Emulator de canale radio (simulare) [610299]

Universitatea Politehnic a Bucure sti
Facultatea De Automatic a  si Calculatoare
Departamentul de Automatic a si Ingineria Sistemelor
LUCRARE DE LICEN T A
Emulator de canale radio (simulare)
Coordonator: Sl. Maximilian Nicolae
Absolvent: [anonimizat]
2015

Cuprins
Lista gurilor 4
Capitolul 1 Introducere 6
1.1 Obiective si motiva tie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2 Metodologie de realizare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Capitolul 2 Studiul actual al cercet arii ^ n domeniu 8
2.1 Generalita ti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.2 Simulare de canal radio pentru retele de senzori wireless . . . . . . . . . . 9
2.2.1 Con tinutul lucr arii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2.2 Valori m asurate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.2.3 Modelul canalului radio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2.4 Rezultate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.3 Proiectare si implementarea unui simulator de canal pentru o transmisie de
banda larga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.3.1 Con tinutul lucr arii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.3.2 Probleme de proiectare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.3.3 Structura simulatorului . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.3.4 Rezultate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Capitolul 3 Descrierea aplicatiei 15
3.1 Structura emulatorului . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.2 Structura emulatorului simulat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Capitolul 4 Considerente teoretice 18
4.1 Descrierea problematicii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
4.2 Tehnologii existente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
4.3 Aspecte teoretice legate de reprezentarea  si transmisia semnalelor . . . . . 19
4.4 Propagarea undelor radio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
4.5 Efecte atmosferice care afecteaz a propagarea undelor . . . . . . . . . . . . 21
4.6 Modele de propagare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2

Capitolul 5 Proiectare  si implementare 30
5.1 Descrierea problematicii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
5.2 Recep tia si e santionarea semnalului de intrare . . . . . . . . . . . . . . . . 30
5.3 Frecvente de lucru . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
5.4 Structura cadrului de simulare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
5.5 Crearea semnalului de intrare pentru simulare . . . . . . . . . . . . . . . . 32
5.5.1 Semnal mesaj . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
5.5.2 Semnal purt ator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
5.5.3 Modulare PSK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
5.5.4 Demodulare PSK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
5.6 Procesarea semnalului . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
5.6.1 Crearea semnalului intermediar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
5.6.2 Filtrele utilizate pentru procesare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
5.6.3 Modele de canal implementate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
5.6.4 Modele de atenuare implementate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
5.6.5 Modele de zgomot implementate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
5.7 Crearea  si congurarea cadrului de simulare . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
5.7.1 Implementarea  si modicarea  sierului de ini tializare . . . . . . . . 52
Capitolul 6 Testare  si Validare 53
6.1 Congurarea  si rularea unei simulari complete . . . . . . . . . . . . . . . . 53
6.1.1 Alegerea semnalului mesaj  si crearea semnalului de intrare . . . . . 54
6.1.2 Procesarea semnalului prin modelul de canal ales . . . . . . . . . . 54
6.1.3 Testarea fezabilit a tii implement arii pe instala tia zic a . . . . . . . . 57
6.1.4 Demodulare si concluzii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Capitolul 7 Concluzii 61
7.0.5 Obiectivele indeplinite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
7.0.6 Perspective de viitor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Anexa A Sec tiuni relevante din cod 62
A.1 Structura sierului de congurare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
A.2 Scriptul de modulare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
A.3 Script parsare sier .ini / Aplicare model canal . . . . . . . . . . . . . . . 64
A.4 Script MIX – FTJ -DECIMARE -EXTRAPOLARE – MIX – FTB . . . . . 70
A.5 Script demodulare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
A.6 Functii modele de canal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
A.7 Scripturi tipuri de atenuari . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
A.8 Script care asaza spectrul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
Bibliograe 80
3

Lista gurilor
2.1 Compara tie ^ ntre modele utilizate (sursa : [4]) . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.2 Compara tie modele utilizate(sursa: [4]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.3 Schema de principiu a simulatorului(sursa: [13]) . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.1 Schema de principiu a simulatorului(sursa: [13]) . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.2 Schema de principiu a simulatorului(sursa: [13]) . . . . . . . . . . . . . . . 16
4.1 Exemplicare mecanisme anterioare(sursa: [1] ) . . . . . . . . . . . . . . . 21
4.2 Propagare multicale ^ n mediul urban, exemplu avelop a atenuat a(sursa: [1]) 22
4.3 Evolu tie atenuare ^ n func tie de frecven t a (sursa: [1]) . . . . . . . . . . . . . 23
4.4 Evolu tie atenuare ^ n func tie de frecven ta(sursa: [1]) . . . . . . . . . . . . . 24
4.5 Termianl ^ n vegeta tie (sursa: [9]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
4.6 Prametrii furniza ti de ITU (sursa: [9]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
4.7 Grac evolu tie difrac tie (sursa: [1]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
5.1 E santionare unifmrom a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
5.2 Informatie binara la transmi tator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
5.3 Semnal mesaj binar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
5.4 Semnal purt ator cosinusoidal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
5.5 Semnal modulat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
5.6 Informatie binara la receptor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
5.7 Spectru semnal ^ n urma primei mix ari . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
5.8 Caracteristica ltru trece jos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
5.9 Spectrul semnalului ^ n urma ltr arii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
5.10 Caracteristica ltru trece banda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
5.11 Spectrul semnalului ^ n urma ltr arii trece-band a . . . . . . . . . . . . . . . 40
5.12 Und a procesat a prin modelul de legatur a direct a . . . . . . . . . . . . . . . 41
5.13 Und a procesat a prin modelul cu atenuare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
5.14 Und a procesat a prin modelul cu atenuare  si ^ ntarziere . . . . . . . . . . . . 43
5.15 Unda pe prima cale, ^ ntarziat a  si atenuat a . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
5.16 Unda pe a doua cale, ^ ntarziat a  si atenuat a . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
5.17 Unda pe a treia cale, ^ ntarziata  si atenuat a . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
5.18 Unda pe a patra cale, ^ ntarziat a  si atenuat a . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4

5.19 Unda nal a la receptor, ^ ntarziat a  si atenuat a . . . . . . . . . . . . . . . . 47
5.20 Und a afectat a de zgomot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
6.1 Exemplu de completare al sierului de congurare . . . . . . . . . . . . . . 53
6.2 Spectrul semnalului modulat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
6.3 Prima und a ^ ntarziat a  si atenuat a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
6.4 A doua und a ^ ntarziat a  si atenuat a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
6.5 A treia und a ^ ntarziat a  si atenuat a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
6.6 A patra und a ^ ntarziat a  si atenuat a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
6.7 Unda rezultat a la ie sirea din modelul multi-cale . . . . . . . . . . . . . . . 57
6.8 Semnalul dupa prima mixare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
6.9 Aplicarea ltrului trece-jos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
6.10 A doua mixare cu semnalul intermediar, aducerea ^ n banda ini tial a . . . . 59
6.11 Unda rezultat a la ie sirea din modelul multi-cale . . . . . . . . . . . . . . . 59
A.1 Structura sier de initializare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
5

Capitolul 1
Introducere
1.1 Obiective si motiva tie
^In ziua de ast azi, comunica tiile radio se desf a soara pretutindeni, acestea transmit
muzica, date , fotograi invizibil prin aer , de multe ori chiar pe distante de mii de kilometrii
 si acest lucru se ^ nt ampla ^ n mii de feluri. Aplica tiile care folosesc unde radio sunt vaste
, de la routerele wireless din interiorul locuin tei, la telefoane mobile, pana la aplica tii
industriale precum sisteme de pozi tionare globala  si chiar comunica tii prin satelit care
sunt vitale pentru desf a surarea ^ n siguran ta a curselor aeriene. Lucrul fascinant despre
comunica tiile radio este faptul ca de si tehnologia din spate este simplist a a devenit totu si
baza comunica tiilor moderne .
Ca  si aplica tii industriale re telele de senzori wireless (WSN) reprezint a un subiecte
de cercetare foarte interesant si c areia i se acord a multa importan ta datorit a poten tialului
si impactului previzionat. Studiul in acest sens se desfaroara de mai mult de 10 ani, ins a
se observ a c a aplica tiile practice efective sunt foarte rare . Acest fapt poate  datorat de
abilitatea redus a conexiunilor radio.
Tema pe care am ales-o i si propune s a studieze factorii care in
uenteaza perfor-
man tele comunica tiilor radio dintre nodurile WSN prin modelarea si simularea canalului
radio folosit. Astfel studiul se va concentra pe fenomene care afecteaza undele radio,
si anume atenuare (inclusiv cauzata de fenomene meteo), defazare/^ ntarziere propagare
multi-cale , distorsiuni, coliziuni etc.
Pe l^ ang a caracterul de cercetare, tema va avea si un caracter didactic cu un rezultat
care va putea  utilizat in activit a tile de laborator  si anume un emulator de canal care
va permite studierea fenomenelor men tionate mai sus stabilind diferite cadre de simulare.
Odat a ce componenta software a proiectului este realizat a se va trece la interfa tarea cu
echipamente reale de comunica tie, simul^ and diferite scenarii pentru acestea. Acest lucru
implica  si construc tia unei componente hardware care va ^ ncerca s a se apropie c^ at de mult
posibil de comunica tia  si prelucrarea datelor ^ n timp real.
6

1.2 Metodologie de realizare
1. Se vor studia modelele de propagare a undelor radio.
2. Se vor studia modele de atenuare existente
3. Se vor implementa o parte din modelele studiate ^ n vederea simul arii.
4. Se vor valida modelele de la pasul 2 si 3 prin realizarea mai multor simulari
5. Se va proiecta un sistem software capabil s a (^ n ordine):
(a) s a construiasc a un semnal modulat complex sau s a preia e santionale unui semnal
real pentru a  utilizat ^ n teste
(b) s a mixeze semnalul primit/construit cu un semnal generat pentru a-l cobor^  ^ n
frecven t a
(c) s a ltreze frecventele inalte pentru a pastra banda de frecvente joase
(d) s a aplice modele implementate la pasul 2 si 3 pe semnalul de frecven t a joas a
(e) s a mixeze semnalul procesat cu un nou semnal generat pentru a ^ l readuce ^ n
banda ini tial a de frecven te ;
(f) s a demoduleze semnalul procesat
6. Se va implementa aplica tia
7. Se vor implementa  si testa diferite cadre de simulare.
8. Se elaboreaz a concluziile  si perspectivele de dezvoltare
7

Capitolul 2
Studiul actual al cercet arii ^ n
domeniu
2.1 Generalita ti
La momentul actual, cercetarea ^ n domeniu urm are ste foarte multe direc tii care au
la baz a modelarea  si simularea canalelor radio  si studiul modelelor de atenuare.
Un prim articol ^ n care abordarea problemei este similar a cu cea expus a ^ n lucrea
de fat a este [4] unde este detaliat un proces de colectare de date ^ n trei loca tii diferite  si
estimarea unor modele de atenuare pe baza acestora. Cu ajutorul datelor colectate de pe
instalatii sunt validate modelele simulate  si comparate cu datele reale.
Necesitatea unui cadru de simulare pentru canelele radio este expus a foarte clar
^ n [11]. Lucrarea trateaz a posibilitatea implement arii unui simulator de canal care uti-
lizeaz a palci grace pentru procesare deoarece sporesc viteza de calcul datorit a abilita tii
de procesare paralel a, acest lucru ind de dorit pentru simul arile de conexiuni 4G.
Un exemplu de implementare zic a a unui emulator reg asim ^ n [13]. Spre deosebire
de lucrarea curenta autorii trateaz a cazul unei transmisii de band a larg a  si sunt implemen-
tate modele de atenuare Rician si Rayleigh. Scopul realiz arii este folosirea in testele de
laborator.
^In cadrul [15] este prezentat un studiu comparativ ^ ntre implementarile hardware
ale canalelor radio de tip MIMO cu procesare ^ n frecven t a  si procesare ^ n timp. Se studiaz a
mai ^ ntai blocurile func tionale ale ec arui tip de implementare  si apoi se compar a timpii
de procesare  si erorile semnalului de ie sire.
Un mecanism foarte interesant de validare a datelor pentru un canal de tip multi-
cale se rega seste ^ n cadrul [16] unde se efectueaz a experimente ^ n interiorul unei camere
far a ecou. Mai multe unde sunt re
ctate de pe o suprafata speciala ,atenuate cu ajutorul
unor obstacole si capturate pentru a forma unda nala.
Lucrarea de dizerta tie [17] realizat a de c atre Kristian Mella analizeaz a ^ n detaliu
canalele de tip multi-cale pentru standardul WiMAX. Sunt studiate mai ^ ntai modele de
atenuare  si apoi sunt implementate functii matlab de procesare de semnal care pot sa
8

aplice efectele fenomenenlor studiate pe unda simulat a.
Concluzionand, am selectat articolele [13] si [4] ca ind cele semnicative ^ n com-
paratie cu lucrearea prezent a, mai multe detalii despre acestea sunt expuse ^ n continuare
^ n capitolele 2.2 si 2.3.
2.2 Simulare de canal radio pentru retele de senzori
wireless
2.2.1 Con tinutul lucr arii
Lucrarea ^  si propune folosirea unui model de atenuare cu doua pante pentru simu-
larea comunica tiei in apropierea solului a unor noduri WSN. Dup a efectuarea simul arilor,
modelul a fost validat prin m asur atori pe echipamente reale. Parametrii modelului au fost
dedu si in urma a trei scenarii propuse si anume : un teren drept in spa tiu deschis, o curte
in a unui campus universitar si in interiorul unui parc.
Pentru ecare scenariu s-au m asurat pierderile cauzate de propagare, apoi au fost
calcula ti parametrii a dou a canale sintetizate care erau compatibile cu m asur atorile f acute.
Primul model folosit a fost o panta logaritmica de atenuare in func tie de distanta, iar cel
de-al doilea un model cu dou a pante logaritmice care asigur a o acurate te mai bun a cu
aproximativ aceea si putere de calcul.
2.2.2 Valori m asurate
Echipamente folosite
Senzori :
Nodurile utilizate folosesc transceiver de band a limitat a (868 MHz) si putere 5 dBm.
Rata de transmisie e foarte mic a , de ordinul zecilor de kbps si perioada simbolurilor este
mare, determin^ and un canal cu atenuare aproximativ liniara.
Echipamente de m asurat :
Transmi t atoarele sunt nodurile WSN, iar ca receptor este folosit un analizor de
spectru (ROHDE and SCHWARZ FSH-3 ). Acestea sunt amplasate aproape de sol, scopul
experimentului ind determinarea comportamentului canalului la acest nivel. Lungimea
de und a dat a de antele folosite este de = 0:33 la 868 MHz, iar antenele sunt conectate
la receptor  si transmi t ator printr-un cablu coaxial cu pierderi mici.
Receptorul este compus din analizorul de spectru  si un laptop, protejate de spuma
absorbanta pentru a minimiza interferen tele . Conform celor trei scenarii propuse au fost
efectuate m asur atori cu transmi t atorul in diferite pozi tii si receptorul plasat din 0.5m in
9

