Μάθημα : Επισκόπηση των Τηλεπικοινωνιών

Το μάθημα παρέχει μια ολοκληρωμένη εισαγωγή στις βασικές αρχές, τις τεχνολογίες και τη δομή των σύγχρονων τηλεπικοινωνιακών συστημάτων και δικτύων. Σκοπός του είναι οι φοιτητές/τριες να αποκτήσουν τη βασική γνώση που απαιτείται για την κατανόηση της λειτουργίας ενός τηλεπικοινωνιακού συστήματος, από την παραγωγή και αναπαράσταση της πληροφορίας και τη μετάδοσή της μέσω ενός φυσικού καναλιού, έως την οργάνωση των τηλεπικοινωνιακών δικτύων και την παροχή υπηρεσιών στον τελικό χρήστη.

Αρχικά παρουσιάζονται οι τηλεπικοινωνιακές υπηρεσίες και η έννοια της ευρυζωνικότητας, με στόχο τη σύνδεση των τεχνολογικών υποδομών με τις υπηρεσίες που χρησιμοποιούνται στην πράξη. Εξετάζονται οι βασικές κατηγορίες υπηρεσιών φωνής, δεδομένων και πολυμέσων, καθώς και η σημασία της ευρυζωνικής πρόσβασης για την παροχή σύγχρονων ψηφιακών υπηρεσιών. Στη συνέχεια παρουσιάζεται το περιβάλλον των τηλεπικοινωνιών και η βασική δομή των τηλεπικοινωνιακών συστημάτων και δικτύων: Ενσύρματα και ασύρματα τηλεπικοινωνιακά συστήματα, καθώς και τα οπτικά συστήματα τηλεπικοινωνιών και αναδεικνύονται οι βασικές διαφορές τους ως προς το μέσο μετάδοσης, την εμβέλεια, τη διαθέσιμη χωρητικότητα και τις περιοχές εφαρμογής τους. Παράλληλα εισάγεται η έννοια των δικτύων πρόσβασης, δηλαδή του τμήματος του τηλεπικοινωνιακού δικτύου που συνδέει τον τελικό χρήστη με την υποδομή του παρόχου.

Ιδιαίτερη αναφορά γίνεται στις βασικές έννοιες των τηλεπικοινωνιών, ώστε να δημιουργηθεί το απαραίτητο θεωρητικό υπόβαθρο για τις επόμενες ενότητες. Παρουσιάζονται οι έννοιες της πληροφορίας, του σήματος, της συχνότητας, του φάσματος, του εύρους ζώνης και του ρυθμού μετάδοσης, καθώς και η σχέση τους με τη λειτουργία και την απόδοση ενός συστήματος επικοινωνίας. Στο πλαίσιο αυτό εξετάζονται αναλυτικότερα τα αναλογικά και ψηφιακά σήματα. Οι φοιτητές/τριες εισάγονται στα χαρακτηριστικά των σημάτων στο πεδίο του χρόνου και της συχνότητας και κατανοούν τις βασικές διαφορές μεταξύ αναλογικής και ψηφιακής αναπαράστασης της πληροφορίας. Παρουσιάζονται δε οι βασικές αρχές της ψηφιοποίησης και η σημασία της ψηφιακής μετάδοσης στα σύγχρονα τηλεπικοινωνιακά δίκτυα. Ακολουθεί η ενότητα των στοιχείων της Θεωρίας  πληροφορίας, στην οποία συνδέεται η φυσική πληροφορία με την ψηφιακή της αναπαράσταση. Εισάγονται έννοιες όπως το bit και το byte, η κωδικοποίηση της πληροφορίας, οι δυαδικές ακολουθίες και ο ρυθμός μετάδοσης δεδομένων, ώστε να γίνει κατανοητός ο τρόπος με τον οποίο διαφορετικά είδη πληροφορίας μπορούν να μετατραπούν σε μορφή κατάλληλη για αποθήκευση, επεξεργασία και μετάδοση.

Μέρος του μαθήματος επίσης εξετάζει την τεχνολογία των δομικών στοιχείων ενός τηλεπικοινωνιακού συστήματος. Αναλύεται το βασικό μοντέλο Πηγή – Πομπός – Κανάλι – Δέκτης – Προορισμός, ώστε να μπορεί να αναγνωρίζεται ο  ρόλος κάθε υποσυστήματος σε μια τηλεπικοινωνιακή ζεύξη. Εξετάζεται πώς η πληροφορία μετατρέπεται σε κατάλληλο σήμα στον πομπό, πώς μεταδίδεται μέσω του καναλιού και πώς ανακτάται στον δέκτη. Στη συνέχεια παρουσιάζονται τα φυσικά μέσα μετάδοσης. Εξετάζονται τόσο τα καθοδηγούμενα μέσα, όπως τα χάλκινα καλώδια και οι οπτικές ίνες, όσο και η ασύρματη μετάδοση μέσω ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Παρουσιάζονται τα βασικά χαρακτηριστικά κάθε μέσου και η επίδρασή τους στην απόσταση μετάδοσης, στο διαθέσιμο εύρος ζώνης, στην εξασθένηση και στη συνολική ποιότητα της επικοινωνίας.

Το τελευταίο βασικό τμήμα του μαθήματος εστιάζει στις μεθόδους μετάδοσης. Αρχικά εξετάζεται ο θόρυβος και η επίδρασή του στην ποιότητα του λαμβανόμενου σήματος. Εισάγονται έννοιες όπως η ισχύς σήματος και θορύβου και ο λόγος σήματος προς θόρυβο (SNR), ώστε να γίνει αντιληπτό γιατί ένα πραγματικό τηλεπικοινωνιακό κανάλι περιορίζει την ποιότητα και την αξιοπιστία της μετάδοσης. Στη συνέχεια παρουσιάζεται η κωδικοποίηση Πηγής και Καναλιού. Η κωδικοποίηση πηγής εξετάζεται ως διαδικασία αποτελεσματικής αναπαράστασης της πληροφορίας και περιορισμού της πλεονάζουσας πληροφορίας, ενώ η κωδικοποίηση καναλιού συνδέεται με την ανίχνευση και διόρθωση σφαλμάτων κατά τη μετάδοση. Με τον τρόπο αυτό αναδεικνύεται η διαφορετική αλλά συμπληρωματική λειτουργία των δύο μορφών κωδικοποίησης. Τέλος, εισάγονται οι βασικές τεχνικές μετάδοσης και διαμόρφωσης. Εξηγείται γιατί είναι απαραίτητη η διαμόρφωση ενός σήματος πριν από τη μετάδοσή του και παρουσιάζονται, σε εισαγωγικό επίπεδο, βασικές αναλογικές και ψηφιακές τεχνικές διαμόρφωσης. Η ενότητα ολοκληρώνει τη διαδρομή από την αρχική πληροφορία έως το πραγματικό μεταδιδόμενο τηλεπικοινωνιακό σήμα.