ΠΜΣ Μηχανικών Πληροφορικής

Ελληνικό Μεσογειακό Πανεπιστήμιο
Home 9 Προχωρημένα Θέματα Κεραιών, Διάδοσης Ηλεκτρομαγνητικών Πεδίων και Ασύρματων Δικτύων

Προχωρημένα Θέματα Κεραιών, Διάδοσης Ηλεκτρομαγνητικών Πεδίων και Ασύρματων Δικτύων

Τίτλος Μαθήματος: Προχωρημένα Θέματα Κεραιών, Διάδοσης Ηλεκτρομαγνητικών Πεδίων και Ασύρματων Δικτύων
Διδακτικές Ώρες:
Πιστωτικές Μονάδες (ECTS): 7,5
Εξάμηνο: 2ο
Διδάσκων: Δρ. Στρατάκης Δημήτριος

Στόχοι του Μαθήματος
Το μάθημα απευθύνεται κυρίως σε μεταπτυχιακούς και διδακτορικούς φοιτητές με υπόβαθρο στα Ηλεκτρομαγνητικά Πεδία και τα Ασύρματα Δίκτυα. Στόχος του μαθήματος είναι η κατανόηση βασικών και προχωρημένων εννοιών του ηλεκτρομαγνητισμού και της διάδοσης της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, προηγμένων θεμάτων σχεδίασης δομών και κεραιών, ασύρματων ζεύξεων και μεθόδων μέτρησης ηλεκτρομαγνητικών πεδίων, καθώς και ο σχεδιασμός σύγχρονων ασύρματων δικτύων 4ης και 5ης γενιάς που ενσωματώνουν ευρυζωνικές τεχνολογίες διαδικτύου και υπολογιστικού νέφους, για την υλοποίηση ετερογενών/υβριδικών ασύρματων δικτύων.

Με βάση τη σύγχρονη βιβλιογραφία και κυρίως επιλεγμένα επιστημονικά άρθρα που θα παρουσιαστούν, οι φοιτητές θα εμβαθύνουν σε ειδικά ζητήματα που αφορούν κεραίες ασύρματης μετάδοσης και μεθόδους μέτρησης που εφαρμόζονται στην πράξη, καινοτόμες αρχιτεκτονικές ενσωμάτωσης ετερογενών ασύρματων υποδομών, καθώς και τεχνικές συνεργατικής αξιοποίησης του ραδιοφάσματος μέσω γνωστικών (cognitive) ασύρματων δικτύων. Στα παραπάνω αντικείμενα, οι φοιτητές θα εξειδικευτούν περαιτέρω μέσω ομαδικών ή ατομικών εργασιών που θα υποβληθούν πριν το τέλος του εξαμήνου.

Ενδεικτική Ύλη

  • Προχωρημένα θέματα ηλεκτρομαγνητισμού: Εξισώσεις Maxwell και χρονικά μεταβαλλόμενα πεδία, βαθμωτά και διανυσματικά δυναμικά, θεώρημα του Poynting, Ιδιότητες Η/Μ κυμάτων (ανάκλαση, διάθλαση, πόλωση, κλπ.), καθυστερημένα δυναμικά, θεωρήματα ηλεκτρομαγνητισμού, επίλυση ολοκληρωτικών εξισώσεων ηλεκτρομαγνητικού πεδίου με τη μέθοδο των ροπών.

  • Προχωρημένα θέματα κεραιών: Κατευθυντικότητα και κέρδος κεραιών, ενεργός επιφάνεια κεραίας, αντίσταση ακτινοβολίας, ενεργός ύψος, κατοπτρισμός, κοντινό και μακρινό πεδίο κεραιών, θερμοκρασία κεραίας, διαγράμματα κεραίας και σχεδίαση διαγραμμάτων, διπολικές γραμμικές κεραίες, ομοιόμορφες και ανομοιόμορφες συστοιχίες κεραιών, κεραίες επιφάνειας και κεραίες λήψεως, κεραίες ταξιδεύοντος κύματος, συστοιχίες κεραιών, κεραίες με ανακλαστήρα. Θεμελιώδεις παράμετροι σχεδιασμού και σύνθεσης κεραιών με προδιαγεγραμμένες ιδιότητες, θέματα επιλογής κεραιών, προσαρμογή κεραιών, μέθοδοι μετρήσεων κεραιών.

