PLATFORMĂ DE COMUNICAŢII CU ACCES FLEXIBIL. DE BANDĂ LARGĂ - PICABAL

Transcription

1 PLATFORMĂ DE COMUNICAŢII CU ACCES FLEXIBIL. DE BANDĂ LARGĂ - PICABAL Colectiv de elaborare etapă: Dr. ing. Ştefan-Victor Nicolaescu 1 ; Prof. dr. ing. Ion Marghescu 2 ; Prof. dr. ing. Silviu Ciochină 2 ; Prof. dr. ing. Ion Bogdan 3 ; Conf. dr. ing. Octavian Fratu 2 ; Dr. ing. Florin Hărtescu 4 : Ing. Ion Dumitraşcu 4 ; Ing. Cristina-Gabriela Gheorghe 1 ; S. L. Dănuţ Burdia 3 ; As. Ing. Ioana Marcu 2 ; As. ing. Cristina Oprea 2 ; Ing. Florin Mocanu 3 ; Tehn. Victor Cristescu Institutul Naţional de Studii şi cercetări pentru Comunicaţii I.N.S.C.C. (Coordonator proiect şi partener 1); 2. Universitatea Politehnica Bucureşti U.P.Buc. (Partener 2); 3. Universitatea Tehnică Gheorghe Asachi Iaşi U.T.Iaşi (Partener 3); 4. Institutul Naţional de Cercetare-Dezvoltare în Informatică I.C.I (Partener 4). Conţinutul documentaţiei elaborate în cadrul etapei Activitatea de achiziţionare a echipamentelor necesare s-a desfăşurat în mod specific la fiecare dintre parteneri. Astfel, în cadrul proiectului s-au realizat achiziţii de echipamente la INSCC, ICI. UTI şi de la UPBuc folosesc reţele existente, la care se adaugă unele furnituri de completare. Marea majoritate a echipamentelor necesare dezvoltării platformelor experimentale a fost procurată în cadrul etapei a doua a proiectului precum şi în cadrul altor proiecte, fapt care permite realizarea unei platforme complexe şi de dimensiuni adecvate diferitelor experimentări realizabile. 1. Formarea şi verificarea platformelor de încercare În cadrul etapei, partenerii la proiect şi-au stabilit şi verificat platformele de încercări. Astfel, platformele de încercări realizate la INSCC şi la U.T. Iaşi au structura unor platforme mobile / nomadice. În cadrul acesteia sunt cuprinse posturi de lucru, care constau atât din echipamente fixe (PC-uri) cât şi din echipamente transportabile (laptop-uri), conectate wireless la un ruter. Interconectarea la reţeaua magistrală, a Internet, este realizată printr-un ruter (figura 1). Deosebirea constă în modul de amplasare a punctelor de acces precum şi în faptul că, spre deosebire de reţeaua de la I.N.S.C.C., aflată toată la acelaşi etaj, cea de la U.T. Iaşi este dispusă pe două etaje. Stabilirea reţelei wireless a fost realizată prin configurarea ruterului. Reţelei i s-a atribuit un cod care defineşte apartenenţa la un anumit ruter wireless SSID. Toate dispozitivele wireless care vor să comunice într-o reţea trebuie să aibă SSID-ul propriu, setat ca fiind aceeaşi cu SSID-ului ruterului pentru a se realiza conexiunea. Pentru o configurare WAN şi realizarea conexiunii la Internet, s-a ales opţiunea unei adrese IP fixă ceea ce a însemnat stabilirea de către un ISP a unei adrese IP libere din clasa de adrese alocată utilizatorului. S-a introdus masca corespunzătoare şi gateway-ul a fost setat ca fiind IP-ul serverului reţelei locale a partenerului. Ruterul are un port WAN prin care se conectează la reţeaua furnizorului de Internet. Datele de configurare pentru acest port au fost comunicate de către ISP în momentul instalării conexiunii la Internet şi au fost folosite pentru setarea plăcii de reţea a calculatorului, înainte de a folosi ruterul. 1

