Ψηφιακή Αναπαράσταση και Μετάδοση Πληροφορίας

Το μάθημα εισάγει τους φοιτητές στις θεμελιώδεις αρχές των ψηφιακών επικοινωνιών και της θεωρίας πληροφορίας, καλύπτοντας έννοιες όπως η εντροπία, η χωρητικότητα καναλιού, οι τεχνικές συμπίεσης και διόρθωσης σφαλμάτων (Huffman, Shannon-Fano-Elias, Hamming, Reed-Muller) και οι μέθοδοι ψηφιακής διαμόρφωσης (PCM, Manchester). Εξετάζονται επίσης ο Μετασχηματισμός Fourier, τα ιδανικά φίλτρα και οι επιδράσεις του θορύβου στην απόδοση των καναλιών επικοινωνίας. Το μάθημα επεκτείνεται στην ανάλυση και αξιολόγηση φυσικών μέσων μετάδοσης (καλώδια, οπτικές ίνες, ραδιοκύματα, μικροκύματα), καθώς και στις αρχές και πρωτόκολλα λειτουργίας ενσύρματων και ασύρματων δικτύων (Ethernet, IEEE 802.11, PPP).

Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος, οι φοιτητές θα είναι σε θέση να:

• Κατανοούν τις θεμελιώδεις αρχές των ψηφιακών επικοινωνιών, συμπεριλαμβανομένων της έννοιας της πληροφορίας, της εντροπίας, των καναλιών επικοινωνίας, του θορύβου και της χωρητικότητας.
• Εφαρμόζουν το Θεώρημα Shannon-Hartley και το Θεώρημα Nyquist για τον υπολογισμό και την ανάλυση της απόδοσης καναλιών επικοινωνίας.
• Εφαρμόζουν τεχνικές συμπίεσης και κωδικοποίησης δεδομένων (Huffman, Shannon-Fano-Elias) καθώς και κώδικες διόρθωσης σφαλμάτων (Hamming, Reed-Muller).
• Χρησιμοποιούν τον Μετασχηματισμό Fourier και ιδανικά φίλτρα για την ανάλυση και επεξεργασία σημάτων.
• Αναλύουν την απόδοση ψηφιακών καναλιών επικοινωνίας και προτείνουν λύσεις που μεγιστοποιούν τη χωρητικότητα και ελαχιστοποιούν τα σφάλματα.
• Ερμηνεύουν και εφαρμόζουν τεχνικές ψηφιακής διαμόρφωσης (PCM, Manchester και άλλες) για τη βελτίωση της μετάδοσης δεδομένων.
• Σχεδιάζουν και αναπτύσσουν συστήματα ψηφιακής διαμόρφωσης για σύγχρονα δίκτυα επικοινωνίας.
• Προσδιορίζουν και αξιολογούν τα φυσικά μέσα μετάδοσης (καλώδια, οπτικές ίνες, ραδιοκύματα, μικροκύματα) και επιλέγουν βέλτιστες λύσεις για διαφορετικά σενάρια επικοινωνίας.
• Κατανοούν τις βασικές αρχές λειτουργίας των ασύρματων δικτύων και των δικτύων οπτικών ινών.
• Αναγνωρίζουν και επιλέγουν τα κατάλληλα πρωτόκολλα δικτύων (Ethernet, IEEE11, PPP) για αποτελεσματική λειτουργία επικοινωνιακών συστημάτων.

1. Εισαγωγή και Θεωρία Πληροφορίας: Ιστορική εξέλιξη των ψηφιακών επικοινωνιών και της Θεωρίας της Πληροφορίας. Επανάληψη βασικών γνώσεων από άλγεβρα και πιθανότητες. Εισαγωγικά στον μετασχηματισμό Fourier.

2. Εντροπία και Στοχαστικές Διαδικασίες: Δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής, Εντροπία, Σχετική Εντροπία, Εντροπία και Στοχαστικές Διαδικασίες.

3. Κανάλια Επικοινωνίας και Χωρητικότητα: Είδη καναλιών επικοινωνίας. Θόρυβος, ρυθμός, απώλεια, χωρητικότητα καναλιών.

4. Συμπίεση Δεδομένων: Θεμελιώδες Θεώρημα Shannon, Βέλτιστοι Κώδικες, Κώδικας Huffman, Κώδικας Shannon-Fano-Elias.

5. Διόρθωση Σφαλμάτων: Κώδικες διόρθωσης σφαλμάτων. Κώδικες Hamming.

6. Τεχνικές Κωδικοποίησης Σημάτων: PCM, Manchester.

7. Σήματα και Θόρυβος – Εισαγωγή στον Μετασχηματισμό Fourier
8. Μετασχηματισμός Fourier και Ιδανικά Φίλτρα
9. Εισαγωγή στη Διαμόρφωση Σημάτων
10. Ψηφιακή Διαμόρφωση Σημάτων
11. Δειγματοληψία και Θεώρημα Nyquist
12. Φυσικά Μέσα Μετάδοσης: Καλώδια, οπτικές ίνες, ασύρματα δίκτυα (ραδιοκύματα, μικροκύματα, κεραίες).

13. Πρωτόκολλα Δικτύων: Ethernet, IEEE 802.11, PPP.

[1] William Stallings. Επικοινωνίες Υπολογιστών & Δεδομένων. Θεσσαλονίκη, Ελλάδα: Εκδόσεις Τζιόλα & Υιοί, 2018. ISBN: 978-960-418-814-7

[2] Νικόλαος Αλεξανδρής, Βασίλειος Χρυσικόπουλος, Κωνσταντίνος Πατσάκης. Εισαγωγή στη Θεωρία Πληροφοριών, Κωδίκων και Κρυπτογραφίας. Αθήνα, Ελλάδα: Εκδόσεις Βαρβαρήγου, 2015. ISBN: 978-960-7996-39-8.

[3] David G. Luenberger. Θεωρία της Πληροφορίας. Αθήνα, Ελλάδα: Εκδόσεις Παπασωτηρίου, 2011. ISBN: 978-960-491-020-5.

Τρόπος Παράδοσης: Πρόσωπο με πρόσωπο

Οργάνωση Διδασκαλίας: 

• Διαφάνειες για τη διδασκαλία του θεωρητικού μέρους, οι οποίες είναι διαθέσιμες μέσω της πλατφόρμας e-class.
• Εργαστηριακοί οδηγοί, οι οποίοι είναι διαθέσιμοι μέσω της πλατφόρμας e-class.

Εξέταση με την ολοκλήρωση της διδακτικής περιόδου: γραπτή ή προφορική.

Εργαστηριακή Εργασία.