Presentation Stage CPL&Smart Grid

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  • 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

    5

    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

    6

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    Le canal physique

    Le canal CPL MIMO 3x3

    7

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    XLIM

    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

    8

  • Dpartement C2S2

    XLIM

    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

    9

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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

    14

    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

    18

    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