ΤΔ602 - Τηλεπικοινωνιακά Συστήματα ΙΙ (Θεωρία)

Μετάδοση ψηφιακών δεδομένων στη βασική ζώνη. Κωδικοποίηση παλμών (line coding, Manchester κλπ). Διασυμβολική παρεμβολή. Θόρυβος και παρεμβολές σε συστήματα ψηφιακών επικοινωνιών. Ψηφιακές διαμορφώσεις BPSK, DPSK, DEPSK, QPSK, 16QAM, FSK, MSK, π/4DQPSK. Διαγράμματα αστερισμού. Μελέτη φασματικής απόδοσης και ρυθμού εμφάνισης σφαλμάτων. Ορθογώνιες διαμορφώσεις (QPSK, MQAM), επίδραση θορύβου. Πολυτονικές τεχνικές μετάδοσης (FDM/OFDM, DMT). Τεχνικές πολλαπλής προσπέλασης (FDMA/TDMA/CDMA). Ορθογώνια διαμόρφωση OFDM. Πολλαπλή πρόσβαση με διαίρεση συχνότητας (FDMA), Πολλαπλή πρόσβαση με διαίρεση χρόνου (TDMA), Πολλαπλή πρόσβαση με διαίρεση κώδικα (CDMA), Ο συγχρονισμός στις ψηφιακές επικοινωνίες και Ψηφιακές επικοινωνίες σε κανάλια με διασυμβολική παρεμβολή.

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ: Το εργαστηριακό τμήμα του μαθήματος περιλαμβάνει την εκτέλεση εργαστηριακών ασκήσεων για την καλύτερη κατανόηση και εμπέδωση των βασικών αρχών της ψηφιακής επικοινωνίας. Περισσότερα

Οι παραδόσεις του μαθήματος ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΙΙ (ΘΕΩΡΙΑ) γίνονται κάθε Δευτέρα, ώρα 5.00 - 8.00 μμ στην αίθουσα Α3.

Η συστηματική παρακολούθηση των παραδόσεων είναι ιδιαίτερα σημαντική για την κατανόηση των εννοιών του μαθήματος αλλά και για την επιτυχή παρακολούθηση του εργαστηρίου.

ΔΙΑΛΕΞΗ 1 - Χωρητικότητα Καναλιών - Το θεώρημα Shannon - Hartley

• Δυαδική σηματοδοσία
• Μορφές δυαδικής σηματοδοσίας
• Σηματοδοσία πολλών επιπέδων
• Συμβολισμός πολλών επιπέδων
• Υπολογισμός χωρητικότητας καναλιού
• Θεώρημα Shannon - Hartley

ΔΙΑΛΕΞΗ 2 - Εισαγωγή στην Έννοια της Διαμόρφωσης

• Η ανάγκη για διαμόρφωση
• Είδη διαμόρφωσης
• Διαμόρφωση με ημιτονοειδές φέρον (Αναλογική διαμόρφωση συνεχούς σήματος, Ψηφιακή διαμόρφωση συνεχούς σήματος)
• Διαμόρφωση με παλμικό φέρον (Αναλογική διαμόρφωση παλμών, Ψηφιακή διαμόρφωση παλμών)
• Σύγκριση αναλογικών – ψηφιακών διαμορφώσεων
• Σύγκριση αποδιαμορφωτών
• Κριτήρια επιδόσεων

ΔΙΑΛΕΞΗ 3 - Ψηφιακή Διαμόρφωση Πλάτους (ASK)

• Ψηφιακή Διαμόρφωση Πλάτους (ASK)
• Μαθηματική περιγραφή δυαδικής ASK (BASK)
• Φάσμα σήματος διαμορφωμένου κατά BASK
• Μαθηματική περιγραφή ΜASK
• Φασματική πυκνότητα ισχύος και φασματική απόδοση σήματος ΜASK
• Πιθανότητα εμφάνισης λανθασμένων ψηφίων
• Ρυθμός εμφάνισης λαθών σε διαμόρφωση ΜASK
• Παραγωγή και Ανίχνευση σήματος BASK
• Σύγκριση μεταξύ Σύμφωνης & Ασύμφωνης Ανίχνευσης
• Διαγράμματα Αστερισμού

