Ευρυζωνικές Επικοινωνίες

ΜΑΘΗΣΙΑΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ

Μετά την ολοκλήρωση του μαθήματος ο/η φοιτητής/ήτρια θα έχει αποκτήσει τις απαραίτητες γνώσεις και δεξιότητες ώστε να:

• Αντιλαμβάνεται κριτικά τις σύγχρονες τάσεις στο επιστημονικό πεδίο των ευρυζωνικών επικοινωνιών και τη διασύνδεσή τους με την επιστήμη του Ηλεκτρολόγου και Ηλεκτρονικού Μηχανικού
• Κατανοεί και έχει αντίληψη των βασικών τεχνικών και αλγορίθμων φυσικού επιπέδου που χρησιμοποιούνται στα σύγχρονα τηλεπικοινωνιακά συστήματα και δίκτυα (ενσύρματα, και ασύρματα) τέταρτης (4G) και πέμπτης (5G) γενιάς.
• Εμβαθύνει στο γνωστικό αντικείμενο των ευρυζωνικών ψηφιακών διαμορφώσεων, της κωδικοποίησης καναλιού, της πολυπλεξίας, των πολλαπλών κεραιών καθώς και των δυνατοτήτων των τηλεπικοινωνιακών συστημάτων νέας γενιάς.
• Αιτιολογεί τις επιλογές σχεδίασης και υλοποίησης των τεχνικών σε τρέχουσες τυποποιημένες τεχνολογίες (standards) και εφαρμογές σε ασύρματα και ενσύρματα τηλεπικοινωνιακά δίκτυα (όπως π.χ., LTE/LTE-A, IEEE 802.11, xDSL κτλ.) καθώς και στα προβλεπόμενα συστήματα και δίκτυα επόμενης γενιάς (5G-NR) και να κατανοεί το δομικό διάγραμμα βαθμίδων του φυσικού επιπέδου του εκάστοτε τηλεπικοινωνιακού προτύπου.
• Επιλέγει ασύρματη τεχνολογία ή συνδυασμό τεχνολογιών, για συγκεκριμένη εφαρμογή ή περιβάλλον και να αποτιμά τις επιδόσεις ενός σύγχρονου τηλεπικοινωνιακού συστήματος
• Κατανοεί τις βασικές αρχές των τεχνικών διάχυτου φάσματος, έννοια κλειδί στο σχεδιασμό κωδίκων για την αντιμετώπιση ηθελημένων παρεμβολών (jamming) και ισχυρών διαλείψεων
• Κατανοεί, περιγράφει και κατηγοριοποιεί τις βασικές τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται στις ευρυζωνικές επικοινωνίες με διαγράμματα και δεδομένα.
• Αντιλαμβάνεται, αξιολογεί συγκριτικά και τεκμηριώνει τα σχετικά πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα εναλλακτικών τεχνολογικών προσεγγίσεων και λύσεων
• Περιγράφει τον απαιτούμενο εξοπλισμό και τα τεχνικά στοιχεία λειτουργίας του για την ανάλυση, επεξεργασία, υλοποίηση και αξιολόγηση, σημάτων και συστημάτων ευρυζωνικών επικοινωνιών
• Συνεργάζεται σε ομάδα για την ολοκληρωμένη αντιμετώπιση (ανάλυση – σύνθεση) σύνθετων προβλημάτων στις ευρυζωνικές επικοινωνίες, την κριτική αξιολόγηση εναλλακτικών λύσεων και τη λήψη αποφάσεων προς υλοποίηση

 

Γενικές Ικανότητες

• Αυτόνομη Εργασία
• Άσκηση κριτικής και αυτοκριτικής.
• Προαγωγή της ελεύθερης, δημιουργικής και επαγωγικής σκέψης
• Ομαδική Εργασία
• Αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών, με τη χρήση και των απαραίτητων τεχνολογιών

 

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

Το μάθημα χωρίζεται σε 3 ενότητες και παρουσιάζεται με 13 τρίωρες (3) διαλέξεις.

