Rezumat teza Ligia Dorina Cremene - Universitatea Tehnic?

ing. Ligia Dorina CREMENE
Rezumatul tezei de doctorat
Tehnici adaptive pentru îmbunătăţirea
performanţelor reţelelor radio
Conducător ştiinţific:
Profesor, Dr. Ing. Aurel VLAICU
2009

Comisia de evaluare a tezei:
PREŞEDINTE: Prof.dr.ing. Marina Ţopa - decan,
Facultatea de Electronică, Telecomunicaţii şi Tehnologia Informaţiei,
Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca;
MEMBRI:
Prof.dr.ing. Aurel Vlaicu – conducător ştiinţific,
Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca;
Prof.dr.ing. Ioan Naforniţă – referent,
Universitatea „Politehnica” din Timişoara;
Prof.dr.ing. Ion Bogdan - referent,
Universitatea Tehnică „Gh. Asachi” din Iaşi;
Prof.dr.ing. Vasile Bota – referent,
Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca;
Prof.dr.ing. Robert Staraj - referent,
Polytech’Nice-Sophia Ecole Polytechnique de
l’Université de Nice-Sophia Antipolis, Franţa.
Susţinerea publică a tezei de doctorat: 18 Septembrie 2009, ora 09:30
în Aula „Alexandru Domşa”
Universitatea Tehnica din Cluj-Napoca
Str. C. Daicoviciu nr.15
1

CUPRINS:
1. Introducere..............................................................................................................................3
1.1 Obiective .......................................................................................................................3
1.2 Structura tezei. Contribuţii............................................................................................5
2. Evaluarea potenţialului adaptiv al tehnicilor de diversitate spaţialǎ ......................................8
2.1 Context, probleme, abordări .........................................................................................8
3. Dezvoltarea unui combinor-egalizor adaptiv pentru receptoare cu intrări multiple.............11
3.1 Principiul combinorului-egalizor adaptiv propus .......................................................12
3.2 Evaluarea experimentală a performanţelor combinorului-egalizor propus.................14
4. Extinderea proprietăţilor de reconfigurare şi creşterea capacităţii în sisteme MIMO
utilizând antene adaptive ......................................................................................................18
4.1 Sisteme de antene multiple – scopuri şi beneficii, direcţii de cercetare, aspecte
problematice, mecanisme şi tehnologii de bază..........................................................19
4.2 OSC-SSBC – propunerea unei tehnici adaptive pentru sisteme MIMO.....................23
4.3 Soluția de implementare propusă. Antena virtuală .....................................................28
4.4 Viziuni emergente. Antena cognitivă .........................................................................30
5. Dezvoltarea unei platforme pentru evaluarea tehnicilor adaptive - contribuţii la
dezvoltarea simulatorului wireless JiST/SWANS................................................................32
6. Concluzii şi perspective........................................................................................................34
6.1 Concluzii privind potenţialul adaptiv al tehnicilor de diversitate spaţială.................34
6.2 Concluzii privind conceptul de prelucrare unificată şi abordare unitară a soluţiilor
adaptive pe lanţul de transmisie – propunerea unui combinor-egalizor adaptiv ........35
6.3 Concluzii privind extinderea proprietăţilor de reconfigurare şi creşterea capacităţii
în sisteme MIMO utilizând antene adaptive ...............................................................36
6.4 Concluzii privind dezvoltarea unei platforme pentru evaluarea tehnicilor adaptive -
contribuţii la dezvoltarea simulatorului wireless JiST/SWANS.................................37
6.5 Concluzii globale şi perspective .................................................................................38
6.6 Contribuţii...................................................................................................................41
7. Bibliografie selectivă............................................................................................................44
Lista de publicaţii .......................................................................................................................46
2

1. INTRODUCERE
3
1
Teza îşi propune să exploreze problematica adaptabilităţii în sistemele de comunicații
radio şi să identifice noi concepte, tehnici şi paradigme de adaptare.
Cercetarea urmăreşte identificarea tehnicilor cu potenţial adaptiv într-o perspectivă
integratoare, la nivel de sistem. Accentul este pus pe studiul performanţelor tehnicilor
de la stratul fizic şi interfaţa radio din reţelele de comunicaţii.
Conceptele, modelele şi tehnicile propuse în teză reprezintă paşi în direcţia unei
abordări unitare a adaptabilităţii sistemelor de comunicaţii. Se conturează soluții
inspirate de adaptarea şi evoluţia în sistemele biologice.
1.1 Obiective
Tehnicile adaptive utilizate la ora actuală în sistemele de comunicaţii au ca scop
îmbunătăţirea disponibilităţii legăturii radio, a calității transmisiei şi o cât mai eficientă
utilizare a resurselor. Se urmăreşte maximizarea throughput/utilizator şi a eficienţei
spectrale/purtătoare în condiţiile asigurării unei rate minime de eronare a pachetelor şi
întârzieri maxime impuse.
O tehnică adaptivă presupune în general modificarea dinamică a unor parametri ai
sistemului pentru compensarea variaţiilor mediului de funcţionare. În cazul sistemlor de
comunicaţii scopul este asigurarea unor nivele de performanţă în ceea ce priveşte acoperirea,
robusteţea şi capacitatea legăturii. Criteriile de adaptare sunt în general maximizarea
raportului semnal-zgomot (SNR), minimizarea ratei erorii de bit (BER) sau a ratei de eronare
a pachetelor (PER), minimizarea erorii medii pătratice (MMSE) etc. Parametrii controlabili
sunt în general puterea semnalului, schema de modulaţie şi codare, metoda de combinare, de
egalizare, geometria antenei etc.
Analiza tehnicilor adaptive este realizată în contextul noilor tehnologii şi sisteme de
comunicaţii wireless de bandă largă WLAN 802.11a / b /g / n şi WiMax 802.16 -2004,
802.16e. Principalele probleme tehnice ale acestor sisteme sunt legate de resursele radio
limitate – spectru, puteri de transmisie, de interferenţe, atenuări şi propagarea multicale. Teza
analizează moduri în care aceste probleme pot fi rezolvate - fie prin reducerea efectelor lor,
fie prin exploatarea avantajoasă a acestora.
Majoritatea noilor sisteme wireless (e.g. WLAN 802.11a/g/n, familia WiMAX 802.16),
se bazează pe capacitatea tehnologiei OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
de a contracara efectele propagării multicale.
O altă caracteristică cheie a noilor standarde wireless este utilizarea sistemelor de antene
multiple (de exemplu sisteme MIMO-Multiple Input Multiple Output). Până recent antenele
adaptive erau considerate o caracteristică suplimentară în proiectarea sistemelor wireless de
generaţia doua şi a treia. În prezent ele sunt luate în considerare din fazele incipiente ale
proiectării. Specificaţiile interfeței radio 802.16a (ratificată în Ianuarie 2003) au fost primele
care au conţinut detalii despre sisteme de antene adaptive AAS (Adaptive Antenna Systems).

Majoritatea soluţiilor adaptive utilizate în sistemele wireless presupun un anumit grad de
cunoaştere a canalului şi necesită în fapt o foarte bună caracterizare a acestuia. Astfel, primul
pas în studiul tehnicilor adaptive este identificarea unor caracteristici generale ale canalului.
Există în prezent o multitudine de tehnici adaptive implementate la diferite nivele ale
unui lanţ de transmisie wireless, cât şi la nivel de reţea de echipamente wireless (Figura 1-1).
La primele nivele ale stivei OSI - stratul fizic, legături de date şi reţea - există tehnici adaptive
care implementează operaţiile/blocurile de egalizare, filtrare, modulaţie, codare, FEC, ARQ,
fragmentare, rutare, etc. Aceste tehnici rezolvă probleme disparate şi acţionează mai mult sau
mai puţin independent.
In tentativa de a realiza adaptarea la canalul radio am pornit de la observaţia că antena
reprezintă primul nivel de interfaţă echipament-canal şi deci aici se justifică o primă
intervenţie. Antena reprezintă de fapt un element pivot şi în percepţia utilizatorului asupra
calităţii serviciilor de comunicaţii radio. Caracterul interdisciplinar al studiului tehnicilor de
antene adaptive este ilustrat în Figura 1-2.
Observaţia principală la care am ajuns în urma studiilor efectuate priveşte necesitatea
unei abordări unitare, dar cu grad mare de flexibilitate, astfel încât problemele locale să
poată fi rezolvate local şi cele globale, global, ţinându-se cont de efectele unei acţiuni locale
la nivel global, şi reciproc.
O aborbare unitară, flexibilă şi eficientă a soluţiilor de adaptare în sisteme wireless poate
fi concepută după modelul mecanismelor cognitive ale organismelor biologice. În această
perspectivă, realizarea unui prototip de antenă autonomă, reconfigurabilă prin soft, ar putea
reprezenta primul pas către ceea ce am numit sistem cognitiv de antene [Chi08_2], [Chi09_2].
Tx / Rx
Modulatie, codare,
FEC, egalizare
OFDM
ARQ, fragmentare
Rutare
PHY
DL
NET
A
Figura 1-1: Tehnici adaptive la diferite nivele ale unui lanţ de transmisie wireless
4
Canalul radio
Antene adaptive
(reconfigurabile, inteligente)
MIMO
Beam-forming
Beam-steering
Diversitate spatiala
Multiplexare spatiala

ANTENNA
Channel & Propagation
modeling
Electromagnetics
Electronics
Figura 1-2: Caracterul interdisciplinar al tehnicilor de antene adaptive
1.2 Structura tezei. Contribuţii
CONTROL
Evolutionary algorithms
Adaptive
Antennas
Spectral estimation
Measurements
Capitolul 1 are un caracter introductiv.
În Capitolul 2 se analizează potenţialul adaptiv al tehnicilor de diversitate spaţială pe
baza unor implementări şi simulări ale algoritmilor de emisie şi de recepţie, pe o platformă
Matlab-Simulink WLAN 802.11a. Au fost testate scheme de diversitate la emisie bazate pe
codarea spaţiu-timp Alamouti în următoarele configuraţii: 2Tx-1Rx, 2Tx-2Rx, 4Tx-1Rx, 4Tx-
2Rx. De asemenea au fost comparate tehnici de combinare la recepţie – ThS, SDC, MRC – în
diferite configuraţii. Observaţiile detaliate au făcut posibilă identificarea aspectelor
problematice ale fiecărei tehnici şi stabilirea premizelor pentru noi abordări adaptive.
Rezultatele acestui studiu au fost publicate în volumele a cinci conferinţe IEEE, două jurnale
ISI şi alte jurnale şi conferinţe [Chi05_1], [Chi05_2], [Chi05_3], [Chi06_1], [Chi06_2],
[Chi06_3], [Chi06_4], [Chi06_5], [Chi07_2], [Cri07], [Cri08_1], [Cri08_2].
În Capitolul 3, pe baza observaţiilor din Capitolul 2, a fost propusă şi testată o nouă
abordare adaptivă: un combinor-egalizor adaptiv. Acest capitol prezintă o nouă abordare în
domeniul receptoarelor cu intrări multiple. Noutatea soluţiei constă în tratarea unificată,
simultană, a operaţiilor de combinare şi egalizare. În sistemul propus cele două operaţii
clasice sunt efectuate simultan şi nu secvenţial. Propunerea de combinor-egalizor din acest
capitol face parte dintr-un studiu mai larg, care încearcă să demonstreze că anumite operaţii
de-a lungul unui lanţ de transmisie sunt echivalente sau se suprapun parţial, și astfel ar fi
posibilă o tratare unificată/unitară a acestora.
Experimentele numerice arată îmbunătățiri semnificative ale BER (Bit Error Rate) şi ale
probabilităţii de întrerupere a legăturii, atât pentru condiţii de interior cât şi de exterior, cu
5
Random processes
Control systems
Communication
techniques
Adaptive systems
Array signal
processing
TELECOMM

fading plat şi selectiv. Structura de combinor-egalizor asigură valori mai scăzute ale BER, mai
ales in condiţii de zgomot ridicat (SNR mic) unde celelalte implementări – egalizor respectiv
combinor+egalizor sunt deficitare. Rezultatele au fost publicate în revista Acta Technica
Napocensis – Electronică si Telecomunicaţii - [Chi08_3], în volumul unei conferinţe IEEE -
[Chi08_5], într-o carte a editurii Springer - [Chi09_1] şi constituie baza unei cereri de
brevetare.
Capitolul 4 analizează capacităţile de reconfigurare ale sistemelor de antene MIMO. În
tentativa de a realiza adaptarea la canalul radio am pornit de la observaţia că antena reprezintă
primul nivel de interfaţă echipament-canal. Antena este vazută aici ca un element pivot în
realizarea adaptării, de performanţele ei depinzând în fapt şi percepţia utilizatorului asupra
calităţii reţelelor, echipamentelor şi serviciilor de comunicaţii radio. Se propune o nouă
tehnică adaptivă, de creştere a capacităţii sistemelor MIMO, în condiţii de vizibilitate directă
(LOS). Metoda - numită OSC-SSBC (Orthogonal Space Combining – Space-Space Block
Coding) - se bazează pe decorelarea căilor de propagare pentru obţinerea de sub-canale
ortogonale. Conceptul central este cel de matrice ortho-goal. Sunt discutate şi soluţii de
implementare bazate pe reţele de antene înalt parametrizabile prefigurându-se conceptul de
antenă virtuală. Se formulează două modele de antene adaptive: antena autonomă
reconfigurabilă software – SDAA (Software Defined Autonomous Antenna) şi modelul de
inspiraţie biologică – CAS (Cognitive Antenna System). O parte din rezultate au fost
publicate în lucrările [Chi05_3], [Chi07_3], [Cri07_2], [Chi08_1], [Chi08_2], [Cri08_3],
[Cri08_4], [Cri08_5], [Cri09_1], [Cri09_2] şi [Chi09_2].
Capitolulul 5 are ca principal obiectiv integrarea unor noi modele de propagare şi de
canal la nivelul stratului fizic al simulatorului open-source JiST/SWANS (Java in Simulation
Time / Scalable Wireless Ad hoc Network Simulator). S-a identificat necesitatea testării
tehnicilor adaptive pe o platformă unică, multistrat, înalt parametrizată. Ideea este de a
evidenţia efectele globale ale utilizării unei anumite tehnici şi influenţa ei asupra funcţionării
celorlalte nivele. Nucleul de simulare utilizat are o structură modulară, integrând straturile
fizic, legături de date, reţea, transport şi aplicaţie. S-a realizat implementarea si integrarea
modelelor de propagare (difracţie) Free Space + Reflection Multiple Difraction şi Epstein-
Peterson pentru legături SISO. De asemenea s-a realizat implementarea şi integrarea
modelului spaţial 3GPP TR 25.996 pentru canale MIMO.
Capitolul 6 prezintă concluziile detaliate ale tezei, contribuţiile şi direcţiile de continuare
care rezultă din abordările propuse în teză.
Principalele contribuţii din teză pot fi grupate în următoarele clase:
1. Evaluarea potenţialului adaptiv al tehnicilor de diversitate spaţială;
2. Unificarea operaţiilor de combinare şi egalizare - propunerea unui combinoregalizor
adaptiv – exemplificare a conceptului de prelucrare unificată şi abordare
unitară a soluţiilor adaptive pe lanţul de transmisie al unui sistem de comunicaţii
wireless;
3. Extinderea proprietăţilor de reconfigurare în sisteme MIMO – propunerea unei
tehnici adaptive de creştere a capacităţii utilizând antene adaptive – OSC SSBC
(Orthogonal Space Combining Space-Space Block Coding)
4. Dezvoltarea unei platforme pentru evaluarea tehnicilor adaptive – contribuţii la
dezvoltarea simulatorului wireless JiST/SWANS - integrarea de noi modele de
propagare pentru legături SISO şi a unui model complex de canal spaţial pentru
legături MIMO.
6

O vedere detaliată asupra contribuţiilor este prezentată în capitolul final.
Rezultatele prezentate în teză au fost publicate în 36 de articole dintre care: 11 în
volume ale unor conferinţe IEEE, două în jurnale ISI , trei ca şi capitole (contributed chapters)
în cărti apărute la Editura Springer, unul în jurnal indexat DBLP, 5 în jurnale naţionale
(CNCSISB+). Alte 9 lucrări au apărut în volumele unor conferinţe naţionale şi internaţionale.
Alte 6 articole abordând subiecte din domeniul tezei – dar neincluse în teză - au fost publicate
în volumele unor conferinţe internaţionale.
Cercetarea a fost parţial finanţată din proiectele: FP6 BROADWAN (2003-2006)
„Broadband Services for Everyone Over Fixed Wireless Access Networks”, grantul CNCSIS
AT220 (2007-2008) – „Software Platform for Dynamical Unanticipated Service Adaptation
Applied In Mobile Communications Systems” şi grantul CNCSIS pentru tineri doctoranzi TD
519 (2007) – „Development of New Adaptive Strategies for Broadband Wireless Systems”.
Raportul final al proiectului TD a fost selectat spre prezentare în cadrul conferinţei
CNCSIS10, 2008 şi a fost înregistrat la Biblioteca Naţională în seria Rapoarte Tehnice
[Chi08_R].
Figura 1-3: O vedere de ansamblu asupra problematicii adaptării la nivel de sistem de
comunicaţii radio. Integrarea contribuţiilor tezei
7