0.5 m pana c^ and SNR a ajuns la o valoare de 10 dB pe o distanta de 3 m , apoi din metru
^ n metru p^ an a la o distant a de 10 m  si ^ n nal din 2m ^ n 2 m p^ an a la nal.
Figura 2.1: Compara tie ^ ntre modele utilizate (sursa : [4])
Acest amplasament folosit pentru m asur atori este justicat de natura logaritmic a
de descre stere a puterii cu distan ta  si ajuta la o analiz a am anun tita.
2.2.3 Modelul canalului radio
Urm arind puterea medie primit a pe o scar a logaritmica se observ a c a aceasta are
o tendin ta liniar a folosind metoda celor mai mici p atrate, atenuarea ind logaritm al
distan tei.
Acest comportament a fost reg asit in toate cele trei scenarii  si a fost propus un
model de atenuare logaritmic-normal pentru a caracteriza propagarea.
L(d) =L0+ 10n1log10(d) +X (2.1)
L(d) =(
L01+ 10n1log10(d) +X1;daca;d<d r
L02+ 10n2log10(d) +X2;daca;d>d r(2.2)
unde :
L0este pierderea la 1 m
n este factorul de pierdere
d este distan ta in metrii (m)
Xeste variabila logaritmat a natural cu devia tia exprimat a ^ n decibeli
^In ecuatia 2.2 , cele dou a pante sunt denite prin drpunctul de fr^ angere
10

2.2.4 Rezultate
Rezultatele pot  observate ^ n imaginea urm atoare :
Figura 2.2: Compara tie modele utilizate(sursa: [4])
Se poate observa c a modelul cu dou a pante logaritmice este o aproximare mai bun a
pentru datele m asurate.
O observa tie interesant a este faptul c a dreste dependent de mediu  si nu poate
calculat folosind dec^ at frecven ta si ^ n al timea antenei.
Coecien tii de atenuare nsunt foarte importan ti pentru un model deoarece deter-
min a distan ta maxim a de transmisie. Distan tele prezentate ^ n tabelul de mai sus au fost
calculate la o putere de transmitere de 5 dBm  si o sensibilitate a modelelor de 100 dBm  si
se poate concluziona ca modelul cu dou a pante este mai restrictiv.
Rezultatele experimentului conrm a c a modelul cu dou a pante este o aproximare
mai buna, cea de-a doua pant a ind prezent a datorit a plas arii antenelor foarte aproape de
sol  si acesta intercepteaz a o mare parte a zonei Fresnel.
2.3 Proiectare si implementarea unui simulator de
canal pentru o transmisie de banda larga
2.3.1 Con tinutul lucr arii
Lucrarea prezint a proiectarea  si implementarea unui simulator de canal de band a
larga (maxim 10 MHz)pentru comunica tii radio. Scopul simulatorului este uzul in laborator
pentru transmisii cu rat a de bi ti ridicat a  si spectru vast.
Sunt implementate modele de atenuare Rician si Rayleigh care sunt stimulate cu
semnale aleatorii generate de un DSP  si sunt simulate atenu arile. Lucrarea prezint a o anal-
11

iz a comparativ a^ ntre ie sirile simulatorului si rezultatele simul arii, concentrat a pe r aspunsul
^ n frecvent a al canalului static pana la o atenuare maxim a de 35 dB.
Deoarece majoritatea modelelor folosesc canale de banda limitat a, construirea unui
model pentru band a larg a trebuie s a ia^ n considerare propagarea multi-cale care determin a
timpi diferi ti de recep tie si atenuare dependent a de frecvent a.
2.3.2 Probleme de proiectare
Sunt propuse dou a abord ari^ n construirea simulatorului, prima se nume ste modelare
prin r aspuns la impuls, iar cea de-a doua se nume ste modelare cu ajutorul razelor teoretice.
Modelarea prin r aspuns la impuls se bazeaz a pe modelarea utiliz^ and timpii de sosire
 si amplitudinile undelor recep tionate. Mediul de propagare poare  caracterizat ca un ltru
liniar dup a cum urmeaz a:
k(t) =infX
k=0ak(t0tk)ejqk (2.3)
unde:
akeste amplitudinea tkeste timpul de sosire qkeste faza componentei k t0este
timpul primei sosiri
Ca prim a aproxima tie utilizat a , amplitudinile utilizate urm aresc o distribu tie Rayleigh
sau Rice ,tkt0urm are ste un timp de sosire Poisson, iar faza este uniform distribuit a.
Un simulator construit cu acest model ar genera o vector al timpilor de sosire, pentru
ecare timp de sosire ar  asociat a o amplitudine conform unei distribu tii, iar pentru ecare
pereche de timpul timp de sosire si amplitudine s-ar genera o faza aleatoare.
Un studiu ^ n acest sens a fost realizat de c atre Turin , s-a determinat ca timpii
de sosire nu sunt aleatori deoarece obstacolele sunt ^ n general grupate  si exist a o corelare
^ ntre amplitudinile a dou a unde care ajung la diferen te foarte mici de timp c^ at  si ^ ntre
amplitudini  si timpii de sosire.
Simularea folosind aceast a abordare pentru un canal de band a larg a este posibil a  si
poate  folosit a avantajos pentru a m asura performa tele unui sistem, ^ nsa implementarea
unui simulator ^ n timp real este dicil de realizat.
Modelarea folosind raza teoretice se bazeaz a pe modelarea diferitelor raze zice
cauzate de re
exii  si difrac tii. Studiile efectuate de Turin releva faptul c a ^ n zone urbane
mari exist a 4 sau 5 direc tii de propagare la ecare microsecund a  si probabilitatea ca acestea
s a e grupate este semnicativ mai mare.
Spre deosebire de cealalt a implementare posibil a, simularea ^ n acest fel este mult
mai u sor de realizat.
12

2.3.3 Structura simulatorului
Semnalul trebuie transmis prin mai multe raze  si timpii de sosire trebuie s a e diferi ti
(de ordinul frac tiunilor de secund a), ecare raz a trebuie supus a unei atenu ari rapide de tip
Rayleigh  si unei atenu ari lente pentru a lua ^ n considerare fenomenul de shadowing. Apoi
ecare raz a este supus a unei modula tii Doppler, diferit a de la raz a la raz a  si ^ n nal razele
sunt ^ nsumate pentru a produce semnalul radio.
Figura 2.3: Schema de principiu a simulatorului(sursa: [13])
2.3.4 Rezultate
Rezultatele ob tinute pe instala tie sunt ^ n concordant a cu cele ob tinute ^ n simulare
. Figurile urm atoare reprezint a ie sirile instala tiei si simulatorului :
13

14

Capitolul 3
Descrierea aplicatiei
3.1 Structura emulatorului
Pe l^ anga scopul primar de simulare a fenomenelor care afecteaz a transmisiile radio,
lucrarea i si propune  si studiul fezabilit a tii implement arii unui emulator de canal. Figura
urm atoare reprezint a schema de blocuri func tionale care alc atuiesc instala tia de emulare.
Figura 3.1: Schema de principiu a simulatorului(sursa: [13])
La intrarea ^ n emulator este recep tionat un semnal analogic provenit de la trans-
mi t ator. Deoarece frecven tele de transmisie sunt ^ n general mari, pentru a putea prelucra
semnalul acesta trebuie cobor^ at ^ n frecven ta  si e santionat. Pentru a realiza acest lucru, mai
^ ntai este aplicat un ltru trece band a pentru a elimina eventualul zgomot existent care
poate afecta opera tiile urm atoare. ^In continuare semnalul va  mixat cu un semnal inter-
mediar creat pe instala tie, ales astfel ^ ncat s a se produc a aliere ^ ntr-o band a de frecven te
15

joase. Dup a acest pas, semnalul este supus unui alt ltru  si anume un ltru trece jos prin
care se pastreaz a banda de frecven te joase obtinu ta din aliere. ^In acest moment semnalul
poate  trimis c atre convertorul analog-numeric  si e santionat corect. E santioanele ob tinute
sunt stocate ^ ntr-un buer de intrare de unde vor  preluate de c atre calculator pentru a
simula diferite scenarii.
Rezultatul simul arii va  tot un vector de e santioane  si acestea vor  stocate ^ ntr-un
buer de ie sire din care sunt preluate de un convertor numeric-analog. Semnalul analogic
ob tinut este mixat ^ nca odat a cu acela si semnal intermediar  si este transmis c atre nodul
receptor.
3.2 Structura emulatorului simulat
^In cazul implement arii unui emulator simulat software, ansamblul de mai sus tre-
buie modicat corespunzator operatiilor care sunt executate. Astfel imaginea urm atoare
reprezint a schema bloc a emulatorului software:
Figura 3.2: Schema de principiu a simulatorului(sursa: [13])
Deoarece ^ n cadrul simularii, toate proces arile efectuate sunt digitale, blocurile au
fost ^ nlocuite cu evhivalentul digital al acestora.
Asfel, semnalul de intrare nu mai este unul analogic ci este creat ^ n simulare. Pentru
a echivala complexitatea unui semnal real se folo seste o modula tie PSK prin care un mesaj
binar este codat ^ n faza unei cosinusoide simulate ai c arei parametrii pot  specica ti.
Pentru c a semnalul este creat, prima ltrare poate  ^ nlaturata deoarece acesta nu prezinta
zgomot. Prima mixare este usor de realizat, se foloseste tot o cosinusoid a aleas a astfel
^ ncat spectrul semnalului mixat s a se alieze intr-o band a inferioar a. Filtrul trece-jos este
16

de asemena unul digital, ^ n cadrul capitolului de implementare de mai jos acesta ind
construit ^ n Matlab ca un ltru de tip Butterworth.
Blocul care ^ nlocuieste convertorul analog-numeric este un decimator, care are rolul
de a p astra un numar mult mai mic de e santioane din semnalul original pentru a simula
operatia de e santionare.
Fenomenele simulate software sunt cele de atenuare(provocat a de mai mul ti factori
cu implement ari separate), ^ ntarziere, cauzat a de distan ta de proapgare  si propagare multi-
cale ^ n care se folosesc mai multe unde simulate pentru a ob tine unda nal a.
Dup a terminarea proces arilor semnalul trebuie adus la frecven ta ini tiala si se uti-
lizeaz a un extrapolator pentru a reconstruii e santioanle. Semnalul ob tinut ^ n urma acestei
opera tii este mixat cu semnalul intermediar ,cauz^ and inc a o data aliere  si apoi este ltrat
cu ajutorul unui ltru trece-band a pentru a p astra doar band ini tial a.
Testarea function arii corecte a emulatorului se face cu ajutorul unei func tii de de-
modulare care decodifca semnalul ob tinut, mesajul rezlultat put^ and  comparat cu cel
ini tial.
17

