SISTEME DE COMUNICATIE CURS 1 - Constantinescu Catalin CAP. 1 SISTEME DE COMUNICATII. ELEMENTE GENERALE 1.1 Notiuni introductive. Scurt istoric Sistem

Transcriere

1 CAP. 1 SISTEME DE COMUNICATII. ELEMENTE GENERALE 1.1 Notiuni introductive. Scurt istoric Sistemele de comunicatii in ansamblu formeaza un domeniu de mare amploare, aici putand fi incadrate o mare diversitate de subiecte. Privind in sens strict literar, comunicatiile sunt definite ca fiind mijloace de comunicare intre puncte diferite, intre acestea fiind stabilita o legatura, un contact de orice natura. Astfel, de exemplu, doua persoane ce converseaza formeaza un sistem de comunicatie. Legatura dintre cele doua persoane poate fi strict verbala (cele doua persoane ar putea comunica cu succes daca ar fi legate la ochi) sau se poate stabili pe mai multe cai. Astfel, interlocutorii ar putea stabili, de exemplu, o comunicatie atat verbal cat si printr-un limbaj al semnelor. Cele doua cai pot exprima in acelasi timp lucruri identice, pot exprima idei diferite sau se pot completa. Numarul de cai de comunicatie intre punctele intre care se transfera informatii nu este limitat. Un exemplu simplu ar putea deriva din modul in care un formator de bucatari un chef isi instruieste cursantii. Explicatiile verbale in acest caz sunt completate de cele exprimate cu ajutorul mainilor (cursantii trebuie sa observe modul in care chef-ul pregateste, foloseste si prepara ingredientele). Toate acestea sunt completate, de asemenea, de informatii furnizate de alte simturi primare (gust si miros). Comunicatia in acest caz se poate spune ca s-a stabilit si realizat pe 4 cai diferite, informatiile transmise simultan avand drept scop unic instruirea corecta si completa a cursantilor. Privind in acest mod sistemele de comunicatie, se poate spune ca acestea au radacini adanci de-a lungul timpului, pozitionarea temporala a catorva dintre momentele istorice importante ce au legatura cu comunicatiile sau cu sistemele de comunicatii fiind graitoare in acest sens. Anul Evenimentul 3000 I.C. Egiptenii au dezvoltat un limbaj pictografic de exprimare, simbolurile fiind numite hieroglife. 800 D.C. Arabii au adoptat prezentul sistem de numeratie din India Johannes Gutenberg inventeaza masina de tiparit Benjamin Franklin demonstreaza natura electrica a fulgerelor naturale Georg Simon Ohm formuleaza legea sa Carl F. Gauss si Ernst H. Weber construiesc telegraful electromagnetic William F. Cooke si Sir Charles Wheatstone construiesc telegraful Samuel F.B. Morse transmite primul mesaj Morse prin telegraf intre Washington, D.C. si Baltimore, Maryland Gustav Robert Kirchhoff a publicat legile sale Este intins primul cablu transatlantic care, insa, cedeaza dupa numai 26 de zile James C. Maxwell prezice radiatia electromagnetica Societatea Inginerilor Telegrafisti este organizata la Londra Alexander Graham Bell dezvolta si patenteaza telefonul Thomas E. Edison descopera fluxul de electroni in vacuum (efectul Edison) si pune bazele tubului cu electoni Este infiintat Institutul American al Inginerilor Eletricieni (AIEE American Institute of Electrical Engineers). 1

