Sisteme de comunicatii radio
Autor: Mariana Jurian | Stefan-Victor Nicolaescu
Editura: A.G.I.R.
Seria: Electronica-Comunicatii
Format: 17x24 cm
Nr. pagini: 296
Coperta: brosata
ISBN: 978-973-720-677-0
Anul aparitiei: 2017
PREFATA
In ultimele decenii si mai ales in ultimii ani, asistam la o dezvoltare exploziva a sistemelor de comunicatii, fapt sustinut si impus de cantitatea imensa de informatii care trebuie transmisa in lumea moderna, aflata in evolutie rapida. Progresul in domeniul cunoasterii si diseminarii informatiilor nu poate sa fie separat de dezvoltarea sistemelor de comunicatie, care constituie suportul fara de care crearea de produse informatice, acumularea si transmiterea acestora catre un numar tot mai mare de utilizatori nu sunt posibile.
Nevoia crescanda de comunicare a determinat nu numai aparitia unor noi tipuri de sisteme de comunicatii (retele de comunicatie prin sateliti, sisteme radio mobile etc.) si a noi medii de transmisie (ca fibrele optice). Expansiunea fara precedent a stiintei si a tehnologiei a permis conceperea si elaborarea unor sisteme si echipamente de prelucrare si de transmitere a unei cantitati de informatie in continua crestere, permitand totodata realizarea unor sisteme de comunicatie si de prelucrare a informatie deosebit de eficiente, care la randul lor conduc la accelerarea progresului in toate domeniile.
Integrarea tehnologiei mobile cu echipamentele folosite in retelele „wireless”, cu echipamentele retelelor fixe si crearea a numeroase produse informatice si de comunicatii reprezinta solutia catre servicii omniprezente si universale. Acest fapt reprezinta unul dintre principalele obiective ale sistemelor moderne de comunicatie, in particular pentru sistemele radio. Obiectivele urmarite se ating prin convergenta sistemelor de comunicatii, cu tehnologia informatiei, cu electronica de consum si cu industria media.
Serviciile asigurate prin retelele de comunicatii sunt centrate pe utilizator, iar aceasta tendinta se va accentua in viitorul imediat. Un serviciu poate reprezenta usor un esec daca acesta nu se adapteaza cerintelor utilizatorilor. Serviciile multimedia nu fac exceptie de la acest principiu, iar introducerea tehnologiilor 4G, precum si evolutia catre tehnologiile 5G creaza conditii favorabile pentru dezvoltarea de noi servicii tot mai performante.
In acest context, solutia sistemelor ”wireless” de banda foarte larga este tot mai cautata pentru arhitectura retelelor de acces, avand in vedere cresterea vitezei de transmisie, ca urmare a solicitarilor sporite pentru accesul de banda larga si pentru obtinerea de servicii si aplicatii complexe.
Solutiile de banda foarte larga pot fi asociate cu diferite activitati, ca, de exemplu, transmiterea „wireless” a unor fluxuri video intre echipamente, realizarea de videoconferinte, transmisia de informatii cu privire la starea de sanatate a unor persoane, jocurile in care care viteza de reactie a raspunsului retelei la conditiile aplicatiei este esentiala s.a.m.d.
Lucrarea „Sisteme de comunicatii radio” se adreseaza specialistilor din domeniul comunicatiilor, pe baza unui continut amplu, prezentat intr-o succesiune gradata de complexitate, incepand de la definitii si tratand apoi mediile de transmitere a informatiilor, metodele de prelucrare a semnalelor, metodele de acces la sistem si finalizand cu analizarea celor mai moderne sisteme de comunicatii.
Lucrarea este structurata in opt capitole, completata de o bibliografie bogata si actuala, in care se regasesc, pe langa importante lucrari de referinta lucrari de specialitate apartinand autorilor cartii.
Lucrarea incepe cu un capitol dedicat prezentarii de ansamblu a tehnologiilor utilizate in comunicatiile moderne. Se prezinta elementele de baza ale tehnologiilor de prelucrare digitala a semnalelor - esantionarea, cuantizarea, codarea, modularea.
Capitolele trei si patru trateaza mediile de transmitere a informatiilor, transmisiile pe suport de cablu, pe fibra optica si, mai ales, prin unde radio.
Capitolul cinci prezinta tehnicile de acces multiplu in sistemele de comunicatii radio si pe fibra optica.
In capitolele sase, sapte si opt sunt prezentate detaliat cele mai raspandite si moderne sisteme de comunicatii, sistemele de radiorelee, sistemele de comunicatii prin sateliti si sistemele ”wireless”. Prezentarea sistemelor este insotita de aplicatiile curente si de dezvoltarile ulterioare. Un accent particular este pus pe tendintele actuale de dezvoltare in domeniul radiocomunicatiilor, sistemele LTE, 5G etc.
