conoscenze acquisite nel corso di Fondamenti di Telecomunicazioni.
Per ulteriori informazioni contattare il prof. Stefano Tomasin (stefano.tomasin@unipd.it)
Intelligent reflective surfaces (IRSs) are metamaterial structures that can reflect radio signals in desired directions according to their configuration.
Moving the direction of reflection, the environment can be scanned to localize transmitting users and map objects.
Starting from the signals sensed with an IRSs (basically providing an image of the environment), we aim at learning how to identify reflectors and transmitters and possibly tracking multiple moving users.
Localization of transmitters and mapping of objects is the Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) problem.
For more information contact Prof. Stefano Tomasin stefano.tomasin@unipd.it
Moving the direction of reflection, the environment can be scanned to localize transmitting users and map objects.
Starting from the signals sensed with an IRSs (basically providing an image of the environment), we aim at learning how to identify reflectors and transmitters and possibly tracking multiple moving users.
Localization of transmitters and mapping of objects is the Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) problem.
For more information contact Prof. Stefano Tomasin stefano.tomasin@unipd.it
Intelligent reflective surfaces (IRSs) are metamaterial structures that can reflect radio signals in desired directions according to their configuration.
Instead of checking all the directions to reflection to scan the environment, we aim at having a model that learns a fast sequence of scanning directions to track user movements.
The learning procedure will exploit the specific environment (position of fixed reflectors/ obstructions).
For more information contact Prof. Stefano Tomasin stefano.tomasin@unipd.it
Instead of checking all the directions to reflection to scan the environment, we aim at having a model that learns a fast sequence of scanning directions to track user movements.
The learning procedure will exploit the specific environment (position of fixed reflectors/ obstructions).
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Today, 5G networks are being worldwide rolled out, with significant benefits in our economy and society. However, 5G systems alone are not expected to be sufficient for the challenges that 2030 networks will experience, and six-th generation (6G) networks will include also the support of non-terrestrial networks, i.e., satellites and drones that will support the cellular communications from the sky. Since these flying devices will also need to be connected to the terrestrial Internet, part of the wireless link between the satellite and the earth should be dedicated to this backbone connection. Moreover, satellites and drones can also communicate among them to perform multi-hop transmission before reaching the end-user.
The scheduling of all the transmission (from air to ground, and air-to-air) should be accurately designed taking into account a) the limited rate achievable on all these links, b) the time-varying nature of the connections, as drones and satellite (and users) move, c) the possibility that the user receives signals from multiple devices simultaneously as it may have multiple satellites and drones in visibility at the same time. The optimization of the resources (in the time-frequency-space plane) will also take into account difference performance metrics, including data rate and latency.
The thesis will first obtain a description of the 6G scenario including non-terrestrial networks, identifying communication constraints and requirements. Then, a suitable scheduling algorithm to decide which device is transmitting and receiving at any time will be derived. Lastly, the proposed solution with be assessed by simulation tools.
For more information please contact prof. Stefano Tomasin (stefano.tomasin@unipd.it)
The scheduling of all the transmission (from air to ground, and air-to-air) should be accurately designed taking into account a) the limited rate achievable on all these links, b) the time-varying nature of the connections, as drones and satellite (and users) move, c) the possibility that the user receives signals from multiple devices simultaneously as it may have multiple satellites and drones in visibility at the same time. The optimization of the resources (in the time-frequency-space plane) will also take into account difference performance metrics, including data rate and latency.
The thesis will first obtain a description of the 6G scenario including non-terrestrial networks, identifying communication constraints and requirements. Then, a suitable scheduling algorithm to decide which device is transmitting and receiving at any time will be derived. Lastly, the proposed solution with be assessed by simulation tools.
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Challenge-response is a security mechanism well known for authentication using encryption. Recently, we have proposed a new challenge-response mechanism in the context of physical layer security (PLS). The verifier, instead of sending a challenge, changes the physical properties of the electromagnetic environment and expects to receive a properly modified signal from the device under verification. We thus have introduced the concept of partially controllable channels that enable such signal propagation medium changes. Among prominent example of partially controllable channels, the thesis will focus on intelligent reflective surfaces (IRSs).
