Curs Comunicatii

Embed Size (px)

Citation preview

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    1/124

    2. Comunicaia wireless

    Comunicareaeste transferul de informaii de la un dispozitiv la altul.

    Sistemele moderne de comunicare implic semnale artificiale care pot fi transmise n diferite locuri.

    Semnalele de comunicaie care transport informaiile pot fi sub form de: energie electric (curenii tensiuni); energie electromagnetic; energie optic; energie sonor.

    Semnalele sunt generate electronic i transmise prin cabluri i linii cu fir sau fr fir, prin radiaiielectromagnetice n spaiu, sub form de unde radio sau energie cu microunde.

    Semnalele pot fi, de asemenea, transmise prin mijloace optice sau sonore.Comunicarea ntre instrumente are loc prin intermediul transmiterii de semnale electrice de la osurs ctre un receptor.

    Sursa convertete mesajul original (de exemplu, voce, text) n semnale electrice care sunttransmise la receptor. Sursa produce semnale electrice adecvate pentru transmiterea prin metodaselectat:cu fir, fr fir, optic, etc.

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    2/124

    2. Comunicaia wireless

    Ansamblul de hardware i software care compun sursa se numete transmitor.

    Sarcina transmitorului este de a prelucra semnalul de comunicare ntr-o form adecvat,pentru transmiterea de succes de-a lungul unui canal selectat.

    Canalul de comunicare este mediul prin care se conecteaz emitorul la receptor.

    Mediul poate fi: fire, cabluri coaxiale, cabluri de fibra optica, sau spaiu care transport undeleelectromagnetice sau undele luminoase. Pe partea de recepie, receptorul extrage semnalulprovenind de pe canalul de comunicaiei l proceseaz astfel nct informaiile s poat fiinterpretate i nelese. Receptorul convertete semnalul electric de la receptor napoi n formaoriginal de informaii, cum ar fi voce, text sau de date.

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    3/124

    2.1. Principiile comunicaiei wireless

    n sistemele de comunicaie wireless, informaiile sunt transmise de la surs ctre receptorprintr-un canal de comunicaie

    Mesajele de comunicaie pot fi ntr-o varietate foarte mare, atta vreme ct emitorul ireceptorul pot s se neleag.

    n sistemele de instrumentaie, cele mai multe mesaje sunt sub form de mrimi continuecare variaz n timp, de exemplu: temperatur, presiune, acceleraie, etc.

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    4/124

    2.1. Principiile comunicaiei wireless

    Comunicaiile wireless utilizeaz propagarea undelor electromagnetice ntr-un mediu sau nspaiu deschis.

    Undele electromagnetice sunt generate de ctre o anten care transform putereaelectric n energie electromagnetic.

    O anten receptoare preia energia electromagnetic radiat i o transform n semnaleelectrice.

    Energia transmis i energia receptat sunt exprimate n general n termeni de

    decibeli.

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    5/124

    2.1.1. Decibelul

    Decibelul (dB) este o msur a raportului dintre puterea de ieire i puterea de intrarea unui sistem de comunicaie.

    Fie un amplificator cu o intrare de 2mW i o ieire de 5mW:

    Dac puterea de ieire este mai mic dect cea de intrare, rezultatul este negativ. Pentru ointrare de 2 mW i o ieire de 1 mW, raportul este 0.5 sau -3dB.

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    6/124

    2.1.1. Decibelul

    Semnificaii pentru 0 dB:

    n ingineria comunicaiilor, decibelul care se refer la o putere de intrare de 1 mW estecunoscut ca i dBm; astfel o putere de ieire de mW raportat la o putere de intrare de 1 mWreprezint 0 dBm. In dBm, puterea de intrare se presupune a fi de 1 mW, astfel c esteexprimat relativ la o putere de intrare de 1 mW.

    n mod similar, un decibel raportat la o intrare de 1 W este cunoscut ca dBW, astfel o ieirede 1 W reprezint 0 dBW

    Exemple:

    - o ieire de 1mW reprezint -30dBW- o ieire de 20W reprezint 13 dBW

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    7/124

    2.1.1. Decibelul

    Alte exemple:- dac Pin = 10mWi Pout= 100mW raportul puterilor este 10 10 dB- dac raportul puterilor este 100 20 dB- dac raportul puterilor este 1000 30 dB etc.

    Dac puterea de ieire este mai mic dect puterea de intrare, amplificarea circuituluipresupune decibeli negativi.

    Exemple- dac Pin = 2 mWi Pout= 1 mW raportul puterilor este 0.5 -3 dB- dac raportul puterilor este 0.1 -10 dB- dac raportul puterilor este 0.001 -20 dB etc.

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    8/124

    2.1.1. Decibelul

    Exprimarea curenilor i tensiunilor n decibeli:

    Presupunnd c rezistenele de intrare i de ieire sunt aceleai, folosind definiia decibelilorse obine:

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    9/124

    2.2. Propagarea undei electromagnetice

    n sistemele de comunicaii radio, antena transform puterea electricgenerat de circuite nenergie electromagneticradiant.

    Energia electromagnetic se propag prin mediu ca i unde electromagnetice transversale(transverse electromgnetic wave TEM).

    Unda are un cmp electric transversal (E) i un cmp magnetic transversal (H) care sepropag n acelai timp perpendiculare una pe cealalt, ambele fiind perpendiculare pedirecia de propagare.

    Intensitatea cmpului electric, E, se exprim n V/m iar intensitatea cmpului magnetic, H, n

    A/m.Lungimea de und a unei unde care e propag ntr-un anume mediu reprezintdistana pe care aceasta o parcurge ntr-un ciclu complet.

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    10/124

    2.2. Propagarea undei electromagnetice

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    11/124

    2.2. Propagarea undei electromagnetice

    n vid, viteza de propagare a undei electromagnetice este egal cu viteza luminii i se poatecalcula cu formula:

    = c/f

    unde:- este lungimea de und n metri;- c este viteza luminii n vid;- f este frecvena n Hz.

    Proprietileeseniale ale undelor electromagnetice sunt:

    lungimea de

    und;

    frecvena; intensitatea sau densitatea de putere; direcia de polarizare.

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    12/124

    2.2. Propagarea undei electromagnetice

    Lungimea de undreprezintdistana pe care o parcurge o undelectromagnetic ntr-unciclu complet.

    Frecvenareprezintnumrul de cicluri dintr-o secund.

    Intensitatea cmpului electric E care se msoar n V/m. Un cmp electric E de 1 V/mreprezint o diferen de potenial de 1V dintre dou puncte care se afl la o distan de 1munul fa de altul.Densitatea de putere a undei reprezint puterea transportatexprimat n W pe unitatea desuprafa (W/m2);

    Direcia de polarizare reprezint direcia de propagare n vid a undei electromagnetice.

    Dacdirecia

    de polarizare esteorizontal

    raportat

    lasuprafaa

    pmntului,

    se spunec

    unda are o polarizare orizontal.

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    13/124

    2.2.1. Aspecte ale propagrii undei electromagnetice n vid

    Densitatea de putere a undei electromagnetice transversale ntr-un anume punct din spaiupoate fi exprimat folosind doumrimi:

    P1=E2/Z0,Unde- P1 este densitatea de putere, n W/m2;- E este intensitatea cmpului electric n V/m;- Z0 este impedanacaracteristic, care este egal cu 377 n vid.

    n cazul propagrii n vid, att intensitatea cmpului electric ct i intensitatea cmpuluimagnetic descresc proporional cu distana de la transmitor.

    Densitatea de putere descrete cu ptratuldistanei.

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    14/124

    2.2.1. Aspecte ale propagrii undei electromagnetice n vid

    Modelul propagrii n vid este necesar pentru a putea prevedea intensitatea semnaluluireceptat cnd emitoruli receptorul au vedere direct n linie dreapt, frs existe alteobstacole.

    Odat ce antena recepteaz semnalul, acesta este afectat doar de amplificarea acesteia.

    Puterea receptat de o anten n vid, aflat la o distan d de emitoreste dat de ecuaialui Friis:

    Pr(d)=PTGTGR2/(42)d2L,

    unde:Pr(d) = putereaprimitGT= amplificarea anteneiemitoruluiGR= amplificarea antenei receptorului = lungimea de undd = distana ntre emitorireceptorL = factorul de pierderi alpropagrii(1). Acesta depinde de o serie de componente cumar fi: atenuarea luniei de transmisie, pierderile din filtre, din antene, etc.

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    15/124

    2.2.1. Aspecte ale propagrii undei electromagnetice n vid

    Modelul Friis este valabil doar pentru distane limitate de propagare a undelorelectromagnetice. Dincolo de aceste distane, df, sunt necesare dimensiuni mai mari aleantenei emitorului.

    Dfeste denumit distana Fraunhofer i are expresia:

    Df=2D2/

    unde D reprezint cea mai mare dimensiune fizic a antenei.

    Puterea zgomotului la receptor se poate exprima cu relaia:

    N=kT0BFn,unde

    kT0= zgomotul de referin (= 4 x 10-18 W/Hz)B = limea de band a receptorului n HzFn = factorul de zgomot al receptorului.

    Cu acestea, raportul semnal / zgomot devine:

    S/N = PTGTGR2/[ (42)d2LkT0BFn]

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    16/124

    2.2.2. Propagarea undei electromagnetice ntr-un mediu oarecare

    Constanta de propagare este marime complexa. Aceasta se poate scrie sub forma:

    Partea reala a constantei de propagare se numeste constant de atenuare iar partea imaginar, constant de faz.

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    17/124

    2.2.2. Propagarea undei electromagnetice ntr-un dielectric perfect

    ( = 0)

    Pentru dielectricul perfect conductivitatea electric = 0 i constanta de propagare devine :

    iar impedanta intrinseca a mediului:

    Deoarece constanta de propagare are numai partea imaginara (constanta de faza) rezulta ca

    undele se propaga fara atenuare.

    n acest caz, impedanta intrinseca a mediului are caracter rezistiv si vectorii E i H sunt n faz.

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    18/124

    2.2.2. Propagarea undei electromagnetice ntr-un dielectric perfect

    ( = 0)

    Viteza de propagare a acestor unde este:

    unde:- c= viteza luminii-r= permeabilitatea magnetica relativa a mediului;- r= permitivitatea electrica relativa a mediului.

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    19/124

    2.2.3. Influenta suprafetei terestre asupra propagrii undei electromagnetice

    Forma suprafetei terestre influenteaza modul de propagare a undelor radio pringeometria sa (neregularitati, convexitate) si prin proprietati electrice ( si ).ntre doua puncteA i B situate la sol se poate stabili o legatura prin unde radio prin undedirecte si /sau unde reflectate.