In acest mod, cartea „Sisteme de comunicatii radio” constituie in ansamblu o lucrare cu un continut deosebit de util si de bogat privind tematica actuala si de perspectiva a domeniului sistemelor de comunicatii radio, care se adreseaza unor categorii diverse de cititori: studenti si cadre universitare, specialisti in domeniu, ca si tuturor celor interesati de domeniul comunicatiilor, contribuind astfel la mai buna cunoasterea si aprofundar a domeniului.
Prof. Mircea Petrescu
CUPRINS
1. INTRODUCERE 13
2. SISTEME SI SEMNALE 15
2.1 Definitia sistemelor de comunicatie 15
2.2 Clasificarea sistemelor de comunicatie 17
2.3 Prelucrarea digitala a semnalelor 20
2.3.1 Etapele de prelucrare ale semnalului 20
2.3.2 Esantionarea 21
2.3.2.1 Principii generale 21
2.3.2.2 Esantionarea PAM 23
2.3.3 Cuantizarea 25
2.3.3.1 Principii generale 25
2.3.3.2 Compresia si extensia 28
2.3.4 Codarea 33
2.4 Modulatia digitala a semnalelor 36
2.4.1 Notiuni generale 36
2.4.2 Debitul semnalului modulator si debitul semnalului modulat 38
2.4.3 Modulatia digitala in amplitudine - ASK 39
2.4.4 Modulatia digitala in faza - PSK 45
2.4.5 Modulatia digitala in frecventa, FSK 58
2.4.6 Modulatia QAM 65
2.4.7 Modulatia OFDM 68
2.4.7.1 Principiul OFDM 68
2.4.7.2 Formarea semnalului OFDM 70
2.5 Coduri de linie 73
2.5.1 Principii generale 73
2.5.2 Coduri bloc 74
2.5.3 Coduri convolutionale 76
2.5.4 Coduri concatenate 77
2.5.5 Coduri turbo 79
3. MEDII METALICE SI DIELECTRICE PENTRU TRANSMITEREA INFORMATIILOR 81
3.1 Linii metalice 81
3.2 Fibra optica, cablul optic 82
3.2.1 Structura fibrei / cablului optic si avantajele transmisiei prin fibra optica 82
3.2.2 Propagarea prin fibra optica 84
3.2.3 Moduri de propagare prin fibra optica 86
3.2.4 Structura fibrei optice 88
3.2.4.1 Profiluri de indice 88
3.2.4.2 Configuratii tipice monomod si multimod 89
3.2.4.3 Fibra cu indice gradat 90
3.2.5 Unghiul de acceptanta si conul de acceptanta 93
3.2.5.1 Unghiul de acceptanta 93
3.2.5.2 Apertura numerica 94
3.2.6 Pierderi in cabluri cu fibre optice 95
3.2.6.1 Atenuari de cuplaj 96
3.2.6.2 Dispersia in fibra 98
3.2.7 Sisteme de comunicatie pe fibra optica 99
3.2.7.1 Schema bloc 99
3.2.7.2 Bugetul energetic 100
4. MEDIUL RADIO PENTRU TRANSMITEREA INFORMATIILOR 102
4.1 Probleme generale 102
4.1.1 Bazele fizice 102
4.1.2 Spectrul campului electromagnetic 104
4.2 Propagarea undelor electromagnetice 105
4.2.1 Clasificarea undelor electromagnetice 105
4.2.2 Fenomene specifice propagarii 106
4.2.2.1 Reflexia 106
4.2.2.2 Difractia 107
4.2.2.3 Refractia 108
4.2.3 Elipsoizii lui Fresnel 109
4.3 Propagarea undelor electromagnetice 112
4.3.1 Propagarea undelor directe 112
4.3.2 Propagarea undelor de suprafata 113
4.3.2.1 Probleme generale 113
4.3.2.2 Teren plat, omogen 114
4.3.2.3 Antenele de emisie si receptie la mare distanta 116
4.3.2.4 Antene situate la inaltime 117
4.3.2.5 Propagarea deasupra suprafetei neomogene a Pamantului 118
4.3.3 Propagarea undelor troposferice 120
4.3.3.1 Proprietati generale ale troposferei 120
4.3.3.2 Propagarea in troposfera 120
4.3.4 Propagarea undelor ionosferice 124
4.3.4.1 Proprietati generale ale ionosferei 124
4.3.4.2 Propagarea in ionosfera 125
4.3.4.3 Comportamentul straturilor ionosferei 129
5. TEHNICI DE ACCES MULTIPLU IN SISTEMElE DE COMUNICATII 132
5.1 Probleme generale 132
5.2 Accesul multiplu cu diviziune in frecventa si in timp 134
5.2.1 Acces multiplu cu diviziune in frecventa 134