8
2
2. EVALUAREA POTENŢIALULUI ADAPTIV AL TEHNICILOR DE
DIVERSITATE SPAŢIALǍ
Acest capitol analizează potenţialul adaptiv al tehnicilor de diversitate spaţială pe baza
unor implementări şi simulări ale algoritmilor de emisie şi de recepţie, pe o platformă
Matlab-Simulink WLAN 802.11a. Au fost testate scheme de diversitate la emisie bazate
pe codarea spaţiu-timp Alamouti în următoarele configuraţii: 2Tx-1Rx, 2Tx-2Rx, 4Tx-
1Rx, 4Tx-2Rx. De asemenea au fost comparate trei tehnici de combinare la recepţie –
ThS, SDC şi MRC – în diferite configuraţii. Observaţiile detaliate au facut posibilă
identificarea aspectelor problematice ale fiecărei tehnici şi stabilirea premizelor pentru
noi abordări adaptive. Rezultatele acestui studiu au fost publicate în volumele a cinci
conferinţe IEEE, două jurnale ISI şi alte jurnale şi conferinţe [Chi05_1], [Chi05_2],
[Chi05_3], [Chi06_1], [Chi06_2], [Chi06_3], [Chi06_4], [Chi06_5], [Chi07_2],
[Cri07], [Cri08_1], [Cri08_2].
Tehnicile adaptive utilizate la ora actuală în sistemele de comunicaţii au ca scop
îmbunătăţirea disponibilităţii legăturii radio, a calității transmisiei şi o cât mai eficientă
utilizare a resurselor.
In acest capitol accentul a fost pus pe tehnici de diversitate spaţială, iniţiind investigarea
potenţialului adaptiv neutilizat al acestora. Capitolul prezintă analiza performanţelor unui lanţ
de transmisie WLAN 802.11a cu şi fără tehnici de diversitate. Au fost implementate şi testate
tehnici de diversitate la emisie, bazate pe scheme de codare spațio-temporală Alamouti, în
diverse configuraţii. De asemenea, au fost implementate şi testate tehnici de combinare la
recepţie – ThS (Threshold Selection), SDC (Selection Diversity Combining), EGC (Equal
Gain Combining) şi MRC (Maximum Ratio Combining), în diverse configuraţii.
Utilizarea tehnicilor de diversitate la emisie aduce îmbunătăţiri considerabile ale valorilor
principalilor parametri monitorizaţi PER (Packet Error Rate), SNR (Signal-to-Noise Ratio) şi
a ratei de bit, în comparaţie cu cazurile în care se foloseşte diversitate la recepţie sau nu se
foloseşte diversitate deloc. Aceste tehnici s-au dovedit a fi foarte eficiente în menţinerea
legăturii wireless (rate mici de eronare a pachetelor) în condiţii de propagare multicale.
2.1 Context, probleme, abordări
Pentru delimitarea ariei de investigare a fost întreprins un studiu comparativ al celor mai
recente tehnologii wireless de bandă largă standardizate: IEEE WLAN (Wireless Local Area
Network) - 802.11a şi 802.11n, standardele WiMAX (World Wide Interoperability for
Microwave Access) - 802.16-2004 şi 802.16e, şi MBWA (Mobile Broadband Wireless
Access) 802.20 [STD99], [STD03], [STD04m], [STD06e], [STD06n]. Tabelul 2-1
sintetizează principalele caracteristici ale unor tehnologii wireless fixe [Chi05_1].

Tabel 2-1: Privire comparativă asupra câtorva standarde pentru
tehnologii wireless fixe
Standardul
IEEE
802.11a 802.11n 802.16-2004
Organizare Wi-Fi Alliance WWiSE – World Wide
WiMAX – World
Spectrum Efficiency
Interoperability for
Microwave Access
Spectru 5GHz 2.4 sau 5GHz 2-11 GHz
Acoperire 54m (180feet) 25 – 50 m Până la 50 km (30 mile)
LOS, NLOS LOS, NLOS LOS, NLOS
Rata de Max 54 Mbps Max 135Mbps (2x2/20MHz) Max 75 Mbps (20 MHz)
transfer (real 6-30Mbps) 540Mbps (4x4 /40MHz)
Canale 20 MHz
20 MHz
Scalabile, de latime variabila
12 nesuprapuse 40MHz
între 1.75 MHz şi 20 MHz
Purtătoare 52
56
(SC) monopurtatoare
(48 de date, 4 pilot) (54 de date, 2 pilot)
(MC) multipurtatoare
Modulaţie BPSK, QPSK,
BPSK, QPSK,
16QAM, 64QAM
16QAM, 64QAM, 256QAM
Format OFDM MIMO(2x2) - OFDM SC, Adaptive 256 FFT OFDM
PHY
(obligatorie pt benzile
nelicentiate)
2048 FFT OFDMA
Codare Convolutional ½ - ¾ Convolutional 5/6 FEC – RS, CC ½ - 7/8 (BTC,
CTC)
O altă caracteristică cheie a noilor standarde wireless este utilizarea sistemelor de antene
multiple (de exemplu sisteme MIMO-Multiple Input Multiple Output). Până recent antenele
adaptive erau considerate o caracteristică suplimentară în proiectarea sistemelor wireless de
generaţia doua şi a treia. În prezent ele sunt luate în considerare din fazele incipiente ale
proiectării. Specificaţiile interfeței radio 802.16a (ratificată în Ianuarie 2003) au fost primele
care au conţinut detalii despre sisteme de antene adaptive AAS (Adaptive Antenna Systems).
Tabel 2-3: Probleme BWA (Broadband Wireless Access) şi soluţii curente
Probleme BWA Solutii
Disponibilitatea,
robustețea şi calitatea
legăturii
Acoperirea
Eficienţa spectrală
Capacitatea, debitul
OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
Control adaptiv al puterii
Modulaţie adaptivă
Alocare adaptivă a puterii pe grupuri de subpurtătoare
(Sub-channelization )
Antene direcţionale
FEC şi ARQ adaptiv (Forward Error Correction and
Automatic Repeat Request),
Tehnici de diversitate la emisie şi la recepţie,
Antene inteligente
Codare spațiu-timp STC (Space-Time Coding)
Sisteme de antene adaptive AAS (Adaptive Antenna
Systems)
Sisteme MIMO (Multiple Input Multiple Output)
Principalele probleme tehnice ale sistemelor de acces wireless de bandă largă sunt legate
de: disponibilitatea şi robusteţea legăturii, acoperire şi capacitate [Wif04], [Chi99], [Ram03],
[And03], [ICG04]. După identificarea acestor aspecte problematice şi a unor soluţii existente
9

(Tabelul 2-3) în teză se oferă o privire de ansamblu asupra principalelelor tehnici adaptive cu
accent pe cele utilizate la startul fizic şi interfaţa radio. La startul fizic putem avea egalizare
adaptivă, control adaptiv al benzii şi puterii, modulaţie adaptivă şi antene adaptive. La stratul
legături de date se pot face adaptări ale lungimii cadrelor sau ale mecanismului de corecţie a
erorilor.
Pe parcursul analizei întreprinse am identificat un potenţial adaptiv al tehnicilor de
diversitate şi multiplexare spaţială.
De asemenea am identificat posibile strategii adaptive şi combinaţii de tehnici - adaptive
sau nu - din a căror hibridizare poate emerge un model adaptiv capabil să îmbunătăţească
performanţele /comportamentul la nivel de sistem.
Figura 2-1: Schema bloc a platformei de simulare a stratului fizic WLAN 802.11a
Matlab-Simulink [cf. Cla03]
Studiile de canal efectuate pe platforma de simulare 802.11a PHY au dovedit necesitatea
introducerii unui sistem de antene multiple pe lanţul de transmisie pentru a contracara efectele
propagării multicale, specifice legăturilor în sistemele ce operează în banda de 5 GHz.
Încorporarea oricărei scheme de diversitate pe platforma 802.11a va îmbunătăți rata de
transfer.
10

3. DEZVOLTAREA UNUI COMBINOR-EGALIZOR ADAPTIV
PENTRU RECEPTOARE CU INTRĂRI MULTIPLE
11
3
Acest capitol prezintă o nouă abordare în domeniul receptoarelor cu intrări multiple. Se
propune schema unui combinor-egalizor adaptiv. Noutatea soluţiei constă în tratarea
unificată, simultană, a operaţiilor de combinare şi egalizare. În sistemul propus cele
două operaţii clasice sunt efectuate simultan şi nu secvenţial. Propunerea de combinoregalizor
din acest capitol face parte dintr-un studiu mai larg, care încearcă să
demonstreze că anumite operaţii de-a lungul unui lanţ de transmisie sunt echivalente
sau se suprapun parţial, și astfel ar fi posibilă o tratare unificată/unitară a acestora.
Rezultatele testelor arată îmbunătățiri semnificative ale BER (Bit Error Rate) în condiţii
de zgomot, unde alte abordări sunt deficitare, atât pentru condiţii de interior cât şi de
exterior, cu fading plat şi selectiv. Complexitatea schemei propuse este mai mică decât
pentru o implementare clasică de combinor (MRC sau SDC) urmată de un egalizor.
Rezultatele au fost publicate în revista Acta Technica Napocensis – Electronică si
Telecomunicaţii - [Chi08_3], în volumul unei conferinţe IEEE - [Chi08_5] şi într-o
carte a editurii Springer - [Chi09_1].
Propunerea de combinor-egalizor din acest capitol face parte dintr-un studiu mai larg,
care încearcă să demonstreze că anumite operaţii de-a lungul unui lanţ de transmisie sunt
echivalente sau se suprapun parţial, și astfel ar fi posibilă o tratare unificată/unitară/ simultană
a acestora. Astfel, se poate observa că algoritmi sau metode similare sunt folosite la diferite
nivele ale lanţului (în diferite blocuri) de prelucrare a semnalului. De exemplu, algoritmi de
ponderare şi linii de întârziere sunt utilizate la: antene adaptive, egalizoare, etc. Este de
aşteptat ca această tratare unificată să ducă la o scădere a timpului total de prelucrare, a
complexităţii, a dimensiunilor şi costurilor de realizare a suporturilor hardware.
Sistemul descris în acest capitol se bazează pe observarea unor asemănări între
combinarea MRC la recepție şi tehnicile de egalizare în timp. Ambele implică ponderarea şi
însumarea unor semnale întârziate. În cele mai multe cazuri, egalizarea se face după
combinare. Pe baza observațiilor realizate, s-a propus un bloc de prelucrare care efectuează
cele două operaţii simultan, ca o funcţie unificată de combinare și egalizare. Rezultatul este
combinorul-egalizor propus și descris în detaliu în acest capitol.
Combinorul-egalizor se bazează pe utilizarea mai multor linii de întârziere pentru fiecare
ramură de intrare (semnal recepţionat pe o antenă). Sistemul propus combină diferitele
variante de semnalele întârziate pentru fiecare ramură, şi încearcă, pe baza unui algoritm de
minimizare a erorii medii pătratice, să genereze un model invers de canal, bazat nu numai pe
o singură intrare, ci pe toate ramurile (2, 3, ... N). Combinorul-egalizor este un sistem MISO
(Multiple Input Single Output). Algoritmul de calcul al ponderilor utilizează aceeaşi secvenţă
de antrenare pe care ar fi utilizat-o egalizorul într-o configuraţie standard (combinor urmat de
egalizor).

3.1 Principiul combinorului-egalizor adaptiv propus
Combinorul-egalizor propus [Chi08_3], [Chi08_5], [Chi09_1] este descris în Figura 3-1.
Poziționarea sa în lanțul de recepție este indicată în Figura 3-2. Combinorul-egalizor se
bazează pe următoarele principii:
(1) Similar cu egalizoarele în timp cu structură transversală se utilizează lanțuri de
celule de întârziere, numite și linii de întârziere, cu deosebirea că vor exista mai multe
asemenea lanțuri de întârziere, câte unul pentru fiecare intrare. Dimensiunea acestor lanțuri,
ca şi în cazul egalizoarelor obișnuite, depinde de mărimea dispersiei valorilor întârzierilor
semnalului. La stabilirea dimensiunii acestor lanțuri de celule de întârziere trebuie ținut cont
și de diferența maxima a întârzierilor dintre căile de propagare diferite. În principiu, pentru
condițiile de exterior (outdoor) lanțurile de întârziere sunt mai lungi.
(2) Combinorul-egalizator propus se comportă practic ca un clasificator, acesta
incluzând și decizia, reconstrucția binară. Funcţia sa principală este aceea de a clasifica corect
simbolurile primite (în funcţie de schema de modulație). Astfel, se evită modelarea inversă a
canalului și dezavantajele care decurg din aceasta, cum este introducerea de zgomot adițional.
(3) Dat fiind că privim egalizarea ca o problemă de clasificare a vectorilor de intrare,
putem utiliza practic orice algoritm de instruire, cu condiția ca acesta să fie cât mai rapid și
cât mai puțin complex. O soluție la îndemână este de a utiliza o rețea neuronală liniară sau
neliniară. Algoritmii de instruire utilizați pot fi aceiași ca și în cazul egalizoarelor obișnuite.
s1(n)
s2(n)
Figura 3-1: Schema combinorului-egalizor propus. în configurație 2Rx, cu clasificator
liniar
12
y(n)

Figura 3-2: Poziționarea combinorului-egalizor propus la nivelul lanțului de recepție
Figura 3-1 descrie una dintre structurile posibile pentru implementarea combinorulegalizor.
Această structură este obţinută, conform principiilor descrise mai sus, prin utilizarea
mai multor linii de întârziere, câte una pentru fiecare ramură de recepţie. Se utilizează o
metodă de combinare liniară şi cei mai simpli algoritmi de adaptare pentru calculul ponderilor
(LMS sau RLS).
In Figura 3-3 este prezentată schema generalizată a combinorului-egalizor ce utilizează o
structură de tip IIR in loc de FIR (semnalul de la ieșire este adus la intrare, întârziat, decizia
binară fiind plasată in bucla de reacție) şi clasificatori neliniari rapizi, cum ar fi RBF (Radial
Basis Functions), fuzzy sau SVM (Support Vector Machine). De altfel, abordarea de tip
clasificator are avantajul faptului că nu se încearcă inversarea caracteristicii canalului si astfel
se evită dezavantajul principal al egalizoarelor de tip ZF (Zero Forcing) care este amplificarea
zgomotului.
Figura 3-3: Schema generalizată a combinorului-egalizor propus
Așa cum rezultă și din Figura 3-2, prelucrarea semnalului se face în banda de bază.
Ieșirea combinorului-egalizor este data de formula de mai jos:
unde:
intrari/ramuri
Lanţ de L celule de intarziere z -1
Lanţ de L celule de intarziere z -1
Lanţ de L celule de intarziere z -1
Generator secventa
antrenare
y =
∑ ∑
j= 1 .. M i=
1..
N
13
s
j
w
ji
Clasificator
supervizat,
instruibil online
(Liniar, RBF,
Fuzzy, SVM,
etc.)
Lanţ de M celule de intarziere z -1
z
−i
feedback

- y este ieșirea combinorului-egalizor,
- sj este intrarea combinorului-egalizor pentru ramura j,
- M este numărul de ramuri de recepţie,
- N este numărul de celule de întârziere pe o ramură (același pentru fiecare ramură),
- wij este ponderea i pentru ramura j (in cazul algoritmului LMS se calculează pe baza
erorii).
3.2 Evaluarea experimentală a performanţelor combinorului-egalizor
propus
Pentru a evalua performanţa abordării unificate combinare-egalizare au fost testate, pe
acelasi lanţ de recepţie, implementările: combinor-egalizor, combinor + egalizor si egalizor
simplu. În ceea ce priveşte realizarea simulărilor, un prim obiectiv a fost analizarea
performaţei din punct de vedere al ratei erorii de bit, BER, pentru diferite canale radio. S-a
urmărit, de asemenea, o ajustare a parametrilor de proiectare cu scopul de a analiza efectele
acestora asupra performaţelor [Chi08_3], [Chi08_5], [Chi09_1].
În acest sens, am consultat specificațiile WINNER II [WIN07] ale modelelor de canale
spaţiale. Pe baza acestor specificații s-au ales valorile pentru dispersia întârzierilor (delay
spread) și deviația Doppler pentru condițiile de interior, interior-exterior, şi respectiv exterior.
Implementarea combinorului-egalizor s-a realizat în Matlab/Simulink. Pentru aceasta s-a
pornit de la un sistem de transmisie existent, cu modulație 4-QAM (QPSK), cu egalizare
liniară adaptivă (Figura 3-4).
Figura 3-4: Integrarea combinorului-egalizor propus în lanțul de transmisie QPSK
[Chi08_3]
14

