TELECOMUNICAŢII MODERNE WIRELESS

  CUPRINS:
1. INTRODUCERE 11

2. PRELUCRAREA INFORMATIILOR 13
2.1 Structura generala a unui sistem de comunicatie 13
2.2 Prelucrarea digitala a semnalelor 15
2.2.1 Prelucrarea digitala in banda de baza 15
2.2.2 Semnalul video 18
2.2.3 Schema de baza a unui lant digital de transmisie 21
2.3 Modulatia 23
2.3.1 Bazele modulatiei 23
2.3.2 Modulatia digitala 26
2.3.3 Modulatia ASK si variante 31
2.3.4 Modulatia PSK si variante 32
2.3.5 Modulatia QAM 36
2.4 Codarea 39
2.4.1 Principii generale 39
2.4.2 Coduri bloc 40
2.4.3 Coduri convolutionale 42
2.4.4 Coduri concatenate 44
2.4.5 Coduri turbo 45
2.5 Accesul multiplu 47
2.5.1 Principii generale 47
2.5.2 CDMA si WCDMA 50
2.5.3 Prelucrarea OFDM 56
2.5.4 Avantajele OFDM fata de sistemele cu purtatoare unica 62
2.5.5 OFDMA 65
2.5.6 MIMO 66
2.6 Structuri si topologii de retele 71
2.6.1 Topologii de baza 71
2.6.2 Topologia mesh 74
2.6.3 Topologia ad hoc 78
2.7 Principii celulare in dezvoltarea retelelor 80
2.7.1 Bazele acoperirii celulare 80
2.7.2 Structura celulara 81
2.7.3 Repartizarea canalelor 83
2.7.4 Dimensiunile celulelor 86
2.8 Probleme diverse 88
2.8.1 Modelul straturilor OSI 88
2.8.2 Proiectarea incrucisata intre straturi 91
2.8.3 Problema nodului ascuns si a nodului descoperit 95
2.8.4 Mobilitatea si transferul 96

3. RETELE MODERNE WIRELESS 98
3.1 Scurt istoric 98
3.1.1 Inceputurile 98
3.1.2 Introducerea serviciilor digitale 99
3.2 Cadrul de dezvoltare 105
3.3 Tehnologia LTE 109
3.3.1 Evolutia UMTS editiile 3-7, catre LTE 109
3.3.2 Editia 8 - LTE, prima varianta 118
3.3.3 Editia 9, etapa importanta in realizarea IMT-Avansat 123
3.3.4 Editiile 10÷12 si indeplinirea cerintelor IMT-Avansat 125
3.3.5 Dezvoltarea acoperirii celulare 135
3.3.6 Servicii MBMS 143
3.3.7 Evolutia SON 145
3.3.8 Asocierea purtatoarelor 150
3.3.9 Evolutia HSPA 151
3.3.10 Benzi de frecventa 155
3.4 Tehnologia WiMAX 158
3.4.1 Evolutia WiMAX 158
3.4.2 Arhitectura si caracteristici generale WiMAX 159
3.4.3 Baza OFDM si OFDMA pentru WiMAX 163
3.4.4 WiMAX si 4G 169
3.5 Tehnologia Wi-Fi 170
3.5.1 Evolutia Wi-Fi 170
3.5.2 Arhitectura Wi-Fi 176
3.5.3 Solutii pentru retele Wi-Fi 178
3.5.4 Orgamizarea transmisiei si accesul la canal 183
3.6 Tehnologia Bluetooth 186
3.6.1 Arhitectura si solutii de retea 186
3.6.2 Parametrii sistemului 188
3.6.3 Organizarea transmisiei si accesul la canal 190
3.7 Tehnologia ZigBee 194
3.7.1 Arhitectura si solutii de retea 194
3.7.2 Parametrii sistemului 197
3.7.3 Organizarea transmisiei si accesul la canal 198
3.8 Tehnologia UWB 200
3.8.1 Evolutia UWB 200
3.8.2 Arhitectura retelei 203
3.8.3 Parametrii sistemului in banda 1-10 GHz 205
3.8.4 Parametrii sistemului in banda de 60 GHz 209
3.8.5 Organizarea transmisiei si accesul la retea 213
3.9 Situatia actuala a retelelor wireless 217
3.10 Viitorul retelelor wireless 220
3.10.1 Principii generale 220
3.10.2 Arhitectura viitoarelor sisteme 223
3.10.3 Conditii pentru dezvoltarea 5G 225
3.10.4 Probleme ale arhitecturii 5G 229
3.10.5 Tehnologii 5G 231

4. FOLOSIREA OPTIMIZATA A SPECTRULUI DE FRECVENTA 239
4.1 Factori care influenteaza functionarea retelelor wireless 239
4.1.1 Fenomene caracteristice propagarii 239
4.1.2 Medii de transmisie 244
4.2 Folosirea eficienta a mediului radio 245
4.2.1 Conceptul de retea „inteligenta” 245
4.2.2 Accesul dinamic la spectru 247
4.3 Tehnologii de folosirea in cooperare a spectrului in retelele de operator 249
4.3.1 Modele de folosire in partaj a spectrului 249
4.3.2 Descoperirea spectrului neutilizat 252
4.4 Folosirea cognitiva a spectrului de radiofrecventa 257
4.4.1 Conceptul de radio cognitiv 257
4.4.2 Modul de functionare 260
4.4.3 Accesul cognitiv la canal 262