  • Προχωρημένα θέματα διάδοσης και μέτρησης ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων και ασυρμάτων ζεύξεων: Διάδοση Η/Μ κυμάτων (ελεύθερος χώρος, γήινη διάδοση, κύμα εδάφους, κύμα χώρου, κύμα επιφάνειας, συνθήκη οπτικής επαφής, επίδραση εμποδίων), τροποσφαιρική διάδοση, διάθλαση, διάδοση πολλαπλών διαδρομών, διαφορική λήψη, ιονοσφαιρική διάδοση, ιονοσφαιρική διάθλαση, ανάκλαση, εξίσωση του Friis, εξίσωση του Radar. Mονόδρομες και αμφίδρομες ζεύξεις, ζεύξεις σημείου προς σημείο, ζεύξεις σημείου προς περιοχή, προϋπολογισμός ζεύξεων, εύρος ζώνης και χωρητικότητα, σχεδίαση ραδιοζεύξεων, ισοζύγιο ισχύος, παρεμβολές, υπολογισμοί και μετρήσεις ραδιοζεύξεων.

  • Σύγχρονες μέθοδοι μέτρησης και αξιολόγησης Ηλεκτρομαγνητικών πεδίων.

  • Τεχνολογίες και Αρχιτεκτονικές Σύγχρονων Ασύρματων Δικτύων. Πρότυπα: IEEE 802.11g/n, 802.16, 802.22, LTE.

  • Υβριδικά ασύρματα δίκτυα με ενσωμάτωση ευρυζωνικότητας, Διαδικτύου και Cloud Computing, για την παροχή υπηρεσιών QoS 5ης γενιάς.

  • Γνωσιακές τεχνολογίες ραδιοεπικοινωνιών, δυναμική διαχείριση εύρους ζώνης, δυναμική πρόσβαση στο φάσμα (Dynamic Spectrum Access).