1. Ενότητα 1: Σύγχρονες τεχνολογίες διαμόρφωσης.
   Διάλεξη 1: Εισαγωγή, δομικό διάγραμμα βαθμίδων τηλεπικοινωνιακού συστήματος. Ανασκόπηση των ψηφιακών διαμορφώσεων (Μ-QAM, M-PSK) και υλοποίηση μέσω των βασικών αρχών της ψηφιακής επεξεργασίας σήματος.
   Διάλεξη 2: Ευρυζωνικές διαμορφώσεις πολλαπλών φερόντων – η διαμόρφωση OFDM.
   Διάλεξη 3: Δέκτης OFDM. Παραλλαγές της OFDM (DMT, windowed OFDM, FBMC, GFDM κ.α.). Η διαμόρφωση SC-FDMA.
   Διάλεξη 4: Εφαρμογή και τρόπος υλοποίησης σε τρέχουσες τεχνολογίες και πρότυπα (standards) φυσικού επιπέδου τηλεπικοινωνιακών ενσύρματων και ασύρματων δικτύων (4G LTE/LTE-A, 5G New Radio (NR), IEEE 802.11 WLAN, xDSL).
2. Ενότητα 2: Συστήματα Επικοινωνίας Διάχυτου Φάσματος
   Διάλεξη 5: Μοντέλο συστήματος διάχυτου φάσματος, Συστήματα άμεσης ακολουθίας (DS)
   Διάλεξη 6: Εφαρμογές DS σημάτων διάχυτου φάσματος
   Διάλεξη 7: Παραγωγή ψευδοτυχαίων ακολουθιών (PN) και Συστήματα μεταπήδησης συχνότητας (FH)
   Διάλεξη 8: Υλοποίηση τεχνολογιών διάχυτου φάσματος σε σύγχρονα συστήματα (IS-95, 3G-WCDMA, IEEE802.11)
3. Ενότητα 3: Συστήματα Επικοινωνίας πολλαπλών κεραιών
   Διάλεξη 9: Μοντέλα καναλιού για συστήματα πολλαπλών κεραιών
   Διάλεξη 10: Μετάδοση και φώραση συμβόλων σε κανάλια αργών διαλείψεων, μη επιλεκτικών ως προς τη συχνότητα.
   Διάλεξη 11: Χωρητικότητα MIMO συστημάτων
   Διάλεξη 12: Κωδικοποίηση για ΜΙΜΟ κανάλια (Bit Interleaving, Space-Time Block codes)
   Διάλεξη 13: Υλοποίηση τεχνολογιών ΜΙΜΟ σε τυποποιημένα σύγχρονα ασύρματα δίκτυα (4G LTE/LTE-A, 5G, IEEE 802.11).

 

Εργαστηριακές Ασκήσεις
Εργαστηριακή εκπαίδευση των φοιτητών μέσω ειδικών λογισμικών (όπως π.χ., του προγράμματος MATLAB/SIMULINK). Περιλαμβάνονται 6 εργαστηριακές ασκήσεις εστιασμένες στα βασικότερα αντικείμενα της θεωρητικής διδασκαλίας. Οι ασκήσεις θα είναι προσανατολισμένες πάνω στα ακόλουθα πεδία:

1. Μελέτη κλασικής διαμόρφωσης OFDM – δομικό διάγραμμα – φασματική πυκνότητα ισχύος μεταδιδόμενου σήματος – Πιθανότητα σφάλματος.
2. Μελέτη διαμόρφωσης windowed OFDM – δομικό διάγραμμα – φασματική πυκνότητα ισχύος μεταδιδόμενου σήματος – Πιθανότητα σφάλματος.
3. Παραγωγή ψευδοτυχαίων (PN) ακολουθιών και η χρήση τους σε σήματα διάχυτου φάσματος.
4. Πολλαπλή προσπέλαση με διαίρεση κωδίκων (CDMA).
5. Εξομοίωση ΜΙΜΟ συστημάτων με Space-Time Block codes (Alamouti coding).
6. Εξομοίωση ΜΙΜΟ συστημάτων με χρήση προκωδικοποίησης (precoding) στον πομπό.

 

ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΦΟΙΤΗΤΩΝ

Θεωρία: Τελική Εξέταση (100%)
Γλώσσα αξιολόγησης: Ελληνική
Η διαδικασία αξιολόγησης περιέχει σε διάφορα ποσοστά:
-Ερωτήσεις θεωρίας
-Ανάπτυξη θεωρίας
-Επίλυση προβλημάτων
-Μεικτές καταστάσεις.

Εργαστήριο: Ατομικές ή μικρές ομαδικές εργασίες (30%),
Τελική Εξέταση (70%)
Γλώσσα αξιολόγησης: Ελληνική

 

ΣΥΝΙΣΤΩΜΕΝΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

Ελληνική:

1. Εισαγωγή στην Ασύρματη Ψηφιακή Επικοινωνία, Robert W. Heath, Jr, Εκδόσεις Μ. Γκιούρδας, ISBN 978-960-512-708-4, 2018
2. Beard Cory, Stallings William, Ασύρματες επικοινωνίες και δίκτυα, Εκδόσεις Τζιόλα, 2016.
3. Μήτρου, Ν. 2015. Ψηφιακές Επικοινωνίες. [ηλεκτρ. βιβλ.] Αθήνα: Σύνδεσμος Ελληνικών Ακαδημαϊκών Βιβλιοθηκών. Διαθέσιμο στο: http://hdl.handle.net/11419/6044
4. Ευθύμογλου, Γ., 2015. Προσομοίωση και επίδοση τηλεπικοινωνιακών συστημάτων. [ηλεκτρ.βιβλ.] Αθήνα: Σύνδεσμος Ελληνικών Ακαδημαϊκών Βιβλιοθηκών. Διαθέσιμο στο: http://hdl.handle.net/11419/3425

 

Ξενόγλωσση:

1. John Proakis, M. Salehi, Digital Communications. 5th ed.
2. MIMO-OFDM Wireless Communications with MATLAB: Yong Soo Cho, Jaekwon Kim, Won Young Yang, Chung G. Kang: 9780470825617, 2010
3. MIMO Wireless Communications 1st Edition, Ezio Biglieri, Robert Calderbank, Anthony Constantinides, Andrea Goldsmith, Arogyaswami Paulraj, ISBN-13: 978-0521137096, Cambridge University Press, 2010
4. Principles of Spread-Spectrum Communication Systems, Torrieri, Don, ISBN 978-0-387-22783-2, 2005
5. Modulation and coding techniques in wireless communications. Semenov S., and E. Krouk., John Wiley & Sons, 2011.