5. SECURITATEA 266
5.1 Principii generale 266
5.1.1 Ce inseamna securitatea 266
5.1.2 Securitatea in sisteme de comunicatie 269
5.2 Amenintari si atacuri in retele wireless 273
5.2.1 Securitatea comunicatiei in raport cu parametrii canalului 273
5.2.2 Atacuri in retele wireless 274
5.3 Rutarea 276
5.3.1 Principii generale de rutare 276
5.3.2 Protocolul AODV 277
5.3.3 Protocolul DSR 278
5.3.4 Protocoalele OLSR si TBRPF 280
5.3.5 Protocolul ZRP 281
5.3.6 Rutarea in retele mesh 283
5.4 Asigurarea securitatii 286
5.4.1 In retele de acces local Wi-Fi 286
5.4.2 In retele ad hoc si mesh 292
5.4.3 In retele celulare UMTS si LTE 300
5.5 Securitatea viitoare 305

6. APLICATII, MODELE SI SOLUTII 308
6.1 Probleme generale ale serviciilor 308
6.1.1 Cerinte ale serviciilor 308
6.1.2 Modelul modern al serviciilor 311
6.1.3 Independenta serviciilor de mediu si de retea 316
6.1.4 Exemple de servicii si aplicatii 318
6.2 Asigurarea calitatii 320
6.2.1 Probleme generale ale calitatii 320
6.2.2 Asigurarea performantelor de calitate 323
6.3 Retele celulare si aplicatii 324
6.3.1 Structura retelelor celulare 324
6.3.2 Aplicatii in retele celulare pana la Editia 8 326
6.3.3 Probleme generale ale serviciilor LTE 331
6.3.4 Servicii noi sau imbunatatite in Editiile 8-12 342
6.4 Retele mesh si aplicatii 347
6.4.1 Structura retelelor mesh 347
6.4.2 Aplicatii in retele mesh 350
6.5 Retele wireless de senzori si aplicatii 351
6.5.1 Structura si rolul senzorilor 351
6.5.2 Reteaua de senzori 355
6.5.3 Aplicatii in retele de senzori 361
6.6 Aplicatii in retele la domiciliu 366
6.6.1 Bazele retelelor la domiciliu 366
6.6.2 Servicii si aplicatii in retele SOHO 369
6.7 Directii de dezvoltare si persective ale serviciilor 373
6.7.1 Cadrul de dezvoltare 373
6.7.2 Evolutia Internetului 376
6.7.3 Arhitectura orientata pe servicii 380

7. LISTA ACRONIMELOR 384

8. BIBLIOGRAFIE 399
  PREZENTARE:
Obiectivul cartii este prezentarea cadrului general actual de dezvoltare a retelelor moderne de comunicatii wireless, aplicatiile si perspectivele acestora.

Tehnologia retelelor wireless, care in prezent se bazeaza tot mai mult pe solutii „inteligente” prin introducerea de solutii software, permite proiectarea si implementarea a numeroase aplicatii in medii diferite: in industrie, invatamant si cercetare in viata sociala, in viata si activitatea personala etc.

O buna parte a lucrarii este destinata analizei arhitecturii retelelor wireless pentru diverse tipuri de acoperire, la domiciliu, locala, de arie mare, punandu-se accentul pe solutiile cele mai recente si prin aceasta pe evolutia retelelor catre a patra generatie, 4G si pe trecerea la retelele 5G.
  PREFATA:
Obiectivul cartii este prezentarea cadrului general actual de dezvoltare a retelelor moderne de comunicatii wireless, aplicatiile si perspectivele acestora.

Tehnologia retelelor wireless, care in prezent se bazeaza tot mai mult pe solutii „inteligente” prin introducerea de solutii software, permite proiectarea si implementarea a numeroase aplicatii in medii diferite: in industrie, invatamant si cercetare in viata sociala, in viata si activitatea personala etc.

O buna parte a lucrarii este destinata analizei arhitecturii retelelor wireless pentru diverse tipuri de acoperire, la domiciliu, locala, de arie mare, punandu-se accentul pe solutiile cele mai recente si prin aceasta pe evolutia retelelor catre a patra generatie, 4G si pe trecerea la retelele 5G.

In cadrul retelelor moderne se pot lua decizii in ceea ce priveste modul de realizare a comunicatiilor si de optimizare a folosirii resurselor de care dispun (banda de frecventa, putere, intervale de timp, orientare in spatiu etc.). Retelele wireless carora pe masura dezvoltarii lor li se adauga tot mai multa „inteligenta” permit realizarea a numeroase aplicatii si pot sa ia decizii in ceea ce priveste optimizarea functionarii lor. Astfel, pot sa asigure supravegherea, coordonarea, luarea unor decizii in cazul a diferite procese cu evolutie dinamica in timp si in spatiu.