    Propagarea undelor radio ntr-un mediu omogen se face n line dreapta (asemanatorcu propagarea luminii). Pentru acoperirea unor distante de ordinul zecilor de kilometrieste necesara naltarea antenelor fata de sol (direct sau cu ajutorul formelor de relief)

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    20/124

    2.2.3. Influenta suprafetei terestre asupra propagrii undei electromagnetice

    naltimea fata de sol a antenei de emisie hE permite acoperirea unei suprafete cu raza r

    Daca n relatia (2.21) se nlocuieste R=6370 km si naltimea hErezult

    Daca se tine seama si de naltimea fata de sol a antenei de receptie hR [m], distanta maximaDmax care poate fi acoperita de undele radio, se calculeaza cu relatia:

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    21/124

    2.2.3. Influenta suprafetei terestre asupra propagrii undei electromagnetice

    n practica, n functie de lungimea de unda, de caracteristicile mediului n care are loctransmisia, fenomenele care nsotesc propagarea sunt mai complexe.

    Modificarea presiunii, temperaturii, si umiditatii aerului pe traseul propagarii undelor radiodetermina schimbarea indicelui de refractie al atmosferei ceea ce face ca undele sa se

    curbeze sau sa se refracte deplasndu-se la distante mai mari dect orizontul.

    Astfel, propagarea undelor radio este nsotita de: reflexie, refractie, difractie, rotirea planului depolarizare, etc.

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    22/124

    2.2.4. Influenta atmosferei asupra propagarii

    Atmosfera terestra, care constituie nvelisul gazos al Pamntului, se compune din mai multestraturi, respectiv: troposfera, stratosfera si ionosfera.

    TROPOSFERA

    - reprezinta portiunea joasa a atmosferei, de la sol pna la o altitudine de aproximativ 11 km.- contine gaze n stare moleculara n proportii volumice; 78% azot, 21% oxigen.

    n straturile joase ale troposferei sunt prezenti de asemenea vapori de apa.Factorii care caracterizeaza proprietatile troposferei si care afecteaza propagarea undelor radiosunt:

    densitatea aerului temperatura umiditatea.

    Discontinuitatile straturilor formate din gaze si vapori de apa datorita valorilor locale ale presiunii sitemperaturii produc fenomene de absorbtie, refractie si chiar reflexie.

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    23/124

    2.2.4. Influenta atmosferei asupra propagarii

    STRATOSFERA

    reprezinta patura situata ntre 11 km pna la 80 km altitudine.

    n portiunea inferioara temperatura se mentine aproximativ constanta, ntre40 si500 C.

    Aici se gaseste stratul de ozon cu o grosime de pna la 25 km, strat ce absoarbe o mareparte din energia solara din spectrul ultraviolet si care se ncalzeste si atinge temperaturide pna la + 500 C .

    IONOSFERA

    reprezinta portiunea atmosferei situata la altitudini de peste 80 km.

    Acest strat este compus din gaze rarefiate, ioni pozitivi, negativi si electroni liberi, datoritaprocesului de ionizare suferit de molecule si atomi sub actiunea radiatiilor X si ultraviolete.Ionosfera afecteaza propagarea undelor radio prin starea de ionizare si prin neomogenitatileacesteia

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    24/124

    2.2.4. Influenta atmosferei asupra propagarii

    IONOSFERA INFERIOAR

    (80400 km) prezinta maxime ale densitatii de ionizare, cunoscute sub denumirea de straturile D,E, F1, F2. n timpul noptii cnd actiuneaionizanta a radiatiei solare nceteaza are loc recombinarea electronilor liberi cu ionii si caurmare se mentin numai straturile E i F.

    IONOSFERA SUPERIOAR

    (>1000 km) prezinta densitatii de ionizare de 102103 electroni / cm3, datorata n mare parteparticulelor din explozii solare si din radiatia cosmica

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    25/124

    2.2.4. Influenta atmosferei asupra propagarii

    REFLEXIA undelor radio poate aparea atunci cnd pe directia de propagare apare un obstacolcare nu este un dielectric perfect. n acest caz, undele electromagnetice vor induce n mediul carele intersecteaza traiectoria curenti electrici, care la rndul lor vor da nastere la cmpurielectromagnetice secundare, rezultnd unde reflectate.

    Reflexiile obtinute difera n functie de caracteristicile suprafetei incidente. Pentru incidenta radiatiei

    cu suprafete cu neregularitati mici (mai mici dect lungimea de unda a radiatiei) sau cu unanumit grad de ionizare se obtine reflexia tip oglinda simpla sau multipla (fig. 2.6. a), iar n cazcontrar are loc o reflexie difuza (fig. 2.6. b). Reflexia undelor radio este determinata de:- forme de relief;- cladiri nalte n cazul oraselor;- straturi ionizate din atmosfera.

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    26/124

    2.2.4. Influenta atmosferei asupra propagarii

    Reflexia undelor radio pe straturile ionosferei depinde de frecventa acestora precum si de unghiulde incidenta. Straturile ionizate din atmosfera asigura conditii de reflexie numai pentru radiatii cufrecventa mai mica dect frecvena critic, a carei valoare este data de relatia:

    n care, marimile din relatie reprezinta:N - densitatea volumica a oscilatorilor elementari (densitatea de ionizare);qe = 1,602.10-19 C este sarcina electronului;me = 9,109.10-31 este masa electronului.

    Daca frecventa undei f>fc stratul ionizat este transparent pentru aceasta radiatie.Datorita neuniformitatilor mediului de propagare, ntre straturile atmosferei (din troposfera sauionosfera, etc.), viteza de propagare nu este constanta. n aceste situatii pot sa apara fenomenede refracie fenomene caracterizate prin curbarea traiectoriei de propagare.

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    27/124

    2.2.4. Influenta atmosferei asupra propagarii

    REFRACIAIndicele de refractie n depinde de viteza de deplasare a undei n cele doua medii,respectiv de raportul vitezelor:

    Daca stratul incident (1) are proprietatile electrice ale vidului (1 = 0; 1 = 0) i 2 = 0 , rezult:

    Unde rg este permitivitatea dielectrica a gazului ionizat.Indicele de refractie se poate exprima n functie de frecventa critica:

    Din relatia (2.25) rezulta ca pentru valori ale frecventei undelor f>fc indicele de refractie are valorireale si deci stratul ionizat este transparent pentru aceasta radiatie.Unda penetreaza stratul si se produce un fenomen de refractie la suprafata de discontinuitate.

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    28/124

    2.2.4. Influenta atmosferei asupra propagarii

    DIFRACIA

    Fenomenul este ntlnit n cazul luminii, se manifesta si la undele radio,atunci cnd acesteantlnesc obstacole comparabile cu lungimea de unda.

    n acest caz,obstacolul respectiv devine un centru de generare de oscilatii si practic undele pot

    ocoli aceste obstacole. Suprafata pamntului poate produce unde de difractie pe frecvente dingama UL iar vrfurile muntilor pentru undele din gama UUS

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    29/124

    2.2.4. Influenta atmosferei asupra propagarii

    INTERFERENA

    Interferena undelor radio reprezinta fenomenul de compunere ntr-un anumit loc din spatiu, adoua sau mai multe unde radio de aceiasi frecventa sau de frecvente apropiate.

    Cnd undele radio provin de la emitatoare diferite exista posibilitatea ca prin compunerea lor(mixare) sa rezulte n receptor componente de audiofrecventa fluieraturi.

    n cazul n care interfereaza undele aceluiasi emitator care au parcurs traiectorii diferite, la receptiepoate sa creeze maxime si minime ale intensitatii cmpului electric receptionat, ca urmare adiferentei de faza dintre unde, fenomen cunoscut si sub numele de fading

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    30/124

    2.2.4. Influenta atmosferei asupra propagarii

    Dupa natura mediului n care are loc propagarea, undele radio se pot clasifica n:a. Unde terestre:

    Undele de suprafa: sunt acele unde care se propaga la suprafata Pamntului.Distanta de propagare a undelor de suprafata depinde de frecventa undei si decaracteristicile suprafetei deasupra careia se propaga. Absorbtia undelor creste odata cuconductivitatea electrica a suprafetei si cu frecventa radiatiei. Deci, undele de suprafata de

    frecventa mare se propaga pe distante mici, datorita absorbtiei puternice a acestora la suprafataPamntului.Undele directe: apar atunci cnd naltimea antenei de emisie este mult mai mare

    comparativ cu lungimea de unda a oscilatiei electromagnetice. n caz contrar, avem de-aface cu unde de suprafata

    Unde spaiale: care ajung n straturile superioare ale atmosferei, ntlnesc zoneionizate care actioneaza asemanator unor oglinzi naturale pentru anumite unde

    electromagneticeb. Unde troposferice: reprezinta unde electromagnetice reflectate pe troposfera.Troposfera reprezinta zona din atmosfera cu limita superioara de 10-12 km si careprezinta un coeficient de reflexie redus. Aceste unde prezinta totusi importanta n zonelede umbra, acolo unde antenele de receptie sunt sub limita de vizibilitate.

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    31/124

    2.2.4. Influenta atmosferei asupra propagarii

    c. Unde ionosferice: corespunde radiatiilor electromagnetice care ajung la antena dereceptie prin reflexie sau refractie pe ionosfera. Ionosfera reprezinta partea din atmosferaterestra cuprinsa ntre 60-250 km n care se gasesc gaze rarefiate, dar cu un grad deionizare dependent n special de radiatiile solare .n functie de gradul de ionizare, deci de conductivitatea electrica a straturilorionosferei, aceasta cuprinde: stratul D (60 80 km), stratul E (90 130 km), stratul F (180 250

    km). Undele reflectate de ionosfera si rentoarse pe Pamnt se pot reflecta dinnou, chiar de Pamnt, rentorcndu-se n ionosfera si suferind n acest fel reflexii multiple

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    32/124

    2.2.5. Caracteristicile propagarii n functie de lungimea de unda

    Undele lungi (LF i VLF) se caracterizeaza prin frecvente f 300kHz, deci lungimi de unda 1km.Pentru frecventa critica f=300kHz se obtine o densitate de sarcina de ionizare de 103 electroni /cm3.

    Rezulta unde spatiale care vor fi reflectate de straturile D i E ale ionosferei.

    De asemenea, propagarea undelor lungi are loc si prin unde de suprafata.

    Propagarea lor poate fi ghidata prin reflexii repetate ntre straturile Ionosferei (D,E) si suprafetelemarilor si oceanelor.

    Legaturile radio n unde lungi sunt stabile indiferent de conditii, dar necesita puteride emisie foarte mari (sutemii de kW).

    Se folosesc pentru transmiterea programelor locale cu ajutorul posturilor nationale deradiodifuziune. Un dezavantaj al undelor lungi apare la receptie, datorita zgomotelor datoratedescarcarilor de natura electrostatica care afecteaza puternic aceste frecvente.

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    33/124

    2.2.5. Caracteristicile propagarii n functie de lungimea de unda

    Undele medii (MF) se caracterizeaza prin frecvente 300kHz f 3 MHz, deci lungimi de unda100m 1km.

    n acest domeniu de frecvente se potasigura transmisii stabile n timp pe distante de pna la ctevasute de kilometrii cu puteri de ordinul sutelor de kW

    Undele scurte (HF) se caracterizeaza prin frecvente3MHz f 30 MHz, d

    eci lungimi de unda 10m 100m.

    Din cauza frecventei mai mari fata de undele lungi si medii, undele scurte sunt puternic atenuate desuprafata Pamntului, asa nct propagarea prin unde de suprafata nu depaseste ctiva zeci deKilometri.