An IRS is a panel of tiled metamaterial elements that reflect impinging radio signals with controllable phases, steering them in desired directions. A particular choice of the phase values for all IRS elements provides an IRS configuration. In future cellular networks, IRSs are envisioned to be controlled by base stations, mostly with the objective of increasing coverage, especially at high frequencies (both for millimeter waves and in the THz band).
For our authentication purpose, Bob is the base station, which also exclusively controls the IRS, while Alice and Eve are devices in the cell. Bob has a controllable channel available, according to the selected IRS configuration. IRSs are suitable for CR PLS authentication, as they have a high and controllable directivity, thus providing significantly different channels to different devices (Alice and Eve in our scenario).
The thesis will study the use of IRSs for authentication in a 6G system context, developing solution for selection of the configuration to be used for authentication, the steps needed to estimate the channel, and proper functions to be used to decide if the received message is authentic or not, based on the "response" to the challenge.
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An IRS is a panel of tiled metamaterial elements that reflect impinging radio signals with controllable phases, steering them in desired directions. A particular choice of the phase values for all IRS elements provides an IRS configuration. In future cellular networks, IRSs are envisioned to be controlled by base stations, mostly with the objective of increasing coverage, especially at high frequencies (both for millimeter waves and in the THz band).
For our authentication purpose, Bob is the base station, which also exclusively controls the IRS, while Alice and Eve are devices in the cell. Bob has a controllable channel available, according to the selected IRS configuration. IRSs are suitable for CR PLS authentication, as they have a high and controllable directivity, thus providing significantly different channels to different devices (Alice and Eve in our scenario).
The thesis will study the use of IRSs for authentication in a 6G system context, developing solution for selection of the configuration to be used for authentication, the steps needed to estimate the channel, and proper functions to be used to decide if the received message is authentic or not, based on the "response" to the challenge.
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The use of millimeter waves and frequencies in the THz band paves the way for an accurate sensing of the electromagnetic environment, i.e., the localization of passive objects (such as humans, cars, and other static and moving objects) that reflect electromagnetic signals emitted by transmitters (e.g., user equipments) and captured by receivers (e.g., the base station). Such sensing capabilities make the 6G network very similar to a radar system.
Security is relevant in any communication system, and new evolutions of security call for a physical layer security approach, where the radio signals are used to obtain security mechanisms. In this thesis the focus will be on the authentication of users, i.e., the verification that a message received by the base station and presumably coming from the user A, is truly coming from user A, and thus it is authentic. An attacker user B instead aims at transmitting messages to the base station impersonating user A, i.e., making the base station believe that the message is coming from A.
To detect such attack, exploiting the sensing capabilities, when receiving a message, the base station can estimate the propagation channel from the received signal and compare it with the propagation environment sensed before (or using other transmit sources). In fact, the propagation of signals transmitted by user A are influenced by the same objects that are sensed using the base station antennas as a radar. However, checking the compatibility of the sensing environment and the propagation characteristics is not trivial, since both the sensing and the propagation estimation procedures are subject to noise but also to changes in the environment over time. Therefore, machine learning solutions that learn how to perform the comparison taking into account the several imperfections can be very efficient to detect the attacks. In such detection process, the temporal evolution of the propagation environment could also taken into account when designing the machine learning model.
The thesis will first understand the main features of the sensing and propagation estimation procedures, and then propose a machine learning solution to compare the to information and detect possible attacks. The solution will then be tested on a suitably obtained database and using python software.
For more information on this topic, please contact Prof. Stefano Tomasin (stefano.tomasin@unipd.it)
Security is relevant in any communication system, and new evolutions of security call for a physical layer security approach, where the radio signals are used to obtain security mechanisms. In this thesis the focus will be on the authentication of users, i.e., the verification that a message received by the base station and presumably coming from the user A, is truly coming from user A, and thus it is authentic. An attacker user B instead aims at transmitting messages to the base station impersonating user A, i.e., making the base station believe that the message is coming from A.
To detect such attack, exploiting the sensing capabilities, when receiving a message, the base station can estimate the propagation channel from the received signal and compare it with the propagation environment sensed before (or using other transmit sources). In fact, the propagation of signals transmitted by user A are influenced by the same objects that are sensed using the base station antennas as a radar. However, checking the compatibility of the sensing environment and the propagation characteristics is not trivial, since both the sensing and the propagation estimation procedures are subject to noise but also to changes in the environment over time. Therefore, machine learning solutions that learn how to perform the comparison taking into account the several imperfections can be very efficient to detect the attacks. In such detection process, the temporal evolution of the propagation environment could also taken into account when designing the machine learning model.
