Συστήματα Κινητών Επικοινωνιών

Γενικά

• Κωδικός Μαθήματος: 1874
• Εξάμηνο: 8ο
• Τύπος Μαθήματος: Εξειδίκευσης (ΕΞ)
• Είδος Μαθήματος: Επιλογής (ΕΠ)
• Γνωστική Περιοχή: Επικοινωνίες και Δίκτυα (ΕΔ)
• Διδασκαλία Θεωρίας: 4 ώρες/εβδομάδα
• Πιστωτικές μονάδες ECTS: 6
• Γλώσσα διδασκαλίας και Εξετάσεων: Ελληνικά, Aγγλικά
• Το μάθημα προσφέρεται σε φοιτητές Erasmus
• Προτεινόμενα προαπαιτούμενα μαθήματα: (1501) Ασύρματες Επικοινωνίες, (1701) Δίκτυα Υπολογιστών
• Συντονιστής: Ιωσηφίδης Αθανάσιος
• Διδάσκοντες: Ιωσηφίδης Αθανάσιος

Μαθησιακά Αποτελέσματα

Σκοπός του μαθήματος είναι να εισάγει τον φοιτητή στις βασικές έννοιες των συστημάτων κινητών επικοινωνιών, τη δομή τους, τις αρχές που διέπουν τη λειτουργία τους, τις σύγχρονες τεχνολογικές εξελίξεις και τάσεις. Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος ο φοιτητής/τρια θα είναι σε θέση:

• Να αναλύει την αρχιτεκτονική των συστημάτων κινητών επικοινωνιών.
• Να περιγράφει τις μεθόδους πολλαπλής πρόσβασης των συστημάτων κινητών επικοινωνιών και να διακρίνει τις ομοιότητες και διαφορές τους.
• Να αναπτύσσει τις βασικές λειτουργίες των συστημάτων κινητών επικοινωνιών και να προσδιορίζει τα στοιχεία δικτύου που απαιτούνται για την πραγματοποίησή τους.
• Να συγκρίνει τα συστήματα κινητών επικοινωνιών ως προς τη χωρητικότητα, την κάλυψη και τις παρεχόμενες υπηρεσίες.
• Να κατανοεί, να υπολογίζει και να αξιολογεί τους ποσοτικούς και ποιοτικούς δείκτες λειτουργίας των συστημάτων κινητών επικοινωνιών.
• Να αναγνωρίζει τη διεθνή ορολογία και να εξετάζει σχετικές προδιαγραφές.

Γενικές Ικανότητες

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

Περιεχόμενο Μαθήματος

Οι κινητές επικοινωνίες με μια ματιά: Εξέλιξη των κινητών επικοινωνιών, περιγραφή βασικών υπηρεσιών, κατηγορίες υπηρεσιών, σενάρια χρήσης, ρυθμοί μετάδοσης, ποιότητα υπηρεσιών (QoS). Το παρόν και το μέλλον με αριθμούς. Προτυποποίηση.

Βασικές αρχές, λειτουργίες και τεχνικές κυψελοειδών συστημάτων: Βασικά στοιχεία αρχιτεκτονικής δικτύου. Αμφιδρόμηση και πολλαπλή πρόσβαση. Η έννοια της κυψέλης και η κυψελοειδής δομή. Εισαγωγή στις βασικές λειτουργίες των κυψελοειδών συστημάτων. Ανασκόπηση στις τεχνικές επεξεργασίας σήματος.

Ραδιοδιάδοση και μοντελοποίηση ραδιοδιάδοσης σε συστήματα κινητών επικοινωνιών.

Το σύστημα GSM/GPRS: Αρχιτεκτονική των δικτύων κινητών επικοινωνιών 2G-2.5G (στοιχεία δικτύου κορμού και δικτύου πρόσβασης, επίπεδο χρήστη και επίπεδο ελέγχου). Διεπαφές και στοίβες πρωτοκόλλων. Διεπαφή αέρα. Διαχείριση πόρων ραδιοδικτύου. Βασικές λειτουργίες δικτύου (διαχείριση κινητικότητας, διαδικασίες πρόσβασης στο δίκτυο, επιλογή κυψέλης, ενημέρωση/εγγραφή θέσης, αναζήτηση, μεταπομπή κλήσης, διαχείριση σύνδεσης). Αρχές σχεδιασμού και διαστασιοποίησης.

Tα συστήματα UMTS/HSPA: Αρχιτεκτονική των δικτύων κινητών επικοινωνιών 3G-3.5G. Διεπαφές και στοίβες πρωτοκόλλων. Διεπαφή αέρα και CDMA. Διαχείριση πόρων ραδιοδικτύου. Βασικές λειτουργίες δικτύου. Διαφοροποιήσεις σε σχέση με τα συστήματα 2ης γενιάς. Βελτιώσεις συστήματος HSPA. Αρχές σχεδιασμού και διαστασιοποίησης.

Το σύστημα LTE/LTE Advanced: Αρχιτεκτονική των δικτύων κινητών επικοινωνιών 4G. Στοιχεία εξελιγμένου δικτύου κορμού πακέτων και ραδιοπρόσβασης (RAN), διεπαφές και πρωτόκολλα επικοινωνίας. Διεπαφή αέρα, τεχνικές OFDM/SC-FDMA, τεχνικές MIMO. Διαχείριση πόρων ραδιοδικτύου. Βελτιώσεις σε σχέση με τα συστήματα 3ης γενιάς. Προηγμένες τεχνικές συνάθροισης φερόντων και συντονισμού διακυψελικών παρεμβολών, συντονισμένη εκπομπή και λήψη πολλαπλών σημείων. Αρχές σχεδιασμού και διαστασιοποίησης.