Figura 3-5 : Captură de ecran – simulare combinor-egalizor 1Tx-2Rx, condiţii outdoor,
SNR=10dB
Experimente numerice
Un prim experiment s-a bazat pe trei configurații de testare: configurația 1Tx-1Rx cu
egalizor simplu (fără combinare) şi configurațiile 1Tx-2Rx şi 1Tx-3Rx, acestea din urma fiind
bazate pe combinorul-egalizor adaptiv propus. S-a ales un bloc canal de tip Rayleigh, cu o
deviație Doppler de la 20 la 50 Hz, şi întârzieri de la 1µs la 6 µs (condiții exterior, propagare
multicale). Egalizorul lucrează în mod sincron: durata întârzierii unei celule de întârziere este
egala cu perioada de simbol.
Câştigul adus de utilizarea combinorului-egalizor, pentru două intrări (2Rx), este de
aproximativ 17dB, iar pentru trei intrări (3Rx) este de 25 dB (la BER=10 -2 ); acesta creşte
pentru valori mai mici ale BER. Figura 3-6 ilustrează rezultatele simulărilor pentru valori ale
SNR de la -10 la 40 dB. Pentru un BER= 10 -5 câştigul obţinut prin utilizarea configuraţiei
3Rx faţă de 2Rx este de 13dB, iar pentru un BER= 10 -4 câştigul este de 8 dB.
Pentru a evalua comparativ performaţa abordarii unificate combinare-egalizare au fost
testate, pe acelasi lanţ de recepţie, implementările: combinor-egalizor, combinor + egalizor si
egalizor simplu. Dintre combinoare am ales combinorul SDC (Selection Diversity Combining)
pentru raportul său performanţă-complexitate.
15

Figura 3-6: Performaţele combinorului-egalizor adaptiv propus (outdoor, canal
Rayleigh, modulaţie QPSK) [Chi09_1]
Figura 3-7: Evaluarea comparativă a performanţelor combinorului-egalizor pentru
condiţii de interior
16

Figura 3-8 : Evaluarea comparativă a performanţelor combinorului-egalizor pentru
condiţii de exterior
In Figura 3-7 şi în Figura 3-8 se pot urmări performanţele combinorului-egalizor
comparativ cu cele ale unui egalizor clasic, cu ale unui combinor SDC urmat, respectiv
precedat de egalizor. Condiţiile simulate sunt: canal AWGN, canal cu fading plat, canal cu
fading selectiv, outdoor şi indoor.
A fost analizată şi influenţa numărului de celule de întârziere de pe fiecare ramură, pentru
condiţii de exterior şi SNR mic (SNR=5dB). S-a observat că peste un anumit număr de celule
(18) imbunatatirile la nivel de BER nu mai sunt semnificative.
Rezultatele arată îmbunătățiri semnificative de performanţă în ceea ce priveşte
probabilitatea de întrerupere a legăturii (outage probability) pentru ambele tipuri de condiţii,
de interior și de exterior. Structura de combinor-egalizor asigură valori mai scăzute ale BER,
mai ales in condiţii de zgomot ridicat (SNR mic) unde celelalte implementări – egalizor si
combinor+egalizor sunt deficitare.
17

18
4
4. EXTINDEREA PROPRIETĂŢILOR DE RECONFIGURARE ŞI
CREŞTEREA CAPACITĂŢII ÎN SISTEME MIMO UTILIZÂND
ANTENE ADAPTIVE
Capitolul analizează capacităţile de reconfigurare ale sistemelor de antene MIMO. In
tentativa de a realiza adaptarea la canalul radio am pornit de la observaţia că antena
reprezintă primul nivel de interfaţă echipament-canal. Antena este vazută aici ca un
element pivot în percepţia utilizatorului asupra calităţii serviciilor de comunicaţii radio.
Se propune o nouă tehnică adaptivă de creştere a capacităţii sistemelor MIMO în
condiţii de vizibilitate directă (LOS). Metoda - numită OSC-SSBC (Orthogonal Space
Combining – Space-Space Block Coding) - se bazează pe decorelarea căilor de
propagare pentru obţinerea de sub-canale ortogonale. Conceptul central este cel de
matrice ortho-goal. Sunt discutate şi soluţii de implementare bazate pe reţele de antene
înalt parametrizabile prefigurându-se conceptul de antenă virtuală. Se formulează două
modele de antene adaptive: antena autonomă reconfigurabilă software – SDAA
(Software Defined Autonomous Antenna) şi modelul de inspiraţie biologică – CAS
(Cognitive Antenna System). O parte din rezultate au fost publicate în lucrările
[Chi05_3], [Chi07_3], [Cri07_2], [Chi08_1], [Chi08_2], [Cri08_3], [Cri08_4],
[Cri08_5], [Cri09_1], [Cri09_2] şi [Chi09_2].
Tehnica propusă reprezintă o metodă de creştere a capacităţii sistemelor MIMO în
condiţii de vizibilitate directă (LOS). Ea se bazează pe decorelarea căilor de propagare şi
obţinerea de sub-canale ortogonale. Conceptul central este cel de matrice ortho-goal, concept
introdus recent şi care apare intr-o singură referinţă [Tso06]. Metoda de combinare ortogonală
la recepţie – OSC permite reducerea redundanţei la emisie, de exemplu faţă de tehnica STBC
(Space-Time Block Coding) [Cri08_4]. Noua tehnică permite astfel creşterea semnificativa a
capacitatii unei legături cu antene multiple (intre 45% si 90% pentru SNR intre 10 si 40 dB).
În contextul sistemelor de comunicaţii de mare viteză, sistemele de antene multiple sunt
luate de acum în considerare încă din faza de proiectare.
După identificarea principalelor avantaje şi dezavantaje ale sistemelor de antene multiple
se analizează patru mecanisme prin care acestea pot îmbunătăţi capacitatea de transfer a unei
reţele radio: formarea și direcţionarea fascicolului (beamforming, beam-steering), diversitatea
la emisie şi la recepţie şi multiplexarea spaţială (MIMO-Multiple Input Multiple Output).
Pe baza unei diagrame bloc şi a modelului matematic al unei configuraţii 2Tx-2Rx OSC-
SSBC se propune o soluţie de implementare numită în teză antenă virtuală (bazată pe o reţea
parametrizabilă).
Pe baza observaţiilor efectuate s-au conturat premisele unor noi strategii adaptive,
imaginându-se la nivel conceptual o antenă reconfigurabilă software – SDAA (Software
Defined Autonomous Antenna), considerată primul pas către un alt concept pe care l-am
numit sistem cognitiv de antene – CAS (Cognitive Antenna System) [Chi08_2], [Chi09_2].
Integrarea acestor antene pe o platformă SDR (Software Defined Radio) se materializează

într-o nouă arhitectură SDR&SDDA [Cri08_3], utilă în procesul de prototipare a ideii de
extindere a conceptului SDR la antenă. Avantajul utilizării nanotehnologiilor extinde
posibilitatea de control şi/sau reconfigurare asupra unei antene multiple de tip pixel-patch.
Impactul unui astfel de sistem ar fi în gestionarea inteligentă a resurselor radio, reducerea
poluării electromagnetice, creşterea fiabilităţii și astfel reducerea cantităţii de deşeuri
electronice.
Rezultatele pe care se bazează acest capitol au fost publicate în volumele unor conferinţe
IEEE – [Chi07_3], [Cri08_3], [Cri08_5], [Cri09_2], [Chi09_2] două dintre articole fiind
selectate ulterior spre publicare în cărţi ale editurii Springer - [Chi08_1] şi [Cri09_1]. Alte
lucrări au fost publicate în revista Acta Technica Napocensis
Electronics&Telecommunications - [Cri07_2], [Cri08_4], în volumul unei conferinţe
naţionale - [Chi05_3] şi al unei conferinţe internaţionale specializată în sisteme evolutive -
[Chi08_2].
4.1 Sisteme de antene multiple – scopuri şi beneficii, direcţii de cercetare,
aspecte problematice, mecanisme şi tehnologii de bază
Contribuţia din acest capitol are ca punct de plecare rezultatele descrise de Alexiou şi
Cetiner în articolele [Ale04] şi [Pep04]. Ei identifică principalele direcţii de cercetare în
domeniu şi evidenţiază potenţialul antenelor multiple reconfigurabile. În [Ale04], [Pep04],
[Par04] şi [Cet04] se stabilesc principalele probleme şi beneficile ce apar în cazul utilizării
antenelor multiple, în special atunci când acestea sunt adaptive/ reconfigurabile.
Adoptarea tehnicilor ce implică utilizarea antenelor inteligente în generaţiile următoare
de sisteme wireless, ar necesita ca toate caracteristicile oferite de sistemele inteligente de
antene să fie integrate încă din faza de proiectare pentru a avea impactul scontat în creșterea
eficienţei spectrale, minimizarea costurilor de instalare a noilor reţele wireless, îmbunătățirea
calităţii serviciilor şi realizarea unui context de reconfigurare, robust şi transparent.
La ora actulală, cercetarea în acest domeniu este axată pe următoarele probleme:
1) Proiectarea şi dezvoltarea de algoritmi avansaţi de prelucrare a semnalelor oferite de
elementele antenei multiple, ce să permită adaptarea dinamică la variaţiile condiţiilor de
propagare, la variaţiile reţelei în diverse condiţii de utilizare,
2) Proiectarea şi dezvoltarea unor strategii inovative pentru optimizarea performanţelor la
nivel de sistem şi de creştere a transparenţei de operare între platforme şi sisteme wireless
diferite,
3) O evaluare realistă a performanţelor algoritmilor şi strategiilor propuse (bazate pe
modele consistente ale canalului radio), a modelelor de propagare (interferenţă între semnale
etc.), prin alegerea corectă a metricilor de performanţă a metodologiilor de simulare,
4) O analiză a costurilor de implementare, a costurilor suplimentare datorate creşterii
complexităţii, determinate de utlizarea antenelor inteligente pentru sistemele wireless din
generaţia viitoare [Ale04].
Principalele categorii de tehnici de antene multiple sunt : diversitatea spaţială,
multiplexarea spaţială și antenele adaptive.
Sistemele adaptive de antene sunt considerate în esenţă sisteme ce îşi ajustează în mod
automat caracteristica de radiaţie pentru atingerea unor performanţe predeterminate pe baza
unui criteriu cum ar fi minimizarea BER, minimizarea MMSE, maximizarea SNR, a
raportului S/I (Signal to Interference) sau a marginii legăturii [And03], [Gro05], [Tso06]..
19

Avantajele majore ale configuraţiilor bazate pe antene multiple sunt: factorul de câştig al
reţelei de antene, câştigul în diversitate şi capacitatea de suprimare a interferenţei co-canal.
Acestea duc la îmbunătăţirea acoperirii, robusteţii legăturii şi capacităţii sistemului.
Standardele IEEE WLAN şi WMAN suportă în mod curent câteva moduri de utilizare a
antenelor multiple ce includ STC (Space Time Coding), sisteme MIMO şi sisteme adaptive de
antene multiple (AAS – Adaptive Antenna Systems). Aceasta este noua abordare în
proiectarea şi implementarea sistemelor radio fixe şi mobile, venind în întâmpinarea nevoilor
de creştere a debitelor de date şi a unei calităţi mai bune a serviciilor.
Sistemele MIMO utilizează antene multiple pentru emisie şi recepţie şi prelucrări ale
semnalului la ambele capete (lanţ emiţător/receptor) pentru o transmisie RF complexă pe mai
multe căi. Pe lângă căile temporale şi în frecvenţă, MIMO adaugă o a treia dimensiune -
spaţială. Pentru a lucra în condiţii mai bune este nevoie de o propagare multicale, ce constituia
practic un impediment al sistemelor clasice.
Un sistem MIMO este unul complex după cum se vede în Figura 4-1 [Jan04], [Ges03_1],
[Ges03_2], [Ran04]. Fluxul de date de intrare este divizat în sub-fluxuri independente, ce se
transmit simultan.
b1 b2 … bj …
Mecanisme Filosofia
Formarea
fascicolului
(Beamforming)
Separare date
Directionarea
fascicolului
(Beam-steering)
Diversitate la
emisie și/sau la
recepție
b1
bj bT+j
bT b2T
Tx
Figura 4-1: Model schematizat de sistem MIMO
Tabelul 4-1: Mecanisme ale sistemelor de antene multiple
-ponderarea și
insumarea
semnalelor la
fiecare antenă pt a
controla răspunsul
unghiular al reţelei
-transmiterea
aceluiasi semnal cu
faze diferite, pe
mai multe antene
-transmisie
simultana
-combinare
coerenta la Rx
Codare
Modulare
Mapare
Ponderare
1
j
T
Avantaje Limitari / Dezavantaje
-extinde acoperirea unei WLAN
prin creşterea SNR la Rx.
-se pot obtine capacitati de transfer
mai mari datorita calitatii crescute a
legăturii
-utilizat pentru separarea unghiulara
a semnalelor utile de interferente
-poate fi folosit pt a exploata la
maxim puterea disponibila a
semnalului și pt a diminua
interferentele.
-anularea interferentelor
-maximizarea calitatii legăturii
(BER minim, rata de transfer
maxima)
-imbunatateste capacitatea medie de
transfer a unui sistem wireless prin
diminuarea efectelor fadingului
-face posibila operarea la o rata
20
1
i
R
Ponderare
Demapare
Demodulare
Decodare
Rx
-date identice sunt transmise
simultan pe toate antenele; astfel,
capacitatea de transfer maxima
poate fi imbunatatita doar
indirect, prin creşterea ordinului
de modulatie.
-exista restrictii practice referitor
la cât de mult poate fi crescuta
capacitatea de transfer în acest
mod.
-grad de libertate limitat
-complexitate
-necesitatea unor date complexe
despre canal
Reasamblare
b1 b2 b3 …
-în practica, imbunatatirile
semnificative scad aproximativ
de la al patrulea ordin de
diversitate în sus,

Multiplexare
spațiala
-transmiterea
simultana a unor
fluxuri de date
independente, pe
antene diferite, și
utilizarea antenelor
multiple la recepție
pentru separarea
fluxurilor care
interfereaza
mare de transfer datorita marii
rezistente la fading
-este cea mai puternica strategie
MIMO pt creşterea capacitatii
maxime de transfer intr-un sistem
-creştere lineara a capacitatii cu
min(M, N).
21
-ca și în cazul beamforming-ului,
creşterea ordinului modulatiei are
un potential limitat în ce priveste
creşterea capacitatii de transfer.
-vulnerabil la “auto-interferenta”
între sub-canalele spațiale, mai
ales când canalele sunt corelate,
-un detector ML este adesea
inacceptabil de complex ca
implementare, iar alternative mai
putin complexe prezinta
diversitate mai mica și în
consecinta performaţe mai slabe.
In Figura 4-2 se prezintă o privire de ansamblu asupra mecanismelor şi tehnicilor de antene
multiple, extrasă pe baza descrierilor din [Lee03], [Jan04], [Wan08].