    Undele ultrascurte (HF) se caracterizeaza prin frecvente 30MHz f 300 MHz, deci lungimi deunda 1m 10m.

    Propagarea undelor ultrascurte se realizeaza n special pe trasee rectilinii asemanator cupropagarea undelor luminoase, iar n anumite conditii si prin unde spatiale reflectate de troposfera.Pentru undele care ajung n troposfera sub unghiuri mici se produce o curbare a traiectorieiacestora, datorita coeficientului de refractie al straturilor ionosferei.Legatura stabila se asigura n limita vizibilitatii directe ntre antena de emisie si antena de receptie.

    Literatura de specialitate considera ca indicele de refractie al atmosferei contribuie la curbareatraiectoriei undelor si rin aceasta la cresterea distantei de radiovizibilitate.

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    34/124

    2.2.5. Caracteristicile propagarii n functie de lungimea de unda

    Distanta maxima Dmax a propagarii undei directe depinde de naltime antenei deEmisie hE si a celei de receptie hR si de raza Rp a Pamntului. Distanta maxima Dmax depropagare a undei directe se poate calcula cu relatia (2.22). nlocuind n relatia (2.22)marimea razei Pamntului R=6370 km, rezulta relatia:

    n care hRi hE sunt date n metri.

    n realitate, distanta de propagare a undelor radio Dradio n UUS (orizontul radio) este mai maredect distanta Dmax (orizontul geometric), datorita indicelui de refractie supraunitar al troposferei:

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    35/124

    2.2.5. Caracteristicile propagarii n functie de lungimea de unda

    Microundele (LF i VLF) 0.3 GHz f 300 GHz si lungimi de unda de ordin metri pna la ordinulmilimetri.

    Propagarea microundelor pe masura ce creste frecventa acestora se asemana tot mai mult cupropagarea luminii.Pentru acest domeniu de frecvente s-au dezvoltat sisteme de radiocomunicaii prin radioreleeemitatorul si receptorul fiind situate la sol, precum si sisteme de radiocomunicaii spaialentre unpunct amplasat pe sol si un punct situat dincolo de atmosfera terestra (satelit).

    Sistemele radioreleu folosesc radiatia dirijata a undelor electromagnetice, caracterizata prinpropagare n limitele vizibilitatii directe ntre antena de emisie si de receptie (drum cvasioptic).

    Sistemele de radiocomunicaii spaiale folosesc microundele pentru radiolegaturi ntre statiiplasate la sol si statii plasate pe sateliti, deoarece la frecventele ridicate din acest domeniu radiatiaelectromagnetica penetreaza atmosfera terestra. Antenele folosite n aceste comunicatii secaracterizeaza prin elevatie mare si cstiguri ridicate. Atenuarea de propagare a microundelor nradiocomunicatiile spatiale a [dB] este determinata de atenuarea atmosferei terestre aatm [dB] si deatenuarea din vidul cosmic av [dB].

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    36/124

    2.2.5. Caracteristicile propagarii n functie de lungimea de unda

    Atenuarea atmosferei terestre se datoreaza: absorbtiei rezonante a undelorelectromagnetice de catre moleculelor de apa din umiditatea atmosferica, precum ceata siploaia aflate pe traiectului radiatiei electromagnetice.

    Atenuarea n vid a radiatiei cu lungimea de unda pe distanta d dintre emitator si receptor,calculeaza cu relatia:

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    37/124

    2.2.5. Caracteristicile propagarii n functie de lungimea de unda

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    38/124

    2.2.5. Caracteristicile propagarii n functie de lungimea de unda

    The very low frequency (VLF) and low frequency (LF) bands have large wavelengths requiringlarge antennas. The bandwidths of VLF and LF are small, thus limiting their applications. Thesefrequency bands are inefficient for use in communication systems, but they are extensively used insubmarine and maritime communication and radio navigation systems.The medium frequency (MF) band is used in communication involving moderate distances. Thisband is extensively used in commercial radio broadcasting, maritime and aeronautical

    communication, and navigation systems. Amateur radio broadcastingis also allowed in this band.The high frequency (HF) band provides good propagation properties over long distances. Thisband is used in some fixed and mobile services.Very high frequency (VHF) and ultra high frequency (UHF) are commonly used incommunication systems that require large bandwidths. They can be transmitted and received bysmall directional antennas, thus adding to the efficient use of these bands. The VHF and UHFbands are used in fixed communication services, ground-to-air communication, televisionbroadcasting, and some mobile services.Super high frequency (SHF) and extremely high frequency (EHF) have very short wavelengthsand thus require small antennas. In these bands, the distance of communication is short, and longdistance propagation requires a series of repeaters and relay stations. These bands are used fortelevision broadcasting and high-speed data transmission applications.Frequency bands above EHF are used forcommunication purposes with fiber optics. Infraredfrequencies are used in wireless local area networks.

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    39/124

    2.3. Componente pentru radiofrecven

    Comunicaiile electronice moderne sunt bazate pe sisteme digitale. Principalele funcii icomponente ale unui transmitor digital tipic pentru un sistem de comunicaii digitale este prezentatn figur.

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    40/124

    2.3. Componente pentru radiofrecven

    Funciile componentelor unui transmitor digital sunt urmtoarele: Sursaconvertete semnalul (voce, rezultatul msurtorii unui instrument) n semnale

    electrice. Semnalele de ieire ale sursei sunt comprimate printr-o codare a sursei, care este de

    obicei redundant n semnalul original. Codarea sursei formeaz semnalul pentru a-l facepregtit a fi transmis n limea de band a sistemului de comunicaie.

    Encriptareacodeaz semnalul ntr-o form complex pentru a preveni interceptarea iinterpretarea semnalului de ctre teri sau receptori neautorizai. Codarea canalului reformateaz semnalul pentru a-l pregti pentru orice zgomot sau

    distorsiune anticipate care poate avea loc n canalul selectat n timpul transmisiei. Odat ceinformaia, cu caracteristicile codorului de canal al transmitorului este cunoscut de ctrereceptor, acesta poate efectua corectarea eventualelor erori care pot avea loc pe parcursultransmisiei.

    Dac este mai mult de un semnal care se dorete a fi transmis, sunt utilizate

    multiplexoarele pentru a unifica mai multe semnale pentru a putea fi transmise pe unacelai canal. Multiplexoarele cresc eficiena, de vreme ce limea de band a canaluluieste n general mai mare dect limea de band a oricruia dintre semnalele transmise.

    Semnalele multiplexate sunt apoi modulatei distribuite pe frecvene. Distribuireafrecvenelor are o serie de avantaje: semntura semnalului transmis este redus, astfel cprobabilitatea interceptrii i interpretrii este sczut.

    Dup distribuirea frecvenelor, poate fi permis accesul multiplu prin partajarea canalului cuali utilizatori. O dat semnalele modulate, acestea sunt gata a fi transmise pe canalul

    respectiv.

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    41/124

    2.3. Componente pentru radiofrecven

    Receptorul are componente care extrag informaiadorit prin comasarea frecvenelor, demodularei demultiplexare a semnalului provenit de la transmitor.

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    42/124

    2.3.1. Amplificatoare

    Un amplificator este o component a sistemului care furnizeaz ctig de putere semnalului de laintrare. Aa cum se arat n figura 1.31, Pin esteputerea de intrare i Pies este puterea de ieire, iarctigul n putere este:

    sau

    Amplificatoarele pot fi cascadate pentru a obine ctiguri mai mari. Deexemplu, pentru douamplificatoare n cascad, cu ctigul G1 i G2 ,ctigul total va fi G1G2 . Amplificatorul utilizat nultimul etaj al unui emitor furnizeaz putere mare la ieire i este numit, de regul,amplificator de putere. Amplificatorul folosit ntr-un receptor are, de obicei, o cifr de zgomot mic i,din acest motiv, este numit amplificator de zgomot mic.

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    43/124

    2.3.1. Amplificatoare

    Parametrii sistemici importani la un amplificator sunt: ctigul, zgomotul, banda de lucru, stabilitateai configuraia de polarizare n curent continuu.Pentru un amplificator de putere, parametrii dorii sunt:

    putere de ieire mare punct de compresie la 1-dB mare punct de intercepie de ordinul trei mare intermodulaii mici liniaritate bun.

    Pentru sistemele alimentate de la baterii, eficiena de a aduga putere (PAE Power AddedEfficiency) este un alt parametru important. El se definete prin relaia:

    unde PCC este puterea de curent continuu consumat de la surse.Un PAE >50% este curent n amplificatoarele cu tranzistoare.

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    44/124

    2.3.2. Atenuatoare

    Atenuatoarele sunt circuite care reduc nivelul de putere al unui semnal, n mod ideal frmodificarea frecvenei, distorsiuni sau reflexie. Semnalul de ieire este redus raportat la semnalul deintrare.

    Atenuatoarele folosite n sistemele radio pot fi fixe sau variabile.

    Un atenuator fix reduce nivelul de putere al unui semnal cu o cantitate predeterminat, dar acestatrebuie s fie proiectat cu atenie cu privire la caracteristicile de intrare i ieire ale semnalelorimplicate.

    Un atenuator variabil are o gam de atenuare specificat, care l face adaptabil la diferite condiii decircuit.

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    45/124

    2.3.3. Filtre

    Exist patru tipuri de filtre: trece jos, trece band, trece sus i oprete band.Rspunsurile n frecven ale acestora sunt prezentate n figura.

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    46/124

    2.3.3. Filtre

    Un filtru ideal prezint adaptare perfect de impedan, pierderi de inserie zero n banda de trecerei rejecie (atenuare sau pierderi de inserie) infinitoriunde n alt parte. n realitate, exist pierderide inserie n banda detrecere i o rejecie finit oriunde n alt parte.

    Exista dou configuraii tipice n ceea ce privete aliura caracteristicii n banda de trecere: maximplat (Butterworth) i echi-riplu (Chebyshev), aacum se arat n figura, unde A este atenuarea

    maxim permis n banda de trecere.

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    47/124

    2.3.3. Filtre

    Rspunsul filtrului: (a) trece-jos

    maxim plat; (b) trece-josChebyshev; (c) trece-bandmaximplat; (d) trece-bandChebyshev.

    Rspunsul filtrului: (a) trece-jos maxim plat; (b) trece-josChebyshev; (c) trece-band maxim plat; (d) trece-band Chebyshev.

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    48/124

    2.3.3. Filtre

    Circuitele prototip pentru filtre sunt prezentate n figura. La frecvene joase aceste circuite pot firealizate folosind bobine i condensatoare. Lafrecvene de microunde se pot folosi diferite tipuri derezonatoare

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    49/124

    2.3.4. Oscilatoare

    Generarea de semnale de frecvene diferite este o parte important a emitoarelor i receptoarelorn sistemele de comunicaii. Semnalele de frecven diferit sunt generate de circuite oscilantefolosind componente adecvate.

    Aceste tipuri de oscilatoare sunt de fapt amplificatoare cu tranzistoare cu reacie pozitiv. Frecvenade oscilaie este determinat de circuitul rezonant, de obicei, situat n circuitul de reacie.