Capitolul 4
Considerente teoretice
4.1 Descrierea problematicii
De ce este necesar studiul modelului ?
Scopul realiz arii unui model de propagare a undelor electromagnetice este acela
de a determina probabilitatea realiz arii cu succes a unei comunica tii ^ ntre dou a sau mai
multe sisteme care depind de acest fenomen . Modelul canalului reprezint a un factor
foarte important ^ n planicarea comunic arii ^ ntr-o re tea, acurate tea acestuia trebuie s a e
echivalent a cu natura aplica tiei pentru care este dezvoltat. ^In planicarea comunic arii,
modelul de propagare este utilizat pentru a estima puterea semnalului primit la nodul
receptor.
4.2 Tehnologii existente
Varietatea aplica tiilor care utilizeaz a unde radio ca mediu de comunica tie a deter-
minat cercetarea ^ n domeniu  si dezvoltarea unor echipamente performante care s a simuleze
canalele wireless. Emulatoarele de canal existente pe pia ta ^ ndeplinesc cu succes cerin tele
impuse de departamentele de cercetare  si dezvoltare ale marilor rme din domeniu, ^ nsa
pentru mediul academic acestea nu sunt accesibile . Aplica tia propusa ^ n aceasta lucrare
dore stea sa scaleze tehnologia existenta pentru uz ^ n laborator prin realizarea unui cadru
de simulare software u sor de distribuit  si sa studieze fezabilitatea implementarii unei in-
stala tii hardware care s a permit a validarea rezultatelor simulate . Scopul principal al
aplica tiei nu este precizia ridicata ^ n simulare ci expunerea cat mai clara a fenomenelor
care afecteaz a transmisiile radio  si facilitarea aprofund arii acestora. ^In acest sens aceasta
va ^ ngloba modele existente , pun^ and la dispozi tia utilizatorului o serie de variabile pentru
a stabilii diferite cadre de simulare , ^ ndeplinind astfel un rol didactic, ind o unealta utila
^ n laborator .
18

4.3 Aspecte teoretice legate de reprezentarea  si trans-
misia semnalelor
Semnalele sinusoidale reprezint a baza comunica tiilor radio. Informa tiile pot  trans-
mise prin intermediul acestor semnale variind faza, amplitudinea sau frecven ta. Un astfel
de semnal se poate denii astfel :
r(t) =R(t)cos(!ct+(t)) (4.1)
unde:
!ceste frecventa purt atoarei R(t) este amplitudinea care variaz a in timp (t) este
faza semnalului sau
r(t) =Rerc(t)exp(j!ct) (4.2)
unde:
rc(t) este anvelopa complex a a semnalului r  si con tine toate informa tiile lui r cu
excep tia frecven tei purt atoare !c. Amplitudinea dependent a de timp R(t) se calculeaz a
dup a urm atoarea formul a :
R(t) =jrc(t)j=p
(Re[r(t)])2+ (Im[r(t)])2 (4.3)
, iar faza(t) a semnalului ^ n func tie de timp se poate calcula :
(t) =arctanIm[rc(t)]
Re[rc(t)](4.4)
 Tinand cont de acestea semnalul se poate reprezenta prin dou a func tii reale :
rcp(t) =R(t)cos((t)) componenta ^ n faz a (4.5)
rcq(t) =R(t)cos((t)) componenta ^ n cuadratur a (4.6)
rc(t) =rp(t) +jrq(t) (4.7)
Ecua tia lui r(t) se poate rescrie astfel:
r(t) =rcp(t)cos(!ct)jrcq(t)sin(!ct) (4.8)
Utilizarea valorilor reale ^ n faz a si cuadratur a permite folosirea semnalelor pe circuitele
analogice. Notiunile expuse anterior se regasesc intr-o forma mai detalita in [18], de unde
au fost preluate cele aferente lucrarii.
19

4.4 Propagarea undelor radio
Pentru a putea modela c^ at mai corect canalul radio este necesar s a studiem modul
de propagare al undelor radio c^ at  si fenomenele care afecteaz a propagarea .
^In cadrul atmosferei terestre undele radio cu frecven ta sub 10 MHz sunt re
ectate de
electronii liberi din ionosfera, limita superioara a frecven tei depinz and at^ at de momentul
zilei c^ at  si de sezon sau fenomene meteorologice.
La frecven te joase, undele care se propag a aproape de nivelul solului sufer a atenu ari
care depind de propriet a tile electrice ale terenului c^ at  si de obstacolele pe care le ^ nt^ alnesc
produc and fenomene de difrac tie, re
exie si ^ mpr a stiere a undei.
Exist a mai multe tipuri de propagare, cele mai importante mecanisme folosite ^ n
comunica tiile radio sunt urm atoarele  si vor  expuse in ordine descresc atoare a frecven tei
:
1.Propagarea in linie dreapta (LOS – Line of sight)
Acest tip de propagare se aseaman a propag arii in spa tiu liber,^ nsa din cauza refrac-
tiilor, orizontul radio este mai departe dec^ at orizontul geometric calculat. Sistemele
radio care utilizeaz a frecven te foarte ^ nalte necesit a acest tip de propagare deoarece
undele sufer a atenuare cauzat a de mi scarea moleculelor de gaz. De aceea punctele
de leg atura sunt situate la distante relativ mici unul de cel alalt pentru a prevenii
atenu ari puternice.
2.^Impr a stiere datorat a structurii neomogene a atmosferei
Undele care sufer a acest fenomen au frecven tele cuprinse intre 300 MHz si 10 GHz
3.Propagare prin intermediul ionosferei
Datorit a abilita tii de a re
ecta undele cu frecven te sub 30 MHz, ionosfera poate
folosit a pentru a transmite un semnal ^ n jurul globului utiliz^ and multiple re
exii ^ ntre
ionosfer a  si sol.
4.Propagare la nivelul solului
Undele care se propag a foarte aproape de sol sufer a atenu ari propor tionale cu cre sterea
frecven tei undei, acest fenomen ind important  si put^ and  observat la frecvente sub
10 MHz .
5.Propagare multicale
^In sistemele de comunica tie mobil a situa tia este mult mai complex a datorit a inter-
feren tei cauzate de mai multe unde re
ectate, numita  si propagare multi-cale. Din
cauza acestui fenomen, unda este ^ nt^ arziat a, canalul devine variant ^ n timp  si este
afectata performan ta sistemului. ^In func tie de c^ at de rapid a este varia tia, atenuarea
poate  rapida sau lenta. Dac a sistemul are o unda de tip LOS dominant a, ampli-
tudinea anvelopei are distribu tie de probabilitate Rician. Dac a ^ nsa nu exist a o und a
20

Figura 4.1: Exemplicare mecanisme anterioare(sursa: [1] )
dominant a anvelopa are o distribu tie de probabilitate Rayleigh, ceea ce ^ nseamn a
c a exist a unde re
ectate, difractate, ^ mpr a stiate care se propag a prin vegeta tie sau
cl adiri. Distribu tia de probabilitate a anvelopei se ob tine astfel prin ^ nsumarea mai
multor c^ ampuri independente.
P(r) =r
2[r2=(22)] (4.9)
Anvelopa r(t) a semnalului complex E(t) este dat a ca :p
[ReE(t)]2+ [ImE (t)]2,2
ind puterea medie. Atenu arile u soare pot  rezolvate la receptor prin echipamente
specice.
4.5 Efecte atmosferice care afecteaz a propagarea un-
delor
Deoarece multe sisteme se bazeaz a pe comunica tie radio, modelarea propag arii at-
mosferice este foarte important a.
Pentru a putea modela mai u sor, atmosfera se poate ^ mp ar tii ^ n 3 zone teoretice cu
propriet a ti specice dup a cum urmeaz a:
Troposfera: limita inferioar a a atmosferei, temperatura tinde s a descreasc a cu
^ n al timea  si este zona unde au loc fenomenele meteo.
21

Figura 4.2: Propagare multicale ^ n mediul urban, exemplu avelop a atenuat a(sursa: [1])
Stratosfera: regiunea de deasupra troposferei, temperatura este relativ contant a.
Tropopauza: regiunea de tranzi tie ^ ntre troposfer a  si stratosfer a.
Fenomenele de interes care afecteaz a undele sunt refrac tia, re
exia, ^ mpr a stierea  si
atenuarea. ^In func tie de frecven ta transmisiei aceste fenomene afecteaz a mai mult
sau mai pu tin transmisia. Astfel : sub 30 MHz refrac tia este fenomenul dominant,
intre 30 MHz  si 1 GHz refrac tia  si re
exia sunt principala ^ ngrijorare, iar peste 1
GHz atenuarea ^ ncepe s a e un factor important  si re
exia devine nesemnicativ a.
1.Refrac tie atmosferic a:
Re
exia  si ^ mpr a stierea pot ap area din mai multe cauze precum
uctuarea in-
dicelui de refrac tie, ceea ce determin a ^ mpr a stierea undelor sau schimb ari bru ste
de temperatur a care afecteaz a indicele. Un fenomen important apare^ n momen-
tul c^ and indicele are o valoare care determin a re
exia ^ n a sa fel ^ nc^ at undele
urm aresc curba natural a a p am^ antului. Efectele fenomenului variaz a cu alti-
tudinea  si loca tia geograc a  si depind de condi tiile meteorologice.
2.Atenuare atmosferica :
Atmosfera este compus a din gaze care absorb energia electromagnetic a la diferite
frecven te. Elementele care afecteaz a undele sunt oxigenul  si vaporii de ap a,
efectele acestora variind cu altitudinea  si concentra tiile acestora ^ n atmosfer a.
Modelarea atenu arii se practic a pe scar a larg a utiliz^ and m asur atori atmosferice
 si realiz^ and o predic tie a procentului de unde care vor  absorbite, folosind
modele cunoscute precum cele ale ITU(INternational Telecomunications Union).
Pentru simplitate parametrii atmosferici din zona dorit a nu sunt m asura ti ci se
22

folose ste un set care este util pentru majoritatea aplica tiilor cu spectrul ^ ntre
2-40 GHz.
^In cazul leg aturilor terestre atenuarea se poate exprima sub form a de dB/km  si
 stiind distanta se poate aproxima atenuarea total a. Expresia atenu arii este :
A=
addB (4.10)
unde d este distan ta ^ ntre terminale ^ n km  si
aeste atenuarea specic a care este
dat a ca o sum a ^ ntre atenuarea cauzat a de vapori de ap a (
w)  si cea cauzat a
de oxigen (
o) :

a=
w+
o (4.11)
De si modelele existente ofer a metode de calcul al parametrilor de mai sus, eval-
uarea acestora este destul de complex a  si ^ n general se apeleaz a la gracul de
mai jos pentru a estima atenuarea:
Figura 4.3: Evolu tie atenuare ^ n func tie de frecven t a (sursa: [1])
Figura aproximeaz a valori ^ n condi tiile atmosferice normale ale unei zone la
nivelul m arii. Se poate observa c a
are o cre stere a absorb tiei ^ n jurul frecventei
de 22 GHz  si de asemenea c a ^ n condi tii de umiditate redus a  si atmosfer a uscata
absorb tia r am^ ane ^ n jurul valorii de 0.05 dB/km pana ^ n zona de 10 GHz,
ceea ce ^ nseamn a o pierdere de doar 0.5 dB pe o distant a de 10 km. Pentru
aplica tii radar, absorb tia estimat a trebuie^ nmul tit a cu 2 deoarece unda parcurge
 si drumul invers.
Gracul urm ator se poate folosii pentru un spectru mai larg, de pana la 1000
GHz, oferind informa tii at^ at pentru condi tii de atmosfer a normal a c^ at  si pentru
atmosfer a uscat a.
3.Atenuare cauzat a de umiditate  si precipita tii:
23

Figura 4.4: Evolu tie atenuare ^ n func tie de frecven ta(sursa: [1])
Umiditatea din atmosfer a joac a un rol important ^ n atenuarea undelor elec-
tromagnetice, efectele ind dependente ^ n principal de frecven ta. Precipita tiile
sub form a de ploaie, sau z apad a reprezint a o adev arat a problem a la frecven te
de peste 10 GHz.
^In cazul ce te^  sau norilor, exist a un model valid cu aplica tie pan a la 200 GHz
care poate prezice atenuarea. Aceasta se poate calcula pentru un banc de nori
sau ceata astfel:

c=KlM (4.12)
unde
c= este atenuarea ^ n nor calculat a ^ n dB/km
Kleste coecientul de atenuare ^ n nor ( dB=km )=(g=m3)
M este densitatea apei ^ n nor g=m3
ITU ofer a valori ale lui M  si Kl:
M = 0.05g=m3pentru ceat a medie (vizibilitate 300 m)
M = 0.5g=m3pentru ceata dens a (vizibilitate 50 m)
Kl=0:819f
"(1+2)(dB=km )=g=(m3)
f este frecven ta ^ n GHz
4.6 Modele de propagare
Multe comunica tii radio sunt de tipul punct la punct  si se desf a soar a foarte aproape
de nivelul solului ^ nt^ ampin^ and diferite obstacole. Pierderile pot  datorate reliefului, veg-
24

eta tiei sau cl adirilor unde au loc fenomene precum difrac tie , ^ mpr a stiere sau absorb tie. ^In
continuare voi prezenta c^ ateva modele create pe baza m asur atorilor ^ n care atenuarea este
o func tie de distanta.
1.Modele de vegeta tie : ^ ntr-un punct sau altul comunica tia trece printr-o por tiune
cu vegeta tie  si se dore ste aproximarea atenu arii cauzate. Exista numeroase modele
 si tipuri de vegeta tie  si ecare model trebuie testat pentru regiunea unde se dore ste
implementarea.
a)Modelul Weissberger :
Acesta a modicat degradarea exponen tiala  si a ob tinut :
L(dB) ==(
1:33F0:284; 14<df<400m;
0:45F0:284df;0<df<14(4.13)
unde:
dfeste ad^ ancimea vegeta tiei ^ n sensul comunica tiei, calculat a ^ n metrii
F este frecven ta ^ n GHz
Atenuarea prezis a de Weissberger se adaug a la atenuarea cauzat a de propagarea prin
aer. Acest model se aplic a ^ n momentul c^ and transmisia este blocata de o vegeta tie
dens a format a din copaci usca ti cu mult frunzi s  si este valid pentru spectru 230Mhz
– 95 GHz.
b)Model ITU primar : a fost adoptat ^ n 1986, ofer a rezultate ^ n concordant a cu
modelul Weissberger ^ nsa a fost ^ nlocuit cu un model actualizat.
L(dB) = 0:2F0:3d0:6
f (4.14)
unde :
F este frecven ta ^ n MHz
dfeste ad^ ancimea vegeta tiei ^ n metrii
c)Model pentru leg atura terestr a cu un terminal ^ n vegeta tie :
Aev=Am[1ed
=A m] (4.15)
unde :
d este distan ta prin vegeta tie p^ an a la terminal ^ n metrii

este atenuarea specica a vegeta tiei (dB/m)
Ameste atenuarea maxim a pentru un terminal ^ ntr-un anumit tip de vegeta tie
25