DD
SIMO
MRC SDC ThS
EGC
CDD
(CSTD)
SD SM AAS
Open Loop
(No CSI at Tx)
STBC FHDC-OFDMA
Alamouti
MAT
MISO
Closed Loop
(CSI at Tx)
AAS
ABS MRT EBF
STC-MIMO SM-MIMO
AMS
22
TDD
FDD
MIMO
Figura 4-2: Tehnici de antene multiple – privire de ansamblu
V-BLAST
D-BLAST
ML, ZF,
MMSE, SIC
MAT – Multiple Antenna Techniques
SD – Spatial Diversity
SM – Spatial Multiplexing
AAS – Adaptive Antenna Systems
SIMO – Single Input Multiple Output
MISO – Multiple Input Single Output
MIMO – Multiple Input Multiple Output
MRC – Maximum Ratio Combining
EGC – Equal Gain Combining
SDC – Selection Diversity Combining
ThS – Threshold Selection
DD – Delay Diversity
CDD – Cyclic Delay Diversity or
CSTD – Cyclic Shift Transmit Diversity
STBC – Space-Time Block Coding
FHDC – Freq Hopping Diversity Combining
ABS – Adaptive Beam Steering
MRT – Maximum Ratio Transmission
EBF – statistical Eigen Beamforming
V-BLAST - Vertical-Bell Laboratories -
Layered -Space-Time
ML – Maximum Likelyhood RX
MMSE – Minimum Mean Square Error
ZF – Zero Forcing Rx
SIC – Succesive Interference Cancelation
AMS – Adaptive Mode Selection or Adaptive
MIMO Switching

4.2 OSC-SSBC – propunerea unei tehnici adaptive pentru sisteme MIMO
S-a observat că sistemele MIMO lucrează cel mai bine în scenarii de interior, NLOS (Non
Line of Sight), unde parametrii canalului radio se modifică lent, propagarea multicale fiind
utilizată în acest caz ca un avantaj. Sistemele MIMO au nevoie de căi decorelate puternic deci nu
pot opera în condiţii LOS. Pentru medii de transmisie outdoor propagarea de tip LOS este
întâlnită în mod curent, iar performanţe bune se ating utilizând scheme de diversitate spaţială mai
degrabă la receptor (SIMO) decât scheme MIMO (în special la marginea celulei). Un alt motiv
pentru îmbunătăţirea performanţelor la recepţie cu ajutorul tehnicilor de diversitate spaţială este
faptul că, după cum se susţine în [Fra07], din punct de vedere al costurilor în UE (Uniunea
Europeană) s-a decis mandatarea sistemului SU-MIMO (Single User MIMO) pentru downlink,
doar în configuraţie 2x2. Deşi MIMO 4x4 este prevăzut în standard acest sistem va fi probabil
viabil doar pentru terminalele de dimensiuni mai mari (sisteme PC).
4.2.1 Descrierea tehnicii OSC-SSBC
In această secţiune este demonstrat şi evaluat matematic impactul reconfigurării adaptive a
antenei într-un scenariu LOS (Line of Sight). In cazul tehnicii OSC-SSBC, graţie combinorului
spaţial ortogonal de la recepţie, redundanţa la emisie poate fi redusă. Spre deosebire, de
exemplu, de tehnica STBC Alamouti, un simbol este transmis o singură dată, astfel rata de
transfer putându-se teoretic dubla. Faptul că schema Alamouti nu ajunge la un grad de libertate
maxim a fost semnalat în [Has03]. Rolul simbolurilor redundante este preluat aici de capacitatea
de reconfigurare spaţială a antenei ce va fi explicată în paragrafele ce urmează.
La receptor două simboluri pot fi ortogonale dacă utilizăm o reţea de antene ce gaseşte
distanţa optimă d dintre elemente şi unghiul Ω de orientare a elementelor (dispunerea în câmpul
electromagnetic), ţinând cont de matricea canalului radio. Este cunoscut faptul că formarea și
directionarea adaptivă a fascicolului (adaptive beamforming, beamsteering) pot îmbunătăţi
performanţele unui sistem bazat pe diversitate spaţială printr-o creştere semnificativă a
capacităţii.
În [Boe08] se discută beneficiile utilizării unor distanţe variabile între elemente şi ale
diversităţii unghiulare, pe baza unor simulări riguroase, fără a se prezenta însă un model
matematic ca suport. Diversitatea pasivă a antenei nu este suficientă pentru a determina o
creştere semnificativă a capacităţii sistemului MIMO. In paragrafele următoare se arată că
reconfigurarea adaptivă a distanţei dintre elemente şi reconfigurarea unghiulară sunt suficiente
pentru ca o antenă multiplă să determine, într-un cadru bazat pe diversitate la recepţie, creşterea
semnificativă a capacităţii de transfer [Cri08_4].
Atât timp cât canalul este caracterizat de fading plat, putând fi considerat constant pe
durata a două simboluri consecutive, poate fi aplicată schema de codare spaţiu-timp STBC, iar
matricea canalului H1 este de forma:
⎡h11
H 1 = ⎢
⎣h21
23
h12
⎤
h
⎥
22 ⎦
Capacitatea canalului MIMO rezultat se poate calcula astfel [Tso06]:
H
CMIMO
log2 det I M H1H
1 [ bps / Hz]
r M ⎟
t
⎟
⎛ ⎡ ρ
⎤⎞
= ⎜
⎢ + ⎥
⎝ ⎣
⎦⎠

unde Mr şi Mt reprezintă numărul de antene folosite la recepţie respectiv la emisie, ρ este
reprezentarea liniară a SNR, IMr este matricea unitate de ordin Mr şi H1 H este Hermitianul
matricii H1.
În schema propusă, OSC-SSBC, termenii corespunzători interferenţei intersimbol
* *
* *
S 2(
h21h11
+ h12h22
) şi S 1(
h11h21
+ h22h12
) sunt egalaţi cu zero pentru a elimina efectul lor asupra
semnalului recepţionat. Această condiţie este satisfăcută pentru o matrice de forma:
⎡
⎢
⎢ h11
H2
= ⎢
⎢ π
j
⎢
h 2
⎢ 22e
⎣
24
π ⎤
j ⎥
h 2
11e
⎥
⎥
⎥
h
⎥
22 ⎥⎦
H2 este o matrice orto-determinată (ortho-goal matrix) [Tso06]. Conditia ca o matrice sa fie
orto-determinata este:
H
H nH
n = nI n ,
unde n este numărul antenelor de emisie respectiv de recepţie (pentru configuraţia 2Tx-2Rx
n=2). In este matricea identitate. Se consideră toate modulele ij = 1
h .
Definirea matricei ortho-goal (ortho-determinată) apare in literatură doar în cartea lui G.
Tsoulos, MIMO System Technology for Wireless Communications [Tso06]. Aici este demonstrat
faptul că pentru o matrice ortho-goal a canalului capacitatea legăturii MIMO este maximă, adică
de n ori capacitatea unui canal SISO:
C mimo
= n 1
In particular, pentru configuraţia 2x2 (n = 2),
ρ = ρ
log 2
( + ρ )
( 1+
)
Cmimo = 2 log 2 ρosc
− ssbc
Pentru osc − ssbc se obţine dublul capacităţii, unde ρ este energia medie a semnalului
per antenă de recepţie (canal SISO) [Ger05]. In cazul cel mai defavorabil avem
ρ OSC − SSBC min = ρ / 2 , pentru nivel dublu de zgomot.
Este remarcabil faptul că atunci când matricea orto-determinată este găsită se pot considera
două sub-canale spaţiale independente, ortogonale (Figura 4-3 b), iar matricea canalului rezultă
prin convoluţia acestora [Cri08_4]. Cel mai simplu mod de schematiza acest lucru este de a
considera canalul divizat în două sub-canale spaţiale independente (h11 şi h22) ce sunt corelate
(prin h12, h21 – Figura 4-3 a).
Formalismul matematic implică transformări lineare conducând la n sub-canale SISO.
Capacitatea canalului MIMO va fi suma capacităţilor acestor n sub-canale SISO. Din păcate
zgomotul nu se poate separa spaţial, iar în cel mai rău caz SNR-ul pentru cazul OSC-SSBC se
reduce la jumătate comparativ cu cel al canalului SISO.

TxA
TxB
TxA
TxB
Figura 4-3: a) sub-canale spațiale corelate, b) sub-canale spațiale ortogonale
Figura 4-4: Capacitatea canalului pentru configuraţii LOS -
1x1 SISO, 1x2 MRC (SIMO) şi 2x2 OSC-SSBC (MIMO)
Pentru canale SIMO capacitatea [Tso06] se calculează astfel:
C simo
h12
h21
h11
h22
25
a)
2 2
h 11 + h12
2 2
h 22 + h21
b)
= 1
log 2
( + nρ
)
O evaluare comparativă a capacităţii funcţie de SNR este ilustrată în Figura 4-4, pe baza
ecuaţiilor (4), (5) şi (6), pentru trei configuraţii: 2x2 OSC-SSBC (pentru cazul cel mai
defavorabil ρ OSC − SSBC = ρ / 2 ), 1x2 MRC (SIMO) şi canal SISO.
În cazul utilizătii tehnicii OSC-SSBC, pentru un SNR de 10 dB, se poate observa o creştere
a capacităţii cu aproximativ 13,6% faţă de cazul SIMO şi cu aproximativ 45% faţă de cazul
RxA
RxB
RxA
RxB

SISO. Pentru un scenariu real vor trebui studiate efectele matricei pseudo-ortogoal asupra
acestei estimări a creşterii capacităţii .
Configuraţia OSC-SSBC 2Tx-2Rx propusă
In cazul tehnicii OSC-SSBC, graţie combinorului spaţial ortogonal (OSC) de la recepţie,
redundanţa la emisie poate fi redusă. Spre deosebire, de exemplu, de tehnica STBC, un simbol
este transmis o singură dată, astfel rata de transfer putându-se teoretic dubla. Configuraţia OSC-
SSBC 2Tx este prezentată în figura de mai jos unde se observă diferenţele faţă de STBC la
emisie. Redundanţa este redusă la jumătate prin transmiterea unui simbol o singură dată.
Figura 4-5: a) MIMO-STBC Alamouti b) Metoda propusă - OSC-SSBC
(în configuraţie 2Tx)
S-a presupus în continuare că avem de-a face cu un canal cu fading plat, quasi-staţionar pe
perioada a două simboluri şi reprezentat de matricea 2x2 H1, pentru condiţii de propagare cu
vizibilitate directă (LOS).
Pentru configuraţia OSC-SSBC 2x2 semnalele la receptor vor fi:
Si sub formă matriceală:
⎡S −
* ⎤
⎢ 1 S2
*
⎥
⎢⎣
S2
S1
⎥⎦
2 2
* *
( h11
+ h12
) + S2
( h21h11
+ h12h22
) + noiseterms
y = S
2
1
1
2 2
* *
( h21
+ h22
) + S1(
h11h21
+ h22h12
) + noiseterms
y = S
2
[ y y ] = [ S S ]
2
2
26
( 0)
+ n ( 0)
2 2
⎡ h
0
11 + h 0 ⎤
12
⎡n1
2
⎤
1 2 1 2 ⎢
2 2 ⎥ + ⎢
0
0
1(
0)
2 ( 0)
⎥
⎢⎣
h22
+ h21
⎥⎦
⎣
n + n ⎦
După cum s-a anticipat simbolurile S1 şi S2 interferă reciproc, deoarece termenii
* *
* *
2(
h21h11
h12h22
) S 1 h11h21
+ h22h12
sunt în general diferiţi de zero. Acesta este unul din
S + şi ( )
motivele pentru care Alamouti a introdus redundanţa, transmiţând acelaşi simbol de două ori
O diversitate spaţială simplă la recepţie nu este suficientă în cazul STBC Alamouti, fapt ce
implică necesitatea creşterii redundanţei temporale (responsabil este fadingul pe canal). Costul
plătit de STBC Alamouti constă în descreşterea debitului şi o penalizare energetică de 3 dB ce se
răsfrânge asupra SNR.
În schema OSC-SSBC propusă termenii de interferenţă pot fi egalaţi cu zero (în anumite
condiţii) pentru evitarea interferenţei intersimbol. Această condiţie este îndeplinită dacă matricea
canalului este orto-determinată.
Antena joacă un rol extrem de important în determinarea matricii H2. Considerând că deşi
antena nu poate schimba caracteristicile canalului radio, ea poate alege o matrice potrivită dintr-
⎡
S
⎢ 1
⎢
⎣
S2
S
⎤
3 ⎥
S ⎥
4 ⎦

un număr infinit de matrici prin schimbarea parametrilor săi geometrici cum ar fi: distanţa dintre
elemente şi orientarea/dispunerea acestora în câmpul electromagnetic.
4.2.2 Formarea adaptivă a fascicolului utilizând OSC
Metoda propusă OSC-SSBC combină la recepţie formarea şi direcţionarea fascicolului,
utilizând o reţea de antene. Pentru simplificare vom considera o reţea cu două elemente, într-o
configuraţie LOS, 2Tx-2Rx. În acest caz numai două semnale (două fronturi de egală fază) ajung
la receptor în acelaşi moment, la aceeaşi frecvenţă: yA, ajunge de la TxA, simultan la cele două
elemente ale reţelei. yB ajunge de la TxB la reţea sub un unghi α (Figura 4-6).
Antena adaptivă are abilitatea de a-şi modifica dinamic distanţa dintre elemente d, cu un pas
*
(unde n∈ N , Figura 4-6). Semnalele yA şi yB ajung la receptor simultan.
y B
RxA
Figura 4-6 Combinorul Spaţial Ortogonal propus – OSC; se bazează pe
reconfigurabilitatea antenei (d şi Ω)
Un combinor MRC clasic lucrează prin modificarea ponderilor (coeficienţilor complecşi)
păstrând constanţi parametrii antenei.
Ideea în cazul combinorului OSC este de a găsi distanţa adecvată dintre elementele antenei,
π
d, pentru care avem: ϕ = β AC = . Cele două căi sunt separate (ortogonale) pentru:
2
C
TxA TxB
ys
λc
d = ,
4cos
α
unde λc este lungimea de undă a purtătoarei). Semnalul yB devine ortogonal cu yA (semnalul util),
iar semnalul rezultat, yS nu este influenţat de yB .
Acest rezultat induce ideea că antena de tip reţea poate face o selecţie spaţială între două
semnale ce ajung la aceasta în acelaşi timp şi având aceaşi frecvenţă, dar sub unghiuri diferite
(selecţie spaţială). Când coeficienţii c1 şi c2 sunt controlabili avem de-a face cu beamsteering,
putând schimba direcţia lobilor de radiaţie ai antenei. Când distanţa d dintre elemente se
modifică se produce efectul de beamforming, iar de data aceasta se modifică forma lobilor
[Lit96].
Un combinor MRC clasic utilizează algoritmii MMSE (Minimum Mean – Square Error)
sau LMS (Least Mean Square) pentru estimarea canalului pe bază de piloţi. Aceste metode
vizează răspunsul canalului pentru calcularea ponderilor ci. Când se determină ponderile ci avem
de-a face cu un combinor spaţiu-timp (e.g. cazul MRC), iar când se schimbă geometria antenei
reţea (aici distanţa d dintre elemente) vorbim de un combinor spaţial (spaţiu-spaţiu, cazul OSC).
27
y A
y1 d = n∆ y 2
*
c 1 = c2
c2
y B
α
RxB

Astfel discriminarea semnalelor devine posibilă (selecţia lor spaţială) chiar dacă ajung cu aceeaşi
frecvenţă.
Este relevată posibilitatea de a determina ortogonalitatea între yA şi yB numai pe baza
ponderilor (cazul MRC - prelucrare spaţiu-timp), dar această metodă depreciază SNR-ul, iar
coeficientii trebuie recalculaţi în mod continuu. Metoda OSC nu exclude metoda clasică ce poate
fi utilizată prin controlarea ponderilor, dar OSC nu depreciază SNR-ul prin combinarea spaţială.
4.2.3 Rolul reţelei de antene în identificarea matricii ortho-goal
Distanţa dintre emiţător şi receptor, viteza lor relativă, puterea de emisie şi obstacolele au
un impact major asupra coeficienţilor matricei canalului. Aceştia sunt factori dificil de controlat.
Totuşi există un dispozitiv ce poate influenţa semnificativ matricea canalului, fiind sub controlul
direct al sistemului de recepţie: sistemul de antene multiple de la recepție. Poziţia în câmp şi
distanţa dintre elemente reţelei sunt principalii parametrii geometrici ce pot influenţa matricea
canalului. Se pot găsi condiţiile pentru care aceasta va fi de forma H2. Fronturile egală fază care
sosesc la receptor sunt considerate plane în zona de câmp îndepărtat. Considerând un mediu LOS
simplificat (cu două căi) şi o matrice de tipul H1, există doar două fronturi de egală fază
corespunzătoare fiecărei antene de emisie.
Pe baza configuraţiei 2Tx-2Rx OSC-SSBC propuse, fie două fronturi de egală fază unul ce
provine de la antena 1, iar celălalt de la antena 2; amândouă ajung la antenă sub acelaşi unghi α
(Figura 4-7 – Cazul 1). Săgeţile NA şi MB indică direcţia de propagare a fiecărui front, BN şi
respectiv AM. Frontul AM conţine simbolul S2, iar BN pe S1.
N M
O
o
90
o
90
A α d α B
Ant. 2 Ant. 1
28
γ
Reference axis
A
Ant. 2
N M
O
90
o
90
o
γ + α
2
d
Ω =
α − γ
2
γ + α
2
α
Ant. 1
Figura 4-7: Cazul 1 – fronturi de egală fază, AM și BN, sosesc sub același unghi α
Cazul 2 – fronturile de egală fază AM si BN sosesc sub unghiuri diferite (γ si α)
Prin rotirea reţelei cu unghiul Ω, cazul 2 se reduce la cazul 1, în care fronturile sosesc sub acelaşi
unghi.
4.3 Soluția de implementare propusă. Antena virtuală
În această secțiune se propune o soluție de implementare a antenei care va face posibilă
operarea tehnicii descrise anterior OSC-SSBC, propusă de autori în [Cri08_4]. Această soluție
face posibilă și reconfigurarea frecvenţei, polarizării și adaptării de impedanță.
În esență, antena virtuală, este o reţea parametrizabilă, a carei frecvenţă de rezonanţă,
polarizare și impedanță de intrare pot fi modificate dinamic [Chi07_3, Cri08_3]. Aceasta face
B

posibilă baleierea unei anumite benzi, proprietate foarte utilă pentru echipamentele radio
cognitive care urmăresc o mai eficientă utilizare a spectrului radio.
Structura aleasă pentru antena reconfigurabilă este o reţea de elemente pixel-patch metalice,
interconectare prin MEMS-uri de radiofrecvenţă sau diode PIN. Reţeaua poate fi alungită,
scurtată sau deplasată prin comanda MEMS-urilor sau a diodelor PIN.
O serie de articole cum ar fi [Cet04, Jof02, Erd07] propun structuri de antene
reconfigurabile cu MEMS-uri construite pe un suport de siliciu monolitic. Tehnologia MEMS
standard este diferită de cea utilizată pentru fabricarea elementelor pixel-patch. Astfel, am
idenitificat necesitatea utilizării unei tehnologii unitare pentru elementele MEMS și pentru cele
pixel-patch. Astfel, reţeaua de antene cu substrat comun ar fi mai puţin costisitoare și ar putea fi
controlată în mod unitar ca o singură entitate. Aceasta ar duce și la reducerea complexităţii de
calcul a modulului de control.
a)
2.4GHz
b)
5 GHz
Frequency reconfiguration Polarization reconfiguration
Adaptive impedance matching
Figura 4-8: Structura și proprietățile de reconfigurare ale antenei pixel-patch
Figura 4-9: Modelarea și simularea reţelei parametrizabile
Intensitatea câmpului eletric în structura parametrizabilă cu două elemente patch. Diagrama de radiaţie 3D
și directivitatea zonei active.
29
horizontal
vertical