ΔΙΑΛΕΞΗ 4 - Ψηφιακή Διαμόρφωση Φάσης (PSK)

• Μαθηματική περιγραφή δυαδικής PSK (BPSK)
• Φάσμα σήματος διαμορφωμένου κατά BPSK
• Μαθηματική περιγραφή ΜPSK
• Φασματική πυκνότητα ισχύος και φασματική απόδοση σήματος ΜPSK
• Ρυθμός εμφάνισης λαθών (BER) σε MPSK
• Παραγωγή και Ανίχνευση σήματος BPSK
• Διαφορική Κωδικοποίηση Δεδομένων – DEPSK
• Διαφορική Διαμόρφωση Φάσης – DPSK
• Διαγράμματα Αστερισμού
• Σύγκριση μεταξύ Σύμφωνης & Διαφορικής PSK

ΔΙΑΛΕΞΗ 5 - Ψηφιακή Διαμόρφωση Φάσης με Ορθογωνική Σηματοδοσία (QPSK/QAM)

• Ορθογωνική Σηματοδοσία
• Διαμόρφωση Μετατόπισης Φάσης με Τετραγωνισμό (QPSK)
• Διαφορική διαμόρφωση QPSK (DQPSK)
• Διαμόρφωση π/4 QPSK
• Συνδυασμένη Διαμόρφωση Πλάτους και Φάσης – QAM
• Χαρακτηριστικά μεγέθη M-QAM
• Σύγκριση PSK και QAM

ΔΙΑΛΕΞΗ 6 - Ψηφιακή Διαμόρφωση Συχνότητας (FSK)

• Ψηφιακή Διαμόρφωση Συχνότητας (FSK)
• Μαθηματική περιγραφή BFSK
• Φάσμα σήματος διαμορφωμένου κατά BFSK
• Φασματική πυκνότητα ισχύος σήματος ΒFSK
• Παραγωγή FSK συνεχούς φάσης (CPFSK)
• Ασύμφωνη και Σύμφωνη Ανίχνευση FSK
• Πλεονεκτήματα και Μειονεκτήματα της FSK
• Διαμόρφωση Minimum Shift Keying (MSK)
• Παραγωγή & Ανίχνευση MFSK
• Μαθηματική περιγραφή MFSK
• Σύγκριση Δυαδικών Μεθόδων Ψηφιακής Διαμόρφωσης
• Σύγκριση Μ-αδικών Μεθόδων Ψηφιακής Διαμόρφωσης
• Σύγκριση Ψηφιακών Μεθόδων ως προς Όριο Shannon

ΔΙΑΛΕΞΗ 7 - Ορθογώνια Πολυπλεξία Διαίρεσης Συχνότητας (OFDM)

• Ιστορική εξέλιξη
• Διαμόρφωση Υποκαναλιών
• Διάστημα Προστασίας (Guard Interval)
• FFT – IFFT FOURIER
• OFDM Πομπός και Δέκτης
• Φάσμα OFDM και Φασματική Απόδοση
• BER με OFDM MPSK και με OFDM MQAM
• Εφαρμογές
• Παραλλαγές
• Πλεονεκτήματα- Μειονεκτήματα

ΔΙΑΛΕΞΗ 8 – Πολυπλεξία Διαίρεσης Κώδικα Πολλαπλής Πρόσβασης (CDMA)