2 PC Desktop Laptop Internet Server Reţea cablată Punct de acces Punct de acces Ruter Utilizatori radio WiFi Fig. 1 Structura de principiu a reţelei Numărul computerelor conectate la reţea precum şi identitatea acestora poate fi controlat printr-o operaţie de filtrare, pe baza adresei MAC. La opţiunea de filtrare Filter Action există două variante: a. Cu permiterea asocierilor. Permite conectarea la reţea prin ruter numai a calculatoarelor a căror adresă MAC a fost înregistrată în lista de filtrare. b. Fără permiterea asocierilor. Este permis accesul la ruter şi a adreselor MAC care nu au fost introduse în lista de filtrare. După aceasta se deschide pagina necesară configurării generale a ruterului, prin care se denumeşte sistemul şi se stabileşte numele domeniului. Este de preferat să se introducă un nume cât mai reprezentativ. Toate echipamentele conectate în reţea trebuie să folosească acelaşi SSID. În cazul în care ISP-ul nu necesită un nume de domeniu pentru autentificare; acesta se poate lăsa necompletat. Următoarea etapă constă în configurarea reţelei wireless. Pentru funcţionare este necesar să se se selecteze un canal radio diferit de cele în funcţie ale altor reţele eventual aflate în apropiere. Accesul WiFi este protejat, WPA. În această situaţie, punctul de acces permite doar accesul clienţilor care dispun de parola de trecere corectă. WPA suportă atât autentificarea cât şi criptarea. Autentificarea realizată cu ajutorul cheilor prestabilite este cunoscută ca WPA personală. Când este realizată conform standardului 802.1x, este cunoscută ca autentificare 2

3 WPA de întreprindere. WPA oferă ca algoritm de criptare TKIP, precum şi noul algoritm de integritate numit Michael. Cu toate că WPA este mai sigură decât WEP, atunci când cheile sunt memorate şi la clienţi, furtul unui dispozitiv-client poate permite intrusului accesul în reţea. Platforma U.P.Buc este diferită ca structură, fiind construită în anterior constituită şi completată în cadrul proiectului. Este bazată pe echipamente WiMAX, pentru care U.P. Buc a obţinut o licenţă temporară de funcţionare. Aceasta conţine o reţea de acces de servicii, ASN, cu două staţii de bază, BS, 3 Staţii de abonat fixe, SS, pe care câţiva utilizatori le folosesc conectaţi direct prin reţeaua locală LAN şi o Staţie de abonat nomadică ce poate fi înlocuită în viitor cu una mobilă. Această celulă poate fi extinsă cu o a doua celulă de test conectată prin intermediul unei punţi fără fir, care utilizează o frecvenţă ce nu necesită licenţă. Cele două staţii de bază menţionate anterior sunt interconectate printr-un ruter (nodul principal al ASN) şi un Manager ANP ce realizează funcţii minime, cu posibilitatea extinderii printr-un Controlor de Acces fără fir, WAC. Controlorul care realizează funcţia de management, OMC, cu funcţii minime necesare este conectat la acelaşi ruter. Sistemul AN-100U este un controlor de sector, compatibil standardului IEEE , conţinând un terminal intern, IDU şi un transceiver de exterior cu antenă, ODU. Fiecare reţea broadband cu sisteme RedMAX conţine minim un controlor de sector AN-100U, care controlează mai mulţi abonaţi de tipul SU-O. Fiecare SS se înregistrează la un astfel de controlor cu care menţine o legătură permanentă full-duplex. Controlorul acţionează ca un nod de comunicaţii, concentrator pentru SS-urile din reţea, cu parametri radio specifici dictaţi de BS, pentru a menţine un nivel ridicat de QoS, controlând traficul descendent şi ascendent prin programarea predictibilă a timpilor de acces la mediu de transmisie. În cadrul proiectului ICI nu a dezvoltat o platformă specială, destinată experimentărilor ci participă cu software la realizarea acestora. În acest context, ICI s-a preocupat de analizarea condiţiilor de constituire a unei reţele virtuale, VPN. Deoarece VPN reprezintă o problemă specială în domeniul reţelelor de comunicaţie, acestui subiect i se va aloca un capitol separat în cadrul proiectului. Următoarea etapă a constat în interconectarea între parteneri (figura 2). Aceasta înseamnă demonstrarea posibilităţii de conectare la reţeaua wireless a partenerului. Deoarece distanţele fizice dintre parteneri sunt mari (a se lua în considerare distanţa între Bucureşti şi Iaşi), reţeaua magistrală prin care se realizează interconectarea este o reţea Internet cablată. WLAN INSCC Legătură Internet ICI WLAN UP Buc Reţea de transport magistrală WLAN UT Iaşi Fig. 2 Platforma complexă, cu interconectarea reţelelor WLAN 3

