1. Département C2S2
XLIM
STAGE DE FIN D’ETUDE 2011/2012
C2S2/ESTE
UNIVERSITE DE LIMOGES
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FACULTE DES SCIENCES ET TECHNIQUES
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MASTER-II THEO
ETUDE ET MODÉLISATION DES CANAUX CPL POUR
UNE TRANSMISSION MIMO-OFDM DANS LE
CONTEXTE DE SMART GRID
Présenté par : Chérif Hamidou SY
Sous la direction de : M. Vahid MEGHDADI
et M. Jean Pierre CANCES
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Conclusion et Perspectives
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3
4
5
1 Introduction
La technologie CPL (Courants Porteurs en Ligne)
Modélisation du canal CPL MIMO domestique
Résultats des simulations
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Occupation spectrale des applications CPL
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Techniques de transmission
Systèmes à étalement de spectre (SS)
Systèmes à porteuses multiples (OFDM)
Fréquences
50 Hz 9-40 Hz 1,6 MHz 30 MHz
100 MHz
CPL bas-débit CPL haut-débit
20 MHz
Outdoor Indoor
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Approches de modélisations
CPL
MIMO
Bottom-Up Top- Down
• Basée sur des mesures
• Simplicité
• Erreurs de mesures
• Imprécision
• Basée sur la TLT
• Complexe mais plus précise
• Connaissance du réseau
• Temps de calcul
Combinaison des points forts de chacune des approches (précision et performance)
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TLT: Théorie des Lignes de Transmission
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Caractérisation du canal de propagation
Atténuation dans les câbles
Atténuation linéique
Atténuation en fréquence
Trajets multiples
Désadaptations d’impédances
Bruits
Bruit de fond
Brouilleurs à bande étroite
Bruits impulsifs divers
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Fonction de transfert du canal CPL MIMO
𝐻 𝑓 =
ℎ11 𝑓 ℎ12(𝑓) …
ℎ21(𝑓) ℎ22(𝑓) ⋯
⋮
ℎ 𝑁1(𝑓)
⋮
ℎ 𝑁2(𝑓)
⋱
⋯
ℎ1𝑀(𝑓)
ℎ2𝑀(𝑓)
⋮
ℎ 𝑁𝑀(𝑓)
ℎ𝑖𝑗(f) = 𝑨 𝒈 𝒑 . 𝒆−𝒋𝝋 𝒑 . 𝒆−(𝒂 𝟎+𝒂 𝟏 𝒇 𝒌)𝒅 𝒑. 𝒆−𝒋𝟐𝝅
𝒅 𝒑
𝝑
𝒇𝑵 𝒑
𝒑=𝟏
𝑦 𝑛 = ℎ 𝑛𝑚 𝑥 𝑚 + 𝑤 𝑛
𝑀
𝑚=1
Signal reçu par le capteur n
𝒀 = 𝑯𝒙 + 𝑾
Représentation matricielle
de la réponse du canal CPL MIMO
Facteur de
Pondération
Facteur d’atténuation Retard de
Propagation
𝑁𝑝: le nombre de trajets
p: 𝑝 𝑖𝑒𝑚𝑒
trajet
𝜗 = 2. 108
𝑚/𝑠: vitesse de la lumière dans le
câble électrique
𝑑 𝑝: longueur du 𝑝 𝑖𝑒𝑚𝑒
trajet
𝐴, 𝑎0, 𝑎1 𝑒𝑡 𝑘: paramètres d’atténuation
f: fréquence
Phase
aléatoire
8
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Fonction de transfert du canal CPL MIMO
𝐻 𝑓 =
ℎ11 𝑓 ℎ12(𝑓) …
ℎ21(𝑓) ℎ22(𝑓) ⋯
⋮
ℎ 𝑁1(𝑓)
⋮
ℎ 𝑁2(𝑓)
⋱
⋯
ℎ1𝑀(𝑓)
ℎ2𝑀(𝑓)
⋮
ℎ 𝑁𝑀(𝑓)
ℎ𝑖𝑗(f) = 𝑨 𝒈 𝒑 . 𝒆−𝒋𝝋 𝒑 . 𝒆−(𝒂 𝟎+𝒂 𝟏 𝒇 𝒌)𝒅 𝒑. 𝒆−𝒋𝟐𝝅
𝒅 𝒑
𝝑
𝒇𝑵 𝒑
𝒑=𝟏
𝑦 𝑛 = ℎ 𝑛𝑚 𝑥 𝑚 + 𝑤 𝑛
𝑀
𝑚=1
Signal reçu par le capteur n
𝒀 = 𝑯𝒙 + 𝑾
Représentation matricielle
de la réponse du canal CPL MIMO
Facteur de
Pondération
Facteur d’atténuation Retard de
Propagation
𝑁𝑝: le nombre de trajets
p: 𝑝 𝑖𝑒𝑚𝑒
trajet
𝜗 = 2. 108
𝑚/𝑠: vitesse de la lumière dans le
câble électrique
𝑑 𝑝: longueur du 𝑝 𝑖𝑒𝑚𝑒
trajet
𝐴, 𝑎0, 𝑎1 𝑒𝑡 𝑘: paramètres d’atténuation
f: fréquence
Phase
aléatoire
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Pamètres de simulation de la fonction de transfert
𝐻(𝑓) = 𝐴 𝑔 𝑝. 𝑒−𝑗𝜑 𝑝 𝑒−(𝑎0+𝑎1 𝑓 𝑘)𝑑 𝑝 . 𝑒