• Πολλαπλή πρόσβαση με διαίρεση συχνότητας (FDMA)
• Πολλαπλή πρόσβαση με διαίρεση χρόνου (TDMA)
• Πολλαπλή πρόσβαση με διαίρεση κώδικα (CDMA)
• Σχέση CDMA με την TDMA και την FDMA
• Τρόπος λειτουργίας της CDMA
• Φασματική αξιοποίηση της CDMA
• Αλγόριθμοι παραγωγής CDMA κωδίκων

ΔΙΑΛΕΞΗ 9 – Ο συγχρονισμός στις ψηφιακές επικοινωνίες

• Βρόχος κλειδώματος φάσης (αναλογικό PLL, ψηφιακό PLL)
• Συγχρονισμός φέροντος
• Χρονικός συγχρονισμός

ΔΙΑΛΕΞΗ 10 - Μετάδοση Ψηφιακών Δεδομένων στη Βασική Ζώνη

• Σήματα Βασικής Ζώνης
• Μετάδοση στη Βασική Ζώνη
• Κωδικοποίηση γραμμής
• Κατηγορίες κωδικοποίησης γραμμής
• Είδη σηματοδοσίας

ΔΙΑΛΕΞΗ 11 – Ψηφιακές επικοινωνίες σε κανάλια με διασυμβολική παρεμβολή

• Διασυμβολική παρεμβολή
• Αντιμετώπιση διασυμβολικής παρεμβολής με φίλτρα Nyquist
• Φίλτρα υψωμένου συνημιτόνου
• Διαγράμματα οφθαλμού
• Προσαρμοσμένα φίλτρα
• Ισοσταθμιστές (γραμμικοί, μη-γραμμικοί)
• Ανίχνευση ακολουθίας μέγιστης πιθανοφάνειας
• Αλγόριθμος Viterbi

ΔΙΑΛΕΞΗ 12 – Τεχνολογίες Ευρυζωνικών Δικτύων

• Ενσύρματες τεχνολογίες ευρυζωνικής πρόσβασης
• Τεχνολογίες xDSL
• Δίκτυα οπτικών ινών
• Δίκτυα καλωδιακής τηλεόρασης
• Ηλεκτρικά δίκτυα
• Ασύρματες τεχνολογίες ευρυζωνικής πρόσβασης
• Ασύρματη πρόσβαση Wi-Fi
• Σταθερή ασύρματη πρόσβαση
• Ασύρματη πρόσβαση WiMAX
• Ασύρματη κινητή πρόσβαση 3G/UMTS και 4G/LTE
• Αμφίδρομη δορυφορική πρόσβαση

ΔΙΑΛΕΞΗ 13 – Τηλεφωνική Μεταγωγή

• Συστήματα μεταγωγής κυκλώματος
• Το απλό κέντρο
• Το αυτόματο σύστημα επιλογής Strowger
• Φορτίο κίνησης και ποιότητα υπηρεσίας
• Ιεραρχία κέντρων μεταγωγής
• Μεταγωγή πολλών βαθμίδων
• Πολύπλεξη διαίρεσης χρόνου
• Αναλογική μεταγωγή με διαίρεση χρόνου
• Ανταλλαγή χρονικών θυρίδων (Time Slot Interchanging – TCI)
• Χωρικό πεδίο (Space Array)
• Συνδυασμένη χωρική και χρονική μεταγωγή
• Κινητή τηλεφωνία – Η κυψελωτή αρχή

1. ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΥ, Εισαγωγή στις τηλεπικοινωνίες, Εκδόσεις: ΠΑΠΑΣΩΤΗΡΙΟΥ.
2. HAYKIN, Συστήματα Επικοινωνίας, Εκδόσεις: ΠΑΠΑΣΩΤΗΡΙΟΥ
3. ΑΛΕΞΟΠΟΥΛΟΥ, Τηλεπικοινωνίες & Δίκτυα Υπολογιστών, 6η Εκδοση, Εκδόσεις: ΑΥΤΟΕΚΔΟΣΗ.

Το μάθημα εξετάζεται με γραπτή τελική εξέταση.