Influenţa zonei radiante asupra zonei adiacente inactive este foarte mică (0,004 – 1,135 V/m).
Utilizând un plan perfect conductor între elementele patch, distanţa se poate reduce chiar la λ/12.
Este posibilă captarea matricii ortho-goal prin deplasarea structurii cu un pas dat fară a afecta
frecvenţa de rezonanţă şi lărgimea de bandă.
4.4 Viziuni emergente. Antena cognitivă
Analiza proprietăţilor de reconfigurare întreprinsă în acest capitol a condus la o serie de
viziuni emergente în legătură cu sistemele de antene multiple. Ideile principale vor fi descrise
mai jos.
Modelul sistemului cognitiv de antene
Pornind de la arhitectura unui sistem cognitiv descrisă în [Bus07] și pe baza cercetărilor
noastre anterioare [Chi07_3], [Chi07_2], [Cri08_3] am imaginat modelul unui sistem cognitiv de
antene de inspiraţie biologică (Figura 4-10).
Un echipament radio cognitiv include o serie de senzori care monitorizează continuu diferite
aspecte ale mediului de operare. Modulul de percepţie și observare, care în sistemele cognitive ar
fi implementat prin senzori, este reprezentat în cazul nostru de reţeaua de antene. O antenă este
deja un senzor, ea „simte” și captează undele electromagnatice și le transformă în semnal
electric.
Partea de ‚modele de cunoaştere’ poate fi reprezentată de modele specifice de propagare și
canal. În cazul sistemelor de antene multiple (MIMO), se vor folosi modele spațiale de canal.
Cognitive antenna system
LEARNING &
REASONING
Genetic
algorithms/
functions
PLANNING &
Cognitive CONTROL &
DECISION making
Genetic algorithms/ Expert system
functions
Sensors
(Antenna
elements)
PERCEPTION
&
OBSERVATION
ENVIRONMENT
The Radio Channel
Figura 4-10: Modelul de sistem cognitiv de antene propus
(CAS – Cognitive Antenna System)
30
KNOWLEDGE &
MODELS
Channel &
Propagation
models
Actuators
(MEMS, (Antenna NEMS,
elements PIN diodes) and
stubs)
ACTION

Procesele cognitive ca: învăţarea, raţionamentul, planificarea și decizia pot fi modelate
utilizând algoritmi genetici prin paşii lor specifici: reproducere, selecţie, încrucişare și mutaţie.
Algoritmii genetici operează pe baza unor cromozomi care pot fi reprezentări ale unui spațiu de
căutare multidimensional. Cromozomii sunt compuşi din numeroase gene care reprezintă
variabilele problemei, fiecare putând lua diferite valori (allele), care acoperă domeniul variabilei
[Gol89, Rie04].
Modulul ‚Acţiune’ care în mod nornal conţine actuatorii constă din elementele antenei,
tronsoanele de alimentare, elemente MEMS, NEMS sau diode PIN.
‚Mediul’ este canalul radio al cărui comportament poate fi doar parţial prezis și modelat.
Antena autonomă reconfigurabilă software – primul pas către sistemul cognitiv de antene
Pe baza observaţiilor din acest capitol am indentificat premizele unor noi strategii adaptive
și am imaginat o antenă autonomă reconfigurabilă software – SDAA (Software-Defines
Autonomous Antenna), pe care o considerăm a fi primul pas către sistemul cognitiv de antene -
CAS (Cognitive Antenna System) [Chi08_2], [Chi09_2].
Integrarea unei astfel de antene pe o platformă SDR (Software Defined Radio) se
materializează într-o nouă arhitectură SDR&SDAA propusă în [Cri08_3]. Aceasta ar sta la baza
prototipării ideii de extindere a conceptului SDR la antenă (Figura 4-11).
Serial
communication
IF&
SDC-
MEMS
A/D
D/A
Antenna Microcontroller & FPGA
SDAA
RF&
SDC-
MEMS
Software-defined autonomous antenna
Baseband
Modem
Processing
Software processing
Microcontroller - SDR
31
ψ
Bit-stream
Processing
Mux / Demux
/ FEC
Reconfigurable MEMS,
patch antenna array
Data
Interface
Speech
Codec
D/A
A/D
Man machine
Interface
Figura 4-11: Arhitectura SDR-SDDA propusă
În sistemele clasice de comunicaţii, fiecare antenă necesită un LNA, un mixer, un convertor
analog-digital precum și un bloc de sincronizare la nivel de purtătoare și de simbol. Imaginăm
antena viitorului ca fiind un echipament autonom, reconfigurabil prin soft, și, în final, cognitiv.
Termenul ‚autonom’ înseamnă că antena va fi un echipament hardware independent care să
includă etajul RF, mixerul și sinteza digitală de frecvenţă. Termenul ‚software-defined’

sugerează o antenă programabilă, toate caracterisiticile, funcțiiile și modul de operare putând fi
configurate și reconfigurate software.
Intr-o primă fază, prototipul unui astfel de dispozitiv ar fi unul hibrid, utilizând diverse
tehnologii disponibile în prezent cum ar fi: microstrip, MEMS, NEMS. Dar, odată cu dezvoltarea
electronicii moleculare, va fi posibilă o abordare unitară a întregului sistem. Acesta va fi capabil
să dezvolte mecanisme cognitive ca învăţarea, raţionamentul, planificarea și decizia.
Următorul pas este implementarea și testarea performanţelor SDAA pe o platformă SDR. O
astfel de platformă implementează codarea canalului și a sursei și mecanisme de control utilizând
DSP-uri și FPGA-uri. Conceptul de SDC (Software Defined Component) ar permite controlul
etajelor RF și IF (amplificator RF, mixer și amplificatorul de frecvenţă intermediară). Soluţiile
oferite de nanotehnologii fac posibilă extinderea controlului și asupra reţelei reconfigurabile de
antene (antena adaptivă). Impactul unui astfel de sistem ar fi în gestionarea inteligentă a
resurselor radio, reducerea poluării electromagnetice, creşterea fiabilităţii și astfel reducerea
cantităţii de deşeuri electronice.
5. DEZVOLTAREA UNEI PLATFORME PENTRU EVALUAREA
TEHNICILOR ADAPTIVE - CONTRIBUŢII LA DEZVOLTAREA
SIMULATORULUI WIRELESS JIST/SWANS
32
5
Obiectivul principal al capitolului este integrarea unor noi modele de propagare şi de
canal la nivelul stratului fizic al simulatorului open-source JiST/SWANS (Java in
Simulation Time / Scalable Wireless Ad hoc Network Simulator). S-a identificat necesitatea
testării tehnicilor adaptive pe o platformă unică, multistrat, înalt parametrizată. Ideea este
de a evidenţia efectele globale ale utilizării unei anumite tehnici şi influenţa ei asupra
funcţionării celorlalte nivele. Nucleul de simulare utilizat are o structură modulară,
integrând straturile fizic, legături de date, reţea, transport şi aplicaţie. S-a realizat
implementarea si integrarea modelelor de propagare (difracţie) Free Space + Reflection
Multiple Difraction şi Epstein-Peterson pentru legături SISO. De asemenea s-a realizat
implementarea şi integrarea modelului spaţial 3GPP TR 25.996 pentru canale MIMO.
Dezvoltări ulterioare ale platformei ar permite ca anumite nivele să fie degrevate de
unele funcţii, atribuţiile respective fiind rezolvate printr-o abordare diferită, de exemplu
prin transferul la un nivel inferior, mai apropiat de interfaţa radio.
Dezvoltarea noilor medii și tehnologii de comunicare implică nevoia unor instrumente de
testare accesibile și performante. Puține dintre numeroasele medii/instrumente de simulare
existente oferă acces la codul sursă și sunt disponibile pentru cercetarea academică. Iar dintre
acestea și mai puține integrează suficiente resurse ale stratului fizic şi interfeţei radio care să
permită modelarea fidelă a unor medii, scenarii sau situații reale.
O atenție specială a fost acordată modelelor de canale spațiale pentru sisteme MIMO.
Singurele modele de propagare integrate în versiunea publică a simulatorului sunt modelele
‘free-space’ și ‘two-ray ground’. Cum documentația disponibilă este lacunară - când nu este
complet absentă - a trebuit întreprinsă o analiză amănunțită a implementărilor disponibile.

Dezvoltarea prezentată în acest capitol include modelarea propagării pentru sisteme SISO
(Single Input Single Output) și MIMO (Multiple Input Multiple Output). Relativ la SISO
modelele adăugate sunt Free Space + RMD (reflection multiple diffraction) și Epstein Peterson
(cu trei obstacole). Pentru MIMO a fost integrat un model de canal spațial complex, model bazat
pe specificațiile 3GPP TR 25.996 [GPP03].
Noua versiune extinsă a simulatorului permite modelarea și simularea unei noi clase de
scenarii. Domeniul de frecvenţe este, pentru această versiune, limitat între 1,8GHz și 2,2GHz.
Investigarea potențialului și capacitaților nucleului de simulare JiST/SWANS s-a început în
anul 2004 fiind evident faptul că dezvoltarea lui într-un simulator wireless complex și fidel va
reprezenta un efort de lungă durată. Obiectivul a fost urmărit paralel cu cercetarea curentă, ne
existând nici o garanție în legătură cu data la care va fi funcțional.
Principalul avantaj al instrumentului de simulare este, fără îndoială, că el permite testarea și
analiza diferitelor dispozitive înainte sau fără ca ele să fie cumpărate și instalate. Un alt avantaj
important este flexibilitatea. De exemplu, în privința sistemelor wireless, se poate schimba tipul
de antenă sau domeniul de frecvenţe prin setări adecvate sau prin adăugarea unor noi porțiuni
de cod. Comportarea canalului radio este dificil de prezis și nu poate fi complet descrisă din
punct de vedere matematic. Mediile de simulare bazate pe modele înalt parametrizate și
paralelizabile ar putea fi o soluție fezabilă pentru această problemă.
JiST (Java in Simulation Time) este un motor de simulare de evenimente discrete a cărui
idee a fost propusă ca proiect de cercetare in decembrie 2002 de către Rimon Barr de la Cornell
University, New York [Bar02]. SWANS (Scalable Wireless Ad hoc network Simulator) este
construit pe platforma JiST, fiind un motor de simulare de evenimente discrete de uz general
[Bar04_2]. Acesta a fost creat în scop de cercetare, instrumentele de simulare existente nefiind
suficiente (comparaţia precedentă). Fiind un simulator open-source, au apărut de la lansarea sa
diverse extensii cu aplicaţii mai ales în domeniul reţelelor de senzori şi al reţelelor de
comunicaţii ad hoc. In baza de date IEEE Xplore apar în prezent 9 articole despre dezvoltări pe
baza JiST/SWANS. Pe lângă pagina web originală JiST/SWANS, există şi un portal
JiST/SWANS (http://vanet.info/jist-swans) ce conţine extensii dezvoltate la Universitatea din
Ulm în domeniul reţelelor ad hoc vehiculare.
33

6. CONCLUZII ŞI PERSPECTIVE
34
6
In acest capitol se prezintă concluziile privind contribuţiile din fiecare capitol. Se
formulează o serie de concluzii globale privind adaptabilitatea sistemelor de comunicaţii
radio. Se identifică concepte emergente şi perspective de continuare a cercetării.
6.1 Concluzii privind potenţialul adaptiv al tehnicilor de diversitate spaţială
In acest capitol accentul a fost pus pe tehnici de diversitate spaţială, iniţiind investigarea
potenţialului adaptiv neutilizat al acestora. Capitolul prezintă analiza performanţelor unui lanţ de
transmisie WLAN 802.11a cu şi fără tehnici de diversitate. Au fost implementate şi testate
tehnici de diversitate la emisie, bazate pe scheme de codare spațio-temporală Alamouti, în
diverse configuraţii. De asemenea, au fost implementate şi testate tehnici de combinare la
recepţie – ThS (Threshold Combining), SDC (Selection Diversity Combining) şi MRC
(Maximum Ratio Combining), în diverse configuraţii.
Pe baza simulărilor efectuate s-a făcut o analiză comparativă a performanţelor lanţului de
transmisie cu tehnici de diversitate şi s-au identificat premizele dezvoltării unei tehnici adaptive
de selecţie pe bază de prag. Pe baza observaţiilor din acest capitol a fost propusă schema
combinorului-egalizor descrisă in capitolul următor.
Există o ierarhizare teoretică a performanţelor tehnicilor de combinare la recepţie, din
punctul de vedere al câştigului de diversitate (dB) dar am urmărit analiza optimalităţii acestora în
condiţii diverse, pe un lanţ de transmisie WLAN 802.11a. Scopul analizei experimentale a fost
identificarea unui potenţial adaptiv la tehnici care, în forma lor de bază, nu sunt adaptive – un
exemplu fiind tehnicile de diversitatea spaţială.
Scenariile de simulare au inclus un număr extins de căi de propagare, de la 3 la 6, 8, 10 şi
12. Rezultatele simulărilor evidențiază valori ridicate pentru SNR şi rata de bit, problema fiind
cu păstrarea valorilor PER sub 10% (platforma de simulare nu implementează codurile
convoluţionale). Pentru condiţii outdoor valorile PER cresc mai frecvent şi pentru perioade mai
lungi de timp. O soluţie ar fi implementarea unor scheme de diversitate spaţială la emiţător,
acestea dovedindu-şi eficienţa mai ales în minimizarea valorilor PER.
Provocarea constă nu atât în justificarea necesitații implementării unor scheme de diversitate
spaţială ci în adecvarea schemei folosite la scenarii variabile.
În urma analizării rezultatelor obținute din simulări putem extrage următoarele concluzii şi
observații [Chi06_4], [Chi07_2]:
Utilizarea tehnicilor de diversitate la emisie aduce îmbunătăţiri considerabile ale valorilor
PER, SNR şi a ratei de bit, în comparație cu cazurile în care se folosește diversitate la recepţie
sau nu se folosește diversitate deloc. Aceste tehnici s-au dovedit a fi foarte eficiente în
menţinerea legăturii wireless. Din simulări s-au evidențiat rate mici de eronare a pachetelor (PER
< 10%), chiar şi pentru configuraţii primare 2Tx-1Rx. De asemenea valorile SNR şi ale ratei de
bit sunt aproximativ constante, neînregistrându-se minime frecvente, ca în cazul fără diversitate.

