Presentation Stage CPL&Smart Grid

Dpartement C2S2

XLIM

STAGE DE FIN DETUDE 2011/2012 C2S2/ESTE

UNIVERSITE DE LIMOGES ******

FACULTE DES SCIENCES ET TECHNIQUES ******************* MASTER-II THEO

ETUDE ET MODLISATION DES CANAUX CPL POUR

UNE TRANSMISSION MIMO-OFDM DANS LE

CONTEXTE DE SMART GRID

Prsent par : Chrif Hamidou SY

Sous la direction de : M. Vahid MEGHDADI

et M. Jean Pierre CANCES

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Conclusion et Perspectives

2

3

4

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1 Introduction

La technologie CPL (Courants Porteurs en Ligne)

Modlisation du canal CPL MIMO domestique

Rsultats des simulations

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Rseau de distribution de l'nergie lectrique selon les normes europennes [Ones06] 1

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2

Bref historique

Applications bas- dbit

Tlmtrie, tlcontrle

- Relevs de compteurs, dtections de coupures

Domotique

- Dclenchements et rglages dappareils

Applications haut-dbit

Rseaux locaux CPL indoor

- Communications multimedia entre PC, TV, etc.

Rseaux locaux CPL outdoor

- Accs lInternet domestique

1900 1980 1990 2004

qq kbit/s qq 10 kbit/s qq Mbit/s qq 10 Mbit/s

2012

qq 100 Mbit/s

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Systmes CPL

CANAUX CPL

MIMO SISO

OUTDOOR OUTDOOR INDOOR

INDOOR

3

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Occupation spectrale des applications CPL

4

Techniques de transmission

Systmes talement de spectre (SS)

Systmes porteuses multiples (OFDM)

Frquences

50 Hz 9-40 Hz 1,6 MHz 30 MHz

100 MHz

CPL bas-dbit CPL haut-dbit

20 MHz

Outdoor Indoor

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Approches de modlisations

CPL MIMO

Bottom-Up Top- Down

Base sur des mesures Simplicit Erreurs de mesures Imprcision

Base sur la TLT Complexe mais plus prcise Connaissance du rseau Temps de calcul

Combinaison des points forts de chacune des approches (prcision et performance)

5

TLT: Thorie des Lignes de Transmission

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Caractrisation du canal de propagation

Attnuation dans les cbles

Attnuation linique

Attnuation en frquence

Trajets multiples

Dsadaptations dimpdances

Bruits

Bruit de fond

Brouilleurs bande troite

Bruits impulsifs divers

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Le canal physique

Le canal CPL MIMO 3x3

7

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Fonction de transfert du canal CPL MIMO

=

11 12() 21() 22()

1()

2()

1()2()

()

(f) = . . (+

) .

=

= +

=1

Signal reu par le capteur n

= +

Reprsentation matricielle de la rponse du canal CPL MIMO

Facteur de Pondration

Facteur dattnuation Retard de Propagation

: le nombre de trajets

p: trajet = 2. 108/: vitesse de la lumire dans le cble lectrique : longueur du

trajet

, 0, 1 : paramtres dattnuation f: frquence

Phase alatoire

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Fonction de transfert du canal CPL MIMO

=

11 12() 21() 22()

1()

2()

1()2()

()

(f) = . . (+

) .

=

= +

=1

Signal reu par le capteur n

= +

Reprsentation matricielle de la rponse du canal CPL MIMO

Facteur de Pondration

Facteur dattnuation Retard de Propagation

: le nombre de trajets

p: trajet = 2. 108/: vitesse de la lumire dans le cble lectrique : longueur du

trajet

, 0, 1 : paramtres dattnuation f: frquence

Phase alatoire

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Pamtres de simulation de la fonction de transfert

() = . (0+1

) . 2

10

=1

Capteurs se rapportant au mme circuit

Co-canaux Canaux croiss

A Uni (0.005, 0.25) Uni (0.005, 0.15)

dp [2;7; 11; 12; 16; 19; 20; 22; 23; 25]

a0 Exp (=0.00827)-0.005

a1 4e-10

k Normale (=1.01748, =0.01955)

gp Uniform (-1, 1)

p Uniform (-, )