• Η εξέταση γίνεται με ανοικτά βιβλία και σημειώσεις, τα οποία πρέπει να φέρουν το όνομα του κατόχου τους. Επιπλέον, οι σημειώσεις πρέπει να είναι συρραμένες. 
• Επιτρέπεται η χρήση υπολογιστικής μηχανής (calculator). Απαγορεύεται η χρήση κινητών τηλεφώνων, smart phones, tablets, laptops.

Ο βαθμός του μαθήματος  ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΙΙ θα υπολογιστεί από τον τύπο: 

ΒΑΘΜΟΣ_ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ = 60% x ΒΑΘΜΟΣ_ΘΕΩΡΙΑΣ + 40% x ΒΑΘΜΟΣ_ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ

εφόσον οι ΒΑΘΜΟΙ ΘΕΩΡΙΑΣ και ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ είναι προβιβάσιμοι, (δηλ. >= 5,0).

Δρ. Παρασκευάς Μιχάλης 

Επίκουρος Καθηγητής Τμήματος Μηχανικών Πληροφορικής Τ.Ε. του ΤΕΙ Δυτικής Ελλάδας

email: mparask "at" teiwest.gr [για την αποστολή μηνύματος αντικαταστήστε το "at" με το @]

Προσοχή! Δεν θα απαντώνται μηνύματα φοιτητών, τα οποία:

- Δεν αποστέλλονται από τον λογαριασμό email που σας έχει δώσει το Τμήμα

- Δεν υπογράφονται με το ονοματεπώνυμο του φοιτητή/φοιτήτριας

- Είναι γραμμένα σε greeklish

Αρχές σχεδίασης ψηφιακού συστήματος επικοινωνίας. Μετατροπή αναλογικού σήματος σε ψηφιακό και αντίστροφα. Δειγματοληψία με παλμούς δέλτα. Στιγμιαία δειγματοληψία Θεώρημα δειγματοληψίας Nyquist. Κβαντισμός. Κωδικοποίηση. Διαμόρφωση παλμών κατά πλάτος (PAM). Διαμόρφωση παλμών κατά διάρκεια (PWM). Διαμόρφωση παλμών κατά φάση (PPM). Πολύπλεξη σημάτων PCM. Πολύπλεξη σημάτων στο χρόνο TDM. Διαφορική παλμοκωδική διαμόρφωση DPCM, διαμόρφωση Δέλτα DM και προσαρμοζόμενη διαμόρφωση Δέλτα ADM. Μετάδοση ψηφιακών δεδομένων στη βασική ζώνη. Κωδικοποίηση παλμών (line coding, Manchester κλπ). Διασυμβολική παρεμβολή. Θόρυβος και παρεμβολές σε συστήματα ψηφιακών επικοινωνιών. Ψηφιακές διαμορφώσεις BPSK, DPSK, DEPSK, QPSK, 16QAM, FSK, MSK, π/4DQPSK. Διαγράμματα αστερισμού. Μελέτη φασματικής απόδοσης και ρυθμού εμφάνισης σφαλμάτων. Σύνθεση συχνότητας με PLL, DDS και συνδυασμός αυτών. Ορθογώνιες διαμορφώσεις (QPSK, MQAM), επίδραση θορύβου. Πολυτονικές τεχνικές μετάδοσης (FDM/OFDM, DMT). Τεχνικές πολλαπλής προσπέλασης (FDMA/TDMA/CDMA).

Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος, οι φοιτητές θα μπορούν:

Σε επίπεδο Γνώσεων:

1. Να περιγράφουν με σαφήνεια τα επιμέρους συστήματα ενός ψηφιακού συστήματος επικοινωνίας, τα χαρακτηριστικά τους και τις λειτουργίες που καθένα επιτελεί.
2. Να περιγράφουν τα επιμέρους στάδια της διαδικασίας μετατροπής ενός αναλογικού σήματος σε ψηφιακή μορφή και αντίστροφα.
3. Να περιγράφουν τους παράγοντες που επηρεάζουν τον σχεδιασμό ενός συστήματος ψηφιακής επικοινωνίας.
4. Να περιγράφουν την έννοια της μετάδοσης στη βασική ζώνη, τα είδη των πρωτοκόλλων σηματοδοσίας, το φαινόμενο της διασυμβολικής παρεμβολής και τις λύσεις για την αντιμετώπισή του.
5. Να περιγράφουν τα είδη παραμορφώσεων και υποβαθμίσεων από τη διέλευση ενός σήματος σε ένα κανάλι επικοινωνίας.
6. Να κατηγοριοποιούν τις τεχνικές διαμόρφωσης ανάλογα με το πληροφοριακό σήμα και τον φορέα, να συγκρίνουν τις αναλογικές με τις ψηφιακές τεχνικές διαμόρφωσης και να περιγράφουν τα κριτήρια επιδόσεων των τεχνικών αυτών.
7. Για κάθε μια από τις ψηφιακές τεχνικές διαμόρφωσης (ASK, PSK, FSK, QAM, QPSK, π/4 PSK, κλπ) να περιγράφουν την αρχή λειτουργίας της, το εύρος ζώνης που απαιτεί, τη φασματική απόδοσή της, τα διαγράμματα αστερισμού και την αντοχή της σε περιβάλλον ενθόρυβου καναλιού επικοινωνίας.
8. Να περιγράφουν τα χαρακτηριστικά και τις λειτουργίες των διατάξεων παραγωγής και ανίχνευσης των ψηφιακών διαμορφώσεων (ASK, PSK, FSK και των υποκατηγοριών τους).
9. Να περιγράφουν τις διαφορές μεταξύ των τεχνικών σύμφωνης και ασύμφωνης ανίχνευσης και να εξηγούν το πρόβλημα του συγχρονισμού στις ψηφιακές επικοινωνίες.
10. Να εξηγούν την έννοια της ορθογωνιότητας, τα οφέλη που προσφέρει και την αξιοποίησή της στις ψηφιακές διαμορφώσεις.
11. Να περιγράφουν τις τεχνικές κωδικοποίησης καναλιού (κωδικοποίηση μπλοκ και συνελικτική κωδικοποίηση).
12. Να περιγράφουν την αρχή λειτουργίας και τα πλεονεκτήματα – μειονεκτήματα καθεμίας εκ των τεχνικών FDMA, TDMA, CDMA και OFDM.

Σε επίπεδο Δεξιοτήτων:

1. Να υπολογίζουν τις τιμές των παραμέτρων που απαιτούνται για την ορθή μετατροπή σήματος από αναλογική σε ψηφιακή μορφή, καθώς επίσης και να υπολογίζουν τον ρυθμό της παραγόμενης πληροφορίας.
2. Να υπολογίζουν τη χωρητικότητα καναλιών (χωρίς θόρυβο, και με θόρυβο), κάνοντας χρήση του θεωρήματος Shannon.
3. Να μελετούν τα φασματικά χαρακτηριστικά των πρωτοκόλλων σηματοδοσίας και να συγκρίνουν τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα κάθε πρωτοκόλλου.
4. Να εφαρμόζουν τις λύσεις για την αντιμετώπιση της διασυμβολικής παρεμβολής και της πολυδιάδρομης μετάδοσης (multipath propagation).
5. Να υπολογίζουν τη φασματική απόδοση και τον ρυθμό εμφάνισης λαθών κάθε μίας τεχνικής ψηφιακής διαμόρφωσης (ASK, PSK, FSK, QAM, QPSK, π/4 PSK, κλπ) και να τις συγκρίνουν μεταξύ τους.
6. Να υπολογίζουν τα απαιτούμενο εύρος ζώνης για τη λειτουργία κάθε μίας από τις ψηφιακές διαμορφώσεις (ASK, PSK, FSK, QAM, QPSK, π/4 PSK, κλπ) για ένα δοθέν σήμα και κανάλι επικοινωνίας.
7. Να συγκρίνουν μεταξύ τους ως προς την αποτελεσματικότητα και την πολυπλοκότητα τις τεχνικές ανάκτησης φέροντος.
8. Να συγκρίνουν την απόδοση Μ-αδικών διαμορφώσεων μεταξύ και ειδικότερα σε αναφορά με το θεωρητικό όριο Nyquist
9. Να συγκρίνουν μεταξύ τους τις τεχνικές κωδικοποίησης καναλιού, δηλ. κωδικοποίηση μπλοκ, προηγμένη κωδικοποίηση μπλοκ συνελικτική κωδικοποίηση και TCM (Trellis Coded Modulation).