Figura 4.5: Termianl ^ n vegeta tie (sursa: [9])
d)Model pentru o singur a obstruc tie vegetativ a : Dac a nici unul din termi-
nale nu se a
a ^ n vegeta tie , ^ ns a exist a zon a de vegeta tie ^ ntre cele dou a terminale
atenuarea poate  modelata folosind atenuarea specic a pentru tipul de vegeta tie
^ nt^ alnit. Acest model poate  aplicat pentru frecven te de sub 3 GHz .
Aet=d
(4.16)
unde :
d este ad^ ancimea vegeta tiei ^ n metrii

este atenuarea specic a ^ n zone scurte de vegeta tie ( dB/m)
Aet<= cea mai mic a atenuare pentru alt a cale(dB)
Restric tia asupra Aetasigur a faptul c a ^ n eventualitatea unei atenu ari foarte mari,
orice cale alternativ a va determina pierderea maxim a.
Modelul ITU actualizat nu ofer a estim ari pentru banda de 3-5 GHz, peste 5 GHz
acesta depinde de tipul de vegeta tie existent, ad^ ancimea acestuia  si zonele luminate
din interiorul vegeta tiei. Atenuarea se calculeaz a astfel :
Aveg=R1d+k[1eR0+R1d
k]dB (4.17)
unde :
R0=afpanta ini tial a
R1=b=fc, panta nal a
Tabel cu parametrii furniza ti de ITU :
Figura 4.6: Prametrii furniza ti de ITU (sursa: [9])
2.Modele terestre:
26

Pentru comunica tiile terestre, relieful suprafe tei afecteaz a puternic propagarea un-
delor electromagnetice. C^ and suprafa ta este plat a, l^ ang a nivelul solului se iau ^ n
considerare doar poten tialele re
exii. Neuniformitatea solului poate produce pierderi
cauzate de difrac tie , blocaje  si difuzie multi-cale chiar  si pe distante rela tiv scurte.
Scopul ob tinerii unui model pentru propagare terestra este de a m asura pierderile
medii in fucntie de distan ta  si natura terenului.
a)Modelul Egli : De si nu este un model universal, este utilizat pentru simpli-
tatea implement arii sale  si pentru concordan ta estim arilor cu m asur atorile empirice.
Pierderea medie a traiectoriei se calculeaz a astfel:
l50=GbGm[hbhm
d2]2 (4.18)
unde :
Gbeste amplicarea antenei de baz a
Gmeste amplicarea antenei mobile
hbeste ^ n al timea antenei de baz a
hmeste ^ n al timea antenei mobile
deste distanta de propagare
= (40=f)2, unde f este frecventa ^ n MHz
De notat este faptul c a modelul Egli ofer a pierderea totala ^ n contrast cu modele de
vegeta tie expuse anterior care ofer a pierderea adi tionala ^ n cadrul vegeta tiei la care
se adun a la pierderile normale.
b)Modelul ITU : Acest model este bazat pe teoria difrac tiei  si ofer a o metoda
de a determina devia tia medie de la traiectorie. Gracul urm ator prezint a evolu tia
difrac tiei estimate cauzat a de neuniformitatea terenului, raportat a la degajamentul
fat a de sol. Cu B este notat a curba teoretic a a difrac tiei, cu D este notat a pierderea
cauzat a pe teren drept folosind o raza a p am^ antului de 4/3 la o frecvent a de 6.5
GHZ.
Addifrac tie calculat a pe baza ecua tiei pentru teren mediu
h ^ n al timea undei fat a de suprafata terestr a
F1 raza primei zone Fresnel
Ad=20h=F1 + 10dB (4.19)
27

Figura 4.7: Grac evolu tie difrac tie (sursa: [1])
unde h este diferen ta de^ n al time intre cel mai semnicativ obstacol^ ntre transmi t ator
 si receptor. Dac a obstacolul este deasupra caii directe atunci h este negativ.
F1 este raza primei zone Fresnel dat a de formula :
F1 = 17:3s
d1d2
fdm (4.20)
unde:
d1sid2sunt distantele de la terminale la obstacol in km
d este distanta ^ ntre terminale
f este frecven ta ^ n GHz
3.Modele ^ n zone construite:
Porpagarea ^ n zonele urbane este un subiect de interes ^ n special pentru retele de
telefonie mobil a. Propagarea efectiv a ^ n zonele locuite este dependent a de mai mul ti
factori precum frecven ta de transmitere, polarizare, natura  si geometria cl adirilor,
materialele folosite, densitatea  si orientarea acestora. Scopul model arii ^ n mediul ur-
ban este de a determina devia tia medie ^ n func tie de distant a pentru a putea aplica
modelele de atenuare multi-cale. Valoarea medie depinde semnicativ de m arimea  si
densitatea cl adirilor, de aceea clasicarea zonelor urbane este foarte important a. ^In
continuare voi expune c^ ateva modele:
28

a)Modelul Young
Acest model a fost introdus ^ n anul 1952 pe baza unor m asur atori realizate ^ n New
York  si acoper a un spectru de frecven te intre 150 -3700 MHz. Modelul are compor-
tament similar modelului Egli  si are urm atoarea formula :
L50=GbGmhbhm
d2 (4.21)
undese nume ste factor de aglomerare  si are o valoare aproximativa, bazat a pe
m asur atori de 25 dB pentru New York la o frecven ta de 150 MHz
b)Modelul Okumura
Acest model se bazeaz a pe m asur atori realizate ^ n Tokyo ^ n 1960, pentru frecvente
intre 200  si 1920 MHz. De si nu este reprezentativ pentru ora sele moderne, este folosit
adesea ca  si baz a de compara tie. Este un model empiric, bazat pe datele colectate,
estim arile pierderilor sunt bazate pe gracele realizate de Okuamura.
Pentru acest model, zona urbana este ^ mp ar tita ^ n mai multe arii de estimare  si
anume: zone deschise, zone suburbane  si zone urbane. Zonele deschise sunt spatii
cu vegeta tie f ar a copaci ^ nal ti sau cl adiri, zonele suburbane sunt considerate satele
sau autostr azile care trec prin zone de vegeta tie sau locuite, iar zonele urbane sunt
ora sele cu cl adiri ^ nalte de peste dou a etaje.
Modelul folose ste zona urban a ca referin ta  si aplica factori de corec tie pentru celelalte
zone. Expresia lui Okumura este:
L50=LFSL+AmuHtuHru (4.22)
unde:
LFSLeste atenuarea in spa tiu liber pentru distanta  si frecven ta date
Amueste atenuarea medie raportat a la pierderile ^ n zone urbane, func tie de distant a
 si frecven t a, av^ and ^ n al timea sta tiei de baz a de 200 m  si ^ n al timea antenei mobile de
3 mH[tu] este factorul de amplicare a sta tiei de baza
Hrueste factorul de amplicare al antenei mobile
29

Capitolul 5
Proiectare  si implementare
5.1 Descrierea problematicii
Proiectarea instala tiei de simulare  si testare presupune rezolvarea unor probleme
induse de utilizarea unor componente hardware  si simplicarea func tiilor pe care le ^ n-
depline ste emulatorul profesional. Pentru a simula efectele asupra undelor, se va considera
un model analitic de tip intrare-ie sire care va primii un semnal de intrare  si ^ l va procesa
printr-o func tie de tipul y(t)=f(u(t)) care depinde de anumi ti parametrii impu si ^ n preal-
abil.
5.2 Recep tia si e santionarea semnalului de intrare
O prim a problem a care trebuie rezolvat a apare din alegerea acestui model  si anume,
recep tia  si e santionarea a semnalului de intrare . Alegerea perioadei de e santionare corect
este cruciala deoarece poate afecta performantele sistemului. Identicarea tipului semnalu-
lui e santionat este iar a si foarte important a.
Dac a evolu tia semnalului este liniara ^ n timp , ca ^ n gura urm atoare,
varierea perioadei de ree santionare nu afecteaz a precizia identic arii acestuia , ^ nsa
afecteaz a semnicativ timpul de simulare deoarece o perioada de e santionare mare induce
un num ar mare de e santioane ce trebuie procesate . Un avantaj al e santion arii uniforme
este faptul ca este u sor de implementat .
Dac a semnalul de intrare are o evolu tie neliniara  si perioada selectata conform
Shannon-Nyquist este foarte mare acest lucru se va re
ecta asupra timpului de simulare
deoarece vom ob tine un num ar mare de e santioane.
Solu tia problemei poate  realizarea unei e santion ari neuniforme. Astfel pe por ti-
unile puternic neliniare se e santioanele vor  colectate la intervale foarte scurte , iar pe
por tiunile liniare intervalele vor  mai mari , rezult^ and per total un num ar mai redus de
e santioane  si implict un timp de simulare mai mic.
30

Figura 5.1: E santionare unifmrom a
5.3 Frecvente de lucru
^In lumea reala comunica tiile se realizeaz a la frecvente foarte ^ nalte de ordinul GHz –
ilor (2.4 GHz router wireless) fapt ce face simularea condi tiilor reale foarte greu de realizat.
Conform teoriei Shannon- Nyquist, pentru a e santiona corect un semnal, frecventa de
e santionare trebuie sa e de doua ori mai mare dec^ at cea mai mare frecvent a a semnalului,
ceea ce pentru exemplul de mai sus ar ^ nsemna aproximativ 5GHz.
Chiar dac a e santionarea ar  posibil de realizat, num arul de e santioane ar determina
un timp de simulare extrem de mare, de ordinul zilelor care nu este^ n concordant a cu scopul
aplica tiei.
Solu tia la aceasta problema este una simpl a dar foarte ecient a, cunosc^ and parametrii
transmisiei se va utiliza de fenomenul de aliere ^ n frecven t a pentru a aduce spectrul sem-
nalului ^ n banda de frecven te joase unde esantionarea este posibil a. Mutarea spectrului se
va realiza e prin mixarea semnalului cu un semnal intermediar care s a induc a aliere, e
prin subesantionare. ^In prealabil se aplic a un tru trece band a asupra semnalului pentru
a p astra numai frecven tele de lucru  si pentru a elimina posibila suprapunere a zgomotului
peste semnalul util ^ n momentul c^ and se face deplasarea spectrului.
31

5.4 Structura cadrului de simulare
Ca mediu pentru implementarea simulatorului de canal am ales Matlab deoarece
faciliteaza dezvoltarea scripturilor  si se poate lucra foarte u sor cu variabilele a
ate in
workspace. Totodata exist a implementate biblioteci grace care permit a sarea  si ur-
marirea modic arilor efectuate asupra semnalului la ecare pas al simul arii.
Aplicatia este construit a foarte intuitiv, semnalul care intr a ^ n simulator poate
generat in interiorul simularii sau poate provenii din exterior si este stocat intr-un sier
numit Semnal.in care contine esantioanele primite de la CAN. In momentul cand exista un
semnal de intrare se pot alege parametrii simularii lucru care se realizeaza modicand un
sier de initializare numit \ Channel cong.ini \ ^ n care utilizatorul selecteaza fenomenele
care vor afecta semnalul , unul din modele existente si tipul de zgomot care va afecta
transmisia. In urma rularii simularii si procesarii esantioanelor semnalul obtinut este stocat
in sierul Semnalout de unde poate porcesat de catre CNA si mai apoi retransmis.
5.5 Crearea semnalului de intrare pentru simulare
Pentru a putea ob tine rezultate c^ at mai aproape de realitate, la simularile efectuate
^ n continuare a fost necesar a construirea unui semnal complex  si am ales implementarea
unei modul ari PSK(Phase Shift Keying) a unui semnal mesaj de tip binar. Aceast a tehnic a
de modulare este foarte folosit a ^ n comunica tiile radio  si este util a ^ n cadrul simulatorului
deoarece informatia este stocat a ^ n faz a, iar majoritatea proces arilor asupra semnalului se
efectueaz a^ n domeniul frecven tei, reduc and astfel  sansele ca informa tia util a s a e afectat a.
5.5.1 Semnal mesaj
Semnalul mesaj reprezint a  sirul de bi ti care trebuie transmis de la transmitator la
receptor, ace stia sunt coda ti ^ n faza unui semnal purt ator. Codarea se face relativ simplu,
pentru ecare bit de 1 semnalul purt ator este defazat cu pentru o anumit a perioad a, iar
la int^ alnirea unui bit de 0 faza r am^ ane neschimabt a.
Pentru a putea  modulati, bi tii mesajului sunt pu si ^ ntr-un vector care con tine un
num ar de e santioane cu valoarea bitului egal cu raportul dintre durata unui bit (Db – vari-
abila din cadrul scriptului)  si perioada de e santionare (Te – variabila din carul scriptului).
Listing 5.1: Cod creare semnal binar
NSpb=Db/Te ;
f o r i =1:N
s ( ( i1)NSpb+1 : iNSpb)=msg( i ) ;
32