O alta îmbunătăţire importantă este cea a SNR minim necesar pentru o operare corectă, acesta
fiind în jur de 8-10 dB în funcţie de configuraţia Tx-Rx.
Performanţele schemelor de diversitate spaţială cresc cu numărul de antene, dar nu liniar şi
doar până la un anumit punct de unde nu se mai înregistrează îmbunătăţiri semnificative. Tot din
simulări reiese faptul că tehnicile de combinare la recepţie îmbunătăţesc performanțele în ceea ce
privește PER, asigurându-se astfel disponibilitatea şi robustețea legăturii wireless.
Schemele SDC şi MRC asigură cele mai scăzute valori pentru PER. În cazul utilizării ThS,
parametrii monitorizați sunt influențați de valoarea aleasă pentru pragul SNR. Tehnica MRC este
mai eficientă în cazul scenariilor fără cale dominantă, unde valorile SNR ale diferitor căi de
propagare sunt similare. De asemenea acest algoritm este mai adecvat pentru implementare la
stația de bază. Algoritmul SDC dă rezultate mai bune pentru scenarii cu cale dominantă şi are
avantajul de a asigura un PER scăzut şi dezavantajul de a oferi rate de bit moderate, în
comparație cu cele furnizate de ThS, deoarece această tehnică ia în considerare şi ramurile cu
SNR mic, şi nu le anulează ca şi ThS. Totuși SDC este mai performant decât ThS din punct de
vedere al câştigului de diversitate şi al acoperirii.
În cazul utilizării algoritmului ThS pentru un scenariu cu cale dominantă pragul SNR
trebuie ales foarte atent, altfel riscând anularea căii dominante. Am analizat modul în care pragul
SNR influențează rata de bit şi PER şi putem concluziona că un prag mai mic asigura atât rate de
bit ridicate cât şi valori reduse ale PER.
6.2 Concluzii privind conceptul de prelucrare unificată şi abordare unitară a
soluţiilor adaptive pe lanţul de transmisie – propunerea unui combinoregalizor
adaptiv
Acest capitol introduce un nou principiu de combinare-egalizare adaptivă pentru receptoare
cu diversitate. Noutatea soluţiei propuse constă în tratarea unificată a egalizării și combinării,
cele două operaţii clasice fiind efectuate simultan şi nu secvenţial la fel ca în cazul soluțiilor
existente analizate.
Soluţia propusă, descrisă în acest capitol, este una adaptivă. Modulul combinor-egalizor se
poate obţine relativ simplu prin adăugarea la un egalizor adaptiv standard un numar de lanţuri de
întârziere, câte unul pentru fiecare intrare (antenă). Antrenarea combinorului-egalizor are loc în
acelasi fel ca şi antrenarea egalizorului standard, pe baza secvenţei de antrenare inserată în
blocurile transmise.
Dintre avantajele soluţiei propuse amintim: (1) extensibilitate facilă pentru N intrări/antene,
(2) integrare facilă într-un lanţ de transmisie, (3) performanţe ridicate chiar şi pe canale de tip
dispersiv, (4) performanţe ridicate în condiţii de zgomot (SNR mic), (5) complexitate redusă.
Câştigul adus de utilizarea combinorului-egalizor, pentru două intrări (2Rx), este de
aproximativ 17dB, iar pentru trei intrări (3Rx) este de 25 dB (la BER=10 -2 ); acesta creşte pentru
valori mai mici ale BER. Pentru un BER= 10 -5 câştigul obţinut prin utilizarea configuraţiei 3Rx
faţă de 2Rx este de 13dB, iar pentru un BER= 10 -4 câştigul este de 8 dB.
Structura de combinor-egalizor asigură valori mai scăzute ale BER, mai ales in condiţii de
zgomot ridicat (SNR mic) unde celelalte implementări – egalizor si combinor+egalizor sunt
deficitare. Complexitatea combinorului-egalizor propus este mai mică decât cea a unei soluții
clasice combinor plus egalizor, cu o intrare.
Pe baza testelor s-a realizat, de asemenea, o ajustare a parametrilor de proiectare cu scopul
de a studia unele aspecte legate de performanţă. Astfel, s-a observat că varianta cu trei intrări
asigură o probabilitate mai mică de întrerupere a legăturii, atât pentru condiţii de interior cât şi de
exterior. De asemenea, tot experimental s-a observat faptul că trei celule de întârziere pe fiecare
ramură sunt suficiente pentru o bună performanţă în condiții de interior.
Rezultatele au fost publicate în lucrările [Chi08_3], [Chi08_5] şi [Chi09_1] şi stau la baza
unei propuneri de brevetare [Chi09_4].
35

Abordarea cea mai apropiată de propunerea din acest capitol este cea a lui Balaban şi Salz
[Bal91], [Bal92] care demonstrează matematic beneficiile/performanţele utilizării unui combinor
urmat de un egalizor. Există, de asemenea, un brevet depus de Alcatel [ALC97]. În acest caz,
ideea este de a egaliza fiecare ramură şi de a combina apoi rezultatul utilizând o tehnică de tip
MRC. In ambele cazuri nu există rezultate numerice disponibile pentru comparaţie.
Implementarea conceptului de unificare a anumitor operaţii de pe lanţul de comunicații
este realizabilă astăzi, prin prisma tehnologiilor de tip SDR (Software Definit Radio).
Într-o dezvoltare ulterioară se poate defini o funcţie de cost pentru blocul de prelucrare
unificată – combinorul-egalizor. Un alt pas este înglobarea în schema propusă a funcțiilor de
codare adaptivă și de detecție. De asemenea sunt necesare simulări suplimentare pentru a putea
compara diferitele abordări în exact aceleași condiții de test, astfel ca rezultatele să fie mai
concludente. Se pot testa și alte tipuri de egalizoare, în special dintre cele neliniare.
6.3 Concluzii privind extinderea proprietăţilor de reconfigurare şi creşterea
capacităţii în sisteme MIMO utilizând antene adaptive
S-au identificat principalele provocări şi avantaje ale sistemelor de antene multiple, în
particular în cazul antenelor adaptive. Dintre aceste avantaje amintim: maximizarea eficienţei
spectrale, maximizarea SINR, creşterea câştigului de diversitate, creşterea capacităţii şi
reducerea puterii de emisie necesare (de unde şi costuri mai reduse).
Au fost de asemenea analizate patru mecanisme prin care antenele multiple pot duce la o
creştere a capacităţii canalului: formarea fascicolului, direcţionarea fascicolului, diversitatea la
emisie şi recepţie şi multiplexarea spaţială.
În acest capitol se demonstrează faptul că un sistem de antene mutiple poate să ducă la o
creştere teoretică a capacităţii canalului între 45 şi 90% (pentru SNR între 10 şi 40 dB), în
condiţii LOS prin implementarea metodei OSC (Orthogonal Space Combining) la receptor
utilizând o reţea de antene adaptive [Cri08_4]. Prin implementarea metodei OSC la recepţie, un
sistem de comunicaţii wireless cu antene multiple îşi poate aproape dubla capacitatea, chiar şi în
condiţii LOS unde căile sunt iniţial corelate. S-a explicat matematic cum se realizează formarea
adaptivă a fascicolului utilizând metoda OSC şi s-a discutat rolul reţelei parametrizabile în
găsirea unei matrici ortho-goal în infinitatea de matrici ale canalului spaţial la un moment dat.
În acest capitol s-a arătat că reconfigurarea distanţei şi a orientării elementelor într-o reţea de
antene pot aduce îmbunătăţiri semnificative legate de capacitatea de transfer. S-a evaluat şi
demonstrat matematic impactul reconfigurării antenei adaptive asupra performanţelor unei
legături LOS, utilizând antene multiple. Sunt necesare mai multe investigaţii şi simulări pentru a
stabili cu acurateţe când şi unde OSC-SSBC este mai eficientă. Acest lucru este mai probabil
pentru canale lent variabile.
Este de asemenea discutată o soluţie de implementare pe care am numit-o antenă virtuală
sau antenă-reţea înalt parametrizabilă. În prezent, o antenă reconfigurabilă poate fi prototipată
graţie noilor tehnologii MEMS-RF (Micro Electro Mechanical Systemes) şi SDC (Software
Defined Componets). S-a propus utilizarea unei tehnologii unitare, atât pentru MEMS-uri cât şi
pentru elementele de bază (pixel-patch) din structura reţelei de antene. Ideea a apărut pe baza
observaţiei că reţeaua de antene care foloseşte acelaşi substrat pentru elementele MEMS şi pixelpatch
este mai ieftină şi poate fi controlată unitar ca o entitate de sine stătătoare. Aceasta ar
reduce şi complexitatea de calcul a modulului de control. O problemă care a trebui rezolvată a
fost cea a adaptării elementelor MEMS cu elementele pixel-patch.
Structura aleasă pentru antena reconfigurabilă pixel-patch constă dintr-o multitudine de
elemente metalice interconectate prin MEMS-uri de radiofrecvenţă (RF). Antena este alimentată
de-a lungul axei diagonale astfel încât se pot obţine ambele polarizări, verticală şi orizontală.
Tronsonul de adaptare a alimentării este de asemenea reconfigurabil, având două stări diferite.
36

Principalele simulări au fost efectuate pentru o reţea parametrizabilă la 2,5GHz. S-au demonstrat
multiple capacităţi de reconfigurare (frecvenţă, adaptare de impedanţă) dar mai ales abilitatea de
a captura matricea ortho-goal fără a afecta frecvenţa de rezonanţă. Am numit structura antenă
virtuală datorită gradului său înalt de flexibilitate prezent şi potenţial. Pornind de la această
viziune am dezvoltat în continuare conceptul de recepţie proactivă (signal-fishing), propus în
[Cri09_2]. Următorii paşi vor fi către o antenă polimorfică, controlabilă software, bazată pe
reţele parametrizabile. Aceasta este parte din conceptul de antenă cognitivă descris de autoare în
[Chi08_2], [Chi09_2].
Pornind de la arhitectura unui sistem cognitiv descrisă în [Bus07] şi pe baza cercetărilor
noastre anterioare [Chi07_3, Chi07_2, Cri08_3] s-a imaginat modelul unui sistem cognitiv de
antene de inspiratie biologică. Pe baza observaţiilor din acest capitol s-au indentificat premizele
unor noi strategii adaptive şi s-a imaginat o antenă autonomă reconfigurabilă software – SDAA
(Software-Defines Autonomous Antenna), primul pas către sistemul cognitiv de antene - CAS
(Cognitive Antenna System) [Chi08_2], [Chi09_2].
Integrarea unei astfel de antene pe o platformă SDR (Software Defined Radio) se
materializează într-o nouă arhitectură SDR&SDAA propusă în [Cri08_3]. Aceasta ar sta la baza
prototipării ideii de extindere a conceptului SDR la antenă.
6.4 Concluzii privind dezvoltarea unei platforme pentru evaluarea tehnicilor
adaptive - contribuţii la dezvoltarea simulatorului wireless JiST/SWANS
Puţine dintre numeroasele medii/instrumente de simulare existente oferă acces la codul
sursă şi sunt disponibile pentru cercetarea academică. Şi mai puţine integrează suficiente resurse
ale stratului fizic care să permită modelarea fidelă a unor medii, scenarii sau situaţii reale. De
aceea am considerat necesară implementarea de noi modele de propagare şi de canal în
simulatorul open-source JiST/SWANS. Acesta are o structură modulară, integrând straturile
fizic, legături de date, reţea, transport şi aplicaţie. Ideea este de a utiliza acest simulator ca nucleu
al unei platforme de testare/simulare pentru evaluarea tehnicilor adaptive implementate la
diverse nivele. Testarea lor pe o platformă unică, înalt parametrizată ar evidenţia efectele
globale ale utilizării unei anumite tehnici, influenţa ei asupra funcţionării celorlate nivele.
Anumite segmente ar putea fi degrevate de unele funcţii, problemele fiind rezolvate printr-o
abordare diferită, de exemplu la un nivel inferior.
Dezvoltarea prezentată în acest capitol include modelarea propagării pentru sisteme SISO
(Single Input Single Output) şi MIMO (Multiple Input Multiple Output). Relativ la SISO
modelele adăugate sunt Free Space + RMD (reflection multiple diffraction) şi Epstein Peterson
(cu trei obstacole). Pentru MIMO a fost integrat un model de canal spaţial complex, model bazat
pe specificatiile 3GPP TR 25.996 [GPP03]. Noua versiune extinsă a simulatorului permite
modelarea şi simularea unei noi clase de scenarii.
Modelul de calcul al pierderilor Free Space+RMD (Refraction Multiple Diffraction) este
implementat în conformitate cu ecuaţiile care îl descriu matematic; singurele aproximări sunt
cele legate de atenuările cauzate de reflexii şi de ploaie. Dacă se doreşte o acurateţe şi mai mare
se pot elimina aceste aproximări şi se pot introduce ecuaţiile mai complexe sau se pot introduce
direct valori calculate cu alte programe. Un avantaj al acestei implementări îl reprezintă numarul
mare de variabile de intrare ce pot fi setate astfel că se pot simula scenarii variate. Programul
este uşor de utilizat având setate valori implicite pentru majoritatea variabilelor.
Integrarea modelului Epstein-Peterson în JiST/SWANS este utilă pentru simularea unor
medii cu trei obstacole de tip muchie de cuţit, implementând întocmai ecuaţiile pentru acest caz.
În afara de numărul limitat de obstacole (trei), ceilalţi parametri pot fi modificaţi: înălțimea
fiecărui obstacol, înălțimea emiţătorului respectiv a receptorului, distanţele dintre obstacole,
distanţele dintre obstacole şi emiţător/receptor, frecvenţa legăturii.
37

Modelul de canal spaţial pentru sisteme MIMO a fost integrat pe baza implementării
Matlab descrisă în specificatiile 3GPP TR 25.996 V6.1.0 [GPP05]. A fost necesară transcrierea,
restructurarea şi adaptarea codului în limbaj Java deoarece simulatorul JiST/SWANS ruleaza pe
o platformă Java; ca rezultat există acum 57 de funcții noi stocate în clasa MatlabFunctions.
Îmbunătăţirile aduse simulatorului JiST/SWANS sunt doar primele din cele necesare
extinderii caracteristicilor de simulare la stratul fizic al unui astfel de instrument. Principalele
Îmbunătățiri ce pot fi aduse se referă la modelarea complexă a canalului, incluzând aici şi
antenele. De fapt, între timp a şi apărut noul set de modele de canal WINNER II.
6.5 Concluzii globale şi perspective
Există în prezent o multitudine de tehnici adaptive implementate la diferite nivele ale
unui lanţ de transmisie wireless, cât şi la nivel de reţea de echipamente wireless. La primele
nivele ale stivei OSI - stratul fizic, legături de date şi reţea - există tehnici adaptive care
implementează operaţiile/blocurile de egalizare, filtrare, modulaţie, codare, FEC, ARQ,
fragmentare, rutare, etc. Aceste tehnici rezolvă probleme disparate şi acţionează mai mult sau
mai puţin independent.
Observaţia principală la care am ajuns în urma studiilor efectuate priveşte necesitatea unei
abordări unitare, dar cu grad mare de flexibilitate, astfel încât problemele locale să poată fi
rezolvate local şi cele globale, global, ţinându-se cont de efectele unei acţiuni locale la nivel
global, şi reciproc.
O aborbare unitară, flexibilă şi eficientă a soluţiilor de adaptare în sisteme wireless poate fi
concepută după modelul mecanismelor cognitive ale organismelor biologice. În această
perspectivă, realizarea unui prototip de antenă autonomă, reconfigurabilă prin soft, ar putea
reprezenta primul pas către ceea ce am numit sistem cognitiv de antene [Chi08_2], [Chi09_2].
Analizând problema adaptării şi adaptabilităţii în sistemele de comunicaţii wireless am
identificat două categorii de probleme:
(1) adaptarea la condiţiile variabile de pe canalul radio şi
(2) reconfigurarea pentru noi standarde (inter-sistem şi inter-standard).
Putem numi aceste aspecte ale adaptării – evoluţia pe termen scurt, respectiv evoluţia pe
termen lung a unui sistem de comunicaţii wireless.
Pentru primul tip de adaptare de mare importanţă este estimarea comportării canalului radio.
În acest sens am analizat 40 de modele de canal şi de propagare (modele spaţiale, specifice
sistemelor MIMO – Multiple Input Multiple Output) tratate în literatura recentă (2001-2007), şi
am efectuat o serie de teste şi măsuratori cu echipamente WLAN 802.11n (MIMO, 2,4 GHz) şi
WLAN 802.11a (5 GHz) (ANEXA D).
Pentru al doilea tip de adaptare soluţia o reprezintă sistemele hardware evolutive,
reconfigurabile prin soft. În această direcţie am identificat premisele dezvoltării unui prototip de
antenă autonomă, reconfigurabilă prin soft, care ar putea constitui un prim pas către o antenă
cognitivă (sau sistem cognitiv de antene). Controlul inteligent va transforma o astfel de interfaţă
într-una adaptivă, evolutivă, care se adaptează la condiţiile în care este utilizată. Această
proprietate am numit-o cognitivitate deoarece este similară cu adaptarea organismelor biologice,
bazată pe mecanisme cognitive.
Necesitatea creării de dispozitive şi interfeţe wireless adaptive şi evolutive rezidă, pe de o
parte, în nevoia de a asigura compatibilitatea inter-sistem şi inter-standard, iar pe de altă parte, în
nevoia ca sistemul de comunicaţii să facă faţă unor situaţii neprevăzute (extremele fiind
cataclisme, războaie). Ceea ce ar putea fi considerat doar un efect, devine în zilele noastre o
necesitate: economisirea de resurse materiale şi reducerea cantităţii de deşeuri electronice.
Substanţele toxice din deşeurile electronice, ajunse în sol şi apă, afectează comportamentul
38

copiilor, produc disfuncţii cognitive şi o serie de boli grave. Tot o necesitate este şi utilizarea
eficientă a resurselor radio, printr-o gestionare inteligentă a acestora.
Dezavantajele potenţiale ale unui sistem adaptiv şi evolutiv sunt cele legate de posibilitatea
de upgradare şi updatare a sistemului, care este expus în permanenţă la factori externi. Asemenea
unui organism biologic, care este în permanent schimb cu mediul înconjurător, un sistem
adaptiv, cognitiv-evolutiv, este vulnerabil la atacuri şi contaminări sau virusări. O direcţie ce se
deschide în acest sens este găsirea de metode de prevenţie şi de remedii pentru astfel de situaţii.
Sugestii interesante pot fi gasite în studiile privind vulnerabilitatea la atac a reţelelor complexe
[Bar00].
Limitele şi potenţialul distructiv al adaptărilor locale succesive
Studiul tehnicilor adaptive utilizate într-un sistem de telecomunicaţii dezvăluie de fapt
problema adaptării într-un sistem care nu a fost proiectat din perspectiva adaptării şi a evoluţiei.
Criteriul cel mai frecvent de construire a blocurilor de prelucrare a semnalelor este cel al
optimizarii modulare / locale. Lipsesc criteriile de corelare a metodelor de optimizare locală.
Tehnicile actuale au fost dezvoltate într-un context puternic condiţionat de
soluţiile/tehnologiile hardware. Încercările de optimizare s-au facut pe modele limitate, fără a se
porni de la modelul matematic de optimalitate pentru problema dată.
Este necesară deci o regândire din perspectiva adaptării şi evoluţiei a sistemelor/
echipamentelor de telecomunicaţii în contextul noilor tehnologii. Este necesară o corelare
permanentă între aparatul matematic, fenomenul fizic şi soluţiile tehnologice de ultimă oră.
Soluţiile de adaptare locală, pe termen scurt, pierd adesea din vedere comportarea de
ansamblu a sistemului şi îngreunează dezvoltarea de soluţii de adaptare pe termen lung (de
evoluţie) – vezi excesul de patch-uri în produsele soft. Acceptând că optimalitatea la nivel global
(de sistem) nu este realizabilă şi uneori nici dorită din motive economice, rămâne totuşi
problema gestionării multiplelor ‘soluţii de moment’ (patch-uri) care îngreunează controlul şi
afectează performanţele sistemului prin operaţii care uneori se suprapun (sunt redundante).
Cazul navei Vasa
Această situaţie aminteşte de povestea navei de război suedeze
VASA, care s-a scufundat la mai puţin de o milă de la lansare, în
ziua de 10 august 1628 (recuperată din adâncuri în 24 aprilie
1961, în zona portului oraşului Stockhlom). Construcţia navei a
început în anul 1626 la ordinul şi sub supravegherea regelui
Gustavus Adolphus al Suediei. Regele dorea o navă cu totul
superioară celor existente. Cum ‚state-of-the-art’-ul acelor
vremuri pentru o navă de război erau două punţi cu tunuri, regele
a ordonat trei punţi cu tunuri. Pentru o astfel de „îmbunătăţire”
nu s-a luat în considerare şi redimensionarea balastului. Deşi
semne de instabilitate a navei erau vizibile încă din port aceasta a
fost lansată la apă la insistenţele regelui, care nu se afla atunci în
ţară, nerăbdător să o alăture flotei sale de la Marea Baltică, în
„Razboiul de treizeci de ani”. Supuşii regelui nu au avut curajul
politic de a pune în discuţie problemele structurale ale navei sau
amânarea lansării. Treizeci de marinari au murit. Ancheta ce a
urmat nu a găsit responsabili pentru dezastru şi incidentul a fost
clasat ca ‚Voia Domnului’ - ‚An Act of God’.
39
VASA
1626 - 1628