Βιβλιογραφία

  1. “Maxwell’s Equations and the Principles of Electromagnetism”, Richard Fitzpatrick, Infinity Science Pr Llc, 2008.
  2. “Electromagnetism”, Gerald L Pollack, Daniel Stump, Daniel R Stump, Addison Wesley Longman, 2001.
  3. “Engineering Electromagnetics”, 6th Ed., William H. Hayt and John A. Buck, McGraw-Hill, 2000.
  4. “Electromagnetic Waves and Antennas”, Sophocles J. Orfanidis, http:// www.ece.rutgers.edu/~orfanidi/ewa/, 2008.
  5. “Modern Antenna Handbook”, Constantine A. Balanis, John Wiley & Sons Inc., 2008.
  6. “Modern antenna design”, 2nd Εd., Milligan, Thomas A., Wiley-Interscience, 2005.
  7. “Antenna Theory and Design”, Warren L Stutzman, Stutzman, Gary A Thiele, John Wiley & Sons, 1998.
  8. “Antennas: Fundamentals, Design, Measurement”, Lamont V Blake, Maurice W Long, Lamont V Blake, Maurice W Long, 2008.
  9. “Antenna Design Optimization”, T L Pitzer, Wexford College Press, 2008.
  10. “Antenna Measurement Techniques”, Gary E Evans, Artech House Publishers, 1990.
  11. “Διάδοση ραδιοκυμάτων στα συστήματα ασύρματης επικοινωνίας”, Henry L. Bertoni, Μετάφραση: Μαρία Φραγκάκη, Εκδόσεις Κλειδάριθμος, 2008.
  12. “Radiowave Propagation and Antennas for Personal Communications (Antennas & Propagation Library)”, Kazimierz Siwiak and Yasaman Bahreini, Artech House Inc., 2007.
  13. “Radio Propagation and Adaptive Antennas for Wireless Communication Links: Terrestrial, Atmospheric and Ionospheric”, Nathan Blaunstein and Christos Christodoulou, John Wiley & Sons Inc., 2007.
  14. “The Mobile Radio Propagation Channel”, 2nd Ed., J. D. Parsons, 2000.
  15. Rumney M., LTE and the Evolution to 4G Wireless: Design and Measurement Challenges, Agilent Technologies Publication, John Wiley & Sons Ltd., 2009.
  16. Angrisani L., Capriglione D., Ferrigno L. and Miele G., “Power Measurements in DVB-T Sys-tems: New Proposal for Enhancing Reliability and Repeatability”, IEEE Trans. Instrum. Meas., Vol. 57, no. 10, Oct. 2008.
  17. Joseph W., Verloock L. and Martens L., “Accurate Determination of the Electromagnetic Field Due to WiMAX Base Station Antennas”, IEEE Trans. Electromagn. Compat, Vol. 50, no. 3, Aug. 2008.
  18. Stratakis D., Miaoudakis A., Xenos T. and Zacharopoulos V., “Overall Uncertainty Estimation in Multiple Narrowband in Situ Electromagnetic Field Measurements”, IEEE Trans. Instrum. Meas., Vol. 58, no. 8, pp. 2767-2779, Aug. 2009.
  19. Theofilogiannakos G.K., Xenos T.D., Yioultsis, T.V., “A Hybrid Parabolic Equation-Integral Equation Technique for Wave Propagation Modeling of Indoor Communications”, IEEE Trans. Magn., Vol. 45, no. 3, March 2009.
  20. Agilent Application Note 1286-1, “Eight Hints for Making Better Spectrum Analysis”, Agilent Technologies, Inc., Manufacturing Part Number: 5965-7009E, USA, Sep. 2009. Available: http://www.agilent.com
  21. Agilent Application Note 1449-3, “Fundamentals of RF and Microwave Power Measurements (Part 3). Power Measurement Uncertainty per International Guides”, Agilent Technologies, Inc., Manufacturing Part Number: 5988-9215EN, USA, Jun. 2009. Available: http://www.agilent.com
  22. Angrisani L., Napolitano A. and Vadursi M., “True-Power Measurement in Digital Commu-nication Systems Affected by In-Channel Interference”, IEEE Trans. Instrum. Meas., Vol. 58, no. 12, Dec. 2009.
  23. Stratakis D., Miaoudakis A., Zacharopoulos V. and Xenos T., “On the Spatial Averaging of Multiple Narrowband Electromagnetic Field Measurements. Methods and Uncertainty Estimation”, IEEE Trans. Instrum. Meas., Vol. 59, no. 6, pp. 1520-1536, Jun. 2010.
  24. T. S. Rappaport, “Wireless Communications: Principles & Practice,” 2nd Ed., Prentice-Hall:Upper Saddle River, NJ, ISBN-13: 978-0130930033
  25. K. Pahlavan & P. Krishnamurthy, “Principles of Wireless Networks: A Unified Approach”, Prentice Hall Communications Engineering and Emerging Technologies Series, ISBN-10: 0130930032
  26. W. Stallings, “Wireless Communications & Networks”, Prentice-Hall, Inc. Upper Saddle River, NJ, USA, ISBN-13: 978-0131918351
  27. WiMAX, http://www.radio-electronics.com/info/wireless/wimax/wimax.php
  28. M. Seyedzadegan, M. Othman, “IEEE 802.16: WiMAX Overview, WiMAX Architecture”, International Journal of Computer Theory and Engineering, Vol. 5, No. 5, October 2013
  29. White Paper, “IEEE 802.16* and WiMAX”, Broadband Wireless Access for Everyone, Intel, 253623-001
  30. www.wimaxforum.org
  31. www.ieee802.org/16
  32. White Paper, “Long Term Evolution (LTE): an introduction”, ERICSSON, October 2007, 284 23-3124 Uen
  33. Introduction to LTE, An: LTE, LTE-Advanced, SAE, VoLTE and 4G Mobile Communications
  34. Christopher Cox, “Introduction to LTE, An: LTE, LTE-Advanced, SAE, VoLTE and 4G Mobile Communications”, John Wiley & Sons, 2014, ISBN: 9781118818039
  35. G. Ko, et al., “Channel Management in IEEE 802.22 WRAN Systems,” IEEE Communications Magazine, Sept 2010, pp. 88-94, http://tinyurl.com/mez42zu
  36. Carl R. Stevenson, et al, “IEEE 802.22: The First Cognitive Radio Wireless Regional Area Network Standard,” IEEE Communications Magazine, January 2009, pp 130-138.
  37. C. Cordeiro, et al., “IEEE 802.22: An Introduction to the First Wireless Standard based on Cognitive Radios,” Journal of Communications, Vol. 1, No. 1, April 2006, http://www.cs.uc.edu/~cordeicm/papers/jcm06.pdf
  38. IEEE Std 802.22-2011, Standard for Wireless Regional Area Networks—Part 22: Cognitive Wireless RAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications: Policies and procedures for operation in the TV Bands, July 2011, http://standards.ieee.org/getieee802/download/802.22- 2011.pdf
  39. IEEE Std 802.22.1-2010, “Part 22.1: Standard to Enhance Harmful Interference Protection for Low-Power Licensed Devices Operating in TV Broadcast Bands,” Nov. 2010, http://standards.ieee.org/getieee802/download/802.22.1- 2010.pdf
  40. IEEE Std 802.22.2-2012, “Part 22.2: Installation and Deployment of IEEE 802.22 Systems,” Sep. 2012, http://standards.ieee.org/getieee802/download/802.22.2- 2012.pdf