2 1887 Heinrich Hertz verifica teoria lui Maxwell Se infiinteaza in Londra Institutul Inginerilor Eletricieni (IEE Institute of Electrical Engineers) din Societatea Inginerilor Telegrafisti Oliver Lodge demonstreaza comunicatia fara fir la o distanta de peste 135 m Guglielmo Marconi transmite primul semnal wireless transatlantic Reginald Fessenden transmite voce si muzica prin radio Lee deforest inventeaza trioda Societatea Inginerilor Telegrafului fara Fir (Society of Wireless Telegraph Engineers) este infiintata in Statele Unite Se stabileste in Statele Unite Institutul Comunicatiilor fara Fir (Wireless Institute) Institutul Inginerilor Radio (IRE Institute of Radio Engineers) este infiintat in Statele Unite din Societatea Inginerilor Telegrafului fara Fir (Society of Wireless Telegraph Engineers) si Institutul Comunicatiilor fara Fir (Wireless Institute) Bell System finalizeaza o linie telefonica transcontinentala in Statele Unite Edwin H. Armstrong inventeaza circuitul receptor superheterodina KDKA, Pittsburgh, PA incepe emisiunile radio programate J.R. Carson aplica esantionarea in comunicatii Vladimir K. Zworkykin realizeaza tubul de televiziune de tip iconoscop J. L. Baird (Anglia) and C. F. Jenkins (Statele Unite) demonstreaza televiziunea Este infiintata Comisia Federala de Radio in Statele Unite (Federal Radio Commission) Harold Black dezvolta amplificatorul cu reactie negativa in laboratoarele Bell Philo T. Farnsworth demonstreaza primul sistem de televiziune complet electronic Sunt initiate primele servicii de teleimprimare Edwin H. Armstrong inventeaza modulatia in frecventa (FM) Comisia Federala de Comunicatii (FCC - Federal Communication Commission) este creata din Comisia Federala de Radio (Federal Radio Commission) in Statele Unite Robert A. Watson-Watt dezvolta primul radar BBA (British Broadcasting Corporation) incepe prima difuzare de televiziune Alex Reeves concepe notiunea de modulatie PCM (Pulse Code Modulation) John V. Atanasoff inventeaza calculatorul digital la Iowa State College FCC autorizeaza radiodifuzarea televiziunii in Statele Unite Calculatorul digital electronic ENIAC este realizat la Universitatea din Pennsylvania de catre John W. Mauchly Walter H. Brattain, John Bardeen, William Shockley dezvolta tranzistorul la laboratoarele Bell Steve O. Rice dezvolta o reprezentare statistica a zgomotului la laboratoarele Bell Claude E. Shannon publica lucrarea sa despre teoria informatiei Este utilizata in telefonie multiplexarea in timp Sunt dezvoltate telefonul si comunicatiile prin microunde. 2

3 1953 Televiziunea color NTSC a fost introdusa in Statele Unite Este intins primul cablu telefonic transatlantic (36 de canale de voce) Este lansat de catre URSS primul satelit al pamantului, Sputnik I A. L. Schawlow si C. H. Townes publica principiul laser Jack Kilby de la Texas Instruments realizeaza primul circuit integrat cu germaniu Robert Noyce de la Fairchild realizeaza primul circuit integrat cu siliciu Radiodifuziunea FM stereo incepe in Statele Unite ale Americii Primul satelit activ, Telstar I, comuta semnale de televiziune intre Statele Unite si Europa Bell System introduce telefonul cu tonuri Institutul Inginerilor Eletricieni si Electronisti (IEEE - Institute of Electrical and Electronic Engineers) este format prin unirea IRE si AIEE Sunt dezvoltate codurile de corectie a erorii si egalizarea adaptiva pentru comunicatiile de mare viteza fara erori Sistem de comutare de telefonie electronic (No. 1 ESS) este introdus in serviciu Primul satelit de comunicatii comercial (Early Bird) a fost introdus in serviciu A fost dezvoltat sistemul de televiziune prin cablu Intel dezvolta primul microprocesor, Motorola demonstreaza FCC primul telefon celular Sunt dezvoltate calculatoarele personale Memoria RAM de 64kb deschide usa erei circuitelor integrate pe scara foarte larga (VLSI) Bell System dezvolta comunicatia prin fibra optica FT Este dezvoltat discul compact (CD) de catre Philips si Sony Este introdus pe piata IBM PC AT&T este de acord sa renunte la cele 22 de companii de telefonie Bell System ale sale Apple introduce calculatorul Machintosh Echipamentele de tip FAX devin populare Este dezvoltat sistemul de pozitionare globala (GPS) utilizand satelitii Internet-ul si WWW devin populare prezent Era microprocesoarelor si a procesoarelor de semnal, a osciloscoapelor digitale, a receptoarelor cu acord digital, a comunicatiilor digitale prin satelit, a supercomputerelor s.a.m.d. In general, comunicatiile presupun transmiterea de informatii de la un punct la un alt punct printr-o succesiune de procese bine sintetizate si interconectate in modelul Shannon Weaver (1949) fig. 1.1: - generarea mesajului ce urmeaza a fi transmis, de catre sursa de informatie; - descrierea mesajului cu un anumit grad de precizie utilizand un set de simboluri; - codificarea simbolurilor astfel incat acestea sa poata fi transmise; in telefonie, de exemplu, acest proces consta in transformarea controlata a presiunii vocale in curent electric; in telegrafie, codificarea conduce la generarea de secvente de linii, puncte si spatii, corespunzatoare mesajelor codificate; in sistemele multiplexate PCM, transmisii 3