Figura 5.2: Informatie binara la transmi tator
Figura 5.3: Semnal mesaj binar
5.5.2 Semnal purt ator
Semnalul purt ator pe care l-am asles este o cosinusoid a deoarece in momentul
tras arii gracului se pot vedea foarte usor modic arile efectuate asupra semnalului. ^In
cadrul simularii exist a mai multe variabile care pot  modicate pentru a obitine purta-
toarea cu specica tiile dorite  si anume :
Db – reprezint a durata unui bit, exprimat a ^ n secunde, pe care sinusoida nu i si
modic a faza
fp – reprezint a frecevnta purt atorarei, exprimat a ^ n Hertzi, aceasta se alege mai mic a
pentru observarea fenomenului de modulare  si mai mare c^ and se simuleaza condi tiile reale
Te – reprezint a perioada de e santionare folosit a pentru generarea semnalelor, iar
dup a cum se observ a  si ^ n cadrul scriptului aceasta este aleas a de 10 ori mai mica dec^ at
perioada semnalului purt ator pentru a asigura o e santionare corect a conform teoremei
Shannon-Nyquist.
T -reprezint a orizontul de timp pe care se efectueaz a simularea  si este calculat ca
produsul dintre durata unui bit  si num arul de bi ti existen ti ^ n mesaj
33

Figura 5.4: Semnal purt ator cosinusoidal
5.5.3 Modulare PSK
Ob tinerea semnalului modulat ^ n faz a se realizeaz a foarte usor. Se introduce ^ ntr-o
bucl a vectorul semnalului binar construit anterior  si pentru pentru ecare bit de 1 prezent
^ n acesta faza sennalului din vectorul de ie sire este defazat a cu , iar pentru bi tii de 0
aceasta r am^ ane neschimbat a.
Listing 5.2: Cod creare semnal modulat
Db= 0.1 ; %s
fp =2000; % Hz
Te=1/(10fp ) ; % Perioada de esantionare
N =length (msg ) ; % Lungimea mesajului
T = NDb; % Timpul t o t a l de simulare
t =0:Te :TTe ; % Vector cu momentele de timp
Ap=10; % Amplitudinea p u r t a t o a r e i
d f i= pi ; %Defazajul
f o r i =1: length ( t ) ;
psk ( i )=Apcos (2pifpt ( i )+ d f is ( i ));% Modulare e f e c t i v a
end
34

^In imaginea urm atoare se pot observa clar modic arile de faz a corespunz atoare
ec arui bit :
Figura 5.5: Semnal modulat
5.5.4 Demodulare PSK
Opera tia de demodulare este una mai complex a. Pentru recuperarea informa tiei
trebuie construit un bloc de decizie, care pe baza unui criteriu s a diferen tieze ^ ntre bi tii de
0 si 1.
Criteriul dup a care se face decizia este energia de corelare. Aceasta se calculeaz a
mix^ and semnalul primit cu semnalul purt ator ini tial, nedefazat  si calcul^ and energia petru
ecare interval in care faza r am^ ane constant a.
Deoarece defazarea a fost efectuat a cu , iar semnalul este o cosinusoida ,aplicand
proprieta tile trigonometrice ale acesteia vom ob tine energii cu valoare E  si -E corespun-
zatoare valorilor logice de 0  si 1. Func tia de demodulare este inspirata din [10] si este
adatapta pentru functia proprie de modulare.
Listing 5.3: Cod demodulare semnal
t=t ( 1 : NSpb ) ;
y=cos (2pifpt ) ; % Semnal purtator
m m =y .psk ( ( n(NSpb1)):n ) ;
z=trapz ( t ,m m) ; % Calcul e n e r g i e de c o r e l a r e
35

zz=2z/Db ; % Energia de c o r e l a r e ( p o z i t i v a sau negativa )
i f ( zz>0) % Bloc d e c i z i e
a=0;
e l s e
a=1;
end
mn=[mn a ] ;
Figura 5.6: Informatie binara la receptor
5.6 Procesarea semnalului
Deoarece simulatorul dore ste s a testeze  si fezabilitatea implement arii unei instala tii
zice opera tiile efectuate asupra semnalului trebuie s a e ^ n concordanta cu posibilita tile
hardware. Astfel func tiile prezentate ^ n continuare descriu pocesarile efectuate pe semnal
exact cum s-ar desf asura pe echipamentele zice.
5.6.1 Crearea semnalului intermediar
La momentul actual comunica tiile se desfasoar a la frecven te foarte ^ nalte, de ordinul
GHz-ilor  si din e santionarea unui astfel de semnal chiar  si pentru c^ ateva zeci de secunde
ar rezulta c^ ateva zeci de milioane de e santioane. Pe l^ anga timpul mare de simulare care
ar rezulta din procesarea acestora, instala;tia ar necesita componente costisitoare ;si s-ar
deveia de la scopul didactic al acesteia.
Solu tia problemei expuse anterior este folosirea fenomenului de aliere ^ n frecven ta
pentru a muta spectrul semnalului ^ ntr-o banda de frecven te unde poate  u sor de esan-
tionat  si procesat. Acest pas important pentru fezabilitatea emulatorului este indeplinit
prin mixarea la intrare a semnalului primit cu un semnal intermediar, av^ and o frecventa
de aproximativ 90 la suta din frecventa semnalului initial ceea ce determin a alierea ^ ntr-o
band a de frecven te de 10 ori mai mica dec^ at banda ini tial a.
De si ^ n cadrul simul arilor efectuate nu este necesar, pe instala tia real a un pas im-
portant ^ nainte de mixare este aplicarea unui ltru trece band a asupra semnalului pentru a
evita suprapunerea unui eventual zgomot cu banda de frecven te joase rezultat a din aliere.
Semnalul rezultat din mixare p astreaza mare parte din caracteristicele semnalului
ini tial  si poate  supus proces arii prin modelele de canal implementate ^ n simulare. ^In
36

functie de parametrii modelului semnalul de ie sire va  atenuat  si intarziat re
act^ and
fenomenele reale la care ar  supus a o transmisie.
Pentru a indeplinii cu succes func tia de emulator acest semnal rezultat ^ n urma
simularilor va trebuii transmis c atre nodul receptor real. Acest lucru implic a ^ nca o mixare,
care se va efectua cu acela si semnal intermediar folosit anterior  si spectrul va  readus ^ n
banda ini tiala.
Listing 5.4: Cod creare semnal intermediar
t =0:Te : length ( psk ) TeTe
f i f =0.9fp ;
x i f=cos (2pif i ft ) ; % c o n s t r u c t i a semnalului intermediar
Figura 5.7: Spectru semnal ^ n urma primei mix ari
Listing 5.5: Cod mixare semnale
ymix=psk .x i f ; % mixarea cu semnalul intermediar
5.6.2 Filtrele utilizate pentru procesare
Aceste prelucrari in frecven t a vor afecta natura semnalului ^ nsa informa tia util a
este stocat a ^ n faz a  si va putea  extras a. Pentru a asigura o alterare minim a au fost
37

implementa ti o serie de pa si intermediari care sunt efectua ti intre opera tiile expuse anterior
 si constau in ltrari, detaliile ec arui ltru ind expuse ^ n continuare.
Fitru trece jos (FTJ)
Acest tru este aplicat pe semnalul mixat  si are rolul de a t aia frecven tele ^ nalte
p astr^ and dec^ at banda de frecven te joase rezultat a din aliere. ^In cadrul simul arii
acesta a fost implementat cu func tiile proprii ale Matlab-ului  si este un tru trece
jos de tip Butterworth care prime ste o frecventa de taiere si are urm atoarea carac-
teristic a:
Listing 5.6: Cod implementare FTJ
fn=f s /2;
f c=fp ;
[ b , a]= butter (10 , f c / fn ) ;
yf=f i l t e r (b , a , y mix ) ;
Figura 5.8: Caracteristica ltru trece jos
38

Figura 5.9: Spectrul semnalului ^ n urma ltr arii
Fitru trece banda (FTB)
Acest ltru este aplicat pe semnalul ob tinut ^ n urma celei de a doua mix ari c^ and
spectrul este mutat^ n banda ini tial a. Ca  si parametrii acest tru prime ste frecven tele
superioar a  si inferioar a ^ ntre care este curpins a frecven ta dorit a. Implementarea este
sem an atoare cu cea a ltrului anterior , folosind func tia disponibil a in Matlab.
Listing 5.7: Cod implementare FTB
lowFreq =0.90fp ;
hiFreq =1.1fp ;
order =8;
[ b , a ] = butter ( order , [ lowFreq hiFreq ] / ( f s /2) , ' bandpass ' ) ;
psk = f i l t e r (b , a , y high ) ;
5.6.3 Modele de canal implementate
Pentru a simula canalul de comunica tie am folosit o abordare incremental a pornind
de la cel mai simplu model  si anume cel ^ n care receptorul  si transmitatorul sunt conecta ti
direct  si ajung^ and la un model mai complicat ^ n care unda care ajunge la rceptor este
format a din mai multe unde re
ectate, ^ ntarziate  si atenuate. Fenomenele de atenuare sunt
calculate separat ^ n func tie de caracteristicile semnalului transmis, distan ta transmisiei  si
propriet a tile mediului ^ n care se face propagarea.
39

Figura 5.10: Caracteristica ltru trece banda
Figura 5.11: Spectrul semnalului ^ n urma ltr arii trece-band a
^In continuare sunt prezentate rezultatele trecerii undei simulate prin modelele de
canal implementate:
Modelul de legatura direct a
Acesta este primul model testat  si reprezint a cazul ^ n care comunicatia ^ ntre receptor
 si transmi t ator nu este perturbat a, semnalul se transmite far a interferen te de la
40

intrare la ie sire model^ and situa tia c^ and cele dou a noduri ar  legate printr-un r.
Listing 5.8: Cod canal legatura directa
function [ r ] = mod1(T, Ts , e )
% MOD1 Model conexiune d i r e c t a
r=e ;
Figura 5.12: Und a procesat a prin modelul de legatur a direct a
Modelul cu atenuare
Acest model prime ste la intrare semnalul de la transmi t ator  si tipul de atenuare
care se dore ste simulat, repectiv parametrii cadrului dorit. ^In simularea complet a
acestia sunt ceru ti ^ n cardul  sierului de ini tializare ^ n momentul c^ and se alege tipul
de atenuare dorit.
Listing 5.9: Cod canal cu atenuare
function [ r ] = mod2(T, Ts , a , e )
% MOD2 Model atenuat :
r=attn ( e , a ) ;
41

Figura 5.13: Und a procesat a prin modelul cu atenuare
42

Modelul atenuat  si int^ arziat
Acest model se aplic a pentru transmisiile pe distan te lungi unde exist a o ^ ntarziere
perceptibil a ^ ntre momentul transmiterii  si cel al recep tiei informa tiei. ^In cardul
modelului ^ ntarzierea poate  introdusa manual sau poate  calculata cunosc^ and
distan ta de proapgare.
Listing 5.10: Cod canal cu atenuare si intarziere
function [ r ] = mod3(T, Ts , a , tau , e )
% MOD3 Atenuare s i i n t a r z i e r e
r1=zeros (1 , c e i l ( tau /Ts ) ) ;
r2=attn ( e , a ) ;
r =[ r1 r2 ] ;
Figura 5.14: Und a procesat a prin modelul cu atenuare  si ^ ntarziere
43