4 Deci reţelele wireless sunt locale, fiind instalate la fiecare dintre parteneri în parte, INSCC, U.T.Iaşi, U.P.Bucureşti (mai puţin I.C.I., care participă la experimente punând la dispoziţie o reţea virtuală precum şi o serie de instrumente software necesare). Prima etapă experimentală a reprezentat accesarea paginilor web ale partenerilor prin intermediul reţelelor wireless de la fiecare dintre parteneri. Au urmat operaţii mai complexe, ca intrarea, cu acordul I.C.I. în baza de proiecte a acestuia, intrare realizată folosind reţeaua wireless a I.N.S.C.C. precum şi ilustrarea posibilităţii de lucru într-un fişier implementat întrun folder accesibil la U.T. Iaşi, fişier în care se poate opera de la oricare dintre echipamentele de utilizator conectate la reţeaua wireless configurată la I.N.S.C.C. Astfel se demonstrează, ca posibilă, conectarea reţelei wireless la reţelele partenerilor precum şi stabilirea unor posibilităţi de interacţiune şi de conlucrare cu aceştia, pentru realizarea unor servicii, în particular a unor servicii de bandă largă şi multimedia. 2. Reţele private virtuale Acestea reprezintă o nouă tehnică pentru reţelele de mare suprafaţă. Astfel, o reţea privată virtuală, VPN, constituie un nou tip de sistem de acces pentru utilizatorii care se conectează de la distanţă. Sistemele tip VPN permit utilizatorilor aflaţi la distanţă să se conecteze la reţeaua lor prin intermediul Internetului. Aceasta se face prin crearea unui circuit,,virtual" de la calculator la reţeaua unui proiect; adică legătura respectivă apare privată celorlalţi utilizatori, chiar dacă trece prin sistemul public al Internetului. Toate datele şi informaţiile care circulă prin conexiune sunt codificate pentru a nu fi citite de persoane neavenite. Structura de principiu a unei reţele virtuale private este reprezentată în figura 3. Costurile foarte mari de realizare a reţelelor private a dus la crearea unei forme de comunicaţie bazată pe utilizarea reţelelor publice în scop privat. Ideea constă în conectarea unor reţele private printr-o reţea publică, folosind un protocol privat. În acest mod, comunicarea cu resursele private este accesibilă numai utilizatorilor care folosesc protocolul respectiv. Conceptul se numeşte reţea privată virtuală, VPN, sunt mai multe protocoale de acest tip, iar reţeaua publică de bază este Internetul. Utilizatori de la distanţă Internet Segment intern A Segment intern B Segment dial-in Segment extern VPN folosesc Internetul pentru a conecta între ele mai multe reţele LAN, printr-o conexiune sigură. Conexiunile VPN realizează acest lucru cu două tehnologii importante: crearea de tunele şi criptarea. Mai întâi, o reţea VPN creează prin intermediul Internetului un 4 Segment intern Fig. 3 Structura unei reţele virtuale private

5 circuit,,virtual între cele două puncte conectate. Apoi, foloseşte metoda creării de tunele pentru a înfăşura datele în protocolul Internetului, TCP/IP, astfel încât să poată fi transportate cu uşurinţă. Prin criptare se codifică informaţia trimisă, astfel încât numai destinatarul căreia i se adresează să o poată decodifica şi citi. Pentru implementarea unui VPN sunt necesare: un firewall, un router, un server proxy, hardware şi software VPN sau toate, oricare dintre acestea pot asigura o comunicaţie sigură, dar o combinaţie a lor este soluţia cea mai bună. Reţelele locale ale