4 diferite de informatie trebuie esantionate, comprimate, cuantificate si codificate si, in final, intretesute corespunzator reconstructiei semnalului; - transmisia propriu-zisa a simbolurilor codificate prin intermediul canalului de comunicatie; - decodificarea si reproducerea simbolurilor originale; - recrearea mesajului original cu o degradare finita a calitatii acestuia, degradare determinata de imperfectiunea sistemului (de zgomot). Fig. 1.1 Modelul Shannon Weaver (1949) Din punct de vedere al modului de interconectare a sursei sau surselor de informatie cu receptorul sau receptorii exista 2 moduri comunicatie de baza: - unu la unu (point to point sau one to one), situatie in care exista o singura sursa de informatii si un singur receptor; - difuzare (broadcast sau one to many) situatie in care exista o sungura sursa insa sunt mai multi receptori simultan, adica receptori ai aceluiasi mesaj la un moment dat. Din punct de vedere al modului de creare si transmisie a mesajelor intre sursa si receptor, sistemele de comunicatii pot fi analogice sau digitale. Comunicatiile analogice au la baza metode de transmisie a informatiilor utilizand semnale ce pot varia continuu intr-un anumit domeniu (de exemplu amplitudinea semnalului, sau frecventa acestuia). In cazul comunicatiilor digitale, codificarea informatiilor si transmisia acestora se face utilizand un numar finit de simboluri. 1.2 Avantajele sistemelor de comunicatii digitale Comparativ cu sistemele de comunicatii analogice, cele digitale au o serie de avantaje care le recomanda in utilizare. Aceste avantaje depasesc ca amploare dezavantajele, dovada clara fiind dezvoltarea neta a sistemelor de comunicatii digitale in defavoarea celor analogice. 4

5 Un avantaj major consta in usurinta de regenerare a semnalelor digitale comparativ cu cele analogice. De-a lungul liniilor de transmisie a semnalelor digitale, ca in cazul tuturor liniilor de transmisie, exista doua mecanisme de degradare a semnalelor. Semnalele sunt deformate pe de o parte datorita faptului ca functiile de transfer ale blocurilor componente ale sistemului de comunicatii nu sunt ideale intervenind astfel efecte de distorsionare a semnalelor, iar pe de alta parte datorita zgomotelor electrice si a interferentelor. Semnalele digitale pot fi usor regenerate prin intermediul unor echipamente (ce se intalnesc sub denumirea de repetoare regenerative sau, simplu, repetoare) ce amplifica semnalul si il reconstruieste intr-un punct sau intr-o succesiune de puncte in care semnalele distorsionate sunt inca credibile. Un alt avantaj este acela ca semnalele digitale sunt mai putin supuse atat distorsiunilor cat si interferentelor comparativ cu semnalele analogice. Circuitele specifice sistemelor de comunicatie digitale sunt mai fiabile si mai flexibile decat cele analogice iar costurile de productie ale acestora sunt, in general, mai mici. Tehnicile digitale se preteaza in mod natural functiilor de procesare a semnalelor pentru protectia impotriva interferentelor si a bruiajului. Foarte multe dintre sistemele actuale de comunicatii deservesc conexiuni intre calculatoare, intre echipamente digitale si calculatoare, respectiv intre echipamente digitale. Toate acestea se preteaza nativ mai bine comunicatiilor digitale. 1.3 Retele de comunicatii O retea de comunicatii sau, mai simplu, o retea este constituita dintr-un set de noduri interconectate intre ele (fig. 1.2). Scopul primar al acestor noduri este de a ruta datele in interiorul retelei. Fiecare nod are una sau mai multe statii atasate, statii care au nevoie la un moment dat de servicii specifice comunicatiilor de date. Fig. 1.2 Structura unei retele de comunicatii 5

6 Topologia unei retele este definita ca fiind modul fizic sau logic de aranjare a conexiunilor din retea. Functie de topologie, retelele se impart in mai multe categorii (fig. 1.3): - retea punct la punct; - retea magistrala; - retea inel; - retea stea; - retea plasa; - retea mixta. Fig. 1.3 Topologii de retele Retelele de tip punct la punct sunt retelele cu cea mai simpla topologie si constau in legaturi permanente intre oricare doua noduri la un moment dat. In cazul retelelor de tip magistrala toate nodurile retelei sunt conectate la un mediu comun ce permite transferul de date. O retea inel are nodurile legate succesiv intre ele, aceasta conexiune terminandu-se prin legatura directa dintre ultimul nod al retelei si primul. 6

7 Topologia stea consta dintr-un nod central, nod cu care se conecteaza direct si exclusiv fiecare dintre celelalte noduri ale retelei. Retelele plasa au cele mai copmplexe topologii si ofera conexiuni redundante ce permit reconfigurari ale cailor de date in cazul unor noduri neoperationale sau blocate. O retea plasa in care toate nodurile sunt interconectate se numeste retea deplin conectata. Retelele mixte sunt alcatuite din mai multe retele cu topologii diferite. 7