Ασύρματες Επικοινωνίες και Συστήματα

Το μάθημα επικεντρώνεται στην αναλυτική περιγραφή των βασικών εννοιών ασύρματων επικοινωνιών και συστημάτων, με έμφαση στον εξοπλισμό των φοιτητών με δεξιότητες επεξεργασίας σήματος για το σχεδιασμό σύγχρονων τεχνικών για το φυσικό επίπεδο.

Στο πρώτο μέρος του μαθήματος, θα παρουσιαστούν τα χαρακτηριστικά των ασύρματων καναλιών, εξηγώντας λεπτομερώς τα βασικά στοιχεία που διέπουν την διάδοση του σήματος σε διάφορες μπάντες συχνοτήτων (π.χ., FR1, FR2, FR3, THz και δορυφορικές ζεύξεις). Επίσης, θα εισαχθεί το εργαλείο ανάλυσης προϋπολογισμού ζεύξης, καθώς και θα λάβει χώρα λεπτομερής περιγραφή των πιο σημαντικών στατιστικών μοντέλων για κανάλια διαλείψεων. Επιπλέον, θα περιγραφεί το μαθηματικό μοντέλο εισόδου/εξόδου του ασύρματου καναλιού (τόσο για περιπτώσεις στενής όσο και για ευρείας ζώνης) και θα παρουσιαστεί η μεγάλη ποικιλία των διαθέσιμων τεχνικών διαφορισμού (στις διαστάσεις του χρόνου, χώρου και της συχνότητας). Θα αναλυθούν, επίσης, διάφορες διαφορισμού λήψης και θα περιγραφή η βασική πτυχή των συστημάτων MIMO. Το πρώτο μέρος του μαθήματος θα ολοκληρωθεί με μια εκτενή εισαγωγή στα κυψελωτά συστήματα, συμπεριλαμβανομένων των κυριότερων τεχνικών πολλαπλής πρόσβασης και διαχείρισης παρεμβολών, καθώς και σχημάτων που βασίζονται σε CDMA και OFDM. Τέλος, θα παρουσιαστούν τα βασικά στοιχεία των συστημάτων 5G και οι τάσεις για τα επερχόμενα συστήματα 6G.

Το δεύτερο μέρος του μαθήματος αφιερώνεται σε μια εκτενή μαθηματική περιγραφή των βασικών αρχών της πρωτοποριακής τεχνολογίας MIMO, η οποία εισήχθη για πρώτη φορά στο Wi-Fi 4 (IEEE 802.11n), στη συνέχεια στο 4G LTE (3GPP Έκδοση 8), και έκτοτε ενσωματώνεται στη συντριπτική πλειοψηφία των ασύρματων προτύπων (συμπεριλαμβανομένου του 5G και του επερχόμενου 6G). Θα παρουσιαστεί η μοντελοποίηση των ντετερμινιστικών και στοχαστικών καναλιών MIMO, συμπεριλαμβανομένων γεωμετρικών αναλύσεων και του χαρακτηρισμού των βαθμών ελευθερίας. Επιπλέον, θα αναλυθεί λεπτομερώς η χωρική πολυπλεξία σε συστήματα MIMO και θα παρουσιαστούν τεχνικές επεξεργασίας σήματος για την εκτίμηση καναλιών MIMO (συμπεριλαμβανομένων σύγχρονων τεχνικών που βασίζονται σε εργαλεία μηχανικής μάθησης). Επίσης, θα αποδειχθεί ο τύπος χωρητικότητας καναλιού MIMO, θα σχεδιαστούν τεχνικές λήψης σε συστήματα MIMO και θα παρουσιαστούν αρχιτεκτονικές πομποδεκτών για συστήματα MIMO (συμπεριλαμβανομένων υβριδικών εκδοχών, εκδοχών βασισμένων σε εξαιρετικά μεγάλες συστοιχίες κεραιών κι υλοποιήσεων που βασίζονται σε δυναμικές κεραίες μεταεπιφανειών) μαζί με τη μαθηματική τους μοντελοποίηση. Τέλος, θα παρουσιαστούν λεπτομερώς οι διάσημες αρχιτεκτονικές V-BLAST και D-BLAST για συστήματα MIMO.