Indeplinind in primul rand scopul pentru care au fost create, de a asigura un mijloc eficient si rapid de comunicatie, retelele wireless au evoluat tot mai mult in directia asigurarii unor servicii complexe. De exemplu, cu ajutorul retelelor wireless se poate supraveghea traficul auto, se pot urmari si corecta procese industriale in desfasurare, se poate asigura supravegherea unor obiective si se pot lua in timp real unele masuri necesare, chiar inainte de sosirea unor echipe specializate de interventie. Retelele „inteligente” wireless pot sa asigure supravegherea medicala a unor pacienti cu probleme si sa asigure o interventie rapida si eficienta etc.

Dezvoltarea si utilizarea eficienta a retelelor de comunicatie moderne wireless, bazata tot mai mult pe „inteligenta”, se realizeaza pe mai multe directii, iar abordarea si rezolvarea problemelor aparute se poate face pe baza a mai multor criterii. Unul dintre ele este aplicarea principiilor de cooperare si cognitive, in care inteligenta retelei se regaseste in modul de folosire a resurselor disponibile (benzi de frecventa, puteri de emisie etc.). Un alt criteriu este aplicarea codarii si modulatiei adaptive, AMC, prin care se stabilesc tipul de modulatie si de codare cel mai favorabil pentru conditii de lucru date si pentru serviciul oferit.

Functionarea retelelor „inteligente” se bazeaza pe o comunicare continua intre straturile stabilite prin arhitectura de interconectare a sistemelor deschise, OSI, pe transmisia informatiilor de regula in retele cu mai multe sectiuni de transmisie (multihop) si pe o topologie generala de tip ad hoc. Topologia variabila, dinamica, devine posibila datorita mediului de transmisie adoptat. Constructia retelelor se poate baza pe diferite tehnologii wireless precum UMTS / LTE, Wi-Fi WiMAX, UWB, Zig-Bee etc. ce pot fi asociate pe baza unor protocoale adecvate, in functie de dimensiunile retelei, de tipul si cantitatea datelor transmise etc.

Integrarea tehnologiei mobile cu echipamentele folosite in retelele wireless, cu echipamentele retelelor fixe si oferta a numeroase produse informatice si de comunicatii reprezinta solutia catre serviciile omniprezente si universale. Problema se rezolva printr-o convergenta reala la care contribuie sistemele de comunicatii, tehnologia informatiei, electronica de consum si industria media.

Solutiile date de retele wireless de banda foarte larga sunt tot mai cautate si tot mai preferate pentru arhitectura retelelor de acces. In acest scop trebuie insa realizata cresterea vitezei de transmisie, ca urmare a solicitarilor tot mai mari pentru accesul de banda larga si pentru a se asigura servicii si aplicatii complexe, multimedia, de mare viteza, astfel incat utilizatorul final sa poata avea acces la servicii si aplicatii noi si inovative.

Securitatea reprezinta o caracteristica esentiala a oricarui sistem de comunicatie si a oricarui serviciu oferit utilizatorilor. Securitatea trebuie asigurata atat la nivelul serviciului, al informatiilor transmise, cat si la nivelul retelei. Securitatea informatiilor transmise si stocate de un sistem poate sa fie afectata in doua moduri principale: ca urmare a functionarii necorespunzatoare a echipamentelor implicate, din cauza defectarii unor echipamente, din cauza unor perturbatii generate neintentionat si care modifica proprietatile mediului de transmisie sau ca urmare interventiei intentionate sau accidentale a unor persoane din afara sau din interiorul sistemului asupra functionarii acestuia.

Solutiile de banda foarte larga pot sa fie asociate cu diferite activitati, respectiv servicii si aplicatii precum transmiterea wireless a unor fluxuri video intre echipamente sau pentru utilizatori, realizarea de videoconferinte, transmisia de informatii cu privire la starea de sanatate a unor persoane, jocuri la care viteza de reactie a raspunsului retelei la conditiile aplicatiei este esentiala etc.

Prin abordarea diferitelor aspecte specifice comunicatiilor si retelelor wireless, insotita de o bibliografie bogata, lucrarea asigura o prezentare generala si cuprinzatoare a domeniului, necesara intelegerii proceselor si fenomenelor care determina functionarea si performantele in aceste retele. In cadrul lucrarii aparatul matematic a fost limitat la strictul necesar prezentarii si intelegerii functionarii. Au fost urmarite in special acele probleme specifice retelelor wireless de cea de a patra generatie si sunt analizate perspectivele de dezvoltare in viitorul apropiat, astfel incat sa se accentueze caracterul de actualitate, de necesitate si de noutate.

Prin urmarirea si indeplinirea obiectivelor propuse, lucrarea se adreseaza unui cadru larg de persoane interesate in domeniu: studenti, operatori de retele de comunicatie, dezvoltatori de aplicatii etc., care vor putea gasi in cadrul acesteia raspunsuri la unele probleme pe care trebuie sa le rezolve in activitatea lor.
  CUVINTE CHEIE: