ΤΔ504 - Τηλεπικοινωνιακά Συστήματα Ι (Θεωρία)

Σκοπός του μαθήματος είναι να εισάγει τους φοιτητές στις βασικές έννοιες και τεχνικές των αναλογικών επικοινωνιών, καθώς και εισαγωγικές έννοιες ψηφιακών επικοινωνιών. Για το σκοπό αυτό θα γίνει αρχικά μία ανασκόπηση σημαντικών ενοτήτων της θεωρίας σημάτων και συστημάτων (σήματα και συστήματα συνεχούς χρόνου, συνέλιξη, μετασχηματισμός Fourier, κλπ). Ακολούθως θα δοθεί η έννοια της διαμόρφωσης και θα παρουσιαστούν οι δύο βασικές οικογένειες αναλογικών διαμορφώσεων (πλάτους και γωνίας). Θα εξεταστεί η επίδραση του θορύβου στα αναλογικά συστήματα επικοινωνιών. Θα ακολουθήσει η παρουσίαση της μετατροπής αναλογικού σήματος σε ψηφιακό, καθώς και η παρουσίαση των τεχνικών πολύπλεξης στον χρόνο και τη συχνότητα και των παλμικών διαμορφώσεων.

Στόχοι Μαθήματος

Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος, οι φοιτητές θα μπορούν:   Σε επίπεδο Γνώσεων: Να προσδιορίζουν τον καταλληλότερο τρόπο υπολογισμού της εξόδου ενός γραμμικού και χρονικά αμετάβλητου συστήματος. Να περιγράφουν την μεθοδολογία υπολογισμού της απόκρισης συχνότητας ενός γραμμικού και χρονικά αμετάβλητου συστήματος. Να περιγράφουν τη δομή και τη λειτουργία ενός αναλογικού συστήματος επικοινωνιών. Να αναγνωρίζουν τα διάφορα είδη θορύβου και να συγκρίνουν τις επιπτώσεις Να περιγράφουν την αρχή λειτουργίας της διαμόρφωσης πλάτους. Να περιγράφουν την αρχή λειτουργίας της διαμόρφωσης γωνίας. Να περιγράφουν τα χαρακτηριστικά και τις λειτουργίες των διαμορφωτών και των αποδιαμορφωτών των αναλογικών διαμορφώσεων (AM, PM, FM). Να διακρίνουν τα επιμέρους στάδια της διαδικασίας μετατροπής ενός αναλογικού σήματος σε ψηφιακή μορφή και αντίστροφα. Να περιγράφουν την αρχή λειτουργίας της πολύπλεξης διαίρεσης χρόνου (TDM). Να αναγνωρίζουν τα είδη των παλμικών διαμορφώσεων.   Σε επίπεδο Δεξιοτήτων Να υπολογίζουν τη φασματική πυκνότητα ισχύος ενός σήματος συνεχούς χρόνου. Να υπολογίζουν την απόκριση συχνότητας ενός συστήματος συνεχούς χρόνου. 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 την φασματική πυκνότητα ισχύος του θορύβου. Να σχεδιάζουν τις κυματομορφές και τα φάσματα σημάτων διαμορφωμένων κατά πλάτος ή κατά γωνία και να συγκρίνουν τις μεταξύ τους διαφορές. Να υπολογίζουν τον δείκτη διαμόρφωσης και το εύρος ζώνης σε μία διαμόρφωση πλάτους ή γωνίας. Να εξηγούν τις διαφορές μεταξύ σύμφωνων και ασύμφωνων αποδιαμορφωτών. Να συγκρίνουν τις τεχνικές αποδιαμόρφωσης ενός συστήματος διαμόρφωσης πλάτους και να αξιολογούν την επίπτωση της ολίσθησης φάσης στην ανάκτηση του φέροντος. Να μελετούν την επίδραση του θορύβου στις αναλογικές επικοινωνίες. Να εξηγούν τις διαφορές μεταξύ των ειδών παλμικής διαμόρφωσης.   Σε επίπεδο Ικανοτήτων Να σχεδιάζουν την αρχιτεκτονική ενός υπερετερόδυνου δέκτη. Να σχεδιάζουν διαμορφωτές και αποδιαμορφωτές συστημάτων διαμόρφωσης πλάτους και γωνίας. Να σχεδιάζουν και να αξιολογούν συστήματα ανάκτησης φέροντος. Να σχεδιάζουν διατάξεις πολύπλεξης με διαίρεση συχνότητας (FDM) και πολύπλεξης με διαίρεση χρόνου (TDM). Να επιλέγουν την κατάλληλη αναλογική διαμόρφωση για δεδομένες προδιαγραφές επικοινωνίας (εύρος ζώνης, ισχύς εκπομπής, λόγος σήματος προς θόρυβο, κλπ). Να αξιολογούν τη λειτουργία των κυκλωμάτων παραγωγής και ανίχνευσης καθεμίας από τις γνωστές αναλογικές διαμορφώσεις. Να ελαχιστοποιούν την επίδραση του θορύβου κβαντισμού σε μία διαμόρφωση PCM. Να αξιολογούν τις διαφορές μεταξύ των συστημάτων DM-ADM και PCM-DPCM. Να υλοποιούν διατάξεις αναλογικών διαμορφώσεων και να εκτελούν μετρήσεις σε ειδικό εργαστηριακό εξοπλισμό. Να εκτελούν προσομοιώσεις των παραπάνω σε ειδικό υπολογιστικό περιβάλλον (AWR).

Προαπαιτούμενες Γνώσεις

Σήματα και Συστήματα

Περιεχόμενα

Επισκόπηση σημάτων και συστημάτων συνεχούς χρόνου. Αναπαράσταση σήματος στο πεδίο της συχνότητας. Απόκριση συστήματος και φίλτρα. Φασματική περιγραφή τυχαίων σημάτων – Θόρυβος. Μετάδοση αναλογικών σημάτων στη βασική ζώνη. Ο θόρυβος στα συστήματα βασικής ζώνης. Η ανάγκη για διαμόρφωση. Τύποι αναλογικής διαμόρφωσης. Συστήματα γραμμικής διαμόρφωσης (DSB, SSB, AM, VSB). Συστήματα γωνιακής διαμόρφωσης (FM, PM, WB-FM, NB-FM). Πολυπλεξία με διαίρεση συχνότητας (FDM). Ο θόρυβος στα συστήματα γραμμικής και γωνιακής διαμόρφωσης.  Μετατροπή αναλογικού σήματος σε ψηφιακό. 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. Πολύπλεξη διαίρεσης χρόνου σημάτων PCM (TDM-PCM). Εύρος ζώνης συστημάτων TDM. Διαμόρφωση παλμών κατά πλάτος (PAM). Διαμόρφωση παλμών κατά διάρκεια (PWM). Διαμόρφωση παλμών κατά φάση (PPM). Πολύπλεξη διαίρεσης χρόνου TDM-PAM.