utilizatorilor pot fi atât cablate cât şi wireless. Implementările VPN-urilor se grupează în trei categorii: Intranet VPN reţeaua virtuală privată între sediile şi departamentele aceleiaşi intreprinderi; Acces la distanţă VPN reţea virtuală privată între reţeaua unei instituţii şi angajaţii aflaţi la distanţă sau în deplasare; Extranet VPN reţeaua virtuală privată între o firmă şi parteneri strategici, clienţi furnizori. Pentru VPN se pot stabili două categorii de avantaje care decurg din: reducerea costurilor; îmbunătăţirea securităţii. Utilizator Intranet Internet Conexiuni Internet pe linie telefonică locală Distribuitor Ethernet Server Conexiuni virtuale prin Internet Fig. 4 Exemplu de reţea VPN cu acces la distanţă Chiar dacă accesul de la distanţă poate ajuta o instituţie să-şi extindă reţeaua, să se conecteze cu reţelele partenerilor şi să îşi amelioreze astfel comunicaţiile, există unele probleme legate de instalarea unei soluţii de acces de la distanţă. Accesul de la distanţă poate afecta multe dintre compartimentele unei instituţii, de la cel de securitate a reţelei şi până la cel de resurse umane şi conducere. Pe lângă problemele de securitate existente în reţelele tradiţionale ale unei instituţii, apar şi unele noi. Astfel, intre două puncte ale unei reţele virtuale private se pot afla: 1. Calculatoare sau componente de comunicaţie care nu sunt sub controlul companiei: puncte de acces ISP în componenta dial-in, ruterele din Internet; 5

6 2. Un segment intern (Intranet), care conţine hosturi şi rutere, dintre care unele pot fi nesecurizate; 3. Un segment extern (Internet), prin care se transmit date nu numai între reţelele partenerilor, ci şi între alte surse. La acesta se poate adăuga şi problemele de securitate ale reţelei locale wireless, în cazul că unul sau altul dintre parteneri adoptă această soluţie. Avantajele reţelelor private virtuale sunt: 1. protocoalele private se pot instala la client sau la furnizorul de servicii, 2. recunosc toate protocoalele de reţea importante, 3. se folosesc adresele de reţea şi echipamentele de comunicaţie existente, 4. asigură controlul comunicaţiei, 5. folosesc standarde deschise, 6. sunt integrate in sistemele de operare cele mai folosite, 7. pot fi oferite ca servicii de furnizorii de servicii Internet. Dezavantajele reţelelor private virtuale constau în: 1. viteză relativ redusă, kbps, datorită algoritmilor de criptare / decriptare, 2. performanţele sunt puternic influenţate de calitatea serviciilor furnizorilor ISP Pentru proiectarea unei reţele private virtuale, VPN, în cadrul proiectului s-a ales varianta folosirii suportului oferit de reţeaua publică de comunicaţii Internet. Timpul de realizare este redus, cu achiziţii de echipament la costuri modice, echipament care poate asigura şi alte funcţii utile în reţeaua locală. Costul de utilizare este practic inclus în costul accesului la Internet. Sistemul central (PICABAL_Server) poate fi un server cu procesoare Intel-Xeon şi sistem de operare Windows Small Business Server 2003 Premium. Serverul poate fi utilizat pentru: 1. stocarea bazelor de date cu informaţii specifice; 2. dezvoltarea de algoritmi de criptare/decriptare, modele matematice; 3. experimentarea modelelor cu date reale şi de test (din bazele da date) în regim de lucru interactiv de la distanţă (din sediul unităţilor participante la proiect) folosind accesul Internet. Serverul poate fi instalat la sediul institutului coordonator de proiect (figura 5), unde există acces direct Internet cu adresă (IP) reală. Sistemele utilizate de participanţii la proiect (din sediul unităţilor respective) sunt calculatoare PC (staţii de lucru), cu configuraţie adecvată sarcinilor din proiect şi sistem de operare Windows XP Professional. Reţelele locale pot fi atât cablate cât şi wireless. 6