Soluţiile de adaptare pot fi eficiente pe termen scurt (în contextul care a dus la generarea lor)
dar structurile create în scopul adaptării se pot dovedi inutile sau redundante în evoluţia pe
termen lung. În cazul organismelor biologice, structurile rezultate din adaptarea lipsită de
anticipare (apendicele, căile respiratorii intersectate cu cele digestive, etc) reprezintă un potenţial
pericol (infecţie, asfixiere) [Atk03]. O situaţie similară apare şi în sistemele tehnice.
Sistemele tehnice, spre deosebire de sistemele biologice, pot fi recreate, reconstruite de la
zero. Aceasta din mai multe motive: (1) nivelul lor de complexitate este mai redus decât cel al
organismelor biologice, (2) perioada pe care se face evoluţia este mai scurtă decât în cazul
organismelor vii, (3) anticiparea este posibilă într-un grad semnificativ, (4) există instrumentele
şi tehnologiile necesare pentru reconstruire.
Figura 7-1: Cercul vicios al adaptabilităţii
Concepte emergente. Perspective de continuare a cercetării
În cursul cercetării întreprinse au apărut o serie de noi concepte şi direcţii de continuare.
Acestea sunt menţionate în teză şi diseminate în publicaţii. Principalele subiecte de cercetare
emergente sunt:
Conceptul de prelucrare adaptivă unificată în sistemele de comunicaţii wireless
(unified adaptive processing în wireless communication systems)
Antene autonome reconfigurabile software
(software-defined autonomous antennas)
Sisteme cognitive de antene
(cognitive antenna systems )
Optimizare multicriterială în proiectarea echipamentelor şi sistemelor wireless
(multi-criteria optimization of wireless systems and equipment design )
Modelarea unitară a ansamblului antenă-canal
(antenna-centric channel modeling)
Recepţie proactivă
(signal fishing)
Sisteme/ echipamente de comunicaţii evolutive
(evolvable communication systems)
Limbaj de control pentru sisteme adaptive de comunicaţii
(control language for adaptive communication systems)
Soluţii de securitate în sisteme adaptive/ evolutive
(security of adaptive / evolvable systems).
40

6.6 Contribuţii
Principalele contribuţii din teză pot fi sintetizate astfel:
1. Evaluarea potenţialului adaptiv al tehnicilor de diversitate spaţială;
2. Unificarea operaţiilor de combinare şi egalizare - propunerea unui combinor-egalizor
adaptiv – exemplificare a conceptului de prelucrare unificată şi abordare unitară a
soluţiilor adaptive pe lanţul de transmisie al unui sistem de comunicaţii wireless;
3. Extinderea proprietăţilor de reconfigurare în sisteme MIMO – propunerea unei
tehnici adaptive de creştere a capacităţii utilizând antene adaptive – OSC-SSBC
(Orthogonal Space Combining Space-Space Block Coding);
4. Dezvoltarea unei platforme pentru evaluarea tehnicilor adaptive – contribuţii la
dezvoltarea simulatorului wireless JiST/SWANS - integrarea de noi modele de
propagare pentru legături SISO şi a unui model complex de canal spaţial pentru
legături MIMO.
Lista detaliată a contribuţiilor, secţiunile în care sunt tratate şi publicaţiile în care apar sunt
prezentate sintetic în tabelul următor:
Nr. Contribuţia
1
Tehnici adaptive pentru îmbunătăţirea performanţelor reţelelor radio
Lista contribuţiilor
Evaluarea teoretică şi experimentală a
potenţialul adaptiv al tehnicilor de
diversitate spaţială – problema
optimalităţii/suboptimalităţii; premize
pentru dezvoltarea unei scheme adaptive
de selecţie pe bază de prag la recepţie
(Capitolul 2)
• Evaluarea unor tehnici adaptive utilizate
in sistemele de comunicatii wireless –
analiza performaţelor si a potentialului
adaptiv (capitolul 2)
• Studiu comparativ al unor tehnici de
combinare la recepţie (teoretic +
simulare) - identificarea potentialului
adaptiv (capitolul 2)
• Studiu comparativ al unor tehnici de
diversitate la emisie si la recepţie
(teoretic + simulare) - identificarea
potentialului adaptiv (capitolul 2)
41
Publicaţii
[Chi05_1], [Chi05_2], [Chi06_1],
[Chi06_2], [Chi06_3], [Chi06_4],
[Chi06_5], [Chi07_2], [Cri07], [Cri08_1],
[Cri08_2]
5 IEEE conference proceedings:
CSNDSP 2006 Patras,
Telsiks 2005 Nis - ISI Proceedings
ICT 2008 St. Petersburg - ISI Proceedings
IST 2007 Budapest - ISI Proceedings
ICWMC 2006 Bucharest (DBLP)
2 ISI journals Thomson Web of Science
ICCC 2006 Oradea
ICCC 2008 Oradea
1 The Mediterranean Journal of Electronics and
Comm 3/2007
1 international conf proceedings:
Communications 2006 Bucharest (IEEE
Romania sect sponsored)
2 CNCSIS B+:
Buletinul Stiintific al Univ. "Politehnica" din
Timisoara, Transactions on Electronics and
Telecommunications
Acta Technica Napocensis 2/2005 Cluj-Napoca
2 ACTTM Bucharest 2004, 2005
2006 Ericsson Telecommunications Excellence
Award

2 Unificarea operaţiilor de combinare şi
egalizare - propunerea unui combinoregalizor
adaptiv – exemplificare a
conceptului de prelucrare unificată şi
abordare unitară a soluţiilor adaptive pe
lanţul de transmisie al unui sistem de
comunicaţii wireless
- model, testare şi evaluare (Capitolul 3)
3 Extinderea proprietăţilor de reconfigurare
în sisteme MIMO – propunerea unei
tehnici adaptive de creşterea capacităţii
utilizând antene adaptive OSC-SSBC
(Orthogonal Space Combining Space-
Space Block Coding) (Capitolul 4)
• Identificarea problemelor deschise în
domeniul sistemelor de antene multiple –
studiu comparativ al principalelor
mecanisme şi tehnologii (4.1, 4.2)
• O nouă tehnică de combinare la recepţie:
Orthogonal Space Combining – Space-
Space Block Coding (OSC - SSBC) (4.3)
• Analiza potenţialului OSC – reducerea
redundanţei, creşterea capacităţii MIMO
prin creşterea eficienţei spectrale (4.3.1,
4.3.4.2) Determinarea performanţelor
OSC-SSBC - SSBC comparativ STBC
(4.3.2)
• Formarea adaptivă a fascicolului utilizând
OSC (4.3.3)
• Conceptul de modelare unitară a
ansamblului antenă-canal (antennacentric
channel modeling) – rolul reţelei
de antene în găsirea matricii ortho-goal
(4.3.4, 4.3.5)
• Soluţii de reconfigurabilitate la reţelele
de antene pixel-patch – în frecvenţă,
polarizare şi adaptare de impedanţă
(4.4.2)
• O soluţie de implementare a tehnicii OSC
şi a celorlalte proprietăţi de reconfigurare
(4.4) – conceptul de antenă virtuală
(4.4.1) Potenţialul de reconfigurare al
antenelor pixel-patch cu MEMS-uri
(4.5.2)
• Modelarea şi simularea antenelor
reconfigurabile cu reţele de antene
parametrizabile (4.4.3)
• Modele emergente de sistemele de antene
multiple: Sisteme cognitive de antene
(Cognitive Antenna Systems), antena
autonomă reconfigurabilă software
(Software-Defined Autonomous
Antenna) (4.6.2, 4.6.3)
42
[Chi08_3], [Chi08_5], [Chi09_1]
1 CNCSIS B+ SPSWC’08 Cluj-Napoca - Special
Issues Acta Technica Napocensis Electronics and
Telecommunications 4/ 2008
1 IEEE CISSE 2008 Bridgeport USA - Springer
book chapter 2009 - ISI Proceedings
[Chi05_1], [Chi07_3], [Chi08_1],
[Chi08_2], [Cri08_3], [Cri08_5],
[Cri09_1], [Cri07_2], [Cri08_4],
[Cri09_2], [Chi09_2]
5 IEEE conference proceedings:
ICWMC 2009 Cannes
SOFA 2009 Szeged
ICWMC 2008 Athens
CISSE 2008 Bridgeport USA - Springer book
chapter (2009) - ISI Proceedings
CISSE 2007 Bridgeport USA – Springer book
chapter (2008) - ISI Proceedings
1 late-breaking – ICES 2008 Prague
2 CNCSIS B+ Acta Technica Napocensis El and
Telecomm 2/2008 , 4/2007 Cluj-Napoca
1 ACTTM Bucharest 2005

4 Dezvoltarea unei platforme pentru
evaluarea tehnicilor adaptive - Contribuţii
la dezvoltarea unui simulator wireless
(JiST / SWANS) - integrarea de noi
modele de propagare pentru legături SISO
şi a unui model complex de canal spaţial
pentru legături MIMO
• Studiu comparativ al unor instrumente de
simulare wireless (5.1)
• Completarea documentaţiei simulatorului
open-source JiST / SWANS (5.2)
• Integrarea a două modele de propagare
pentru canale SISO – Epstein-Peterson şi
FreeSpace + Reflection Multiple
Difraction (5.3.1)
• Integrarea unui model spaţial complex
pentru canale MIMO (5.3.2)
• Clasificarea modelelor de canal spaţiale
MIMO (5.3.2.1, anexa C)
• Analiză bazată pe măsurători pentru
optimizarea proiectării legăturilor radio
WLAN 802.11n (2,4 GHz) şi WLAN
802.11a (5 GHz) (Anexa D)
Categorii de articole:
6 ISI proceedings (3 Springer)
2 ISI journals
11 IEEE conference
1 Mediterranean Journal of
El&Comm
5 CNCSIS B+
9 altele + 6 nereferite
43
[Chi06_2], [Chi07_1], [Far08]
1 CNCSIS B+
Acta Technica Napocensis El and Telecomm Cluj-
Napoca (2/2007)
1 CNCSIS D
Novice Insights 2008 Cj-N (special issue
SSET2008) premiul I la Symposium for Students in
Electronics and Telecommunications – SSET 2008
(coordonator),
2 ACTTM Bucharest 2005, 2006
Referat doctorat 2005 + dezvoltari ulterioare
Raport stiintific pe anul 2007
Raport tehnic RTH 08004 – mai 2008
Articole nereferite în teză
2 ACTTM Bucharest 2005
1 IEEE Telsiks, Nis 2005 - ISI Proceedings
1 RoEduNet 2005 Sovata – ISI Proceedings
1 ECIT-ROSYCS 2004 Iasi - Scientific Annals of
the "Al.I.Cuza" University of Iasi (DBLP).
1 ETc 2004 Timisoara (IEEE Romania section
sponsored)
Total articole: 36
Articole ca prim autor: 19

7. BIBLIOGRAFIE SELECTIVĂ
44
7
[Ale04] A. Alexiou, M. Haardt, “Smart Antenna Technologies for Future Wireless Systems:
Trends and Challenges”, IEEE Communications Magazine, vol.42, no.9, pp. 90-97, 2004
[Alm07] P. Almers, E. Bonek, A. Burr, N. Czink, M. Debbah, V. Degli-Esposti, H. Hofstetter, P.
Kyosti, D. Laurenson, G. Matz, A. F. Molisch, C. Oestges, and H. O zcelik, Research Article,
“Survey of Channel and Radio Propagation Models for Wireless MIMO Systems”, EURASIP
Journal on Wireless Communications and Networking, vol. 2, pp.1-19, Hindawi Publishing
Corporation, 2007
[ALC97] Combiner-Equalizer Alcatel Patent, 1997, www.freepatentsonline.com
[Bal92] Ph. Balaban, J. Salz, “Optimum Diversity Combining and Equalization în Digital Data
Transmission with Applications to Cellular Mobile Radio-Part I: Theoretical Considerations and
Part II: Numerical Results”, IEEE Transactions on Communications, vol. 40, no. 5, may 1992
[Boe08] J. D. Boerman, J. T. Bernhard, “Performance Study of Pattern Reconfigurable Antennas
în MIMO Communication Systems”, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 56,
No. 1, January 2008.
[Bog02] I. Bogdan, Antene si propagare, Gh. Asachi Publishing House, Iaşi 2002, ISBN 973-
8292-48-4
[Bog95] I. Bogdan, C. Miroiu, E. Sofron, Comunicaţii moderne: Antene, vol. I, SelSoft
Publishing House, Bucureşti 1995
[Bot04] V. Bota, Transmisiuni de date, modulaţii necodate monopurtător, funcţii auxiliare,
ISBN 973-656-714-1, Editura Risoprint, Cluj-Napoca, 2004
[Bot06] V. Bota, Z. A. Polgar, M. Varga, “Performance Evaluation of H-ARQ Adaptive Coded
QAM Transmissions over Multipath Mobile Channel”, ACTA TECHNICA NAPOCENSIS
Electronics and Telecommunications, vol. 47/4, pp.20-25, Mediamira Science Publisher, Cluj-
Napoca, 2006
[Bro06] M. J. Willis, N. Thomas, K. H. Craig, S. Callaghan, J. Norbury, J. Bitó, L. Csurgai-
Horváth, B. Héder, P. Horváth, T. Palade, Ligia CHIRA, E. Puşchiţă, L. E. Bråten, M. Cheffena,
T. Tjelta, FP6, 001930 BROADWAN Deliverable D17, Propagation Models for Dynamic
Adaptive Radio, May 2006
[Bus07] M. Buss, M. Beetz, D. Wollherr, “CoTeSys – Cognition for Technical Systems”, 2007,
http://cotesys.in.tu.de
[Cet04] B. A. Cetiner, Morehead State University, Space Science Center H. Jafarkhani, J-Y.
Qian, H. J. Yoo, A. Grau, and F. De Flaviis, University of California, Irvine “Multifuncțional
Reconfigurable MEMS Integrated Antennas for Adaptive MIMO Systems”, IEEE
Communications Magazine, pp.62-69, 2004
[Chi99] Ch. Chien, Mani B. Srivastava, Rajeev Jain, Paul Lettieri, Vipin Aggarwal, Robert
Sternowski, “Adaptive Radio for Multimedia Wireless Links”, IEEE paper 1999, p.793 – p.795,
p.803 – p.805
[Com88] R. T. Compton, Jr., Adaptive Antennas – Concepts and Performance, The Ohio State
University, Prentice Hall, NJ 07632, 1988