5.2.2 Accesul multiplu cu diviziune in timp 136
5.3 Accesul multiplu cu diviziune in cod 138
5.3.1 Comunicatia cu spectru distribuit 138
5.3.1.1 Proprietati generale 138
5.3.1.2 Spectru imprastiat, cu secventa directa 140
5.3.1.3 Spectru imprastiat cu salt de frecventa 141
5.3.1.4 Spectru imprastiat cu salt in timp 144
5.3.1.5 Avantajele sistemelor cu spectru distribuit 146
5.3.2 Caracteristici ale tehnicilor CDMA 148
5.3.2.1 Proprietati generale 148
5.3.2.2 Modelarea canalului CDMA 151
5.3.3 Algoritmul de acces multiplu ALOHA 152
5.3.3.1 Principii generale 152
5.3.3.2 Algoritmul P-ALOHA 154
5.3.3.3 Algoritmul S-ALOHA 155
5.3.4 Protocoale de acces multiplu cu sesizarea purtatoarei, CSMA/CD si CSMA/CA 156
5.4 Accesul multiplu pe fibra optica 157
5.4.1 Multiplexarea cu diviziune in polarizare 157
5.4.2 Multiplexarea cu diviziune in lungime de unda 159
5.4.3 Multiplexarea cu diviziune in timp 163
6. RADIORELEE 165
6.1 Necesitatea utilizarii radioreleelor 165
6.2 Clasificari ale radioreleelor 167
6.3 Radiorelee analogice 169
6.3.1 Structura radioreleelor analogice 169
6.3.2 Folosirea spectrului de radiofrecventa 173
6.4 Radiorelee digitale 174
6.4.1 Structura radioreleelor digitale 174
6.4.1.1 Schema bloc 174
6.4.1.2 Etajele componente 175
6.4.1.3 Sistem de antene si tehnici de diversitate 180
6.4.2 Modul de operare si folosirea spectrului de radiofrecventa 184
7. SISTEME DE COMUNICA?II PRIN SATELITI 185
7.1 Probleme generale 185
7.2 Structura sistemelor de comunicatii spatiale prin sateliti 186
7.2.1 Tipuri de sateliti si aria de acoperire 186
7.2.2 Orbitele satelitilor 189
7.2.3 Miscarea satelitilor 192
7.2.4 Tipuri de sisteme de sateliti 197
7.3 Functionarea sistemelor de sateliti 199
7.3.1 Alegerea frecventelor de lucru 199
7.3.2 Linia de comunicatii prin sateliti 200
7.3.3 Dotarea tehnica a statiilor de sol 203
7.3.4 Dotarea tehnica a satelitilor de comunicatie 205
7.4 Servicii realizate prin sateliti 208
8. SISTEME DE COMUNICATII WIRELESS TERESTRE 210
8.1 Probleme generale 210
8.1.1 Obiectivele generale ale sistemelor wireless de banda larga 210
8.1.2 Modelul straturilor functionale 212
8.1.3 Clasificarea generala a sistemelor wireless de banda larga 215
8.2 Retele pentru acoperire interioara si de zona personala 219
8.2.1 Probleme generale 219
8.2.2 Retele Bluetooth 220
8.2.2.1 Probleme generale 220
8.2.2.2 Parametri de baza 221
8.2.2.3 Arhitectura sistemului 222
8.2.3 Retele UWB 224
8.2.3.1 Probleme generale 224
8.2.3.2 Parametri de baza 225
8.2.3.3 UWB la nivel European 227
8.2.3.4 Arhitectura sistemului 230
8.2.4 Retele ZigBee 233
8.2.4.1 Probleme generale 233
8.2.4.2 Parametri de baza 234
8.2.4.3 Arhitectura sistemului 235
8.3 Retele pentru acoperire locala 237
8.3.1 Probleme generale 237
8.3.2 Parametri de baza 238
8.3.3 Arhitectura sistemului 241
8.4 Retele pentru acoperire metropolitana 244
8.4.1 Probleme generale 244
8.4.2 Parametri de baza 245
8.4.3 Arhitectura sistemului 248
8.5 Retele pentru acoperire mare, UMTS si LTE 251
8.5.1 Fazele initiale ale retelelor digitale celulare 251
8.5.2 Etapele de dezvoltare ale UMTS 253
8.5.3 Etapele de dezvoltare ale LTE 255
8.6 Viitorul retelelor, 5G 261
8.6.1 Principii de baza 261
8.6.2 Bazele 5G 263
8.6.3 Conditii de evolutie 5G 265
8.6.4 Tehnologii pentru 5G 269
8.6.4.1 Probleme tehnologice 269
8.6.4.2 Probleme ale mobilitatii si ale retelelor 272
8.6.4.3 Probleme ale serviciilor 275
LISTA ACRONIMELOR 278
BIBLIOGRAFIE 291