7 Fig. 5 Varianta 1 de implementare - Circuite VPN (tunel) între staţia CLIENT şi ruterul PICABAL Punctele de acces, numite şi staţii de referinţă, asigură acces fără fir la o reţea Ethernet cablată. Un punct de acces se conectează la un hub, comutator sau distribuitor pe cablu şi trimite semnale radio. Aceasta permite calculatoarelor şi dispozitivelor să se conecteze wireless la o reţea cablată. Punctele de acces au un comportament asemănător cu staţiile de telefonie mobilă: oferă mobilitate, având în continuare acces wireless la o reţea. Conectarea wireless la Internet utilizând o reţea wireless publică într-o instituţie, într-un aeroport sau întrun hotel este asigurată, de obicei, printr-un punct de acces. Dacă se doreşte conectarea wireless a unor calculatoare este necesar un distribuitor care oferă capacităţi wireless sau un punct de acces. Punctele de acces nu au tehnologie încorporată pentru partajarea de conexiuni la Internet. Pentru a partaja o conexiune la Internet, trebuie să existe legătura la un punct de acces la un distribuitor sau la un modem cu distribuitor încorporat. În concluzie se poate afirma că un VPN este un concept, nu un produs. VPN-urile au fost utilizate extensiv mulţi ani, atât în reţelele locale, cât şi în cele de date, şi ele continuă să se bucure de succes în ambele zone. Motivul este simplu: numeroase companii consideră costurile construirii şi operării reţelelor de comunicaţii particulare ca fiind prohibitive. În loc să construiască astfel de reţele sau să îşi refuze aceasta funcţionalitate, ele caută un furnizor care le poate vinde serviciul respectiv. Interesul recent pentru VPN-uri este generat de Internet. Numeroase companii, în special furnizorii de servicii Internet, ISP şi companiile care asigură transmisiile prin Internet, doresc să crească cererea pentru conectivitatea şi utilizarea Internetului. Oricât de curios ar suna, cererea exploziva de conectivitate Internet s-a stabilizat de fapt. Prin urmare, ISP-urile se văd blocate în competiţia pentru o piaţa care consideră serviciile lor ca un bun de larg consum. 3. Studiul schemelor de acces ascendent şi descendent Sistemele de diversitate dezvoltate până în prezent se pot grupa în trei categorii: 1. sisteme fără reacţie; 7

8 2. sisteme cu reacţie, la care sistemele în care emiţătorul utilizează în mod implicit răspunsul provenit de la receptor în scopul adaptării transmisiei la caracteristicile canalului; 3. sisteme oarbe, la care nu este necesară informaţia de reacţie. Pentru a se obţine diversitatea acestea utilizează mai multe antene de emisie la care se adaugă codarea de canal. Pe un canal radio semnalele vor ajunge la recepţie mult diferit faţă de cum au fost transmise, la recepţie ajung variante ale aceluiaşi semnal care pot fi mai mult sau mai puţin întârziate. Din cauza interferenţei cu semnale provenite de la alţi utilizatori, se poate ajunge în situaţia ca să nu se mai obţină semnalul real transmis. Refacerea semnalului se poate realiza numai dacă ar exista eventuale replici obţinute la receptor. O astfel de metodă de a creşte capacitatea receptorului bazându-se pe mai multe replici obţinute la receptor se numeşte diversitate. Există mai multe tipuri de diversitate: 1. Diversitate temporală: în acesta situaţie se va folosi codarea de canal pe mai multe intervale de timp. În acest fel se va obţine la receptor mai multe replici ale aceluiaşi semnal în diverse momente de timp: redundanţă în timp. 2. Diversitate în frecvenţă: se obţine această diversitate dacă se vor transmite replici ale aceluiaşi semnal pe mai multe frecvenţe: redundanţă în frecvenţă. 