Model propagare multi-cale
Modelul simuleaza situa tia c^ and unda primit a la recpeptor se ob tine ^ nsumand mai
multe unde re
ectate, atenuate  si ^ nt^ arziate. ^In implementare am folosit pe l^ anga
unda pe calea direct a un num ar de 3 unde ale c aror atenu ari  si ^ nt^ arzieri sunt spec-
icate ^ n cardul unor vectori de intrare.
Listing 5.11: Cod canal multi-cale
function [ r ] = mod4(T, Ts , delays , attns , e )
% MOD4 Summary of t h i s function goes here
% % % % % % % % % % % % % % % Aplicare i n t a r z i e r i s i atenuari
pe undele r e f l e c a t a t e
r1=mod3(T, Ts , attns ( 1 ) , delays ( 1 ) , e ) ;
r2=mod3(T, Ts , attns ( 2 ) , delays ( 2 ) , e ) ;
r3=mod3(T, Ts , attns ( 3 ) , delays ( 3 ) , e ) ;
r4=mod3(T, Ts , attns ( 4 ) , delays ( 4 ) , e ) ;
% % % % % % % % % % % % % % % END Aplicare i n t a r z i e r i
% % Insumare unde r e f l e c t a t e
rt1=r2 +[ r1 zeros (1 , length ( r2) length ( r1 ) ) ] ;
rt2=r3 +[ rt1 zeros (1 , length ( r3) length ( rt1 ) ) ] ;
r=r4 +[ rt2 zeros (1 , length ( r4) length ( rt2 ) ) ] ;
44

Figura 5.15: Unda pe prima cale, ^ ntarziat a  si atenuat a
Figura 5.16: Unda pe a doua cale, ^ ntarziat a  si atenuat a
45

Figura 5.17: Unda pe a treia cale, ^ ntarziata  si atenuat a
Figura 5.18: Unda pe a patra cale, ^ ntarziat a  si atenuat a
46

Figura 5.19: Unda nal a la receptor, ^ ntarziat a  si atenuat a
5.6.4 Modele de atenuare implementate
Modelele de atenuare sunt o parte important a a simul arii  si li se acord a destul de
mult a aten tie deoarece aproximeaz a corect pierderile sau amplic arile semnalului pe traseul
p^ ana la receptor, ajut^ and astfel la selec tia corect a a parametrilor de transmisie pentru a
asigura o comunica tie ^ n condi tii bune. ^In astfel de modele atenu arile sunt calculate de
obicei ^ n decibeli deoarece ^ n domeniul logaritmic acestea se pot ^ nsuma u sor  si se ob tine
atenuarea total a care mai apoi poate  convertit a ^ n putere pentru a  aplicat a modelului.
Pentru cadrul de simulare am ales modele de atenuare c^ at mai diverse pentru a
surprinde c^ at mai multe situa tii de comunica tie. Astfel am implementat urm atoarele pa-
tru modele ^ n cadrul unor func tii care sunt apelate ^ n momentul c^ and sunt selectate ^ n
 sierul de init^ alizare pentru a  adaugate la simulare, parametrii de calcul ind preluati
din acela si loc.
Atenuare cauzat a de un obstacol vegetativ
Selectarea acestui tip de atenuare se face ^ n momentul c^ and se cunoa ste faptul c a
semnal transmis trece la un anumit moment printr-o zon a de vegeta tie cu lungime
cunoscut a. Astfel, cunosc^ and frecven ta la care se efectueaz a transmisia  si lungimea
por tiunii de vegeta tie se poate calcula atenuarea ^ n decibeli prin respectiva zon a  si
se poate ad auga la pierderile survenite de und a la propagarea prin spa tiul liber.
47

Listing 5.12: Cod implementare atenuare vegetativa
function [ a veg ] = attn frunz ( F, df )
% Functia c a l c u l e a z a atenuarea cauzata de un obstacol v e g e t a t i v
% Ff r e c v e n t a in MHz
% df lungimea p o r t i u n i i de v e g e t a t i e
aveg =0.2F^0.3df ^ 0 . 6 ;
end
Atenuare cauzat a de por tiuni de ceata sau nori
Acest model este util ^ n momentul c and ^ ntre cele dou a sta tii de transmisie recep tie
se interpune o zon a predispus a la formarea ce tii (spre exemplu o por tiune cu ap a).
^In cadrul modelului cea ta poate  caracterizat a ca av^ and densitate medie sau mare,
atenuarea cazut a semnalului ind calculat a cunosc^ and coecientul corespunzator,
frecven ta de transmisie distan ta si temperatura exprimat a ^ n grade Kelvin.
Listing 5.13: Cod implementare atenuare cauzata de ceata/nori
function [ a fog ] = attn ceata ( tip ceata , d , f ,T )
teta =300/T;
eps1 =5.48;
eps2 =3.51;
eps0 =77.6+103.3+ teta ;
fp =20.09142( teta1)+294( teta1); % in GHz
f s =5901500( teta1) ; % in GHz
ep1=(eps0eps1 )/(1+( f / fp )^2)+( eps1 eps2 )/(1+( f / f s )^2)+ eps2 ;
ep2=f( eps0eps1 )/( fp(1+( f / fp ) ^ 2) ) +
f( eps1eps2 )/( f s(1+( f / f s )^ 2 ) ) + eps2 ;
eta=(2+ep1 )/ ep2 ;
K=0.819f /( ep2(1+ eta ^ 2 ) ) ; % (dB/km) / ( g/m^3 )
i f ( t i p c e a t a == 0)
48

gamma= K0 . 0 5 ; % dB/km;
e l s e
gamma= K0.5 ;% dB/km;
end
afog=dgamma; % atenuare t o a t a l a cauzata de ceata
end
Atenuare cauzat a de neuniformita ti ale suprafe tei terestre
Acest model se folose ste ^ n momentul c^ and ^ ntre sta tia de baz a  si sta tia mobil a exist a
por tiuni unde suprafa ta terestr a este neuniform a  si estimeaz a pierderea de putere.
Pentru a calcula corect aceast a pieredere, trebuie cunoscute amplicarile generate de
antene, ^ naltimele acestora c^ at  si frecven ta  si distan ta pe care se efecteuaz a comuni-
ca tia.
Listing 5.14: Cod implementare atenuare terestra
function [ a teren ] = a t t n t e r e n ( Gb,Gm, hb ,hm, f , d)
beta =(40/ f ) ^ 2 ;
ateren=10log (GbG m( ( ( hbhm)/( d ^2))beta ) ) ;
end
Atenuare cauzat a de propagare ^ n mediul urban
Acest tip de model de atenuare ia in considerare atenu arile sau amplic arile ce pot
survenii ^ n mediul urban datorit a re
exiei semnalului ^ n zonele puternic populate.
Prametrii necesari efectuarii calculelor sunt^ nal timile antenei de baz a si a celei mobile
^ mpreun a cu frecven ta semnalului transmis.
49

Listing 5.15: Cod implementare atenuare urbana
function [ a urb ] = attn urban (F, d , hb ,hm)
% Model COST 231 de atenuare in mediu urban
% c a l c u l f a c t o r de c o r e c t i e
ac =3.2( log10 (11.75hm))^24.97 ;
C=3 ; %dB , constanta pentru zone metropolitane
aurb = 46.3 +33.9 log10 (F)13.82log10 (hb)ac
+ (44.96.55log10 (hb ))log10 (d)+C ;
end
5.6.5 Modele de zgomot implementate
Deoarece ^ n realitate transmisiile sunt permanent afectate de zgomot, ^ n cardrul
simul arii am adaugat posibilitatea de a ad auga zogomot alb aditiv de tip gausian preciz^ and
ca parametru raportul semnal zgomot dorit.
Figura 5.20: Und a afectat a de zgomot
50

Listing 5.16: Cod aplicare zgomot alb
% Aplicare ZA cu SNR d e f i n i t
psk=awgn( psk , str2num (SNR f1g) , ' measured ' ) ;
5.7 Crearea  si congurarea cadrului de simulare
Congurarea si rularea unei simul ari se face parcurg^ and urm atorii pa si simplii aran-
ja ti ^ ntr-o ordine intuitiv a:
1. Setarea parametrilor ^ n cadrul  sierului de ini tializare
Fisierul de ini tializare se nume ste "Channel cong.ini"  si are o structur a bine orga-
nizat a care cuprinde to ti parametrii care pot  seta ti ^ n cadrul simul arii. Acesta
se editateaz a ca orice alt  sier text  si se completeaz a datele ^ n campurile c arei
caracteristici care se dore ste a i inclus a. Spre exemplu, un utilizator poate alege
tipul de canal dorit introduc^ and caracterul 1 ^ n dreptul c^ ampului SELECT, poate
adauga diferite tipuri de atenu ari ^ n functie de condi tiile ^ n care se dore ste efectu-
area simul arii  si poate decide dac a semnalul este afectat de zgomot alb complet^ and
valorile cerute pentru ecare optiune aleas a.
2. Generarea semnalului de intrare
Acest pas se realizeaz a editand scriptul DO mod.m unde se poate specica mesajul
sub form a de bi ti prin variabila msg, frecven ta purt atoarei prin fp  si defazajul dorit
prin d. Func tia realizeaza o modulare PSK  si a saza mesajul ini tial, semnalul
modulat  si spctrul acestuia.
3. Procesarea prin modelele de canal  si aplicarea ltr arilor intermediare
Aceast a opera tie se face cu ajutorul scriptului Start SIM. ^In carul acestuia este im-
plementat a parsarea  sierului de ini tializare din care sunt preluate caracteristicile
cardului de simulare  si calcula ti to ti parametrii modelului. Dac a parsarea se real-
izeaz a cu succes, semnalul modulat anterior este mixat cu un semnal intermediar
pentru a produce fenomenul de aliere, iar mai apoi se aplic a ltrul trece jos  si sunt
p astrate doar frecven tele joase. Semnalul ob tinut ^ n urma ltr arii este supus modelu-
lui de canal construit  si se ob tine semnalul de ie sire. ^In continuare, pentru a extrage
informa tia este necesar a realizarea celei de-a doua mix ari cu acela si semnal interme-
diar pentru a-l readuce ^ n banda ini tiala  si aplicarea unui ltrului trece banda peste
semnalul ob tinut.
4. Demodularea semnalului obtinut din canal
Demodularea se aplic a pe semnalul ob tinut anterior, se ruleaz a scriptul DO Demod
care preia semnalul din workspace  si interpreteaza informa tia a s^ and mesajul binar
ob tinut.
51

5.7.1 Implementarea  si modicarea  sierului de ini tializare
Dupa cum se poate observa si in anxa A.1, structura  sierului de ini tializare este
foarte u sor de realizat, modicat  si interpretat. Acest  sier a fost creat folosind o func tie
speciala, creata de Primoz Cermelj [5], care permite at^ at editarea c^ at  si parsarea struc-
turilor denite ^ n acest a. C^ ampuri adi tionale ^ n interiorul  sierului pot  create  si manual
de c atre utilizator far a a afectata parsarea. Acest lucru face posibil a crearea de  siere per-
sonalizate denind multiple cadre de simulare prin modic ari minime^ n structura  sierului.
Calea c atre pagina autorului  si adresa de descarcare se regasesc in bibliograe,
exemplele de utilizare ale func tiei ind disponibile prin apelarea func tiei help in cadrul
matlab-ului.
Motiva tia alegerii unui sier de ini tializare  si a func tiei de parsare este faptul c a
ofer a mai mult a felxibilitate la schimb ari spre desebire de o interfat a grac a unde ar  mai
dicil de ad augat paramatrii noi la includerea unui nou model de canal sau atenuare.
52

Capitolul 6
Testare  si Validare
6.1 Congurarea  si rularea unei simulari complete
Primul pas^ n realizarea unei simul ari este completarea parametrilor^ n cadrul  sieru-
lui de ini tializare\ Channel cong.ini\ . Dup a cum se poate observa^ n imaginea urm atoare
^ n sier a fost selectat canalul de tip multi-cale, pe l^ ang a care au fost completa ti vectorii
adiacen ti cu distan tele estimative parcurse de ecare und a  si atenu arile induse pe ecare
traseu. Pe l^ anga model a fost selectata  si optiunea de a ad auga zgomot alb gausian sem-
nalului av^ and un raport semnal-zgomot de 10 dB.
Figura 6.1: Exemplu de completare al sierului de congurare
53

6.1.1 Alegerea semnalului mesaj  si crearea semnalului de intrare
Semnalul de intrare se construie ste folosind scriptul de modulare \ DO Mod \.
Pentru acest exemplu am ales o purt atoare cu frecven ta de 2000 Hz , av^ and o ampitudine
de 10 V, semnalul binar modulat ind un vector de 10 biti \ msg=[1 0 1 0 1 0 1 0 0 1] \ .
Am ales o durat a pentru ecare bit de 0.1s ceea ce a determinat un timp de simualre
de 1 secunda.
^In imaginile urm atoare se pot observa semnalul mesaj binar  si semnalul modulat
^ mpreuna cu spectrul s au.
Figura 6.2: Spectrul semnalului modulat
6.1.2 Procesarea semnalului prin modelul de canal ales
Datele completate ^ n  sierul de ini tializare sunt parsate cu ajutorul scriptului \
Start SIM \ care calculeaz a  si a saz a tipurile de atenu ari selectate, adaug a zgomot alb
semnalului  si ^ l introduce ^ n modelul de canal selectat ^ mpreuna cu parametrii introdu si
anterior.
Imaginile urm atoare reprezint a cele patru unde corespunz atoare celor patru c ai com-
pletate ^ n sierul de congurare  si unda rezultat a la ie sirea din model.
54

Figura 6.3: Prima und a ^ ntarziat a  si atenuat a
Figura 6.4: A doua und a ^ ntarziat a  si atenuat a
.
55

Figura 6.5: A treia und a ^ ntarziat a  si atenuat a
Figura 6.6: A patra und a ^ ntarziat a  si atenuat a
.
56