    Exist mai multe tipuri de oscilatoare care sunt folosite n aplicaii RF: oscilatoare LC,oscilatoare cu cristal, oscilatoare rezonante cu dielectrice (DROs), oscilatoare rezonante cu ytriu-fier-granat (YIG), si rezonatoare ceramice.

    Oscilatoarele LC sunt frecvent utilizate n sistemele de comunicaii RF. Exista mai multe tipuri deoscilatoare LC, cum ar fi oscilatoare Colpitts, oscilatoare Clapp.

    Oscilatoarele cu cristal de cuar sunt unele dintre cele mai comune oscilatoare utilizate n sistemede RF. Oscilatoarele cu cristale de cuar furnizeazfrecvene de echilibru cu mare precizie. Ele pot fireglate la frecvene de precise, prin utilizarea unor condensatori externi de reglare.

    Oscilatoarele rezonante cu dielectric fac uz de proprietile dielectrice materialelor dielectrice high-Qmateriale, ca irezonatoare. Acestea ofer frecvene stabile.

    Oscilatoarele rezonante YIG sunt utilizate n UHF i aplicaii cu microunde. Acestea sunt o parte

    esenial a mixerelori a convertoarelor de frecven.

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    50/124

    2.3.5. Multiplicatoare de frecven

    Un multiplicator de frecven este utilizat pentru a genera un semnal cu ofrecven care estemultiplul frecvenei unui semnal de intrare, ca n figura.

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    51/124

    2.3.5. Multiplicatoare de frecven

    Multiplicatoarele de frecven sunt componente eseniale ale hardware-ului de comunicaie RF.

    Multiplicatoarele de frecven produc semnale cu o frecven de ieire mai mare dect cea deintrare, cu o cantitate prestabilit.

    Cu toate c acestea sunt dispozitive neliniare, cele mai multe multiplicatoare de frecven sunt n

    msur s elimine armonicile nedorite din semnalul de ieire, astfel, acionnd ca un filtru.

    Exist dou tipuri de multiplicatoare de frecven: multiplicatoare active; multiplicatoare pasive.

    Un multiplicator activ produce un semnal de ieire cu un nivel de putere mai mare dect nivelul de

    putere al semnalului de intrare.

    Diferena de nivel de putere (exprimat n dB) dintre semnalul de ieire i semnalul de intrare senumete ctig de conversie.

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    52/124

    2.3.6. Mixere

    Mixere au dou semnale de intrare la frecvene diferite idouieiri.

    Funcia lor este de a converti puterea de radiofrecven de o frecven n putere la altfrecven.

    Conversia de frecven este realizat ntr-un dispozitiv numit mixer.

    n cazul unui mixerdownconverter, semnalul recepionat de RF este mixat cu semnalul unuioscilator local (OL) pentru a genera un semnal diferen,numit semnal de frecven intermediar(FI). Semnalul de FI poate fi amplificat i/sau detectat/demodulat. El mai poate suferi i o altconversie nainte de a fi detectat sau demodulat.

    Mixerul upconverter, este utilizat pentru a genera un semnal de RF plecnd de la semnalul dejoasfrecven purttor al informaiei.

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    53/124

    2.3.6. Mixere

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    54/124

    2.3.7. Modulatoare i detectoare

    Modularea este un proces esenial n sisteme de comunicaii.

    Un modulatorschimb anumite caracteristici ale unui semnal, cum ar fi amplitudinea, frecvena saufaza, i pregtete semnalul purttorpentru transmisie.

    Modulatoarele sunt configurate folosind tehnologii diferite, n funcie de puterea i frecvena

    semnalului care urmeaz s fie transmis.

    Modularea se poate realiza prin metode analogice sau digitale.

    Modularea analogic este o tehnologie mai veche, dar bine pus la punct, n mare msur i esteutilizat pe scar largn sistemele de comunicaii analogice.

    Modularea digital, pe de alt parte, este o tehnologie nou, care se dezvolt repede pe msur cese dezvolt sistemele de comunicaie digital.

    Modularea analogicare loc n trei forme diferite: modulare n amplitudine (AM), modulaien frecven (FM) modulare de faz (PM).

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    55/124

    2.3.7. Modulatoare i detectoare

    Modulatoarele n amplitudine sunt n mod obinuit fcut dintr-un amplificator de clasa C. Semnalulde multiplicare la frecvene mai mari pot fi realizate prin alte metode, cum ar fi modulatorul cu legeptratic se prezint n figura.

    2 3 7 M d l t i d t t

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    56/124

    2.3.7. Modulatoare i detectoare

    Modulatoarele de frecven utilizeaz mai multe semnale n paralel, prin utilizarea de frecvenediferite pentru fiecare canal.

    Semnale modulate n frecven sunt de multe ori produse de ctre lanurile de amplificatoare.

    Modularea poate fi realizatfie prin variaia direct a frecvenei de un oscilatorfie indirect, prin

    modulare faz.Astfel, exist dou metode de baz pentru a genera un semnalmodulat n frecven: metoda direct metoda indirect.

    n metoda directa, frecvena purttoare variaz direct n conformitate cu semnalul modulator deintrare. Un oscilator comandat n tensiune (voltage controlled oscillator - VCO) este folosit pentru avaria frecventa semnalului purttorn conformitate cu variaiile n amplitudine ale semnalului de

    banda.n metoda indirect, un semnal de band ngust modulat n frecven este generat cu ajutorulunui modulator echilibrat i multiplicarea frecvenei este utilizatpentru a crete att abaterea defrecven i frecvena purttoarei la nivelul specificat

    2 3 7 M d l t i d t t

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    57/124

    2.3.7. Modulatoare i detectoare

    Figura ilustreaz o diagram bloc simplificat a unei divizri multiplexate de frecven (FDM)obinute prin utilizarea unei modulaii n frecven pentru fiecare canal.

    2 3 7 M d l t i d t t

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    58/124

    2.3.7. Modulatoare i detectoare

    n sistemele de radiofrecven digitale, purttoarea este modulat de un semnal de baz digital.Aceasta ofer mai multe avantaje comparativ cu modularea analogic i este utilizat pe scar largn sistemele moderne fr fir.

    Coresondentele digitale ale modulatoarelor analogice AM, FM i pM sunt denumite: amplitude shift keying (ASK) phase shift keying (PSK) frequency shift keying (FSK)

    Modulatoarele PSK se prezint n diferite forme: binary PSK quaternary PSK

    Diagrama bloc a unui BPSK

    2 3 7 Modulatoare i detectoare

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    59/124

    2.3.7. Modulatoare i detectoare

    1.Modulatia n amplitudine (ASK, Amplitude Shift Keying) se realizeaza prin alocarea a 2amplitudini diferite A1 si A2 ale purtatoarei pentru valorile logice 0 si 1. O varianta particulara estecnd unei valori logice se atribuie amplitudinea 0, deci lipsa purtatoarei. O codare mai eficienta arputea fi realizata prin mai multe nivele de amplitudine, ceea ce ar nsemna o rata de transfer maimare dect rata de Baud, dar s-ar complica echipamentele de receptie. Avantajul acestei modulatiieste simplitatea, dar performantele reduse au facut ca modemurile cu modulatie n amplitudine safie folosite doar pentru distante mici si viteze de asemenea mici.

    2.Modulatia n frecventa (FSK, Frequency Shift Keying) ataseaza cte o frecventa diferita valorilorlogice 0 si 1 de exemplu astfel: 1070Hz pentru 0 si 1270Hz pentru 1 la emisie si 2025Hz pentru 0 si2225Hz pentru 1 la receptie. Alocarea a 4 frecvente duce la posibilitatea unui transfer full duplex(FDX) pe linia de telefon cu 2 fire. Aceasta tehnica de modulatie a fost folosita pentru modemurile demica viteza (

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    60/124

    2.3.8. Demodulatoare

    Demodulatoarele sunt folosite pe partea de receptor i sunt construite pentru a decodainformaiile provenind din transmitor.

    Pentru a realiza cu succes transmiterea i recepia informaiei,demodulatorul receptorului imodulatorul transmitorului trebuie s fie o pereche potrivit.

    n consecin, n funcie de modulator, demodulatorul poate fi n amplitudine, frecven sau faz.

    Demodulatoare de amplitudine convertesc un semnal de RF modulat n amplitudine ntr-un semanlaudio, video, sau semnal puls de aceeai form cu semnalul original modulat.

    Un tip important de demodulator AM este numit envelope detector. Versiuni mbuntite acestui tipde detectorinclud controlul volumului i controlul automat al ctigului.

    O alt form de demodulator de amplitudine este detectorul de produs, care const ntr-un

    demodulator echilibrat sau de circuit echilibrat mixer si filtre.

    2 3 8 Demodulatoare

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    61/124

    2.3.8. Demodulatoare

    Demodulatoarele de frecven, de asemenea, cunoscute i sub numele de detectoare FM, utilizeazdiode, transformatoare, redresoare, limitatoare i filtre pentru a demodula semnalele primite.

    Un detector Phase-Locked Loop (PLL) FM este prezentat n figur.

    2 3 8 Demodulatoare

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    62/124

    2.3.8. Demodulatoare

    n detectoare PLL, pe msur ce se modific frecvena, semnalul de eroare care este necesarpentru a urmri frecvena se modific proporional, astfel fcnd din semnalul de eroare o msur afrecvenei semnalului receptat.

    Detectoarele de faz utilizeaz filtre, splitere de putere, cuple i mixere, dup cum se prezint nfigur.

    Structurile de detectoare de faz sunt diferite n funcie de tipurile de semnale pe care lemanipuleaz (de exemplu BPSK sau QPSK)

    2 3 9 Multiplexoare

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    63/124

    2.3.9. Multiplexoare

    n sistemele de comunicaii tradiionale, multe semnale diferite (de exemplu: date, imagine, voce)sunt transmise printr-o singur legtur de comunicaiecu dou forme generice de multiplexare:

    multiplexare prin diviziunea frecvenei (Frequency Division Multiplexing - FDM); multiplexare prin diviziunea timpului (Time Division Multiplexing - TDM)

    Cu toate acestea, n ultimii ani multiplexarea prin diviziunea codului (Code Division Multiplexing -CDM) a fost adugat la aceast listi este utilizat pe scar larg n sisteme digitale.

    n FDM, mai multe canale sunt stivuite mpreun, astfel nct fiecarecanal ocup o parte unica aspectrului de frecven.

    n tehnologiile TDM, timpul este mprit ntre canale. Tehnologia CDM va fi prezentat ulterior.

    2.3.9. Multiplexoare

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    64/124

    2.3.9. Multiplexoare

    Diagrama bloc simplificat a unui sistem FDM

    2.3.9. Multiplexoare

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    65/124

    2.3.9. Multiplexoare

    Muli factori de producie diferite sunt furnizate ctre fiecare subcanal pentru modulare.

    Oscilatoarele sunt folosite pentru a furniza frecvene selectate pentru fiecare canal.

