Ασύρματες Επικοινωνίες

Abstract

Το παρόν προπτυχιακό σύγγραμμα προορίζεται για εξαμηνιαία μαθήματα σε ασύρματες τηλεπικοινωνίες, τόσο σε προπτυχιακά προγράμματα σχολών Μηχανικών και Πληροφορικής, όσο και σε μεταπτυχιακά προγράμματα σχολών που θέλουν να εντάξουν το μάθημα των ασύρματων τηλεπικοινωνιών στο πρόγραμμά τους. Στόχος του συγγράμματος είναι να αποκτήσει ο αναγνώστης το θεωρητικό υπόβαθρο των βασικών εννοιών των ασύρματων τηλεπικοινωνιών, δίνοντας έμφαση στις τεχνολογικές εξελίξεις του σήμερα και του αύριο. Αρχικά, στο κεφάλαιο 1, γίνεται αποτίμηση των διάφορων τεχνολογιών και προτύπων ασυρμάτων συστημάτων, δίνοντας έμφαση σε αυτές τις τεχνολογίες που κυριαρχούν σήμερα και θα μας απασχολήσουν στο εγγύς μέλλον. Στη συνέχεια, στο κεφάλαιο 2, αναλύονται οι αρχές λειτουργίας και τα χαρακτηριστικά των κεραιών, και επεξηγείται λεπτομερώς η λειτουργία των τυπωμένων κεραιών και των στοιχειοκεραιών. Στο κεφάλαιο 3 δίνεται το θεωρητικό υπόβαθρο της στατιστικής περιγραφής του ασύρματου μέσου. Στα κεφάλαια 4 και 5 παρουσιάζονται οι μέθοδοι διαμόρφωσης και αποδιαμόρφωσης σήματος, και στο κεφάλαιο 6 γίνεται περιγραφή των μεθόδων κωδικοποίησης και αποκωδικοποίησης καναλιού, δίνοντας βαρύτητα σε αυτές που χρησιμοποιούνται στα 4G και 5G. Στο κεφάλαιο 7 αναλύονται οι τεχνικές ισοστάθμισης καναλιού. Τα κεφάλαια 8, 9 και 10 παρουσιάζουν τις βασικές τεχνικές και παραμέτρους συστημάτων πολλαπλής πρόσβασης στο ασύρματο μέσο. Πιο συγκεκριμένα, στο κεφάλαιο 8 περιγράφονται οι μέθοδοι TDMA, FDMA και Packet Radio, στο κεφάλαιο 9 αναλύονται τα συστήματα μετάδοσης διασποράς φάσματος, με κυριότερο εκπρόσωπο το CDMA, και στο κεφάλαιο 10 παρουσιάζονται οι βασικές αρχές υλοποίησης του OFDM. Τέλος, τα κεφάλαια 11 και 12 εισάγουν τον αναγνώστη στα συστήματα πολλαπλών εισόδων-πολλαπλών εξόδων (ΜΙΜΟ) που κυριαρχούν στα 4G και 5G. Πιο συγκεκριμένα, στο κεφάλαιο 11 αναλύονται τα συστήματα πολλαπλών εισόδων-πολλαπλών εξόδων ενός χρήστη (SU-MIMO) και στο κεφάλαιο 12 γίνεται ανάλυση των συστημάτων πολλαπλών χρηστών ΜΙΜΟ (MU-MIMO), massive MIMO και mmWave massive MIMO που έχουν εισαχθεί στο 5G NR.

This undergraduate textbook is intended for one semester courses in wireless communications, both in undergraduate programs of Engineering and Informatics Schools, as well as for postgraduate programs of schools that want to integrate a course on wireless communications in their curriculum. The aim of the textbook is to provide the reader with the theoretical background of the basic concepts of wireless communications, emphasizing the technological developments of today and tomorrow. Initially, in chapter 1, a valuation of the various wireless technologies and models is made, emphasizing those that dominate today and will concern us in the future. Subsequently, in chapter 2, the antenna operating principles and characteristics are analyzed, and the operation of microstrip and linear antennas is explained in detail. Chapter 3 gives the theoretical background of the statistical description of the wireless medium. Chapters 4 and 5 present signal modulation and demodulation schemes, and chapter 6 describes channel coding and decoding techniques, emphasizing those used in 4G and 5 G. Chapter 7 analyzes channel equalization techniques. Chapters 8, 9 and 10 present the basic techniques and parameters of multiple-access systems. More specifically, chapter 8 describes the TDMA, FDMA and Packet Radio methods, in chapter 9 spread spectrum systems are analyzed, with CDMA as the main representative, and chapter 10 presents the basic principles of the OFDM implementation. Finally, chapters 11 and 12 introduce the reader to the Multi-Input Multi-Output systems (ΜΙΜΟ) that dominate 4G and 5G. More precisely, chapter 11 analyzes the Single-User Multi-Input Multi-Output systems (SU-MIMO) and chapter 12 analyzes Multiple-User MIMO systems (MU-MIMO), as well as massive MIMO and mmWave massive MIMO that have been introduced in 5G NR.