[Cri08] N. Crişan, Antene si circuite pentru microunde, ISBN 978-973-751-867-5, Editura
Risoprint Cluj-Napoca, 2008
[Dum99] D. Dumitrescu, Principiile matematice ale teoriei clasificării, Editura Academiei
Române, Bucureşti, ISBN 973-27-0589-2, 1999
[Erd07] E. Erdil, K. Topalli, M. Unlu, O. A. Civi, and T. Akin, “Frequency Tunable Microstrip
Patch Antenna Using RF MEMS Technology”, IEEE Transactions on Antennas and
Propagation, vol. 55, no. 4, April 2007
[Fet06] B. A. Fette, Cognitive Radio Technology, Elsevier Inc., Communications Engineering
Series, 2006
[Ger05] A.B. Gershman, N.D. Sidiropoulos, Space-Time Processing for MIMO Communications,
John Wiley & Sons, Ltd., England, 2005, ISBN-13 978-0-470-01002-0 (HB)
[God04] L. C. Godara, Smart antennas, CRC Press LLC, Boca-Raton, Florida, 2004
[Gol05] Andreea Goldsmith, Wireless Communications, Stanford University, Cambridge Univ.
Press, 2005
[GPP03] 3GPP2 Spațial Channel Model Ad-hoc Group3GPP TR 25.996, Spațial Channel Model
for Multiple Input Multiple Output (MIMO) Simulations, v6.1.0 (2003-09).
[Ges03_1] D.Gesbert, From Theory to Practice: An Overview of MIMO Space-Time Coded
Wireless Systems, tutorial paper IEEE, 2003 p.281 – 298
[Jan04] M. Jankiraman, Space-time Codes and MIMO Systems, Artech House, 2004
[Mit04] J. Mitola, Signal Processing Technology Challenges of Cognitive Radio, Defense
Advanced Research Projects Agency, Arlington, VA, USA, 2004
[Naf_M06] M. Naforniţă, I. Naforniţă, Microunde. Fundamente, vol.1, ISBN 973-625-348-1,
Politehnica Timişoara Publishing House, Timişoara, 2006
[Naf_I06] I. Popescu, D. Nikitopoulos, I. Naforniţă, P. Constantinou, "Comparison of ANN
based Models for Path Loss Prediction in Indoor Environment", 64th Semi-Annual IEEE Vehicular
Technology Conference – VTC, pp.1-5, Montreal, 2006
[Pan07] S. Pan, S. Durrani, M. E. Bialkowski, „MIMO Capacity for Spatial Channel Model
Scenarios”, Proc. of Australian Communications Theory Workshop - AusCTW'07, Adelaide,
New Zealand, 2007, http://ausctw.anu.edu.au
[Top05] Marina Ţopa, S. Mureşan, F. Bud, “On Neural Algorithms for Blind Audio Source
Separation”, Proceedings of the 3rd International Workshop on Advances in Numerical Computation
Methods in Electromagnetism ANCME2005, pp. 74-81, Bruxelles, Belgium, 2005
[Tso06] G. Tsoulos, MIMO System Technology for Wireless Communications, ISBN – 13: 978-
0-8493-4190-6, CRC Press Boca Raton, Florida, 2006
[Vla09] M. P. Ştef, A. Botoş, A. Vlaicu – "Performance Analysis of Network Coding-Based
Cooperation Algorithms Employed in Cellular Networks", ACTA TECHNICA NAPOCENSIS –
Electronics and Telecommunications, vol. 50/1, pp.19-24, Cluj-Napoca, 2009
[Wan08] F. Wang, A. Ghosh, C. Sankaran, P.J. Fleming, F. Hsieh, S.J. Benes, „Mobile WiMAX
Systems: Performance and Evolution”, IEEE Communications Magazine, vol.46. no.10, pp.41-
49, 2008
[WIN08] ***, WINNER project home page, https://www.ist-winner.org/, Wireless World
Initiative New Radio, Nokia Siemens Networks, 2008
[Zha09] W. Zhang, X. Ma, B. Gestner, D.V. Anderson, Georgia Institute of Technology, “Designing
Low-Complexity Equalizers for Wireless Systems“, Collaborative Technology Alliance
for Communications & Networks sponsored by The U.S. Army Research Laboratory under
Cooperative Agreement DAAD19-01-20011, IEEE Communications Magazine, vol.47, no.1, pp.
56-62, January 2009
45

Jurnale cotate ISI (CNCSIS A)
46
LISTA DE PUBLICAŢII
1. Ligia CHIRA, T. Palade, "Performance Study of Receiver Diversity Techniques în 802.11a
WLANs", International Journal of Computers, Communications and Control, ISSN 1841-9836,
vol. 1, pp.130-134, Agora University Editing House - CCC Publications, Oradea, Romania, 2006
- cotat ISI Thomson Reuters (Web of Science).
2. N. Crişan, Ligia CHIRA CREMENE, E. Puşchiţă, T. Palade, "Evaluation of Adaptive Radio
Techniques for the under-11GHz Broadband Wireless Access", International Journal of Computers,
Communications and Control, ISSN 1841-9836, vol. 3, supplementary issue, pp. 232-
238, Agora University Editing House - CCC Publications, Oradea, Romania, 2008 - cotat ISI
Thomson Reuters (Web of Science) – premiat CNCSIS.
Volume conferinţe ISI (ISI Proceedings)
3. N. Crişan, Ligia CHIRA CREMENE, E. Puşchiţă, T. Palade, "Spectral efficiency Improvement
for the under-11GHz Broadband Wireless Access", The 15th IEEE International
Conference on Telecommunications - ICT 2008 IEEE, pp.560-565, St. Petersburg, Russia, 2008
(IEEE Xplore, ISI Web of Science)
4. N. Crişan, Ligia CHIRA CREMENE, E. Puşchiţă, "FEC Performance Analysis for the under-
11GHz 802.16 SC Specifications", 16th IST Mobile and Wireless Communications Summit,
IEEE catalog no. 07EX1670C, ISBN 978-963-8111-66-1, pp.314-318, Budapest, Hungary, 2007
(Scopus, IEEE Xplore, ISI Web of Science)
5. Ligia CHIRA, T. Palade, Ruxandra Dumitrean, E. Puşchiţă, “Performance analysis of spatial
diversity schemes on an 802.11a PHY platform”, The 7 th International Conference on Telecommunications
în Modern Satellite, Cable and Broadcasting Services TELSIKS’05, ISBN 0-7803-
9164-0, catalog no. 05EX1072, vol.1, pp.101-104, Nis, Serbia, 2005 (ISI Web of Knowledge,
Scopus, IEEE Xplore)
Capitole cărţi Springer
6. Ligia CHIRA CREMENE, N. Crişan, M. Cremene, “An Adaptive Combiner-Equalizer for
Multiple-Input Receivers”, Springer Netherlands, 2009 (SpringerLink, ISI Web of Science)
7. N. Crişan, Ligia CHIRA CREMENE, “Enhanced Reconfigurability for MIMO Systems using
Parametric Arrays”, Springer Netherlands, 2009 (SpringerLink, ISI Web of Science)
8. Ligia CHIRA CREMENE, N. Crişan, "The Adaptive Potential of Reconfigurable MEMS în
MIMO Antenna Technology", Novel Algorithms and Techniques în Telecommunications,
Automation and Industrial Electronics, ISBN 978-1-4020-8736-3, pp. 422-426, Springer
Netherlands, 2008 (SpringerLink, ISI Web of Science)

Jurnale internaţionale
9. Ligia CHIRA CREMENE, T. Palade, "The Adaptive Potential of Space Diversity Techniques",
The Mediterranean Journal of Electronics and Communications, ISSN: 1744-2400, vol.
3/3, 2007, pp.100-109, SoftMotor Ltd. United Kingdom, 2007
Volume conferinţe IEEE
10. N. Crişan, Ligia CHIRA CREMENE, “Antenna-based Signal Fishing”, The Fifth International
Conference on Wireless and Mobile Communications – ICWMC’09, ISBN 978-0-7695-
3750-4, pp.152-156, IEEE Computer Society Press, Cannes, 2009. (IEEE Xplore, Scopus,
INSPEC)
11. Ligia CHIRA CREMENE, N. Crişan, “Towards Cognitive Antenna Systems based on
Antenna-Channel Co-evolution” 3 rd International Workshop on Soft Computing Applications -
SOFA2009, ISBN 978-1-4244-5054-1 , pp.165-169, Szeged (Hungary) – Arad (Romania), 2009
(IEEE Xplore)
12. Ligia CHIRA CREMENE, N. Crişan, M. Cremene, “An Adaptive Combiner-Equalizer for
Multiple-Input Receivers”, CISSE 2008 - Conference, International Joint Conferences on
Computer, Information, and Systems Sciences, and Engineering – International Conference on
Telecommunications and Networking - TeNe08, University of Bridgeport, USA, 2008,
http://cisse2008.org/schedule.aspx (IEEE Xplore, Scopus)
13. N. Crişan, Ligia CHIRA CREMENE, “Enhanced Reconfigurability for MIMO Systems
using Parametric Arrays”, CISSE 2008 - Conference, International Joint Conferences on Computer,
Information, and Systems Sciences, and Engineering – International Conference on
Telecommunications and Networking - TeNe08, University of Bridgeport, USA, 2008,
http://cisse2008.org/schedule.aspx (IEEE Xplore)
14. N. Crişan, Ligia CHIRA CREMENE, "The Impact of Novel RF MEMS and SDCs on Smart
Antenna Technologies", The Fourth International Conference on Wireless and Mobile Communications
– ICWMC’08, pp.370-375, IEEE Computer Society Press, Athens, 2008 (IEEE
Xplore, Scopus, INSPEC)
15. Ligia CHIRA CREMENE, N. Crişan, "The Adaptive Potential of Reconfigurable MEMS în
MIMO Antenna Technology", CISSE 2007 Conference, International Joint Conferences on
Computer, Information, and Systems Sciences, and Engineering, pp. 422-426, University of
Bridgeport, USA, 2007, http://cisse2007.org/schedule.aspx (IEEE Xplore)
16. Ligia CHIRA, T. Palade, "Receiver Space Diversity în the Context of Adaptive Techniques",
The 3 rd IEEE International Conference on Wireless and Mobile Communications,
ICWMC'06, pp.61-67, IEEE Computer Society Press, Bucureşti, 2006 (DBLP, Scopus, IEEE
Xplore)
17. Ligia CHIRA, T. Palade, "The Adaptive Potential of Receiver Space Diversity Techniques",
The 5th International Symposium on Communication Systems, Networks and Digital Signal
Processing - CSNDSP 2006, University of Patras, ISBN 960-89282-0-6, pp.23-26, CSNDSP,
School of CEIS, Northumbria University, Newcastle upon Tyne, U.K, 2006 (IEEE Xplore),
Premiul Ericsson de Excelenţă în Telecomunicaţii 2006
47

Jurnale naţionale
CNCSIS B+
18. N. Crişan, Ligia CHIRA CREMENE, "A Novel Combining Technique for Adaptive Antenna
Arrays", ACTA TECHNICA NAPOCENSIS Electronics and Telecommunications, ISSN:
1221-6542, vol. 49/2, pp.27-34, Mediamira Science Publisher, Cluj-Napoca, 2008
19. Ligia CHIRA CREMENE, M. Cremene, N. Crişan, T. Palade, "Multiple-Input Adaptive
Combiner-Equalizer for Wireless Communications", SPSWC'08 - Signal processing Systems for
Wireless Communications Workshop, July 3-4, Special Issues ACTA TECHNICA NAPOCENSIS
– Electronics and Telecommunications vol. 49/4, pp.23-27, Mediamira Science Publisher, Cluj-
Napoca, 2008
20. N. Crişan, Ligia CHIRA CREMENE, "High Power MEMS Varactors Analysis for RF and
Microwaves Integrated Circuits", ACTA TECHNICA NAPOCENSIS Electronics and Telecommunications,
ISSN: 1221-6542, vol. 48/4, pp. 27-31, Mediamira Science Publisher, Cluj-Napoca,
2007.
21. Ligia CHIRA CREMENE, N. Crişan, T. Palade, "5GHz Indoor and Outdoor Measurements",
ACTA TECHNICA NAPOCENSIS Electronics and Telecommunications, ISSN: 1221-
6542, vol. 48/2, pp. 14-19, Mediamira Science Publisher, Cluj-Napoca, 2007
22. Ligia CHIRA, T. Palade, "Adaptive Radio Techniques at 5 GHz", ACTA TEHNICA
NAPOCENSIS Electronics and Telecommunications, ISSN 1221-6542, vol. 46/2, pp.1-6, Mediamira
Science Publisher, Cluj-Napoca, 2005
23. Ligia CHIRA, Ruxandra Dumitrean, “Performance analysis of spatial diversity algorithms
on an 802.11a PHY”, Sesiunea de comunicari stiintifice pentru doctoranzi DrETc 2005, Timişoara;
articol selectat spre publicare în Buletinul Ştiinţific al Universităţii Politehnica Timişoara,
Transactions on Electronics and Telecommunications, ISSN 1583-3380, Tom 50(64), Fascicola
1, pp.1-6, Timişoara, 2005
CNCSIS D
24. P. Farago, Ligia CHIRA CREMENE, N. Crişan, "WLAN 802.11n Tests and Measurements
for Optimum Network Planning", 1 st prize at the Symposium for Students în Electronics and
Telecommunications - SSET 2008, Facultatea de Electronică, Telecomunicaţii şi Tehnologia
Informaţiei, Novice Insights, Cluj-Napoca, 2008
Volume ale unor conferinţe internaţionale
25. Ligia CHIRA CREMENE, N. Crişan, T. Palade, "Cognitive Antenna Systems", International
Conference on Evolvable Systems - ICES 2008, Prague, Czech Republic, late-breaking
paper, pp.1-8, Sept 21-24, 2008
26. Ligia CHIRA, T. Palade, "Performance Study of Transmitter Diversity Techniques on an
802.11a PHY Platform", 6th International Conference COMMUNICATIONS 2006, pp. 321-324,
ISBN 973-718-479-3 978-973-718-479-5, 8-10 June, Bucureşti, 2006
27. Ligia CHIRA, N. Crişan, T. Palade, "5 GHz WLAN Transmission Improvement", The 37 th
International Symposium of the Military Equipment and Technologies Research Agency,
ACTTM – Agenţia de Cercetare pentru Tehnică şi Tehnologii Militare, Bucureşti, 2006
48

28. Ligia CHIRA, T. Palade, E. Puşchiţă, "Analysis of Future Solutions for Broadband Fixed
Wireless Communication Systems", The 36 th International Symposium of the Military Equipment
and Technologies Research Agency, ACTTM – Agenţia de Cercetare pentru Tehnică şi
Tehnologii Militare, Bucureşti, 2005
29. Ligia CHIRA, T. Palade, E. Puşchiţă, "Performance Improvements of an 802.11a PHY
Using Multiple-Antenna Systems", the 36th International Symposium of the Military Equipment
and Technologies Research Agency, ACTTM – Agenţia de Cercetare pentru Tehnică şi
Tehnologii Militare, Bucureşti, 2005
30. Mircea Aruncutean, Ligia CHIRA, T. Palade, Adriana Moldovan, “Broadband Fixed
Wireless Access Networks. Possible Solutions for the Romanian Communications Market”, a
XXXV-a editie a Simpozionului de Comunicari Stiintifice, cu participare internationalã, al
Agentiei de Cercetare pentru Tehnica şi Tehnologii Militare (ACTTM), pp. 455-460, Bucuresti,
2004
Alte publicaţii
31. T. Palade, E. Puşchiţă, Ligia CHIRA, Al. Căruntu, "Network Simulator, a Simulation Tool
for Wireless LANs: Facilities, Enhancements, Capabilities", the 36 th International Symposium of
the Military Equipment and Technologies Research Agency (ACTTM), Bucureşti, 2005
32. E. Puşchiţă, T. Palade, Ligia CHIRA, “Performance Evaluation of DCF vs. EDCF Data Link
Layer Access Mechanisms for Wireless LAN Scenarios: QoS Perspective”, The 7 th International
Conference On Telecommunications În Modern Satellite, Cable And Broadcasting Services
TELSIKS’05, vol.1, ISBN 0-7803-9164-0, catalog no. 05EX1072, Nis, Serbia, 2005 (ISI Web
of Knowledge, Scopus, IEEE Xplore)
33. E. Puşchiţă, T. Palade, Ligia CHIRA, C. Hăbălău, "Performance Evaluation of DCF vs.
EDCF Medium Access Techniques for Wireless LAN Scenarios: QoS Perspective", the 36 th
International Symposium of the Military Equipment and Technologies Research Agency
(ACTTM), Bucureşti, 2005
34. M. Cremene, Ligia CHIRA, “Collaborative Agenda for Educational Environments”, a 4-a
Conferinţă Internaţională RoEduNet Romania, Sovata, Tg. Mures, 2005 (ISI Web of Knowledge)
35. M. Cremene, Ligia CHIRA, C. Loghin, I. Benţa, “mMVC - An Architecture Design Pattern
for Mobile Applications”, ECIT- ROSYCS, Analele Ştiinţifice ale Universităţii Alexandru Ioan-
Cuza, Tomul XV, ISBN 973-7994-77-9, pp. 89-90, Iasi, 21-23 iulie 2004
36. M. Cremene, I. Benţa, Ligia CHIRA, C. Loghin, “A Management Service For Student
Examination Results With Nomadic Access”, ETc2004, Universitatea Politehnica Timişoara,
ISSN 1583-3380, pp.323-327, 2004
49