    Ieirea din fiecare modulator dintr-un anume grup se adaug la semnalele oscilatorului canaluluipilot folosind circuite RF. Semnalul obinut alimenteaz un circuit mixercare acioeaz ca unconvertorridictor de frecven.

    n etapa urmtoare, rezultatele de la toate grupurile diferite de modulatoare sunt combinatempreun. Avnd n vedere c mixerele asociate fiecrui grup utilizeaz frecvene diferite, semnalulde la fiecare grup se distinge de alte semnale. Acest lucru ajut la recuperarea a fiecrui semnalindividual pe partea de recelie.

    Un lan amplificator de putere este utilizat pentru a crete nivelul de putere al semnalului combinat

    pn la nivelul dorit de ieire pentru transport.Amplificatoare de putere conecteaz semnalul global la antena emitorului.

    2.3.9. Multiplexoare

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    66/124

    p

    Diagrama bloc a unui sistem tipic TDM

    2.3.9. Multiplexoare

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    67/124

    p

    ntr-un TDM tipic, intrarile analogice sunt alimentate de la circuitele de eantionare care urmeaz sfie transformate n forme digitale.

    Sarcina blocului delay lines este de a separa datele n timp.

    Datele de la delay linese adaug pentru a fi reorganizate din nou n etajele de ieire.

    Etajul de ieire conine alte componente cum ar fi mixere, oscilatoare, amplificatoare de putere,precum i anten transmitoare.

    2.3.9. Multiplexoare

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    68/124

    Alo carea timpu lui n TDM con ceptul de t ime sharing

    Conceptul de t ime sharingunui canal este prezentat n figur.

    n acest caz particular, exist 36 sloturi de timp majore i 12 sloturi de timp minore, n fiecareslot de timp major. Ca urmare, exist 432 de sloturi de timp disponibile pentru transmisia de date.

    2.3.10 Antene

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    69/124

    Antenele genereaz unde electromagnetice care se propag n spaiu.

    Dac radiaia electromagnetic de la o anten este uniform n toate direciile, aceasta estedenumit anten izotropic. O anten izotropic ideal, care s propage undele n moduniform n toate direciile nu exist n practic.

    O anteneste denumit bilateral, dac amplificarea ei este aceeai indiferent daclucreaz ca anten receptoare sau ca anten emitoare.

    .

    2.3.10 Antene

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    70/124

    Antena este un dispozitiv realizat din materiale conductoare care asigura la emisietransformarea curentilor de radiofrecventa n unde electromagnetice, iar la receptie asiguratransformarea undelor electromagnetice n curenti de radiofrecventa.

    Denumirea de antena are originea n cuvntul latinesc antenna care are semnificatia de tijasau bara.

    Din punct de vedere constructiv antena este formata din unul sau mai multe conductoaresuspendate fata de pamnt, o legatura electrica cu emitatorul sau receptorul si o priza depamnt, care reprezinta punctul cu potential zero de radiofrecventa.

    Din punct de vedere al acordului n frecventa antenele pot fi:

    - antene neacordate;- antene acordate.

    Antenele neacordate se comporta la fel pentru toate frecventele radio.Antenele acordate realizeaza un cstig suplimentar pentru frecventele pentru care suntdimensionate..

    2.3.10 Antene

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    71/124

    Antenele sunt dispozitive care permit radierea n spatiu a energiei de nalta frecventa cecontine si semnalele de informatie.

    n principiu, orice conductor electric poate constitui o antena. Se poate spune ca antenelesunt reciproce, adica cele de emisie se pot utiliza si la receptie si invers. nsa din punct devedere al randamentului si calitatii transmisiei nu orice antena de receptie se poate folosi cubune rezultate la emisie.

    2.3.10 Antene

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    72/124

    Pentru aprofundarea studiului antenelor se utilizeaza notiunea de antena de referinta carepoate fi ideala sau reala. Antenele ideale sunt antene teoretice care se folosesc pentrudefinirea unor parametrii ai antenelor sau ca etaloane pentru antenele reale, motiv pentrucare sunt denumite antene de referinta. Sunt cunoscute ca antene de referinta:

    dipolul Elementar Electric (DEE) sau elementul de curent magnetic;

    dipolul Elementar Magnetic (DEM) sau elementul de curent magnetic; radiatorul Izotrop Punctiform (RIP).

    Dipolul Elementar electric (DEE) este unul din elementele radiante frecvent folosit n practicaantenelor, care consta dintr-un conductor rectiliniu de grosime neglijabila si de lungime multmai mic dect lungimea de unda. Dipolul Elementar Electric este utilizat pentru determinareacmpului radiant de catre antenele liniare.

    Cmpul electromagnetic generat de o antena acopera trei zone de radiatie:- o zona apropiata, denumita Zona Fresnel;- o zona intermediara, denumita Zona Rayleigh;- o zona ndepartata, denumita Zona Fraunkoffer

    2.3.10 Antene

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    73/124

    Cmpul electromagnetic radiat de antena de emisie se propaga conform diagramei deradiatie a acesteia, avnd o anumita distributie curent-tensiune. Datorita proprietatilor dereversibilitate care se constata n cazul antenelor, studiul acestora se face n procesul deradiatie al undelor, putnd fi apoi transpuse pentru procesul de receptie.

    Randamentul antenei ant se exprima prin raportul dintre puterea radiata si putereageneratorului (de emisie):

    Reste denumita rezistenta de radiatiePD este puterea disipata n rezistenta de pierderi a antenei RD

    Cu ct raportul este mai mic, cu att eficienta antenei este mai buna.

    2.3.10 Antene

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    74/124

    Calculul puterii necesare la emisie

    Proprietatea de reversibilitate a antenelor permite aprecierea caracteristicilor acestora lareceptie n functie de caracteristicile lor la emisie si invers. Astfel, cstigul unei antenefolosite la receptie Gr va fi egal cu cstigul Ge pe care aceasta antena l realizeaza cndeste folosita n emisie.

    Pentru stabilirea puterii de emisie PE necesara pentru asigurarea unei legaturi prin underadio la o anumita distanta r se va considera un sistem de radiocomunicatii format dintr-unemitator si un receptor.

    2.3.10 Antene

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    75/124

    Considernd ca antenele sunt orientate una spre cealalta, cu axele principale de radiatie,densitatea de putere (p) care apare la distanta r de emitator, este:

    Caracteristici ale antenelor

    1. Frecventa de rezonanta

    Frecventa de rezonanta, denumita si frecventa de acord, se refera la modul de rezonanta alantenei si este pus n evidenta n procesul de emisie. Modurile de oscilatie ale anteneidepind de doi factori: lungimea antenei si legatura acesteia cu pamntul (solul).

    2. Impedanta de radiat ie

    Antena, potrivit comportarii la nalta frecventa, va prezenta att o rezistenta electrica ct si oanumita capacitate si inductanta, distribuite de-a lungul conductorului. Astfel, antena va ficaracterizata de o anumita impedanta de radiatie (Z), care la rezonanta este de natura purrezistiva si este denumita rezistenta de radiatie (R).

    2.3.10 Antene

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    76/124

    Lungimea fizica a antenei corespunde dimensiunii geometrice a conductorului antenei.

    Lungimea electrica reprezinta un parametru al antenei diferit de lungimea fizica, datoratefectului de capat, efect cauzat de existenta izolatorilor folositi ca elemente terminale nconstructia antenei si care determina o capacitate fata de sol. Efectul decapat produce oalungire electrica a conductorului antenei cu aproximativ 5% din lungimea sa fizica.

    3. nal tim ea efect iv a a an tenei

    naltimea efectiva a antenei reprezinta un parametru care permite compararea antenelor dinpunct de vedere al energiei de radiofrecventa captate sau radiate.naltimea efectiva hef se defineste prin raportul:

    unde: UAnt - reprezinta valoarea tensiunii de la bornele antenei (masurata n gol);E - este intensitatea cmpului electromagnetic care induce aceasta tensiune.

    2.3.10 Antene

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    77/124

    Lungimea fizica a antenei corespunde dimensiunii geometrice a conductorului antenei.

    Lungimea electrica reprezinta un parametru al antenei diferit de lungimea fizica, datoratefectului de capat, efect cauzat de existenta izolatorilor folositi ca elemente terminale nconstructia antenei si care determina o capacitate fata de sol. Efectul decapat produce oalungire electrica a conductorului antenei cu aproximativ 5% din lungimea sa fizica.

    3. nal tim ea efect iv a a an tenei

    naltimea efectiva a antenei reprezinta un parametru care permite compararea antenelor dinpunct de vedere al energiei de radiofrecventa captate sau radiate.naltimea efectiva hef se defineste prin raportul:

    unde: UAnt - reprezinta valoarea tensiunii de la bornele antenei (masurata n gol);E - este intensitatea cmpului electromagnetic care induce aceasta tensiune.

    2.3.10 Antene

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    78/124

    4. Direct ivitatea antenei

    Directivitatea antenei este o caracteristica care se refera la modul de distributie n spatiu aintensitatii undelor electromagnetice radiate de antena.

    Datorita influentei solului, impedanta de radiatie a antenei se modifica prin nsumareaundelor directe si a undelor reflectate, ntrziate n mod diferit, intensitatea cmpuluielectromagnetic rezultant variaza n functie de distanta dintre antena si sol (naltimea antenei H -).Reprezentarea variatiei intensitatii radiatiei unei antene n functie de coordonatele

    unghiulare poarta denumirea de diagrama de directivitate sau caracteristica de

    directivitate.

    Diagrama de directivitate (caracteristica de directivitate sau de radiatie) reprezinta variatiaintensitatii cmpului electromagnetic n coordonate polare (circular n jurul antenei), pentru o

    raza mai mare de cinci ori dect lungimea de unda, att n plan orizontal ct si n plan

    vertical.

    2.3.10 Antene

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    79/124

    Caracteristica de directivitate reprezentata n plan orizontal

    .

    2.3.10 Antene

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    80/124

    5. Randam entul antenei

    Randamentul antenei (ant) se defineste ca raportul dintre puterea radiata de antena siputerea n antena.

    6. Coeficien tul d e direct ivitate al antenei

    Coeficientul de directivitate (kD) reprezinta raportul dintre fluxul de energie (p) radiat de oantena directiva pe directia de radiatie maxima si fluxul de energie radiat de o antenanedirectiva, ambele antene avnd aceeasi putere radiata (P).

    7. Sup rafata efect iva a antenei

    8. Unghiu l de deschidere

    9. Atenuarea lobi lor secund ari10. Rapor tul fata-spate (RFS)

    2.3.11 Detectoare i schimbtoaree de faz

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    81/124

    Detectoarele de faz sunt circuite care s ofere un tensiune de ieire continu (DC)proporional cu diferena de faz dintre dou aceeai RF de aceeai frecven, cu odiferen de faz ntre ele.

    Un schimbator de faz este un dispozitiv cu dou porturi care modific faza unui semnal carspuns la un semnal extern.

    Exist dou tipuri de baz de schimbtoare defaz: analogice si digitale

    Schimbtoarele de faz analogice schimba faza de ieire prin intermediul unui semnalanalogic.Schimbtoarele de faz digitale utilizeaz semnale digitale pentru a schimba faza de

    ieire.

    .

    2.3.12 Divizoare i combinatoare de putere

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    82/124

    Divizoare de putere furnizeaz mai multe ieiri cu amplitudini i faze egale de la un semnalde intrare unic.

    Divizoare de putere sunt dispozitive reciproce, care pot fi utilizate ca combinatoare de putere,pur i simplu, prin utilizarea porturile lor de ieire n calitate de porturi de intrare.

    Divizoare de putere mparte semnalul de intrare n dou, trei, patru, cinci, de ase, apte, opti forme.

    Divizoare de putere sunt clasificate ca 0 , 90 (90 hibrid), i 180 (180 hibrid). Un divizor de 0 mparte un semnal de intrare n dou sau mai multe semnale, caresunt teoretic egalen amplitudine i faz.

    n variantele hibride, semnalele sunt mprite semnale de faze diferite, dar cu amplitudini

    egale.Un divizor de putere hibrid de 90 desparte un semnal de intrare n dou semnale de ieirede amplitudine egale, dardecalate n faz cu 90.

    Toate aceste divizoare de putere pot fi folosite de asemenea ca i combinatoare de putere.

    2.3.13 Transformatoare RF

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    83/124

    Transformatoarele sunt dispozitive care transferenergie electric de la un circuit laaltul prin inducie electromagnetic.

    Transformatoare le de radiofrecven (RF) sunt folosite pentru creterea sau scdereatensiunii. Creterea sau scderea tensiunii depinde de raportul numrului de spire al

    transformatorului dintre secundar i primar.

    n cazul n care raportul spirelor este mai mare dect unu, transformatorul acioneaz ca untransformatorcresctor de tensiune, indicnd faptul c amplitudinea tensiunii de ieire estemai mare dect tensiunea de intrare.

    n cazul n care raportul spirelor este mai mic dect unu, transformatorul acioneaz ca untransformator cobortor de tensiune.

    Transformatoare de RF sunt folosite n primul rnd n circuitele de putere sczut, pentruadaptarea impedanei cu scopul de a obine transferul maxim de putere.

    Transformatoare au o izolare n curent continuu ntre circuitele de intrare si cele de iesire,meninnd n acelai timp continuitatea n curent alternativ (AC).

    2.3.14 Filtre EMI i RFI

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    84/124

    Termenul de interferen electromagnetic (EMI) este utilizat interschimbabil cu termenul deinterferenele de radio frecven (RFI).

    EMI se refer la interferena electromagnetic de energie la toate frecvenele posibile, n timpce RFI se refer exclusiv la gama de frecven radio. Ambele EMI si RFI pot fi eliminate sau

    minimizate prin utilizarea de filtre.

    Caracteristicile importante pentru filtrele EMI i RFI sunt : tensiunea nominal, curentul nominal pierderea inserie.

    Pierderea de inserie este o mrime a caracteristicii de atenuare a filtrului, n decibeli. Acesta

    indic raportul dintre zgomotul care s-ar obine prin circuit, fr filtru i nivelul de zgomot careapare atunci cnd filtrul este instalat.

    Alte specificatii importante sunt temperatura de funcionare i intervalul de temperaturi.

    2.3.15 Alte componente

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    85/124

    Circuitele de ntrziere (delay l ines) sunt dispozitive care sunt folosite pentru a ncetini unsemnal cu un interval de timp prestabilit.

    Exist dou tipuri de baz: circuite de ntrziere active i circuite de ntrziere pasive.Circuite de ntrziere active sunt construite n primul rnd cu componente digitale i suntaplicate n ntrzierea semnalelor digitale.Circuite de ntrziere pasive sunt construite cu componente analogice, dar ele pot crea

    ntrzieri att ale semnaleloranalogice i ale celor digitale.

    Duplexurile sunt dispozitive care permit utilizarea unei antene unice pentru a primi i atransmite informaii. Transmitorul care opereazpe o frecven utilizeaz aceeai antenca i receptorul care opereaz pe o alt frecven. Sarcina de a duplexului este de acoordona partajarea timpului activitii de transmisie i recepie cu un minim de interaciunei degradare a celor dou semnale RF.

    Diplexurile, pe de alt parte, ca i multiplexoarele. Ele sunt dispozitive cu trei porturidependente de frecven, care sunt utilizate ca un separator sau un combinator de semnalediferite. Un diplexer tipic const din dou filtre fixe reglate trece care partajeaz un portcomun. Portul comune i ieirea celordou filtre formeaz cele trei terminale ale diplexerului.Semnale aplicate portului comun sunt separate, n conformitate cu frecvenele benzii detrecere a filtrelor.

    2.3.15 Alte componente

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    86/124

    Izolatoarele i circulatoarele sunt dou dispozitive pasive care sunt utilizate pentrucontrolarea propagrii unui semnal de RF.

    Un izolatorpermite unui semnal s treac ntr-o singurdirecie oferind n acelai timp oizolare ridicat mpotriva semnalului reflectat care vine din direciainvers.

    Un circulatorconst din trei sau mai multe porturi, i permite unui semnal care intr ntr-unport s fie transferat la portul adiacent aceastuia fie ntr-o direcie sensul acelor de ceasornicfie n sens invers acelor de ceasornic.

    Convertoarele ridictoare (up-converter) i convertoarele cobortoare (down-converter) sunt dispozitive care sunt folosite pentru schimbarea frecvenei unui semnal RFpe o scarlarg de frecven.

    .

    2.3.16 Transivere RF

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    87/124

    Transceivers sunt dispozitive electronice care sunt utilizate pentru transmiterea i receptareade semnale de radiofrecven.

    Pentru transmitere, transmitorul efectueaz toate funciile RF necesare de procesare asemnalului, cum ar fi modulare, conversie i amplificare a puterii, nainte de furnizarea desemnalului ctreanten.

    Arhitectura transmitorului RF nu are mare flexibilitate i ele sunt construite n doar ctevaforme distincte.

    2.3.17 Modemuri wireless

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    88/124

    Modemurile (MOdulator-DEModulator) sunt dispozitive care permit dispozitivelor digitales comunice ntre ele prin liniile telefonice. Modemurile wireless transmit datele sub formaundelor electromagnetice sau prin mijloace optice.

    Modemurile wireless, de asemenea, numite modemuri radio, sunt transceivere RF caresunt conectate la porturile seriale (de exemplu, RS232, RS422) a dispozitivelor digitale. Eletransmit i / sau primesc semnale de la un alt modem radio potrivit.

    n multe aplicaii, un numr de modemuri sunt conectate la punctele de acces (access points)care permite conectivitatea reelei fr fir.

    Specificaiile modemuri fr fir(wireless) sunt: forma modemului; viteza modemului;

    tipul de reea;

    magistrala sau tipul de interfa.

    n ceea ce privete forma modemului, exist dou tipuri de baz de modemuri: modemuri interne, care sunt carduri de calculatoare instalate ntr-un slot de placa de

    baz; modemuri externe, care sunt module care pot fi ataate la porturile de comunicare

    ale calculatoarelor, prin cabluri.

    2.3.17 Modemuri wireless

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    89/124

    Viteza modemuluieste rata maxim de transfer la care modemul poate livra datele,exprimat n bii pe secund. Tipurile de reea pentru modemuri wireless includ- dial-up,- Ethernet,- sistemul global de comunicaii mobile (Global System for Mobile Communications - GSM),- reeaua digital integrat de servicii (Integrated Services Digital Network - ISDN),- reea personal (Personal Area Network - PAN),- General Packet Radio Service (GPRS).

    Modemurile sunt, de asemenea, identificate prin specificaiile lor de legtur radio, careinclud:

    benzile de frecven tehnica radio folosite.

    Benzile de frecvene pentru modemurile fr fir pot fi de 900 MHz, 2.4 GHz, 5 GHz, 23

    GHz, VHF, i UHF.n ceea ce privete tehnica radio folosit, aceasta poate fi:

    spectru mprtiat de tip secven direct (DS-SS) spectru mprtiat de tip salt de frecven (FH-SS)

    2.4. Modulaia analogic i multiplexarea.

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    90/124

    Scopul modulrii digitale este acela de a transfera un flux digital de bii pe un canal de bandanalogic, de exemplu prin reeaua public de telefonie comutat (unde un filtru trece-bandlimiteaz de banda de frecven ntre 300 i 3400 Hz), sau pe o band de frecven radio limitat.

    Scopul modulrii analogice este acela de a transfera un semnal, analogic de band (sau trece-jos)de exemplu, un semnal audio sau semnal TV, pe un canal trece-band analogic, de exemplu, oband de frecven radio limitat sau a unui canal de televiziune prin cablu de reea.

    Modularea ana logicidigital faciliteaz multiplexarea prin diviziunea frecvenei (FDM), cnd maimulte semnale de informaii trece-jos sunt transferate n acelai timp prin acelai mediu fizicpartajat, folosind canale de trecere separate.

    Scopul metodelor digitale de modulaie a benzii de baz, cunoscut de asemenea sub numele decodare de linie, este de a transfera un flux digital de bii pe un canal in banda, de baz de obicei unfir de cupru cum ar fi un Serial Bus sau de o reealocal. (LAN)

    Scopul metodelor de modulare de impuls este de a transfera un semnal de bandngust analogic,de exemplu, un apel telefonic pe un canal in banda de bandlarg sau, n unele sisteme, ca un fluxde bii pe un alt sistem de transmisie digitala.

    2.4.1. Tipuri de modulaie

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    91/124

    Modulaiareprezint procesul prin care se realizeaz modificarea unuia sau a mai multorparametriai unui semnal purttor p(t) sub aciunea semnalului mesaj din banda de baz, numit si semnalmodulator m(t).

    Se obine astfel un semnal modulat s(t) ce include informaia transmis de semnalul modulator sicare este apoi transmis efectiv pe canalul de comunicaie. Acest semnal nu mai este n banda debaz, avnd banda de frecvene translatat n jurul frecvenei purttoare.

    La receptor, se realizeaz operaia invers, numit demodulaie, prin care se extrage semnalulmodulator din semnalul modulat recepionat si se obine informaia transmis n banda de baz.

    Principalele motive pentru care se utilizeaz aceast tehnic, sunt urmtoarele:se poate realiza transmiterea simultan pe un acelasi canal cu lime suficient a mai multorsemnale din banda de baz, fr suprapunerea benzilor de frecven, prin utilizarea mai multorpurttoare cu frecvene diferite (multiplexare n frecven);

    semnalul modulat are o imunitate mai bun la perturbaii si la distorsiunile introduse decaracteristicile neideale ale canalului;deoarece semnalul devine adiacent unei purttoare de frecven ridicat, se obine reducereaputerii necesare n transmisie;semnalul modulat se poate transmite prin unde radio sau luminoase, deoarece frecvenapurttoarei (si implicit spectrul semnalului modulat) poate intra ntr-unul dintre aceste domenii defrecven ale undelor electromagnetice.

    2.4.1. Tipuri de modulaie

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    92/124

    n transmisia datelor se foloseste de obicei un semnal puttor armonic simplu (sinusoidal), deoareceacesta este un semnal elementar n domeniul frecven, avnd doar osingur linie spectral si daceste modulat se obine banda cea mai redus de frecvene posibil.