−𝑗2𝜋
𝑑 𝑝
𝜗
𝑓
10
𝑝=1
Capteurs se rapportant au même circuit
Co-canaux Canaux croisés
A Uni (0.005, 0.25) Uni (0.005, 0.15)
dp
[2;7; 11; 12; 16; 19; 20; 22; 23; 25]
a0
Exp (µ=0.00827)-0.005
a1
4e-10
k Normale (µ=1.01748, σ=0.01955)
gp
Uniform (-1, 1)
p Uniform (-π, π)
10
[Rehan Hashmat et al, 2012]
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Réponse fréquentielle de la fonction de transfert
Réponse de notre canal CPL MIMO 3X3
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𝑑 𝑝 =[2; 7; 11; 12; 16; 19; 20; 22; 23; 25] en m
0 5 10 15
x 10
7
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
Fréquence en Hz
AtténuationducanalendB
PN-PN
PPE-PPE
NPE-NPE
PN-PPE
PN-NPE
NPE-PN
NPE-PPE
PPE-PN
PPE-NPE
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Paramètres de simulation des bruits
Séquences de bruit
N-PE P-N P-PE
Paramètres du
modèle de
bruit CPL
MIMO
x Uniform (1.75, 2.1) Uniform (1.86, 2.2) Uniform (1.75, 2.1)
y Uniform (-16.1, -15)
Bruit de fond
Bruit à bande étroite:
Bruit impulsif:
𝑛 𝑛𝑎𝑟𝑟𝑜𝑤𝑏𝑎𝑛𝑑 𝑡 = 𝐴𝑖 𝑡
𝑁
𝑖=1
. sin(2𝜋𝑓𝑖 𝑡 + 𝜑𝑖)
𝑛𝑖𝑚𝑝 𝑡 = 𝐴𝑖. 𝑖𝑚𝑝
𝑡 − 𝑡 𝑎𝑟𝑟,𝑖
𝑡 𝑤,𝑖
𝑖
𝑁 𝑂𝑀 = 10 log10(
1
𝑓 𝑥 + 10 𝑦
)
12
[OMEGA] et [Rehan Hashmat et al, 2012]
OMEGA: hOME Gigabit Access
15. Département C2S2
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Les bruits
0 10 20 30 40 50 60
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
Le Bruit de fond
Temps en seconde
Niveaudebruitenvolt(V)
0 10 20 30 40 50 60
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
Le Bruit à bande étroite
Temps en seconde (s)
Niveaudebruitenvolt(V)
0 10 20 30 40 50 60
-2
-1
0
1
2
3
Le Bruit Impulsif
Temps en seconde (s)
Niveaudebruitenvolt(V)
0 10 20 30 40 50 60
-2
-1
0
1
2
3
Le Bruit Total
Temps en seconde (s)
Niveaudebruitenvolt(V)
13
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Technique de transmission
14
S/P IFFT P/S
Ajout du préfixe
cyclique
CANAL CPL MIMO
Suppression du
préfixe cyclique
Egalisation Décision
Modulation
4 - QAM
FFT
Source de
données binaires
Données reçues
Démodulation
Notre modèle de chaine de transmission OFDM sur le canal CPL MIMO
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Courbe du TES en fonction du SNR pour le canal MIMO
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Paramètres de simulations
Nombre de symboles: 1000
Nombre de porteuses: 1024
Taille du préfixe cyclique: 1/8
Nombre d’états de la QAM: 4
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
10
-6
10
-5
10
-4
10
-3
10
-2
10
-1
10
0
X: 10
Y: 0.06577
SNR en dB
TES
X: 5.971
Y: 0.1238
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Courbe du TEB en fonction du SNR pour le canal MIMO
16
Paramètres de simulations
Nombre de symboles: 1000
Nombre de porteuses: 1024
Taille du préfixe cyclique: 1/8
Nombre d’états de la QAM: 4
0 5 10 15 20 25 30 35
10
-7
10
-6
10
-5
10
-4
10
-3
10
-2
10
-1
10
0
X: 10.04
Y: 0.02537
SNR en dB
TEB
X: 20.04
Y: 0.001765
X: 6.009
Y: 0.05489
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Intégrer un code correcteur d’erreurs dans la chaine de transmission
18
TEB ≈ 10−3
pour un SNR≈20 dB sans codage
La technologie CPL MIMO connait un regain d’intérêt manifeste auprès des industriels
(norme G.9963 de l’UIT, Homeplug AV2, …)
Canal très bruyant