Σε επίπεδο Ικανοτήτων:

1. Να συσχετίζουν την απόδοση ισχύος, το εύρος ζώνης και την παροχή δεδομένων σε μία ψηφιακή ζεύξη.
2. Να σχεδιάζουν φίλτρα υψωμένου συνημίτονου για την αντιμετώπιση της διασυμβολικής παρεμβολής.
3. Να σχεδιάζουν και να αξιολογούν ισοσταθμιστές καναλιού.
4. Να διαγιγνώσκουν προβλήματα σε μια ψηφιακή επικοινωνία χρησιμοποιώντας το διάγραμμα ματιού.
5. Να επιλέγουν την κατάλληλη ψηφιακή διαμόρφωση (μεταξύ των ASK, PSK, FSK, QAM, QPSK, π/4 PSK, κλπ) για δεδομένες προδιαγραφές επικοινωνίας (φασματική απόδοση, ρυθμός εμφάνισης λαθών, κλπ).
6. Να αξιολογούν τη λειτουργία των κυκλωμάτων παραγωγής και ανίχνευσης καθεμίας από τις γνωστές ψηφιακές διαμορφώσεις (ASK, PSK, FSK, QAM, QPSK, π/4 PSK, κλπ).
7. Να σχεδιάζουν το υποσύστημα διαμόρφωσης ενός συστήματος επικοινωνίας βασισμένο σε μία εκ των τεχνικών πολλαπλής πρόσβασης (FDMA, TDMA, CDMA)
8. Να σχεδιάζουν το υποσύστημα διαμόρφωσης ενός συστήματος επικοινωνίας βασισμένο στην τεχνική OFDM.
9. Να σχεδιάζουν κώδικες μπλοκ, κώδικες διεμπλοκής μπλοκ (interleaving) και κώδικες Reed-Solomon.
10. Να σχεδιάζουν διαγράμματα δικτυωτού (Trellis diagrams)
11. Να σχεδιάζουν συνδυασμένα συστήματα κωδικοποίησης πηγής, καναλιού και διαμόρφωσης ως σύνολο.

Σήματα και Συστήματα

Τηλεπικοινωνιακά Συστήματα Ι

1. Bateman Andy, Ψηφιακές επικοινωνίες, Εκδόσεις Τζιόλα, 2000.
2. Taub Herbert,Schilling Donald L., Αρχές τηλεπικοινωνιακών συστημάτων, Εκδόσεις Τζιόλα.
3. Καραγιαννίδης Γ., Τηλεπικοινωνιακά συστήματα, Εκδόσεις Τζιόλα 2012.
4. Κωνσταντίνου, Εισαγωγή στις τηλεπικοινωνίες, Εκδόσεις Παπασωτηρίου.
5. Haykin, Συστήματα Επικοινωνίας, Εκδόσεις Παπασωτηρίου.
6. Αλεξόπουλου, Τηλεπικοινωνίες & Δίκτυα Υπολογιστών, 6η Έκδοση, Αυτοέκδοση.