The thesis will first understand the main features of the sensing and propagation estimation procedures, and then propose a machine learning solution to compare the to information and detect possible attacks. The solution will then be tested on a suitably obtained database and using python software.
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Il progetto openVLC permette di realizzare un kit di valutazione per comunicazioni che usano la luce visibile generata da LED. Come descritto qui http://www.openvlc.org/ è già stata progettata una scheda elettronica con componenti da assemblare per realizzare il kit.
La tesi prevedere la realizzazione di alcune schede e dell'installazione del software per il loro funzionamento. Si procederà poi alla valutazione delle prestazioni delle comunicazioni ottiche con diverse opzioni di modulazioni e codifica utilizzabili con le schede.
Per ulteriori informazioni contattare il prof. Stefano Tomasin (stefano.tomasin@unipd.it)
La tesi prevedere la realizzazione di alcune schede e dell'installazione del software per il loro funzionamento. Si procederà poi alla valutazione delle prestazioni delle comunicazioni ottiche con diverse opzioni di modulazioni e codifica utilizzabili con le schede.
Per ulteriori informazioni contattare il prof. Stefano Tomasin (stefano.tomasin@unipd.it)
Per i dispositivi di Internet of Things a basso consumo e con scarse capacità di calcolo, i metodi di sicurezza basati sulla crittografia possono risultare inadeguati e nuove soluzioni sono attualmente allo studio. Ad esempio, la posizione di un dispositivo e le caratteristiche del suo trasmettitore introducono delle caratteristiche specifiche nel segnale radio ricevuto dalla stazione base che permettono di identificare l'utente, ovvero di autenticare i suoi messaggi.
Un'ulteriore evoluzione di questo approccio si ha inserendo nell'ambiente di propagazione delle superfici riflettenti intelligenti, costituiti da speciali materiali (detti metamateriali), le cui proprietà elettromagnetiche possono essere controllate dalla stazione base. Introducendo delle perturbazioni controllate nella propagazioni dei segnali che si propagano dal dispositivo alla stazione base è possibile verificare meglio l'autenticità dei messaggi. Infatti, un attaccante (in grado di manipolare il suo segnale trasmesso) che invia un segnale direttamente alla stazione base, deve anche prevedere il comportamento della metasuperficie per imitare adeguatamente il segnale ricevuto dal dispositivo legittimo che vuole impersonare.
La tesi studierà l'utilizzo delle metasuperfici per sistemi di autenticazione, con particolare enfasi su nuove strutture che, oltre a modificare la propagazione, sono in grado anche di catturare parte del segnale che le colpisce, fornendo così un ulteriore strumento per la verifica di segnali che si propagano e quindi dell'autenticità dei messaggi.
La tesi si sviluppa con uno studio di semplici modelli di propagazione, lo sviluppo di un protocollo di autenticazione e la sua verifica mediante simulazione Matlab o Python. Si richiedono solo le conoscenze acquisite nel corso di Fondamenti di Telecomunicazioni.
Per ulteriori informazioni contattare il prof. Stefano Tomasin (stefano.tomasin@unipd.it).
Un'ulteriore evoluzione di questo approccio si ha inserendo nell'ambiente di propagazione delle superfici riflettenti intelligenti, costituiti da speciali materiali (detti metamateriali), le cui proprietà elettromagnetiche possono essere controllate dalla stazione base. Introducendo delle perturbazioni controllate nella propagazioni dei segnali che si propagano dal dispositivo alla stazione base è possibile verificare meglio l'autenticità dei messaggi. Infatti, un attaccante (in grado di manipolare il suo segnale trasmesso) che invia un segnale direttamente alla stazione base, deve anche prevedere il comportamento della metasuperficie per imitare adeguatamente il segnale ricevuto dal dispositivo legittimo che vuole impersonare.