    Modulaia unei purttoare sinusoidale se numeste modulaie armonic sau modulaie analogic.n aceast situaie, semnalul purttor si semnalul modulat obinut pot fi descrise prin urmtoarelerelaii matematice:

    Se observ c toi parametrii semnalului purttor erau iniial constani, iar dependena de timp aacestora n semnalul modulat se obine sub aciunea semnalului modulator m(t).

    2.4.1. Tipuri de modulaie

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    93/124

    n funciede care dintre acesti parametri este variat de semnalul modulator, modulaia poate fi demai multe feluri:de amplitudine (MA), n care se modific numai amplitudinea purttoarei ca o funcie de semnalulmodulator Ap(t) = f(m(t));de faz (MP), n care se modific numai faza iniial a semnalului purttor ca funcie de semnalulmodulator(t) = f(m(t));de frecven (MF), n care se modific frecvena unghiular instantaneei(t) a purttoarei n modindirect, numai prin modificarea vitezei de variaie a fazei iniiale

    si nu direct a frecvenei unghiularep= constant.compus, n care se modific simultan mai multi parametri ca funcii diferite desemnalul modulator.

    2.4.1. Tipuri de modulaie

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    94/124

    Modulaia n amplitudine (AM): se exprim matematic prin relaia:

    s(t) = [1 + n0x(t)] cos 2ct,

    unde cos 2fct este purttoarea, x(t) este semnalul de intrare (datele analogice) iar n0este indexul de modulare (amplitudinea semnalului de intrare / amplitudinea purttoarei);

    2.4.1. Tipuri de modulaie

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    95/124

    Modulaia n amplitudine

    2.4.2 Modulaia liniar de amplitudine (MA).

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    96/124

    Acest tip de modulaie se obine prin varierea amplitudinii purttoarei printr-o funcieliniar de semnalul modulator:

    Ap(t) = Ap+m(t)

    Amplitudinea semnalului modulator cu forma de und arbitrar poate fi pus n evidenprin notaia:

    m(t) = a m0(t) ,

    unde m0(t)= semnal modulator cu amplitudine unitar.

    Considernd n continuare faza iniial a purttoarei nul, se obine din relaia de mai sus urmtoareaexpresie matematic pentru semnalul modulat si formele de und din figur:

    2.4.2 Modulaia liniar de amplitudine (MA).

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    97/124

    Formele de und ale semnalului modulator si semnalului modulat in amplitudine

    2.4.2 Modulaia liniar de amplitudine (MA).

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    98/124

    Msura n care variaia semnalului modulator este transmis variaiei de amplitudine apurttoareise numeste indice sau grad de modulaie n amplitudine si se calculeaz ca raportul dintreamplitudinea semnalului modulator a si cea a purttoarei nemodulateAp:

    Pentru a reproduce forma semnalului modulator n nfsurtoarea (anvelopa) semnaluluimodulatAp(t), este necesar ca aceasta s rmn pozitiv n orice moment, de unde rezult cgradul de modulaie trebuie s fie subunitar:

    Dac ka > 1 purttoarea este supramodulat si trecerea prin zero a nfsurtorii produce odistorsiune cu salt de faz n forma de und si zona cu amplitudine negativ maxim a semnalului

    modulator (-a) nu mai poate fi reprodus.

    Observaie:Dac indicele de modulaie este unitar, modulaia se numeste total saucomplet siconduce la modificarea amplitudinii purttoarei ntre zero si dublul amplitudinii saleiniiale.

    2.4.3 Spectrul semnalului modulat n amplitudine (MA).

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    99/124

    Pentru analiza spectral a semnalului modulat n amplitudine se consider un semnal modulatorm(t)de o form arbitrar, neperiodic, avnd spectrul continuu M() limitat superior la 0

    Prin aplicarea transformatei Fourier lui s(t)se obine:

    2.4.3 Spectrul semnalului modulat n amplitudine (MA).

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    100/124

    Translaia cu dublare a spectrului semnalului modulator in jurul purttoarei

    2.4.3 Spectrul semnalului modulat n amplitudine (MA).

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    101/124

    Din figurase observ c n urma modulaiei s

    -a obinut o translaie cu frecvena

    purttoarei aspectrului semnalului modulator, care devine acum centrat n jurul lui p fa de zero, cum era n

    banda de baz, iar lobul inferior din domeniul frecvenelor unghiulare negativecapt astfel sensfizic, aprnd n domeniul pozitiv.

    Aceasta este explicaia apariiei a 2 lobisimetric identici fa de frecvena purttoarei, care senumesc benzi laterale si conduc la dublarea limii de band fa de cea a semnalului modulator:

    B=20.

    Fiecare din aceste benzi laterale conine ntreaga informaie util despre semnalul modulator caretrebuie transmis. De asemenea, se observ c purttoarea sinusoidal nemodulat apare direct,att n expresia semnalului modulat, ct si n spectrul su ca o liniespectral Dirac pe frecvena p.

    Componente utile pe frecvena purttoarei pot proveni doar din translarea componentei continue (de

    frecven zero) a semnalului modulator iniial si nu dinpurttoarea nemodulat. Procesul demodulaie se poate efectua corect dac translaia de frecven este suficient de mare, astfel nctlobul inferior translat s nu se suprapun peste cel superior al spectruluiiniial, deci:

    p0 0p 20 .

    2.4.3 Spectrul semnalului modulat n amplitudine (MA).

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    102/124

    Dintr-un alt punct de vedere, este vorba de fapt despre transmiterea semnalului modulator prinesantionarea lui cu purttoarea, din teoremaesantionrii rezultnd aceeasi condiie minim.

    n practic se alege de obicei o frecven apurttoarei de cel putin 10 ori mai mare dect frecvenamaxim din spectrul semnaluluimodulator, pentru minimizarea distorsiunilor ce pot aprea datoritunor componente nefiltrate suficient care pot depsi 0.

    n situaia modulaiei n amplitudine cu purttoare suprimat (MA-PS), purttoarea nu mai aparedirect n expresia semnalului modulat si nici n spectrul su, singurele componente pefrecvena pputndu-se datora componentelor continue din spectrul semnalului modulator:

    2.4.3 Spectrul semnalului modulat n amplitudine (MA).

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    103/124

    Se obine astfel o redistribuire mai eficient a puterii de transmisie pe informaia util, prineliminarea puterii risipite pe purttoare.

    Forma de und a semnalului MA-PS este asemntoare cu cea a unei modulaii MA cu ka> 1, adiccu distorsiuni de schimbare a fazei la trecerea prin zero.

    Pentru obinerea unei eficiene si mai mari n utilizarea puterii de transmisie sirestrngerea limiibenzii de frecvene ocupate, se utilizeaz frecvent si eliminarea uneia dintre benzile laterale

    redundante prin diverse procedee de filtrare.

    Rezult astfel modulaia namplitudine cu band lateral unic si purttoare suprimat (MA-BLU).

    Observaie:Modulaia n amplitudine cu semnal digital se numeste ASK=Amplidude ShiftKeyingsi conduce la un semnal cu numai dou niveluri de amplitudine asociate cu celedouniveluri logice de tensiune ale semnalului modulator.

    Dac semnalul digital este si periodic,spectrul de modulaie va fi discret, coninnd n fiecare dinlobii laterali exact aceleasi linii care erau n spectrul semnalului modulator, dar translate cu frecvenapurttoarei.

    2.4.3 Spectrul semnalului modulat n amplitudine (MA).

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    104/124

    Mesajul (sus) i semnalul codat ASK (jos)

    2.4.4. Generarea semnalului modulat n amplitudine (MA).

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    105/124

    Generarea semnalului modulat n amplitudine se poate realiza prin implementarea formulei de calculcu ajutorul unui circuit de tip multiplicator analogic, care furnizeaz la iesire produsul dintre semnalulmodulator, aditivat cu o component continu de amplitudineapurttoarei si un semnal purttor deamplitudine unitar

    Pentru obinerea unui semnal modulat n amplitudine cu purttoarea suprimat (MA-PS), seintroduce n multiplicator direct semnalul modulator neaditivat cu o component continu, iarpurttoarea nu trebuie s aib neaprat amplitudinea unitar, aceasta aprnd ca o constant nsemnalul modulat rezultat.

    2.4.4. Generarea semnalului modulat n amplitudine (MA).

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    106/124

    Filtrul trece-band FTB se introduce opional, dac se doreste eliminarea uneia din celedou benzilaterale pentru obinerea modulaiei MA-BLU.

    Alte metode de modulaie n amplitudine fac apel la trecerea semnalului modulator sumat cupurttoarea prin elemente cu caracteristic de transfer neliniar.

    La iesirea unui astfel de element se obin diverse produse de intermodulaie, din care se selecteazsemnalul MA clasic (cu tot cu purttoare) printr-un filtru trece-band.

    2.4.5 Modulaia de frecven (MF). 2.4.5.1. Principiul modulaiilor exponeniale

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    107/124

    Modulaiile exponeniale se obin dac amplitudinea purttoarei este meninut constant, iarsemnalul modulator acioneaz asupra fazei iniiale (modulaia de faz MP) sau asupra frecveneiinstantanee, prin modificarea vitezei de variaie a fazei iniiale (modulaia de frecven MF).

    Deoarece semnalul modulator modific de fapt un coeficient al unei funcii exponeniale sau ununghi al unei funcii cosinus, aceste modulaii se numesc exponeniale sau unghiulare.

    Caracteristic acestor tipuri de modulaie este faptul c trecerile prin zero ale formei de und nu

    mai apar la intervale regulate, ca n cazul modulaiei n amplitudine. Deoarece variaiileamplitudinii nu influeneaz informaia coninut n semnalul modulat exponenial, acesta estemai imun la zgomote de tip aditiv aprute pe canalul de transmisie dect semnalul modulat namplitudine.Expresia matematic a unui semnal modulat exponenial este dat de relaia:

    2.4.5.1. Principiul modulaiilor exponeniale

    F l d d l l l i d l t i l l i d l t i lit di

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    108/124

    Formele de und ale semnalului modulator si semnalului modulat in amplitudine

    2.4.5.1. Principiul modulaiilor exponeniale

    R l i di t f i t t i f i t t t fi l i bi d

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    109/124

    Relaia dintre frecvena instantanee si faza instantanee poate fi neleas mai bine dac seconsider c pentru a obine un avans de faz este necesar o crestere brusc a frecvenei pentruun moment foarte scurt, pn faza ajunge la valoarea dorit, apoi frecvena trebuie s revinimediat la valoarea anterioar, pentru ca faza s nu creasc mai departe. Rezult astfel cfrecvena este difereniala fazei.

    De asemenea, dac se compar faza unui semnal cu frecven mai ridicat dect a unuisemnal de referin, se constat c diferena de faz fa de semnalul de referin va creste cu o

    rat constant, deci faza semnalului considerat va avansa liniar pentru o diferen n frecvenconstant. Astfel, din punct de vedere matematic faza este integrala frecvenei.n funcie de modul cum este variat faza instantanee de ctre semnalul modulator, seobin dou tipuri de modulaii exponeniale:

    Modulaia de faz se obine cnd faza iniial este variat direct de semnalul modulator,printr-un coeficient de proporionalitate constant kp = sensibilitatea modulatorului MP.

