Ασύρματες Επικοινωνίες

Γενικά

Μαθησιακά Αποτελέσματα

Σκοπός του μαθήματος είναι να εισάγει το φοιτητή στις βασικές αρχές λειτουργίας των σύγχρονων συστημάτων ασυρμάτων επικοινωνιών. Το μάθημα καλύπτει το θεωρητικό υπόβαθρο που απαιτείται για την κατανόηση της λειτουργίας τέτοιων συστημάτων και των δομικών στοιχείων τους και παρέχει στους φοιτητές τα κατάλληλα εργαλεία για την αντιμετώπιση σχετικών πρακτικών εφαρμογών και προβλημάτων. Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος ο φοιτητής θα είναι σε θέση:

  • Να υπολογίζει τις βασικές παραμέτρους μιας κεραίας (π.χ. ακτινοβολούμενη ισχύς, ένταση ακτινοβολίας, κατευθυντικότητα, αντίσταση ακτινοβολίας).
  • Να συγκρίνει τα χαρακτηριστικά (πλεονεκτήματα/μειονεκτήματα) βασικών τύπων κεραιών και να προτείνει, με βάση αυτά, ποιά είναι η κατάλληλη κεραία για κάθε πρακτική εφαρμογή.
  • Να αξιολογεί τα μοντέλα διάδοσης και να εφαρμόζει το κατάλληλο μοντέλο για τον υπολογισμό των απωλειών σε μια ζεύξη η οποία απαντάται σε τηλεπικοινωνιακές εφαρμογές.
  • Να εξετάζει τα ποιοτικά κριτήρια συστημάτων ασυρμάτων επικοινωνιών και να τα συνδυάζει προκειμένου να αξιολογεί την επίδοση τους.
  • Να υπολογίζει τον ισολογισμό μιας ασύρματης ζεύξης και να συνδυάζει τις θεωρητικές γνώσεις προκειμένου να προτείνει μεθόδους βελτίωσής της.
  • Να εξηγεί τα χαρακτηριστικά, τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των σύγχρονων τεχνικών πολυπλεξίας και πολλαπλής πρόσβασης.
  • 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.
  • Σεβασμός στο φυσικό περιβάλλον.
  • Άσκηση κριτικής και αυτοκριτικής.
  • Προαγωγή της ελεύθερης, δημιουργικής και επαγωγικής σκέψης.

Περιεχόμενο Μαθήματος

Εισαγωγή στις ασύρματες επικοινωνίες: Ηλεκτρομαγνητικό φάσμα και εφαρμογές. Σύγχρονα συστήματα ασυρμάτων επικοινωνιών. Ποιοτικοί δείκτες αξιολόγησης συστημάτων ασυρμάτων επικοινωνιών.

Κεραίες: Παράμετροι ακτινοβολίας κεραίας (ισχύς, ένταση, κατευθυντικότητα, κέρδος, διάγραμμα ακτινοβολίας). Θεώρημα αμοιβαιότητας. Πόλωση. Η κεραία ως στοιχείο κυκλώματος (αντίσταση εισόδου, λόγος στασίμου κύματος, συντονισμός). Γραμμικές διπολικές κεραίες. Στοιχειοκεραίες. Τύποι σύγχρονων κεραιών που απαντώνται στην πράξη.

Διάδοση ραδιοκυμάτων: Μηχανισμοί διάδοσης. Ακτινοβολία διπόλου πάνω από έδαφος. Διάδοση ελεύθερου χώρου. Περίθλαση λόγω εμποδίων. Μοντέλα βροχής – αποπόλωση, απορρόφηση από αέρια της ατμόσφαιρας. Διαλείψεις μεγάλης και μικρής κλίμακας. Πολλαπλές οδεύσεις, κανάλια επιλεκτικά και μη-επιλεκτικά στη συχνότητα. Ισολογισμός ζεύξης.