10

[Rehan Hashmat et al, 2012]

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Rponse frquentielle de la fonction de transfert

Rponse de notre canal CPL MIMO 3X3

11

=[2; 7; 11; 12; 16; 19; 20; 22; 23; 25] en m

0 5 10 15

x 107

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

Frquence en Hz

Att

nuation d

u c

anal en d

B

PN-PN

PPE-PPE

NPE-NPE

PN-PPE

PN-NPE

NPE-PN

NPE-PPE

PPE-PN

PPE-NPE

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Paramtres de simulation des bruits

Squences de bruit

N-PE P-N P-PE

Paramtres du modle 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 bande troite:

Bruit impulsif:

=

=1

. sin(2 + )

= . ,,

= 10 log10(1

+ 10)

12

[OMEGA] et [Rehan Hashmat et al, 2012]

OMEGA: hOME Gigabit Access

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Les bruits

0 10 20 30 40 50 60-0.1

-0.05

0

0.05

0.1Le Bruit de fond

Temps en seconde

Niv

ea

u d

e b

ruit

en

vo

lt(V

)

0 10 20 30 40 50 60-0.4

-0.2

0

0.2

0.4Le Bruit bande troite

Temps en seconde (s)

Niv

ea

u d

e b

ruit

en

vo

lt(V

)

0 10 20 30 40 50 60-2

-1

0

1

2

3Le Bruit Impulsif

Temps en seconde (s)

Niv

ea

u d

e b

ruit

en

vo

lt(V

)

0 10 20 30 40 50 60-2

-1

0

1

2

3Le Bruit Total

Temps en seconde (s)

Niv

ea

u d

e b

ruit

en

vo

lt(V

)

13

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Technique de transmission

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S/P IFFT P/S Ajout du prfixe

cyclique

CANAL CPL MIMO

Suppression du

prfixe cyclique Egalisation Dcision

Modulation

4 - QAM

FFT

Source de

donnes binaires

Donnes reues

Dmodulation

Notre modle de chaine de transmission OFDM sur le canal CPL MIMO

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Validation de la simulation

4 = 0.5 1010

1

4 0.5 10

10

15

0 2 4 6 8 10 1210

-5

10-4

10-3

10-2

10-1

100

X: 6

Y: 0.04536

SNR en dB

TE

S X: 10Y: 0.001543

Courbe thorique

Courbe simule

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Courbe du TES en fonction du SNR pour le canal MIMO

16

Paramtres de simulations

Nombre de symboles: 1000

Nombre de porteuses: 1024

Taille du prfixe cyclique: 1/8

Nombre dtats de la QAM: 4

0 5 10 15 20 25 30 35 40 4510

-6

10-5

10-4

10-3

10-2

10-1

100

X: 10

Y: 0.06577

SNR en dB

TE

S

X: 5.971

Y: 0.1238

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Courbe du TEB en fonction du SNR pour le canal MIMO

16

Paramtres de simulations

Nombre de symboles: 1000

Nombre de porteuses: 1024

Taille du prfixe cyclique: 1/8

Nombre dtats de la QAM: 4

0 5 10 15 20 25 30 3510

-7

10-6

10-5

10-4

10-3

10-2

10-1

100

X: 10.04

Y: 0.02537

SNR en dB

TE

B

X: 20.04

Y: 0.001765

X: 6.009

Y: 0.05489

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Intgrer un code correcteur derreurs dans la chaine de transmission

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TEB 103 pour un SNR20 dB sans codage

La technologie CPL MIMO connait un regain dintrt manifeste auprs des industriels (norme G.9963 de lUIT, Homeplug AV2, )

Canal trs bruyant

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Annexes

Rponse frquentielle du canal CPL MIMO base sur des mesures [Hashm12a]

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Annexes

0 5 10 15

x 107

-160

-155

-150

-145

-140

-135

-130DSP du bruit de fond

Frquence en Hz

Niv

ea

u d

e b

ruit

en

dB

m/H

z