Σχεδίαση Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων

ΜΑΘΗΣΙΑΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ

Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος ο/η φοιτητής/ήτρια θα είναι σε θέση να:

• Αντιλαμβάνεται κριτικά τις σύγχρονες τάσεις στο επιστημονικό πεδίο της σχεδίασης τηλεπικοινωνιακών συστημάτων και τη διασύνδεσή τους με την επιστήμη του Ηλεκτρολόγου και Ηλεκτρονικού Μηχανικού
• Κατανοεί τις παραμέτρους και να αναγνωρίζει τα βασικά υποσυστήματα ενός τηλεπικοινωνιακού συστήματος με διαγράμματα και δεδομένα και να αντιλαμβάνεται τα μεθοδολογικά βήματα της σχεδίασης και υλοποίησης τηλεπικοινωνιακών συστημάτων
• Κατανοεί και εφαρμόζει τη μεθοδολογική προσέγγιση της σχεδίασης και υλοποίησης τηλεπικοινωνιακών υποσυστημάτων μέσω λογισμικού.
• Κατανοεί, αναλύει και αναγνωρίζει τα βασικά υποσυστήματα ενός τηλεπικοινωνιακού συστήματος που μπορούν να υλοποιηθούν μέσω λογισμικού.
• Κατανοεί και μπορεί να εμβαθύνει στη φιλοσοφία και χρήση ειδικών αναπτυξιακών εργαλείων και πλατφόρμων υλικού (όπως π.χ., FPGA-based SDR development boards, DSP boards κτλ.).
• Κατανοεί και μπορεί να εμβαθύνει στη φιλοσοφία και χρήση ειδικών αναπτυξιακών εργαλείων και πλατφόρμων λογισμικού (όπως π.χ., Matlab/Simulink, GNU Radio, Python, C/C++ κτλ.).
• Κατανοεί και γεφυρώνει το χάσμα μεταξύ θεωρητικής και πρακτικής υλοποίησης και είναι σε θέση να αιτιολογεί τις επιλογές σχεδίασης και υλοποίησης σε τρέχουσες τυποποιημένες ή μη τεχνολογίες και εφαρμογές.
• Αποκτήσει δεξιότητες σχεδίασης και υλοποίησης ενός πλήρους τηλεπικοινωνιακού συστήματος
• Κατανοεί, περιγράφει και κατηγοριοποιεί τις βασικές τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται στην σχεδίαση τηλεπικοινωνιακών συστημάτων.
• 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 τηλεπικοινωνιακών συστημάτων
• Συνεργάζεται σε ομάδα για την ολοκληρωμένη αντιμετώπιση (ανάλυση – σύνθεση) σύνθετων προβλημάτων σχεδίασης τηλεπικοινωνιακών συστημάτων, την κριτική αξιολόγηση εναλλακτικών λύσεων και τη λήψη αποφάσεων προς υλοποίηση.

 

Γενικές Ικανότητες

• Αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών, με τη χρήση και των απαραίτητων τεχνολογιών.
• Προσαρμογή σε νέες καταστάσεις.
• Λήψη αποφάσεων
• Αυτόνομη Εργασία.
• Ομαδική Εργασία.
• Εργασία σε διεπιστημονικό περιβάλλον
• Σχεδιασμός και διαχείριση έργων.
• Προαγωγή της ελεύθερης, δημιουργικής και επαγωγικής σκέψης.

 

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

Το μάθημα εστιάζει στο φυσικό επίπεδο της δικτυακής διαστρωμάτωσης, μελετώντας συνολικά τα επιμέρους υποσυστήματα που απαρτίζουν την σύγχρονη αρχιτεκτονική του ψηφιακού μοντέλου τηλεπικοινωνιακού συστήματος (Digital Radio) και των τεχνικών υλοποίησης μέσω λογισμικού (Software Defined Radio – SDR). Στο πλαίσιο του μαθήματος γίνεται επισκόπηση των βασικών αρχών της ψηφιακής επεξεργασίας σήματος της διασύνδεσης τους με τις διεργασίες των τηλεπικοινωνιακών συστημάτων και της υλοποίησης με εργαλεία λογισμικού. Εισάγονται οι βασικές αρχές του ψηφιακού μοντέλου τηλεπικοινωνιακού συστήματος (Digital Radio), αναλύεται η αρχιτεκτονική πομποδέκτη τύπου Software Defined Radio και οι τρόποι αναπαράστασης σημάτων. Πραγματοποιείται σχεδίαση και υλοποίηση τηλεπικοινωνιακών υποσυστημάτων με έμφαση στην υλοποίηση διαμορφώσεων και αποδιαμορφώσεων μέσω λογισμικού με χρήση κατάλληλων αναπτυξιακών εργαλείων και πλατφόρμων υλικού, όπως π.χ., Matlab-Simulink, Python, Octave, C/C++, GNU radio και FPGA SDR boards όπως τα ETTUS και ADALM-PLUTO κ.α. Θεωρητικό μέρος Το μάθημα διαιρείται στις παρακάτω ενότητες που καλύπτονται από τις αντίστοιχες διαλέξεις.