Πομποδέκτες ασυρμάτων επικοινωνιών: Διαμόρφωση και μετατόπιση στη συχνότητα, Αρχιτεκτονική πομποδεκτών, Ατέλειες και χαρακτηριστικά πομποδεκτών (μη γραμμικότητες, ενδοδιαμόρφωση, συντελεστής θορύβου, ευαισθησία δέκτη), Ισολογισμός ζεύξης.

Τεχνικές ψηφιακής διαμόρφωσης και αποδιαμόρφωσης (MQAM, MPSK, MFSK). Αρχιτεκτονική βέλτιστου δέκτη. Επίδοση τεχνικών ψηφιακής διαμόρφωσης σε περιβάλλον AWGN και σε περιβάλλοντα διαλείψεων. Υπολογισμός και ανάλυση ποιοτικών παραμέτρων συστημάτων ασύρματων επικοινωνιών. Εισαγωγή στις τεχνικές διαφορισμού και MIMO.

Πολυπλεξία και πολλαπλή πρόσβαση: Αμφιδρόμηση (FDD, TDD, half FDD), πολυπλεξία (FDM, TDM, SM), ορθογωνική και μη ορθογωνική πολλαπλή πρόσβαση (TDMA, FDMA, SDMA, NOMA), τυχαία προσπέλαση (ALOHA, CSMA/CA), OFDM.

Διδακτικές και Μαθησιακές Μέθοδοι - Αξιολόγηση

Τρόπος Παράδοσης
  • Πρόσωπο με πρόσωπο θεωρητική διδασκαλία (παράδοση, συζήτηση, επίλυση προβλημάτων).
  • Εργαστηριακή εκπαίδευση και ασκήσεις πράξης σε μικρές ομάδες φοιτητών.
Χρήση Τεχνολογιών Πληροφορίας και Επικοινωνιών
  • Χρήση λογισμικού παρουσιάσεων διαφανειών (Power point presentations).
  • Χρήση ηλεκτρονικής πλατφόρμας μάθησης (moodle).
  • Χρήση λογισμικού προσομοίωσης συστημάτων ασυρμάτων επικοινωνιών.
  • Χρήση αναλυτή φάσματος για μετρήσεις κεραιών.
  • Ηλεκτρονική επικοινωνία με τους φοιτητές.
Οργάνωση Διδασκαλίας
Δραστηριότητα Φόρτος εργασίας εξαμήνου
Διαλέξεις52
Εργαστηριακές ασκήσεις/ασκήσεις πράξης26
Προετοιμασία για τις εργαστηριακές ασκήσεις26
Εκπόνηση εργαστηριακών εργασιών/τεχνικών αναφορών26
Ανάλυση βιβλιογραφίας, ατομική μελέτη και επίλυση προβλημάτων50
Σύνολο 180
Αξιολόγηση φοιτητών

Α. Γραπτή τελική εξέταση (ΓΕ) (60%)
- Επίλυση προβλημάτων/υπολογισμοί
- Συγκριτική αξιολόγηση στοιχείων θεωρίας και ερωτήσεις κρίσεως

Β. Εκπόνηση εργαστηριακών εργασιών/τεχνικών αναφορών (ΕΕ) (40%)

Για την απονομή των πιστωτικών μονάδων ο συνολικός βαθμός του μαθήματος (ΕΕ*0,4+ ΤΕ*0,6) πρέπει να είναι τουλάχιστον πέντε (5). Επιπλέον, ο ανεξάρτητος βαθμός σε κάθε μια από τις μεθόδους αξιολόγησης A και B πρέπει να είναι τουλάχιστον τέσσερα (4).

Τα κριτήρια αξιολόγησης είναι προσβάσιμα από τους φοιτητές στην ηλεκτρονική σελίδα του μαθήματος και ανακοινώνονται στο πρώτο μάθημα.