3. Diversitate obţinută cu antene: se vor folosi în acesta metodă şiruri de antene separate fizic şi având polarizări diferite. Se obţine astfel o redundanţă spaţială; în acest caz se va folosi aceeaşi banda de frecvenţă. Pentru a creşte gradul de diversitate sau numărul de grade de libertate în comunicaţiile radio se pot utiliza mai multe antene la emisie şi/sau la recepţie. Trebuie precizat că nu se pot obţine câştiguri maxime atât pentru diversitate cât şi pentru multiplexare spaţială. Pentru un număr dat de antene trebuie să se realizeze un compromis între acestea două sau să existe un mecanism care să modifice parametrii în funcţie de necesităţi. În comparaţie cu un sistem clasic un sistem MIMO are o eficienţă spectrală şi performanţe mult îmbunătăţite. Iniţial sistemele MIMO au fost folosite pentru a creşte câştigul de diversitate în scopul reducerii fadingului pe canal prin crearea de căi multiple. Prin trimiterea aceleiaşi informaţii pe diferite căi se obţin la recepţie mai multe replici ale aceluiaşi semnal, afectate de fading în mod independent, conducând astfel la o recepţie îmbunătăţită. Dacă receptorul are m antene, atunci se vor obţine m replici provenite pe m căi. În această situaţie, la niveluri mari ale raportului semnal/zgomot, SNR, eroarea medie scade cu 1/(SNR) m, faţă de 1/(SNR) în cazul utilizării unei singure antene. În plus se pot utiliza mai multe antene la emisie pentru a îmbunătăţi câştigul de diversitate. Într-un astfel de sistem cu m antene de recepţie şi n de emisie pe un canal afectat de fading Rayleigh câştigul maxim de diversitate este mn. Diversitatea la emisie sau la recepţie are rolul de a combate fadingul pe canal. În plus, într-un sistem MIMO fadingul poate creştere numărul de grade de libertate disponibile pentru comunicaţie. Astfel, dacă câştigul dintre emisie şi recepţie variază diferit pe diverse canale se poate vorbi de crearea unei matrici ce caracterizează canalul de transmisie, formând-se mai multe canale de comunicaţie simultane. Se poate creşte viteza de transmisie dacă se transmit informaţii independente pe aceste canale independente, în acest mod se obţine o multiplexare spaţială. Într-un astfel de sistem se poate atinge o capacitate a canalului de: 8

9 ( ) = min{ } log ( ) + O( 1) C SNR m,n SNR iar numărul de grade de libertate este egal cu min{ m,n }. Deci, folosindu-se un sistem MIMO se poate obţine o creştere a câştigului de diversitate sau de multiplexare spaţială. Este important că se poate face un compromis între cele două câştiguri în funcţie de cerinţe. De exemplu, codarea de canal cu coduri ortogonale conduce la creşterea diversităţii de codare, dar reduce considerabil câştigul de multiplexare. Fiecare schemă de codare va trebui în schimb să ţină seama de nivelul SNR; astfel fiecare schemă va fi caracterizată de doi parametrii corespunzători celor două câştiguri: r câştig de multiplexare şi, respectiv, d câştig de diversitate. Pentru un astfel de sistem rata de r log SNR, iar media probabilităţii de eroare va scade cu codare va fi caracterizată de ( ) d 1/ SNR. În mod clar r nu va putea depăşi numărul total de grade de libertate egal cu min m,n. { } Diversitatea la emisie se bazează pe utilizarea mai multor antene. Aceasta conduce la folosirea mai multor canale de transmisie obţinându-se o diversitate spaţială. Metoda poate fi folosită pentru a îmbunătăţi caracteristicile canalului. Ideea de bază este de a oferi receptorului mai multe replici ale aceluiaşi semnal afectate de fading, astfel încât să scadă probabilitatea ca toate componentele de semnal afectate de fading să se anuleze reciproc. În situaţii reale, în care viteza de transmisie