ΤΔ602 - Τηλεπικοινωνιακά Συστήματα ΙΙ (Θεωρία)

Το μάθημα αποσκοπεί να εισάγει τους φοιτητές σε βασικά και εξελιγμένα θέματα των ψηφιακών τηλεπικοινωνιών και να τους εκπαιδεύσει σε ψηφιακές τεχνικές που χρησιμοποιούνται στα σύγχρονα συστήματα επικοινωνιών. Το μάθημα διαρθρώνεται σε επιμέρους ενότητες που περιλαμβάνουν τη μετατροπή του αναλογικού σήματος σε ψηφιακό, τις βασικές έννοιες και αρχές σχεδίασης ενός ψηφιακού συστήματος επικοινωνίας, τη μετάδοση σε βασική ζώνη, τη χρήση τεχνικών κωδικοποίησης γραμμής, την εμφάνιση και την αντιμετώπιση του φαινομένου της διασυμβολικής παρεμβολής, τη χρήση ψηφιακών τεχνικών διαμόρφωσης (ASK/FSK/PSK), την αντιμετώπιση του προβλήματος του συγχρονισμού στις ψηφιακές επικοινωνίες, τις τεχνικές υψηλής φασματικής απόδοσης (QAM/OFDM) και τις τεχνικές πολλαπλής προσπέλασης (TDMA/FDMA/CDMA).

Στόχοι Μαθήματος

Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος, οι φοιτητές θα μπορούν:   Σε επίπεδο Γνώσεων: Να περιγράφουν με σαφήνεια τα επιμέρους συστήματα ενός ψηφιακού συστήματος επικοινωνίας, τα χαρακτηριστικά τους και τις λειτουργίες που καθένα επιτελεί. Να περιγράφουν τα επιμέρους στάδια της διαδικασίας μετατροπής ενός αναλογικού σήματος σε ψηφιακή μορφή και αντίστροφα. Να περιγράφουν τους παράγοντες που επηρεάζουν τον σχεδιασμό ενός συστήματος ψηφιακής επικοινωνίας. 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. Να περιγράφουν τα είδη παραμορφώσεων και υποβαθμίσεων από τη διέλευση ενός σήματος σε ένα κανάλι επικοινωνίας. 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. 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. Να περιγράφουν τα χαρακτηριστικά και τις λειτουργίες των διατάξεων παραγωγής και ανίχνευσης των ψηφιακών διαμορφώσεων (ASK, PSK, FSK και των υποκατηγοριών τους). Να περιγράφουν τις διαφορές μεταξύ των τεχνικών σύμφωνης και ασύμφωνης ανίχνευσης και να εξηγούν το πρόβλημα του συγχρονισμού στις ψηφιακές επικοινωνίες. Να εξηγούν την έννοια της ορθογωνιότητας, τα οφέλη που προσφέρει και την αξιοποίησή της στις ψηφιακές διαμορφώσεις. Να περιγράφουν τις τεχνικές κωδικοποίησης καναλιού (κωδικοποίηση μπλοκ και συνελικτική κωδικοποίηση). Να περιγράφουν την αρχή λειτουργίας και τα πλεονεκτήματα – μειονεκτήματα καθεμίας εκ των τεχνικών FDMA, TDMA, CDMA και OFDM.   Σε επίπεδο Δεξιοτήτων: 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. Να υπολογίζουν τη χωρητικότητα καναλιών (χωρίς θόρυβο, και με θόρυβο), κάνοντας χρήση του θεωρήματος Shannon. Να μελετούν τα φασματικά χαρακτηριστικά των πρωτοκόλλων σηματοδοσίας και να συγκρίνουν τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα κάθε πρωτοκόλλου. Να εφαρμόζουν τις λύσεις για την αντιμετώπιση της διασυμβολικής παρεμβολής και της πολυδιάδρομης μετάδοσης (multipath propagation). 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. 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. Να συγκρίνουν μεταξύ τους ως προς την αποτελεσματικότητα και την πολυπλοκότητα τις τεχνικές ανάκτησης φέροντος. Να συγκρίνουν την απόδοση Μ-αδικών διαμορφώσεων μεταξύ και ειδικότερα σε αναφορά με το θεωρητικό όριο Nyquist Να συγκρίνουν μεταξύ τους τις τεχνικές κωδικοποίησης καναλιού, δηλ. κωδικοποίηση μπλοκ, προηγμένη κωδικοποίηση μπλοκ συνελικτική κωδικοποίηση και TCM (Trellis Coded Modulation).   Σε επίπεδο Ικανοτήτων: Να συσχετίζουν την απόδοση ισχύος, το εύρος ζώνης και την παροχή δεδομένων σε μία ψηφιακή ζεύξη. Να σχεδιάζουν φίλτρα υψωμένου συνημίτονου για την αντιμετώπιση της διασυμβολικής παρεμβολής. Να σχεδιάζουν και να αξιολογούν ισοσταθμιστές καναλιού. Να διαγιγνώσκουν προβλήματα σε μια ψηφιακή επικοινωνία χρησιμοποιώντας το διάγραμμα ματιού. 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). Να αξιολογούν τη λειτουργία των κυκλωμάτων παραγωγής και ανίχνευσης καθεμίας από τις γνωστές ψηφιακές διαμορφώσεις (ASK, PSK, FSK, QAM, QPSK, π/4 PSK, κλπ). Να σχεδιάζουν το υποσύστημα διαμόρφωσης ενός συστήματος επικοινωνίας βασισμένο σε μία εκ των τεχνικών πολλαπλής πρόσβασης (FDMA, TDMA, CDMA) Να σχεδιάζουν το υποσύστημα διαμόρφωσης ενός συστήματος επικοινωνίας βασισμένο στην τεχνική OFDM. Να σχεδιάζουν κώδικες μπλοκ, κώδικες διεμπλοκής μπλοκ (interleaving) και κώδικες Reed-Solomon. Να σχεδιάζουν διαγράμματα δικτυωτού (Trellis diagrams) Να σχεδιάζουν συνδυασμένα συστήματα κωδικοποίησης πηγής, καναλιού και διαμόρφωσης ως σύνολο.

Προαπαιτούμενες Γνώσεις

Σήματα και Συστήματα Τηλεπικοινωνιακά Συστήματα Ι

Περιεχόμενα

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).