    2.4.5.1. Principiul modulaiilor exponeniale

    Modulaia de frecven se obine cnd frecvena instantanee este variat indirect prin

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    110/124

    Modulaia de frecven se obine cnd frecvena instantanee este variat indirect, prinmodificarea vitezei de variaie a fazei iniiale de ctre semnalul modulator, cu un coeficient deproporionalitate constant kf = sensibilitatea modulatorului MF.

    Observaie: Din relaiile de mai sus se observ c se poate trece de la un tip demodulaieunghiular la cellalt prin simpla prelucrare suplimentar a semnalului modulator cuoperaii dederivare sau integrare.

    Rezult astfel ca aplicaie practic transformarea unui odulator/demodulator MP intr-un

    modulator/demodulator MF si invers, folosind circuite derivatoare sau integratoare intercalate pecalea semnalului modulator/demodulat, conform schemelor-bloc din figura urmtoate

    2.4.5.1. Principiul modulaiilor exponeniale

    Transformarea unui modulator/demodulator MP intr unul MF si invers

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    111/124

    Transformarea unui modulator/demodulator MP intr-unul MF si invers

    2.4.5.2. Modulaia de frecven cu semnal modulator digital

    n modulaia de frecven deplasarea maxim a frecvenei unghiulare instantanee fa de cea a

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    112/124

    n modulaia de frecven, deplasarea maxim a frecvenei unghiulare instantanee fa de cea apurttoarei este proporional cu amplitudinea semnalului modulator

    unde: m0(t) = semnal modulator cu amplitudine unitar.

    Frecvenainstantanee a semnalului modulat variaz treptat n cazul unui semnal modulator

    sinusoidal si n salt pentru cel dreptunghiular

    2.4.5.2. Modulaia de frecven cu semnal modulator digital

    Formele de und ale semnalului modulator si semnalului modulat in frecven

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    113/124

    Formele de und ale semnalului modulator si semnalului modulat in frecven

    2.4.5.2. Modulaia de frecven cu semnal modulator digital

    Indicele (gradul) de modulaie n frecven

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    114/124

    Indicele (gradul) de modulaie n frecven

    msoar de cte ori este maimare deplasarea maxim de frecven fa de cea mai mare frecvendin spectrul semnalului modulator, 0.

    Deoarece modulaiile unghiulare sunt neliniare, este mai dificil analiza lor pe cazul general, cusemnal modulator de form arbitrar si se consider n continuare un semnal modulator rectangular.O asemenea modulaie de frecven va avea doar 2 nivele distincte alefrecvenei instantanee,asociate nivelelor logice 0 si 1 din semnalului digital, purtnd numele de FSK = Frecvency ShiftKeying.

    Semnalul FSK poate fi privit ca suma a dou semnale modulate total n amplitudine (ASK), unulutiliznd o purttoare de frecven 1= p + si semnalul modulator digital original, iar cellaltutiliznd o purttoare de frecven 2= p- si semnalul modulator digital complementar(inversat).

    2.4.5.2. Modulaia de frecven cu semnal modulator digital

    Mesajul binar (sus) i semnalul modulat FSK (jos)

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    115/124

    Mesajul binar (sus) i semnalul modulat FSK (jos)

    Generarea semnalului MF (respectiv n particularFSK) se realizeaz de obicei prin metode

    directe, utiliznd un oscilator sinusoidal care poate fi comandat n tensiune (OCT) de ctre semnalulmodulator.

    2.4.6. Modulaia de faz

    Modulaia de faz este o modulaie exponenial (unghiular) n care amplitudinea

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    116/124

    p ( g ) ppurttoarei se menine constant, informaia de transmis fiind preluat de faza sa iniial, ce va fivariat de ctre semnalul modulator prin intermediul unui coeficient de proporionalitate constant(kp = sensibilitatea modulatorului MP).Expresia matematic a unui semnal modulat exponenial n faz este dat de relaiile:

    unde: Ap = amplitudinea constant,

    p = frecvena unghiular, (t) = faza iniial.Deoarece faza este integrala frecvenei, sub aspectul formei de und este dificil s se faco difereniere clar ntre MF si MP dac semnalul modulator are variaii lente de amplitudine. Deexemplu, n cazul semnalului modulator sinusoidal, att faza ct si frecvena vor varia dupaceeasi form matematic de tip sinusoidal (integrala unui sinus este un cosinus, adic un sinusntrziat). Dac ns semnalul modulator are variaii bruste de amplitudine (cazul semnaluluidreptunghiular), deosebirea devine evident, deoarece la MP apar salturi de faz ale purttoarei,

    iar frecvena instantanee rmne constant. Modulaia de faz cu semnal digital se numeste PSK= Phase Shift Keying.Spre deosebire de amplitudine si frecven, care sunt mrimi absolute, faza este o mrimerelativ, pentru definirea ei fiind necesar o referin. n funcie de modul de alegere al acesteireferine de faz, exist dou tipuri de modulaie PSK:Modulaia de faz absolut (cu faz coerent), cnd referina de faz este purttoareainiial nemodulat. ntre biii consecutivi cu aceeasi valoare logic nu apar modificri de faz,iar la rece ie este necesar refacerea urttoarei.

    2.4.6.2. Modulaia binar de faz (BPSK).

    Modulaia de faz cu semnal modulator digital asociaz cte o faz (dac este absolut)

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    117/124

    g ( )

    sau un salt de faz (dac este diferenial) pentru fiecare grup de bii din fluxul de date ce trebuietransmis, n asa fel nct s se obin o distribuie uniform a unghiurilor, egal distanate ntre elepe cercul trigonometric, pentru cresterea imunitii la perturbaii. Cazul cel mai simplu rezultatunci cnd biii nu sunt grupai mpreun, asociindu-se cte o faz sau un salt de faz fiecrui bitn parte, n funcie de valoarea sa logic. Acest tip de modulaie PSK se numeste BPSK =Binary Phase Shift Keying.Dac se utilizeaz n varianta absolut, modulaia BPSK asociaz valorilor logice 1 si

    0 ale fiecrui bit dou faze iniiale opuse: bit1 => (t)=0 si bit0 => (t)=180.

    Considernd ca referin de faz purttoarea nemodulat cu faza iniial =90, rezult odeviaie de faz sub influena semnalului modulator cu valoarea =90 si semnul plus pentrubitul 0, respectiv minus pentru bitul 1. Forma de und a semnalului modulat n acest fel carerezult la transmisia sirului de bii 1101100101 este prezentat n figura 6.1.Se remarc prezena salturilor de faz de 180 care apar la schimbarea valorii logice

    transmise pe linie, producnd ntoarcerea n oglind a semnalului la trecerea prin zero apurttoarei nemodulate. Deoarece modulaia este absolut, nu apar modificri n faza semnaluluimodulat pentru bii consecutivi cu aceeasi valoare logic. Dac ar fi fost modulaie diferenial,deviaia de faz =90 s-ar fi considerat fa de faza bitului anterior si nu fa de fazapurttoarei nemodulate si ar fi produs doar salturi de faz de 90ntre toi biii consecutivi, cusemnul plus sau minus, n funcie de valoarea acestora.Este important de remarcat c forma de und cu ntoarcere prezentat apare doar dactrecerile rin zero ale urttoarei sunt cumva sincronizate cu momentele de schimbare a biilor

    2.4.6. Modulaia de faz

    Formele de und ale semnalului modulator si semnalului BPSK absolut

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    118/124

    2.4.6. Modulaia de faz

    n modulaia de faz, deplasarea maxim a fazei iniiale fa de cea a purttoarei este

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    119/124

    proporional cu amplitudinea semnalului modulator m t a m t k a p ( ) = ( ) 8 = 0 , unde:m0(t) = semnal modulator cu amplitudine unitar. Indicele (gradul) de modulaie n faz msoartocmai ct de mare este aceast deviaie de la faza purttoarei nemodulate: k a p p = 8 = .Spre deosebire de indicele de modulaie n frecven , se observ c p nu depinde defrecvena maxim 0 din spectrul semnalului modulator. De asemenea, dac la modulaia defrecven nu exist o limit clar pentru deviaia de frecven (si implicit pentru ), care poate fi

    orict de mare, n cazul modulaiei de faz deviaia de faz nu poate fi mai mare dect 180, deciindicele de modulaie p .O deviaie + de pn la +180 este considerat o anticipare a formei de und ndomeniul timp, iar o deviaie de pn la 180 este considerat o ntrziere n timp asemnalului. O anticipare cu +270 ar reprezinta de fapt o ntrziere cu90 si invers, deci deviaia nu poate fi mai mare de 180n valoare absolut. De fapt, o deviaie de faz maimare de 360 devine o form de modulaie de frecven, deoarece pentru a o realiza ar fi

    necesar cresterea frecvenei instantanee pentru un timp mai lung dect o perioad, deci omodulaie MF.Semnalul BPSK mai poate fi privit si ca suma a dou semnale modulate total namplitudine (ASK), unul utiliznd o purttoare cu faza iniial 1 = si semnalulmodulator digital original, iar cellalt utiliznd o purttoare cu faza iniial 2 = + sisemnalul modulator digital complementar (inversat).

    2.4.6. 6.1.4. Modulaia cuaternar de faz (QPSK).

    n loc s se asocieze cte o faz distinct fiecrui bit ca la modulaia BPSK, n cazul

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    120/124

    modulaiei QPSK = Quadrature Phase Shift Keying se asociaz cte o faz fiecrui grup deM=2 bii. Se transmit cte doi bii n loc de unul singur n acelasi interval de timp, folosind osingur faz si se dubleaz astfel rata de bit pentru aceeasi rat de semnalizare si aceeasi bandde frecvene a semnalului modulat. Sunt ns necesare N=4 faze distincte, uniform distribuite pecercul trigonometric (n cuadratur, adic cu unghiuri de 90 ntre ele), pentru a transmite toatevalorile posibile ale grupurilor formate din cte 2 bii.

    2.4.5.1. Principiul modulaiilor exponeniale

    Formele de und ale semnalelor modulatoare si semnalului QPSK absolut

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    121/124

    2.4.2 Modulaia liniar de amplitudine (MA).

    Formele de und ale semnalului modulator si semnalului modulat in amplitudine

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    122/124

    2.4. Modulaia analogic i multiplexarea

    Modulaia este procesul prin care spectrul unui semnal util, de joas frecven, este transpus n

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    123/124

    domeniul de frecven al unei purttoare (tensiune sau intensitate curent electric, intensitate cmpelectric etc.), din domeniul RF, ntotdeauna armonic, de forma (faza iniial nu conteaz):

    Semnalul util "original" este convertit n semnal electric, amplificat, filtrat etc. i ajunge n punctul demodulaie sub forma

    Prin modulaie de amplitudine se modificamplitudinea purttoarei de ctre semnalul util (electric)u(t) n urmtorul mod specific:

    nsi funcionarea circuitului de modulare. Rezult expresia anvelopei semnalului MA:

    m indic dependena anvelopei semnalului MA U(t), deamplitudinea semnalului modulatorAadar, semnalul MA este de forma:

  • 7/28/2019 Curs Comunicatii

    124/124