Figura 6.7: Unda rezultat a la ie sirea din modelul multi-cale
6.1.3 Testarea fezabilit a tii implement arii pe instala tia zic a
Pentru a putea  procesat pe o viitoare instalatie zic a semnalul trebuie s a sufere
modic ari ^ n frecven t a  si anume acesta trebuie adus ^ ntr-un spectru de frecven te joase,
e santionat  si procesat prin modelul de canal. Totodat a pentru a ^ l retransmite acesta tre-
buie readus ^ n banda ini tial a  si transmis c atre nodul receptor. Aceste opra tii sunt simulate
^ n cadrul scripului \ LOW HIGH \  si rezultatele sunt prezentate ^ n gurile urm atoare:
57

1.Mixarea cu semnalul intermediar pentru a produce aliere:
Figura 6.8: Semnalul dupa prima mixare
2.Aplicarea ltrului trece jos pentru a p astra frecven tele joase:
Figura 6.9: Aplicarea ltrului trece-jos
.
3.Mixarea cu semnalul intermediar pentru a readuce semnalul ^ n banda
ini tial a:
58

Figura 6.10: A doua mixare cu semnalul intermediar, aducerea ^ n banda ini tial a
.
4.Aplicarea unui tru trece band a pentru a selecta frecven tele din banda
ini tial a :
Figura 6.11: Unda rezultat a la ie sirea din modelul multi-cale
59

6.1.4 Demodulare si concluzii
Pentru a naliza  si valida simularea, ultimul pas este demodularea semnalului. Acest
lucru se realizeaz a prin scriptul de demodulare\ DO Demod\  si este a sat mesajul decodat
put^ and  comparat cu mesajul initial.
^In urma rul arii simularii se observ a c a pentru condi tiile simulate mesajul este recu-
perat complet  si se poate concluziona ca implementarea zic a a emulatorului este fezabil a.
60

Capitolul 7
Concluzii
7.0.5 Obiectivele indeplinite
 Tin^ and cont ca scopul principal al aplica tiei este asistarea ^ n mediul didactic ,
func tionalitate implementate reu sesc sa ^ ndeplineasc a acest scop cu succes  si pot facilita
^ nv a tarea mai u soara a no tiunilor predate.
Ca  si scop secund al lucr arii, fezabilitatea implement arii unui emulator de canal a
fost demonstrat a ^ n cadrul simul arilor efectuate. Testele arat a c a un semnal real poate
 cobor^ at ^ n frecven ta, e santionat , procesat  si readus ^ n banda ini tiala far a a pierde
infroma tia binar a util a chiar  si ^ n condi tiile ^ n care semnalul este afectat de zgomot.
7.0.6 Perspective de viitor
Urm arind rezultatele ob tinute ^ n simulare, ca perspectiv a de viitor se va ^ ncerca
validarea acestora prin construirea instala tiei zice de test necesar a pentru emulare.
Deoarece majoritatea modelelor tratate ^ n aceast a lucrare fac referire la spa tii de-
schise  si distante relativ lungi, o alt a direc tie care trebuie urmarit a este studiul propag arii
undelor ^ n spatii ^ nchise  si modelarea atenu arilor prin diferite tipuri de materiale. Fexibil-
itatea aplicatiei va permite ad augarea si testarea acestora ^ ntr-un timp scurt cu modic ari
minime ^ n cod.
O alt a ^ mbun at a tire care poate  adus a pe viitor este m arirea accesibilit a tii prin
plasarea simulatorului pe o platform a web  si modicarea interfe tei pentru a putea  inte-
grat a la nivel de browser. Totodat a, rescrierea ^ ntr-un limbaj de nivel ^ nalt precum python
va cre ste posibilit a tile de dezvoltare ulterioare .
61

Anexa A
Sec tiuni relevante din cod
A.1 Structura sierului de congurare
Figura A.1: Structura sier de initializare
62

A.2 Scriptul de modulare
################################## SCRIPT MODULARE
clear all
close all
clc
%%%%%%%%%%%%%% MESSAGE
msg=[1 0 0 1 1 0 1 0 0 1];
display('Informatie binara la transmitator :');
disp(msg)
%%%%%%%%%%%%%%%%%% END MESSAGE
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% INIT
Db= 0.1 ; %s
fp=20000 ; % Hz
Te=1/(10*fp); % Perioada de esantionare
N=length(msg); % Lungimea mesajului
T=N*Db; % Timpul total de simulare
t=0:Te:T-Te; % Vector cu momentele de timp
Ap=1000; % Amplitudinea purtatoarei
%%%%%%%%%%%%%%%%%%% END INIT
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% SEMNAL BINAR
s=zeros(length(t),1);
NSpb=Db/Te ; % Numarul de aesantioane ale semnalului purtator pentru un
% bit de mesaj
for i=1:N
s((i-1)*NSpb+1 : i*NSpb)=msg(i);
end
63

figure()
plot(t,s);
xlabel('Timp');
ylabel('Amplitudine');
title('Semnal mesaj binar')
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% END SEMNAL BINAR
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% MODULARE PSK
dfi= pi; %Defazajul
for i=1:length(t);
psk(i)=Ap*cos(2*pi*fp*t(i)+dfi*s(i)); % Modulare efectiva
end
figure()
plot(t,psk);
xlabel('Timp');
ylabel('Amplitudine');
title('Semnal mesaj modulat')
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% END MODULARE PSK
%%%%%%%%%%%%%% SPECTRU INITIAL PSK
figure()
plotspec(psk,Te);
%%%%%%%%%%%%% END SPECTRU INITIAL PSK
################################################### END SCRIPT MODULARE
A.3 Script parsare sier .ini / Aplicare model canal
################################################### SCRIPT PARSARE CFG / APLICARE MODEL CANAL
64

%% Model afectat de agomot ?
display('Se verifica da se adauga zgomot : ')
readKeys={'Adaugare zgomot','Zgomot_alb_gausian','SELECT'};
ZG=inifile('Channel_config.ini','read',readKeys);
readKeys={'Adaugare zgomot','Zgomot_alb_gausian','SNR(dB)'};
SNR=inifile('Channel_config.ini','read',readKeys);
if (str2num(ZG{1})==1)
display('Modelul va fi afectat de zogot alb gausian de tip aditiv ');
psk=awgn(psk,str2num(SNR{1}),'measured');
else
display('Modelul nu este afectat de zgomot ');
end
%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% ATENUARI :
%Citire config pentru atenuari selectate
display('Se citesc atenuarile selectate : ')
readKeys={'Caracteristici_mediu','Obstacol_vegetativ','SELECT'};
VEG=inifile('Channel_config.ini','read',readKeys);
readKeys={'Caracteristici_mediu','Ceata','SELECT'};
FOG=inifile('Channel_config.ini','read',readKeys);
readKeys={'Caracteristici_mediu','Teren_neregulat','SELECT'};
TRN=inifile('Channel_config.ini','read',readKeys);
readKeys={'Caracteristici_mediu','Mediu_urban','SELECT'};
URB=inifile('Channel_config.ini','read',readKeys);
% Calcul atenuari :
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% VEGETATIE %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
65

if (str2num(VEG{1})==1)
display('Unda intampina obstacol vegetativ … se calculeaza atenuare indusa(dB)')
readKeys={'Caracteristici_mediu','Obstacol_vegetativ','Frecventa(MHz)'};
F=inifile('Channel_config.ini','read',readKeys);
readKeys={'Caracteristici_mediu','Obstacol_vegetativ','Lungime_vegetatie(m)'};
df=inifile('Channel_config.ini','read',readKeys);
a_veg=attn_frunz(str2num(F{1}),str2num(df{1}))
else
a_veg=0;
end
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% END VEGETATIE %%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% CEATA %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
if (str2num(FOG{1})==1)
display('Unda intampina orizont de ceata … se calculeaza atenuare indusa(dB)')
readKeys={'Caracteristici_mediu','Ceata','Densitate(medie=0,mare=1)'};
M=inifile('Channel_config.ini','read',readKeys);
readKeys={'Caracteristici_mediu','Ceata','Distanta'};
d=inifile('Channel_config.ini','read',readKeys);
readKeys={'Caracteristici_mediu','Ceata','Frecventa(GHz)'};
F=inifile('Channel_config.ini','read',readKeys);
readKeys={'Caracteristici_mediu','Ceata','Temperatura(grade K )'};
Tmp=inifile('Channel_config.ini','read',readKeys);
a_fog=attn_ceata(str2num(M{1}),str2num(d{1}),str2num(F{1}),str2num(Tmp{1}))
else
a_fog=0;
end
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% END CEATA %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
66

%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% TEREN %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
if (str2num(TRN{1})==1)
display('Unda intampina teren neregulat… se calculeaza atenuare indusa(dB)')
readKeys={'Caracteristici_mediu','Teren_neregulat','Amplificare_antena_de_baza(dB)'};
Gb=inifile('Channel_config.ini','read',readKeys);
readKeys={'Caracteristici_mediu','Teren_neregulat','Amplificare_antena_mobila(dB)'};
Gm=inifile('Channel_config.ini','read',readKeys);
readKeys={'Caracteristici_mediu','Teren_neregulat','Distanta_tansmisie(m)'};
d=inifile('Channel_config.ini','read',readKeys);
readKeys={'Caracteristici_mediu','Teren_neregulat','Frecventa_transmisie(GHz)'};
F=inifile('Channel_config.ini','read',readKeys);
readKeys={'Caracteristici_mediu','Teren_neregulat','Inaltime_antena_de_baza(m)'};
hb=inifile('Channel_config.ini','read',readKeys);
readKeys={'Caracteristici_mediu','Teren_neregulat','Inaltime_antena_mobila(m)'};
hm=inifile('Channel_config.ini','read',readKeys);
a_trn=attn_teren(str2num(Gb{1}),str2num(Gm{1}),str2num(hb{1}),…
str2num(hm{1}),str2num(F{1}),str2num(d{1}))
else
a_trn=0;
end
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% END TEREN %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% MEDIU URBAN %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
if (str2num(URB{1})==1)
display('Unda intampina o zona urban… se calculeaza atenuare indusa(dB)')
readKeys={'Caracteristici_mediu','Mediu_urban','Frecventa_transmisie(MHz)'};
F=inifile('Channel_config.ini','read',readKeys);
readKeys={'Caracteristici_mediu','Mediu_urban','Inaltime_antena_de_baza(m)'};
67

hb=inifile('Channel_config.ini','read',readKeys);
readKeys={'Caracteristici_mediu','Mediu_urban','Inaltime_antena_mobila(m)'};
hm=inifile('Channel_config.ini','read',readKeys);
readKeys={'Caracteristici_mediu','Mediu_urban','Distanta_transmisie(km)'};
d=inifile('Channel_config.ini','read',readKeys);
a_urb=attn_urban(str2num(F{1}),str2num(d{1}),str2num(hb{1}),str2num(hm{1}))
else
a_urb=0;
end
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% END MEDIU URBAN %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
% Calcul atenuare toatala :
display('Atenuare totala in dB :')
Atot=a_veg+a_fog+a_urb+a_trn
%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% END ATENUARI
%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% SELECTARE MODEL CANAL
readKeys={'Tip_canal','Legatura_directa','SELECT'};
M1=inifile('Channel_config.ini','read',readKeys);
readKeys={'Tip_canal','Atenuat','SELECT'};
M2=inifile('Channel_config.ini','read',readKeys);
readKeys={'Tip_canal','Atenuat_intarziat','SELECT'};
M3=inifile('Channel_config.ini','read',readKeys);
readKeys={'Tip_canal','Multicale','SELECT'};
M4=inifile('Channel_config.ini','read',readKeys);
% Verificare selectare canale multiple -> ERROARE
err=str2num(M1{1})+str2num(M2{1})+str2num(M3{1})+str2num(M4{1});
if (err==1)
68

if str2num(M1{1})==1
display('Model conexiune directa selectat')
psk=mod1(T,Te,psk);
end
if str2num(M2{1})==1
display('Model atenuat selectat');
psk=mod2(T,Te,Atot,psk);
end
if str2num(M3{1})==1
%%%%%%%%% Calcul intarziere
readKeys={'Tip_canal','Atenuat_intarziat','Distanta(m)'};
dist=inifile('Channel_config.ini','read',readKeys);
tau=str2num(dist{1})/300000000; % intarziere in secunde
%%%%%%%%% END Calcul intarziere
display('Model atenuat si intarziat selectat');
psk=mod3(T,Te,Atot,tau,psk);
end
if str2num(M4{1})==1
%%%%%%%%% Preluare atenuari/Calcul intarzieri
readKeys={'Tip_canal','Multicale','Distanta_pe_fiecare_cale(m)'};
dt=inifile('Channel_config.ini','read',readKeys);
dti=str2num(dt{:});
delays=dti./300000000;
readKeys={'Tip_canal','Multicale','Atenuare_pe_fiecare_cale(dB)'};
attns=inifile('Channel_config.ini','read',readKeys);
attns=str2num(attns{:});
%%%%%%%%% END Preluare/Calcul
display('Model propagare multicale selectat');
psk=mod4(T,Te,delays,attns,psk);
end
69