La tesi studierà l'utilizzo delle metasuperfici per sistemi di autenticazione, con particolare enfasi su nuove strutture che, oltre a modificare la propagazione, sono in grado anche di catturare parte del segnale che le colpisce, fornendo così un ulteriore strumento per la verifica di segnali che si propagano e quindi dell'autenticità dei messaggi.
La tesi si sviluppa con uno studio di semplici modelli di propagazione, lo sviluppo di un protocollo di autenticazione e la sua verifica mediante simulazione Matlab o Python. Si richiedono solo le conoscenze acquisite nel corso di Fondamenti di Telecomunicazioni.
Per ulteriori informazioni contattare il prof. Stefano Tomasin (stefano.tomasin@unipd.it).
Le reti cellulari di sesta generazione (6G) prevedono l'uso di satelliti a orbita bassa (LEO) per la copertura di vaste aree. I nuovi satelliti possono essere lanciati a basso costo e forniranno una costellazione densa per garantire un'adeguata copertura.
Svariati problemi sorgono dalla comunicazione di molti dispositivi a terra e dal fatto che ogni dispositivo avrà tipicamente diversi satelliti in visibilità. La tesi si concentrerà sullo sviluppo di tecniche di elaborazione del segnale per focalizzare (beamforming in inglese) i segnali dal satellite verso terra, mediante l'uso di antenne multiple sul satellite e la coordinazione dei segnali trasmessi da più satelliti.
La tesi prevede un primo periodo di studio di testi presenti in letteratura, lo sviluppo di una tecnica di focalizzazione del segnale, e la sua verifica con semplici simulazioni Matlab e Python. Le conoscenze richieste sono solo quelle del corso di Fondamenti di Telecomunicazioni.
Per ulteriori informazioni contattare il prof. Stefano Tomasin (stefano.tomasin@unipd.it).
Communication systems typically use a single carrier frequency to transmit data, even when using multiple transmit antennas. The modulated array technique instead uses slightly different frequencies to transmit the same data stream over multiple antennas. The transmitted signals will then combine in different ways over different position in space.
As a result, in some positions the combination will give a strong signal, while in other positions the signal will be very weak. Thus, by suitably changing the frequencies over the various antennas we can focus the signal in certain spots and avoid that it reaches other positions.
The thesis aims at studying this phenomenon to improve the security of a communication system, in particular to enable an intended received (in a given position) to correctly receive the data, while preventing an eavesdropper (in another position) to overhear the transmission.
In the thesis the following steps will be addressed:
- the frequency modulated arrays will be first explored and a signal processing model is obtained
- the metrics to properly define the confidentiality in the considered context will be defined
- the modulation to be used in the arrays to obtain target security performance will be investigated
- performance will be evaluated with simulation in Matlab or Python
For more information contact:
Prof. Stefano Tomasin ( stefano.tomasin@unipd.it )
References:
Nusenu, Shaddrack Yaw. "Development of frequency modulated array antennas for millimeter-wave communications." Wireless Communications and Mobile Computing 2019 (2019).
Ji, Shilong, et al. "On physical-layer security of FDA communications over Rayleigh fading channels." IEEE transactions on cognitive communications and networking 5.3 (2019): 476-490.
As a result, in some positions the combination will give a strong signal, while in other positions the signal will be very weak. Thus, by suitably changing the frequencies over the various antennas we can focus the signal in certain spots and avoid that it reaches other positions.
The thesis aims at studying this phenomenon to improve the security of a communication system, in particular to enable an intended received (in a given position) to correctly receive the data, while preventing an eavesdropper (in another position) to overhear the transmission.
In the thesis the following steps will be addressed:
- the frequency modulated arrays will be first explored and a signal processing model is obtained
- the metrics to properly define the confidentiality in the considered context will be defined
- the modulation to be used in the arrays to obtain target security performance will be investigated
- performance will be evaluated with simulation in Matlab or Python
For more information contact:
Prof. Stefano Tomasin ( stefano.tomasin@unipd.it )
References:
Nusenu, Shaddrack Yaw. "Development of frequency modulated array antennas for millimeter-wave communications." Wireless Communications and Mobile Computing 2019 (2019).
Ji, Shilong, et al. "On physical-layer security of FDA communications over Rayleigh fading channels." IEEE transactions on cognitive communications and networking 5.3 (2019): 476-490.