va trebui adaptată la capacitatea canalului, va trebui să se aibă în vedere mai multe realizări independente ale canalului în timp; în plus din analiza capacităţii canalului se observă că şi aceasta creşte liniar cu logaritmul raportului semnal / zgomot. Spre deosebire de sistemele ce utilizează o singură antenă, emiţătoarele cu antene multiple, conduc la obţinerea de performanţe considerabil de bune în sistemele multiutilizator. Posibilitatea folosirii receptoarelor cu antene multiple permite, de fapt, eliminarea interferenţei. Având un sistem cu N utilizatori, fiecare având o antenă de emisie, s-a demonstrat că, într-un mediu cu fading plat Rayleigh, un receptor linear cu K+N antene este capabil să elimine N-1 utilizatori care interferă şi, în acelaşi timp, să obţină un câştig de diversitate K+1 pentru fiecare utilizator rămas. Cu alte cuvinte, eliminarea celor N-1 utilizatori care interferă, printr-o combinaţie liniară, implică utilizarea a N-1 grade de libertate din cele N+K grade de libertate disponibile. Aceste grade de libertate sunt apoi pierdute din punctul de vedere al câştigului de diversitate. De aceea câştigul de diversitate al fiecărui utilizator trece de la valoarea maximă N+K la K+1. Proprietatea deosebită este aceea că, după eliminarea liniară, fiecare utilizator este ferit de interferenţă şi are un câştig de diversitate K+1. Este important de remarcat că acest compromis dintre eliminarea interferenţei şi câştigul de diversitate este valabil doar când se presupune că se foloseşte un bloc de eliminare liniar. Analiza efectuată se referă la situaţia în care fiecare utilizator are antene de emisie multiple şi foloseşte codarea spaţio-temporală. Codarea spaţio-temporală poate fi combinată cu transmisiunile bloc pentru a obţine o codare potrivită pentru implementarea în sistemele de bandă largă. Analiza se va face pe sistemele multiutilizator în care fiecare terminal radio are antene multiple şi utilizatori diferiţi folosesc aceleaşi resurse fizice (canalele). Această codare spaţio-temporală oferă o fereastră de lucru generală care permite proiectarea sistemelor 9

10 multiutilizator capabile să elimine necesitatea compromisului dorit dintre performanţă, viteza de transmisie şi complexitate. În cazul sistemelor MIMO cu diversitate de codare se consideră un sistem de comunicaţii mobile în care staţia de bază este echipată cu n antene şi cea mobilă cu m antene. Datele transmise vor fi codate de către codor, apoi se face o conversie cu ajutorul unui convertor serie-paralel împărţind datele rezultate în n şiruri de date distincte. Fiecare şir de date se aplică la intrarea unui circuit de formare a pulsului de emisie. Ieşirea acestuia reprezintă semnalul modulat. Vom nota cu c i t, funcţie care reprezintă semnalul transmis i = 1: n la momentul t. utilizând antena de transmisie i ( ) Se consideră că cele n semnale se transmit simultan şi că perioada de emisie pentru fiecare dintre acestea este T. Semnalul obţinut la antena de recepţie va fi o combinaţie a celor n semnale transmise care sunt afectate de fading Rayleigh sau Rice. Informaţia este codată şi apoi împărţită în n fluxuri care sunt transmise simultan cu ajutorul a n antene. Semnalul obţinut la cele m antene de recepţie va fi constituit din suma celor n semnale de la emisie la care se adaugă zgomotul de pe canal. Analiza performanţelor unui cod folosit în acest sistem se face pe baza unor matrici alcătuite din perechi de secvenţe de coduri. Ordinul minim al acestor matrici reprezintă câştigul de diversitate, în timp ce determinantul minim reprezintă câştigul de codare. Folosirea unor astfel de sisteme de codare va îmbunătăţi performanţele canalului radio care, din cauza