else
display ( 'Config ERROR , SELECTATI UN SINGUR MODEL !!!') ;
break;
end
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% END SELECTARE MODEL CANAL
##################################### END SCRIPT PARSARE CFG / APLICARE MODEL CANAL
A.4 Script MIX – FTJ -DECIMARE -EXTRAPOLARE
– MIX – FTB
################################################### SCRIPT MIX – FTJ – MIX – FTB
t=0:Te:length(psk)*Te-Te;
%%%%%%%%%%%%% MIX
fif=0.9*fp;
xif=2*cos(2*pi*fif*t); % constructia semnalului intermediar
figure()
plotspec(xif,Te);
title('Spectru semnal intermediar')
y_mix=psk.*xif; % mixarea cu semnalul intermediar
figure()
plotspec(y_mix,Te);
%%%%%%%%%%%% END MIX
%%%%%%%%%%%% FTJ
fs=1/Te;
fn=fs/2;
fc=fp;
[b,a]=butter(10,fc/fn);
70

fvtool(b,a)
yf=filter(b,a,y_mix);
figure()
plotspec(yf,Te);
%%%%%%%%%%%% END FTJ
%%%%%%%%%%%%% DECIMARE
yf=decimate(yf,5);
%%%%%%%%%%%% END DECIMARE
%%%%%%%%%%%%% APLICARE MODEL CANAL
Start_SIM
%%%%%%%%%%%%% END APLICARE MODEL CANAL
%%%%%%%%%%%% EXTRAPOLARE
yf=resample(yf,5,1);
%%%%%%%%%%%% END EXTRAPOLARE
%%%%%%%%%%% MIX2
y_high=yf.*xif;
figure()
plotspec(y_high,Te);
%%%%%%%%%% END MIX2
%%%%%%%%%% FTB
lowFreq=0.90*fp;
hiFreq=1.1*fp;
71

order=8;
[b,a] = butter(order, [lowFreq hiFreq]/(fs/2), 'bandpass');
fvtool(b,a)
psk = filter(b,a,y_high);
figure();
plotspec(psk,Te);
%%%%%%%%%% END FTB
############################################# END SCRIPT MIX – FTJ – MIX – FTB
A.5 Script demodulare
############################################# SCRIPT DEMODULARE
%%%%%%%%%%% DEMODULARE
%Eliminare intarzieri :
k=find(psk,1);
psk=psk(k:length(psk));
%END Eliminare intarzieri
mn=[];
for n=NSpb:NSpb:length(psk)
t=0:Te:T-Te;
t=t(1:NSpb);
y=cos(2*pi*fp*t); % Semnal purtator
mm=y.*psk((n-(NSpb-1)):n);
z=trapz(t,mm); % Calcul energie de corelare
zz=(2*z/Db) ; % Energia de corelare ( pozitiva sau negativa )
if(zz>0) % Bloc decizie
a=0;
72

else
a=1;
end
mn=[mn a];
end
disp(' Informatie binara la receptor :');
disp(mn);
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% END DEMODULARE PSK
################################################### END SCRIPT DEMODULARE
A.6 Functii modele de canal
################################################### SCRIPTURI MODELE CANAL
function [ r ] = mod1(T,Ts,e )
%MOD1 Model conexiune directa
r=e;
%%%%%%%%%%% Grafic Semnal Iesire
th=0:Ts:T-Ts;
figure() %Plot semanl la iesire din canal
plot(th,r);
xlabel('Timp');
ylabel('Amplitudine');
title('Semnal de iesire din canalul direct')
end
function [ r ] = mod2(T,Ts,a,e )
%MOD2 Model atenuat :
%%%%%%%%%%%%%%%% VARIABBILE
% T – timpul de simulare
% Ts – perioada de esantionare
% a – atenuarea calculata
% e – semnalul de intrare
73

%%%%%%%%%%%%%%%% END VARIABILE
r=attn(e,a);
th=0:Ts:T-Ts;
figure() % Plot semnal la iesire in canal
plot(th,r);
xlabel('Timp');
ylabel('Amplitudine');
title('Semnal de iesire din canalul atenuat')
end
function [ r ] = mod3(T,Ts,a,tau,e)
%MOD3 Atenuare si intarziere
%%%%%%%%%%%%%%%% VARIABBILE
% T – timpul de simulare
% Ts – perioada de esantionare
% a – atenuarea calculata
% e – semnalul de intrare
% tau – intarzierea estimata
%%%%%%%%%%%%%%%% END VARIABILE
r1=zeros(1,ceil(tau/Ts));
r2=attn(e,a);
r=[r1 r2];
figure()
tt=0:Ts:length(r)*Ts-Ts;
plot(tt,r);
xlabel('Timp');
ylabel('Amplitudine');
title('Semnal de iesire din canalul atenuat si intarziat')
74

end
function [ r ] = mod4(T,Ts,delays,attns,e)
%MOD4 Summary of this function goes here
%%%%%%%%%%%%%%%% VARIABBILE
% T – timpul de simulare
% Ts – perioada de esantionare
% attns – vectori atenuari pe fiecare cale
% e – semnalul de intrare
% delays – vectori intarzieri pe fiecare cale
%%%%%%%%%%%%%%%% END VARIABILE
%%%%%%%%%%%%%%% Aplicare intarzieri si atenuari pe undele reflecatate
r1=mod3(T,Ts,attns(1),delays(1),e);
r2=mod3(T,Ts,attns(2),delays(2),e);
r3=mod3(T,Ts,attns(3),delays(3),e);
r4=mod3(T,Ts,attns(4),delays(4),e);
%%%%%%%%%%%%%%% END Aplicare intarzieri
%% Insumare unde reflectate
rt1=r2+[r1 zeros(1,length(r2)-length(r1))];
rt2=r3+[rt1 zeros(1,length(r3)-length(rt1))];
75

r=r4+[rt2 zeros(1,length(r4)-length(rt2))];
tt=0:Ts:length(r)*Ts-Ts;
figure() % UNda iesire don model
plot(tt,r);
xlabel('Timp');
ylabel('Amplitudine');
title('Semnal de iesire din canalul multi-cale')
end
################################################### END SCRIPTURI MODELE CANAL
A.7 Scripturi tipuri de atenuari
################################################### SCRIPTURI TIPURI DE ATENUARI
function [ a_urb ] = attn_urban(F,d,hb,hm)
% F – frecventa in MHz (model valabiul pentru frecvente intre 1500-2000MHz)
% d – distanta transmisiei ( 1-20 km)
% hb – inaltime antena de baza (intre 30 si 200 m)
% hm – inaltime antena mobila (intre 1 si 10 m)
% ac – factor de corectie a intaltimii anteiei mobile
% Model COST 231 de atenuare in mediu urban
ac=3.2*(log10(11.75*hm))^2 – 4.97 ; % calcul factor de corectie
C=3 ; %dB , constanta pentru zone metropolitane
76

a_urb = 46.3 +33.9* log10(F)-13.82*log10(hb)- ac + (44.9-6.55*log10(hb))*log10(d)+C ;
end
function [a_teren] = attn_teren( Gb,Gm,hb,hm,f,d)
% Gb – amplificare antena de baza
% Gm -amplificare antena mobila
% hb – inaltime antena de baza
% hm – inaltime antena mobila
% frecventa in MHz
% d sitanta transmisiei
beta=(40/f)^2;
a_teren=-10*log(Gb*Gm*(((hb*hm)/(d^2))* beta));
end
function [a_veg] = attn_frunz( F,df )
% Functia calculeaza atenuarea cauzata de un obstacol vegetativ
% F – frecventa in MHz
% df lungimea portiunii de vegetatie
a_veg=0.2*F^0.3*df^0.6;
end
function [ a_fog ] = attn_ceata(tip_ceata, d, f,T )
% tip_ceata – variabila care specifica densitatea cetii(citit din Config.ini)
% d – distanta pe care se desfasoara comunicatia
% f – frecventa semnalului
% T – temperatura in grade Kelvin
teta=300/T;
eps1=5.48;
eps2=3.51;
77

eps0=77.6+103.3+teta;
fp=20.09-142*(teta-1)+294*(teta-1); % in GHz
fs=590-1500*(teta-1) ; % in GHz
ep1=(eps0-eps1)/(1+(f/fp)^2) + (eps1-eps2)/(1+(f/fs)^2) + eps2;
ep2=f*(eps0-eps1)/(fp*(1+(f/fp)^2)) + f*(eps1-eps2)/(fs*(1+(f/fs)^2)) + eps2;
eta=(2+ep1)/ep2;
K=0.819*f/(ep2*(1+eta^2)); % (dB/km) / (g/m^3 )
if (tip_ceata == 0)
gamma= K * 0.05; % dB/km;
else
gamma= K*0.5 ;% dB/km;
end
a_fog=d*gamma; % atenuare toatala cauzata de ceata
end
################################################### END SCRIPTURI TIPURI DE ATENUARI
A.8 Script care asaza spectrul
################################################### SCRIPT PLOT SPECTRU
function plotspec(x,Te)
N=length(x);
t=Te*(1:N); %vectorul timp
f=((-1)*N/2:N/2-1)/(Te*N); %vectorul frecventa
fx=fft(x(1:N)); %transformata Fourier
78

%discreta rapida
fxs=fftshift(fx) ; %deplaseaza vectorul spectru
%cu mijlocul intervalului in
%origine
subplot(2,1,1)
plot(t,x)
xlabel('Secunde') ;
ylabel('Amplitudine');
AA=max(x);
%axis([0 0.2 -10*AA 10*AA ])
subplot(2,1,2)
plot(f,abs(fxs))
xlabel('Frecventa(Hz)');
ylabel('Modul');
%plotspec(x,Te) traseaza grafic spectrul semnalului x esantionat cu perioada Te
################################################### END SCRIPT PLOT SPECTRU
79

Bibliograe
[1] J.S. Seybold , \ Introduction to RF Propagation\ – John Wiley and Sons, 2005
[2] R. Dobrescu , \ Transmiterea datelor \ , Editura Academiei Romane, 2005
[3] H. Harada, R. Prasad , \ Simulation and Software Radio for Mobile Communications
\ , Artech House, 2002
[4] Alejandro Martinez-Sala, Jose-Mar A sa Molina-Garcia-Pardo, Esteban Egea-Lopez,
Javier Vales-Alonso,Leandro Juan-Llacer, and Joan Garcia-Haro , \ An Accurate Ra-
dio Channel Model for Wireless Sensor Networks Simulation \, Journal of communi-
cation and networks, Vol. 7, No. 4, December 2005
[5] Primoz Cermelj , INIFILE ,
https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/2976-inifile
[6] William H. Tranter, K. Sam Shanmugan, Theodore S. Rappaport, Kurt L. Kosbar , \
Principles of Communication Systems Simulation with Wireless Applications, PREN-
TICE HALL ,2003
[7] Jouko Vankka, \ Digital Synthesizers and Transmitters for Software Radio \ , Springer
[8] Antti V. Raisanen, Arto Lehto , \ Radio Engineering for Wireless Communication
and Sensor Applications \, Artech House , 2003, www.artechhouse.com
[9] Telecomunications Union, Recommendation ITU-R P.833-7,2012,
www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/p/R-REC-P.833-7-201202-S!!PDF-E.pdf
[10] Md. Salim Raza, Implementation of binary PSK demodulation,2013,
https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/44822-matlab
-code-for-psk-modulation-and-demodulation/content/PSK_mod_demod_salim.m
80

[11] R. Carrasco-Alvarez, J. Vazquez Castillo, A. Castillo Atoche, J. Orteg ~A sn Aguilar ,\
A Fading Channel Simulator Implementation Based on GPU Computing Techniques
\,Hindawi Publishing Corporation, 2015
[12] Raj Jain, \ Channel Models A Tutorial \, WiMAX Forum, 2007
[13] Michel Lecours, Fransois Marceau , Design and implementation of a channel simulator
for wideband mobile transmission , Vehicular Technology Conference, 1989, IEEE
39th,
http://ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?arnumb
er=40141&tag=1
[14] Tim O^ a AZShea , \ GNU Radio Channel Simulation \, Virginia Polytechnic Institute
and University , 2013
[15] Bachir Habib, Gheorghe Zaharia, Ghais El Zein, \ Hardware simulator for MIMO
propagation channels: time domain versus frequency domain architectures \, Science
Journal of Circuits, Systems and Signal Processing , Institute of Electronics and
Telecommunications of Rennes , 2013
[16] Yuhao Zheng,David M. Nicol,\ Validation of Radio Channel Models using an Anechoic
Chamber \ , University of Illinois at Urbana-Champaign Urbana, Illinois
[17] Kristian Mella, \ Theory, Simulation and Measurement of Wireless Multipath Fading
Channels \, Master of Science in Communication Technology ,Norwegian University
of Science and Technology Department of Electronics and Telecommunications,2007
[18] William G. Newhall,\ Radio Channel Measurements and Modeling for Smart An-
tenna Array Systems Using a Software Radio Receiver \, Faculty Virginia Polytechnic
Institute, 2003,
http://scholar.lib.vt.edu/theses/available/etd-04222003-081312/unrestricted
/Newhall_PhD_Dissertation.pdf
81