1. Ενότητα 1 (1 διάλεξη): Εισαγωγή και βασικές αρχές ψηφιακού μοντέλου τηλεπικοινωνιακού συστήματος (Digital Radio) και στην τεχνολογία Software Defined Radio. Σύνδεση με την ψηφιακή επεξεργασία σήματος
2. Ενότητα 2 (2 διαλέξεις): Κλασική προσέγγιση σχεδίασης και υλοποίησης τηλεπικοινωνιακών συστημάτων – πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Εισαγωγή στις αρχιτεκτονικές πομποδέκτη Software Defined Radio, τρόποι αναπαράστασης σημάτων, μιγαδικά σήματα και φάσμα, ορθογωνική διαμόρφωση. Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα πομποδέκτη Software Defined Radio.
3. Ενότητα 3 (2 διαλέξεις): Παρουσίαση και ανάλυση εργαλείων υλικού και λογισμικού, μεθοδολογία και ψηφιακή υλοποίηση τηλεπικοινωνιακών υποσυστημάτων με εργαλεία λογισμικού όπως Matlab/Python/C++ σε ειδικές πλατφόρμες υλικού (FPGA-based SDR development boards) ETTUS και ADALM-PLUTO.
4. Ενότητα 4 (5 διαλέξεις): Μεθοδολογία, εφαρμογή και παραδείγματα υλοποίησης σε τεχνικές διαμορφώσεων και αποδιαμορφώσεων πλάτους (AM, DSBsc, SSB) καθώς και δισδιάστατων (M-PSK, M-QAM). Εισαγωγή στην σχεδίαση και πρακτική υλοποίηση διαμορφώσεων πολλαπλών φερόντων (π.χ. OFDM)
5. Ενότητα 5 (3 διαλέξεις): Ειδικά θέματα σχεδίασης και ψηφιακής υλοποίησης τηλεπικοινωνιακών υποσυστημάτων όπως για παράδειγμα μοντελοποίηση καναλιού, κριτήρια επίδοσης και υπολογισμός, κωδικοποίηση καναλιού, συγχρονισμός, ανάκτηση φέροντος και χρονισμός συμβόλων, φίλτρα υπερδειγματοληψίας, αυτόματος έλεγχος κέρδους, εκτίμηση και ισοστάθμιση καναλιού κ.α..

 

Εργαστηριακό μέρος
Εργαστηριακή εκπαίδευση με ασκήσεις εστιασμένες στα βασικότερα αντικείμενα της θεωρητικής διδασκαλίας:

1. Εισαγωγή στη μεθοδολογία σχεδίασης και στα εργαλεία λογισμικού και υλικού (1 εργαστηριακή άσκηση)
2. Ψηφιακή υλοποίηση και αξιολόγηση διαμορφώσεων και αποδιαμορφώσεων πλάτους (AM, DSBsc, SSB Hilbert & BPF) και αρχιτεκτονικές ομόδυνου και ετερόδυνου δέκτη – πειραματική επίδειξη με ειδικά συστήματα SDR υλικού ETTUS και ADALM-PLUTO (2 εργαστηριακές ασκήσεις)
3. Ψηφιακή υλοποίηση και αξιολόγηση δισδιάστατων ψηφιακών διαμορφώσεων και αποδιαμορφώσεων βασικής ζώνης και ζώνης διέλευσης (Μ-PSK, M-QAM) – πειραματική επίδειξη με ειδικά συστήματα SDR υλικού ETTUS και ADALM-PLUTO. Διαμόρφωση και αποδιαμόρφωση OFDM. (3 εργαστηριακές ασκήσεις)

 

ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΦΟΙΤΗΤΩΝ

Ο τελικός βαθμός του μαθήματος προκύπτει από το σταθμισμένο μέσο όρο των βαθμών:
-Της τελικής γραπτής εξέτασης σε όλη τη διδαχθείσα ύλη
-Της βαθμολογίας του εργαστηριακού μέρους

Η βαθμολογία του εργαστηριακού μέρους του μαθήματος προκύπτει ως ο μέσος όρος όλων των επιμέρους βαθμών των ασκήσεων που έχουν διεξαχθεί με επιτυχία. Ο βαθμός κάθε άσκησης προκύπτει από το βαθμό της επί τόπου εξέτασης και της εργαστηριακής αναφοράς με βάρη 0.7 και 0.3 αντίστοιχα. Το ποσοστό μεταξύ των δύο προσδιορίζεται ως 70% και 30%.

 

ΣΥΝΙΣΤΩΜΕΝΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

1. Μήτρου, Ν. 2015. Ψηφιακές Επικοινωνίες. [ηλεκτρ. βιβλ.] Αθήνα: Σύνδεσμος Ελληνικών Ακαδημαϊκών Βιβλιοθηκών. Διαθέσιμο στο: http://hdl.handle.net/11419/6044
2. Ευθύμογλου, Γ., 2015. Προσομοίωση και επίδοση τηλεπικοινωνιακών συστημάτων. [ηλεκτρ.βιβλ.] Αθήνα: Σύνδεσμος Ελληνικών Ακαδημαϊκών Βιβλιοθηκών. Διαθέσιμο στο: http://hdl.handle.net/11419/3425
3. Alexander M. Wyglinski, Di Pu, “Digital Communication Systems Engineering with Software- Defined Radio”, Artech House, 2013.
4. C. Richard Johnson Jr, William A. Sethares, Andrew G. Klein, Software Receiver Design: Build your Own Digital Communication System in Five Easy Steps, 1st Edition, Cambridge University Press, 2013.
5. Robert W Stewart, Software Defined Radio using MATLAB & Simulink and the RTL-SDR, Strathclyde Academic Media, 2015.
6. Andreas Schwarzinger, Digital Signal Processing in Modern Communication Systems, 1st Edition, ISBN-13: 978-0988873506, 2013.
7. Yong Soo Cho, Jaekwon Kim, Won Young Yang, Chung G. Kang, MIMO-OFDM Wireless Communications with MATLAB, IEEE press, John Wiley & Sons, 2010.