Συνιστώμενη Βιβλιογραφία

Συγγράμματα μέσω του συστήματος "Εύδοξος"
  1. Π. Κωττής, Π. Αράπογλου, "Ασύρματες Επικοινωνίες", Εκδόσεις Α. Τζιόλα & Υοί ΑΕ, 2010, ISBN: 978-960-418-268-8, Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 18548835.
  2. R. Heath, "Εισαγωγή στην Ασύρματη Ψηφιακή Επικοινωνία", Εκδόσεις Χ. Γκιούρδα & Σια ΕΕ, 2018, ISBN: 978-960-512-7084, Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 77107209.
  3. Α. Κανάτας και Γ. Πάντος, "Ασύρματες Επικοινωνίες", Εκδόσεις Α. Παπασωτηρίου & Σια ΙΚΕ, 2017, 2η έκδ., ISBN: 978-960-491-112-7, Κωδικός Βιβλίου στον Εύδοξο: 68393538.
Συμπληρωματική ελληνόγλωσση βιβλιογραφία
  1. D. Tse, P. Viswanath, "Βασικές Αρχές Ασύρματης Επικοινωνίας", Εκδόσεις Κλειδάριθμος ΕΠΕ, 2009, ISBN: 978-960-461-228-4.
  2. B. Sklar, "Ψηφιακές Επικοινωνίες", Εκδόσεις Α. Παπασωτηρίου & Σια ΟΕ, 2η εκδ., 2011, ISBN: 978-960-491-019-9.
  3. Γ. Ευθύμογλου, «Προσομοίωση και Επίδοση Τηλεπικοινωνιακών Συστημάτων», Σύνδεσμος Ελληνικών Ακαδημαϊκών Βιβλιοθηκών (www.kallipos.gr), 2015, ISBN: 978-960-603-062-8.
  4. Ν. Μήτρου, «Ψηφιακές Επικοινωνίες: Συνοπτική Θεωρία και Εργαστήριο», Σύνδεσμος Ελληνικών Ακαδημαϊκών Βιβλιοθηκών (www.kallipos.gr), 2015, ISBN: 978-960-603-299-8.
  5. W. Stallings, C. Beard, «Ασύρματες Επικοινωνίες, Δίκτυα και Συστήματα», Εκδόσεις Α. Τζιόλα & Υοί Α.Ε., 2016, ISBN: 978-960-418-549-8.
  6. C.A. Balanis, "Κεραίες-Ανάλυση και Σχεδίαση", Εκδόσεις Στέλλα Παρίκου & ΣΙΑ ΟΕ, 2005, ISBN: 978-960-411-509-9.
  7. J. Kraus και R. Marhefka, "Κεραίες", Εκδόσεις Α. Τζιόλα & Υοί ΑΕ, 2015 , 3η έκδ., ISBN: 978-960-418-510-8.
  8. Σ.Α. Πακτίτης και Α.Α. Νασιόπουλος, "Εισαγωγή στη Διάδοση Ηλεκτρομαγνητικών Κυμάτων", Εκδόσεις Στέλλα Παρίκου & ΣΙΑ Ο.Ε., 2007, ISBN: 978-960-411-650-8.
Συμπληρωματική ξενόγλωσση βιβλιογραφία
  1. A.F. Molisch, “Wireless Communications, John Wiley & Sons Ltd. 2011, 2nd ed., ISBN: 9780470741870.
  2. A. Goldsmith, “Wireless Communications”, Cambridge University Press, 2005, ISBN: 9780511841224.
  3. G. Kalivas, “Digital Radio System Design”, John Wiley and Sons Ltd, 2009, ISBN 9780470847091.
  4. S.K. Das and A. Das, “Antenna and Wave Propagation”, Tata Mc-Graw Hill Education, 2013.
  5. W.L. Stutzman and G.A. Thiele, “Antenna Theory and Design”, Wiley, 2013 (3rd ed.).
  6. T. Manning, “Microwave Radio Transmission Design Guide”, Artech House, 2nd ed., 2009, ISBN: 9781596934566.
Συναφή επιστημονικά περιοδικά
  1. ΙΕΕΕ Communications Magazine
  2. IEEE Wireless Communications
  3. IEEE Transactions on Communications
  4. IEEE Transactions on Wireless Communications
  5. IEEE Communications Surveys and Tutorials
  6. IEEE Transactions on Antennas and Propagation
  7. IET Microwaves, Antennas and Propagation