benzii limitate, nu permite un transfer de mare viteză. O soluţie pentru a mări viteza constă în folosirea sistemelor cu antene multiple în care, după codare, porţiuni diferite din informaţie se vor transmite pe mai multe canale în paralel, iar la recepţie se va face recombinarea acesteia. Pentru îmbunătăţirea funcţionării transmisiei la niveluri scăzute de semnal (valori mici ale SNR ) este se poate folosi un codor spaţio-temporal care exploatează variaţiile temporale În acest mod se poate îmbunătăţi folosirea spectrului semnalului. În plus, aceste coduri pot folosi eventualele variaţii temporale ce apar într-un canal radio ducând la o mai buna diversitate. În acest mod se poate îmbunătăţi calitatea serviciilor atât pentru utilizatorii mobili cât şi pentru cei ficşi. La un nivel foarte ridicat acestea sunt coduri concatenate. Codul este inteligent şi adaptiv deoarece codorul nu ştie caracteristicile canalului, dar poate să exploateze anumite informaţii ce sunt transmise fie de către antenele de emisie fie de cele de recepţie precum şi cele datorate variaţiilor rapide pe canal. Se presupune că emiţătorul nu cunoaşte caracteristicile canalului, dar va alege un alfabet ce va permite un câştig de diversitate de valoare r 1. În realitate fadingul nu va fi lent sau rapid, deci să se poată folosi unul din cele două modele, ci va varia între cele două extreme. În această situaţie va fi nevoie de un cod care să poată varia între aceste două extreme, conducând la un criteriu de proiectare hibrid. 4. Rezultate şi concluzii Modul de conlucrare între partenerii la Proiect, aşa cum s-a desfăşurat până în prezent, asigură condiţiile toate necesare pentru continuarea şi realizarea în bune condiţii a obiectivelor Proiectului. 10

11 Platformele de lucru au fost constituite şi sunt funcţionale în prezent. A fost, de asemenea, verificată interconectarea dintre platforme şi urmează să se treacă la faza ulterioară de experimentări. A fost, de asemenea, realizat partea de studiu referitoare la schemele de acces ascendent şi descendent cu diversitate de codare, configuraţii multipunct şi scheme MIMO. Bibliografie selectivă [1] Tarokh, V., Seshadri, N., Calderbank, A.R. Space-Time Codes for High Data Rate Wireless Communications: Performance Criterion and Code Construction, IEEE Trans. On Information Theory, vol.44, no.2, March 1998, pp [2] Zheng, L., Tse, D.N.C. Diversity and Multiplexing: A Fundamental Tradeoff in Multiple-Antenna Communications, IEEE Trans. On Information Theory, vol.49, no.5, May 2003, pp [3] Alamouti, S. M. A Simple Transmitter Diversity Scheme for Wireless communications, IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 16, no. 8, October 1998, pp [4] Wittneben, A. A New Bandwidth Efficient Transmit Antenna Modulation Diversity Scheme for Linear Digital Modulation, Proceedings IEEE International Conference on Communications (ICC 1993), May 1993, pp [5] Blum R., Winters J., Sollenberger J., On the Capacity of Cellular Systems with MIMO, IEEE Communications Letters, June 2002, pp [6] Diggavi S., Al-Dhahir N, Calderbank A. Algebraic Properties of Space-Time Block Codes in Intersymbol Interference Multiple-Access Channels, IEEE Transactions on Information Theory, Oct. 2003, pp [7] Barbarossa S. Multiantenna Wireless Communication Systems, Artech House mobile communications library, 2005 [8] Ramjee Prasad, Marina Ruggieri - Tehnology Trends in Wireless Communications, Artech House 2003 [9] Ahmed El Zooghby - Smart Antenna Engineering, Artech Huose, 2005 [10] Ed. George Tsoulos - MIMO System Technology for Wireless Communications, CRC Press Taylor & Francis Group, 2006 [11] Horst J. Bessai - MIMO Signals and Systems, Ed. Springer,