Κινητές επικοινωνίες 5ης γενιάς: Ορισμοί και απαιτήσεις ITU, διαδικασίες προτυποποίησης (3GPP, IEEE). Υπηρεσίες, απαιτήσεις και σενάρια χρήσης. Προτεινόμενες αρχιτεκτονικές δικτύου, κατάτμηση δικτύου, NFV και SDN. Προτεινόμενες τεχνικές πολλαπλής πρόσβασης και πολυπλεξίας, προηγμένες τεχνικές ΜΙΜΟ πολλαπλών χρηστών, τεχνικές μορφοποίησης δέσμης.

Διδακτικές και Μαθησιακές Μέθοδοι - Αξιολόγηση

Τρόπος Παράδοσης

• Πρόσωπο με πρόσωπο θεωρητική διδασκαλία (παράδοση, συζήτηση, επίλυση προβλημάτων).

Χρήση Τεχνολογιών Πληροφορίας και Επικοινωνιών

• Χρήση λογισμικού παρουσιάσεων διαφανειών.
• Χρήση ηλεκτρονικής πλατφόρμας μάθησης (moodle).
• Ηλεκτρονική επικοινωνία με τους φοιτητές/τριες.

Οργάνωση Διδασκαλίας

Αξιολόγηση φοιτητών

Ι. Τελική γραπτή εξέταση (ΓΕ) (50%) που περιλαμβάνει:
- Ερωτήσεις Σύντομης Απάντησης
- Δοκιμασίες πολλαπλής επιλογής

ΙΙ. Τρεις (3) γραπτές εργασίες εμβάθυνσης και δημόσια παρουσίασή τους (ΕΕ) (10%+20%+20% = 50%)
- Ανατίθενται ατομικά.
- Απαιτούν διερεύνηση και μελέτη σύγχρονης και αξιόπιστης βιβλιογραφίας, συγγραφή κειμένου 800-1000 λέξεων και παρουσίαση διάρκειας 10-15 λεπτών.
- Το αντικείμενο κάθε εργασίας καθορίζεται τρεις βδομάδες πριν την παράδοση/παρουσίασή τους.

ΙΙΙ. Στην τελική βαθμολογία μπορεί να προστεθεί bonus (μέχρι 1 μονάδα) για την εκτέλεση ασκήσεων επιβράβευσης.

Για την απονομή των πιστωτικών μονάδων, ο συνολικός βαθμός του μαθήματος (ΓΕ*0,5 + ΕΕ1*0,1 + ΕΕ2*0,2 + ΕΕ3*0.2 + bonus) πρέπει να είναι τουλάχιστον πέντε (5).

Τα κριτήρια αξιολόγησης είναι προσβάσιμα από τους φοιτητές στην ηλεκτρονική σελίδα του μαθήματος.

Συνιστώμενη Βιβλιογραφία

Συγγράμματα μέσω του συστήματος "Εύδοξος"

1. Α. Κανάτας, Φ. Κωνσταντίνου, Γ. Πάντος, “Συστήματα Κινητών Επικοινωνιών”, Α. Παπασωτηρίου & Σια ΟΕ, 2η εκδ. 2013, ISBN: 978-960-491-086-1, Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 33154041.
2. Stallings and C. Beard, “Ασύρματες Επικοινωνίες, Δίκτυα και Συστήματα”, Εκδόσεις Α. Τζιόλα & Υιοί ΑΕ, 2016, ISBN: 978-960-418-549-8, Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 50655989.
3. E. Dahlman, S. Parkvall, J. Skold, "5G NR, Ασυρματικά Δίκτυα Επικοινωνιών Πέμπτης Γενιάς", Εκδόσεις Γ.Χ. Φούντας, 2020, ISBN: 978-960-330-794-5, Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 94643355

Συμπληρωματική ξενόγλωσση βιβλιογραφία

1. F. Launay, "NG-RAN and 5G-NR: 5G Radio Access Network and Radio Interface¨, ISTE Ltd and John Wiley & Sons, Inc., 2021, ISBN: 9781786306289.
2. H. Holma, A. Toskala and T. Nakamura, "5G Technology: 3GPP New Radio", John Wiley & Sons Ltd., 2020, ISBN: 9781119236283.
3. S. Ahmadi, "5G NR: Architecture, Technology, Implementation, and Operation of 3GPP New Radio Standards", Elsevier Academic Press, 2019, ISBN: 9780081022672
4. E. Dalhman, S. Parkvall, J Skold, 4G, “LTE-Advanced Pro and The Road to 5G”, Elsevier Academic Press, 3rd ed., 2016, ISBN: 9780128045756.
5. A. Osseiran, J.F. Monserrat, P. Marsch, “5G Mobile and Wireless Communications Technology”. Cambridge University Press, 2016, ISBN: 9781107130098.
6. S. Ahmadi, “LTE Advanced: A Practical Systems Approach to Understanding the 3GPP LTE Releases 10 and 11 Radio Access Technologies”, Elsevier Academic Press, 2014, ISBN: 9780124051621.
7. F. Khan, “LTE for 4G Mobile Broadband: Air Interface Technologies and Performance”. Cambridge University Press, 2009, ISBN: 9780521882217.

Συναφή επιστημονικά περιοδικά

1. IEEE Communications Magazine
2. IEEE Wireless Communications
3. IEEE Vehicular Technology Magazine
4. IEEE Communications Surveys & Tutorials
5. IEEE Access