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Università degli Studi di Parma. Facoltà di Ingegneria

Comunicazioni su Linee Elettriche

Dottorando: Riccardo PighiTutor: Prof. Ing. Riccardo Raheli

Dottorato in Tecnologie dell’Informazione XVIII CicloPresentazione del Progetto di Tesi di Dottorato

Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.1/12

Indice della Presentazione

Progetto di un sistema di comunicazione a singola portante:

Studio di codici

Algoritmo di mapping

Analisi delle prestazioni

Progetto di un sistema di comunicazione multiportante:

Motivazioni

Allocazione ottima delle risorse

Schema a blocchi di un sistema multiportante

Risultati numerici e considerazioni

Completamento dell’attività:

Algoritmi di sincronizzazione

Applicazione di tecniche di codifica avanzate


A Case Study: Modem a singola portante Selta

Il sistema può operare:

In modalità full-duplex su banda di 16 kHz concancellazione d’eco

In modalità half-duplex su bande separate da 8 kHz

La trasmissione avviene attraverso uno schema congiunto dicodifica e modulazione TCM:

con costellazioni bidimensionali (QAM)

con costellazioni multidimensionali (prodotto cartesiano dipunti appertenenti a QAM)

Il modem è caratterizzato da un tasso di informazionevariabile (da 19.2 kbit/s a 172.8 kbit/s)


Singola portante: studio di codici

Progetto di un codice TCM multidimensionale a 16 stati.

y0

y1

y2

y3

y4

y5

y6

2TS1 S3 S0S2

q1

q2

q3

q4

q5

q6

2T 2T2T


Singola portante: algoritmo di mapping

È stato sviluppato un algoritmo di mapping ricorsivo,computazionalmente efficiente

2 0

13

4n + 34n + 1

4n 4n + 2

33

+1

-1

-1

+1

a)

b)

+1

+1

+3

+3

-3

-3

-1

-1

8

9 11

10

1

20

15 5

12 14

13

4 6

7

13

2 0



9 11 1 3

20108

13 15

12 14 4

5 7

6



-3

-5

-7

33

+1

+1

+3

+3

-3 -1

-1

-5-7 +5 +7

+5

+737

36 38

39

9

45

44 46

47

11

5

4 6

7

1

15

12 14

13

3

8

9 11

10

2

1

20

0

41

40 42

43

10

33

32 34

35

8

52

53 55

54

13

60

61 63

62

15

48

49 51

50

12

56

57 59

58

14

16

17 19

18

4

20

21 23

22

5

28

29 31

30

7

24

25 27

26

6


Singola portante: prestazioni

Analisi delle prestazioni del codice a 16 stati

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44Eb/No [dB]

10-6

10-5

10-4

10-3

10-2

10-1

100B

it E

rror

Rat

e

4 QAM8 QAM16 QAM32 QAM64 QAM128 QAM256 QAM512 QAM1024 QAM2048 QAM4096 QAM8192 QAM16384 QAM


Singola portante: prestazioni

Efficienza spettrale del sistema di codifica (BER=10−6)

@

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36Eb/No [dB]

0

2

4

6

8

10

12

14

16Sp

ectra

l Eff

icie

ncy

[bits

/sig

nal]

QAM Capacity BoundCapacity Bound4D-TCM 4 QAM4D-TCM 8 QAM@

4D-TCM 16 QAM4D-TCM 32 QAM4D-TCM 64 QAM4D-TCM 128 QAM4D-TCM 256 QAM4D-TCM 512 QAM4D-TCM 1024 QAM4D-TCM 2048 QAM4D-TCM 4096 QAM4D-TCM 8192 QAM4D-TCM 16384 QAM


A Case Study: Sistema multiportante Selta

Modem di “terza generazione” caratterizzato da elevati livelli diprogrammabilità, adattabilità alle condizioni della linea eflessibilità.

Studio di fattibilità di un sistema di trasmissione digitale alarga banda su elettrodotti basato sulle tecnologie OFDM eDMT (Discrete MultiTone).

Progetto di massima di un modem digitale tenendo conto di:

normative esistenti (banda disponibile e potenzaconsentita)

caratteristiche dei dispositivi di accoppiamento (elevatocosto, difficoltà nella sostituzione).


Sistema multiportante: motivazioni

Obiettivo: massimizzare la quantità di informazionetrasferibile.

100 KHz 500 KHz

|H(f)|2

f



Soluzione: allocazione ottimale della potenza da trasmettere(water-filling).

100 KHz 500 KHz

N(f)/|H(f)|2

f




100 KHz 500 KHz

f

N(f)/|H(f)|2




100 KHz 500 KHz

N(f)/|H(f)|2

f




100 KHz 500 KHz

N(f)/|H(f)|2

f100 KHz 500 KHz

N(f)/|H(f)|2

f


Sistema multiportante: schema a blocchi

L’operazione di modulazione e demodulazione avvieneinteramente in ambito numerico, utilizzando algoritmi ditrasformata veloce di Fourier (FFT).

QAM

QAM

g1

g2

QAM gNcN

c2

c1

x2

b

x1

xN

b = RTs

TCM

CODER

IFFT Tx Filter

N-point

{CP insertion

P/S


Sistema multiportante: schema a blocchi

L’operazione di modulazione e demodulazione avvieneinteramente in ambito numerico, utilizzando algoritmi ditrasformata veloce di Fourier (FFT).

} CP removal

FEQ

FEQ

FEQ

TCM

DECODER

bS/P

Noise N-point

FFTRx FilterChannel


Sistema multiportante: risultati numerici

Risposta in ampiezza del canale e profilo di caricamento.

100 150 200 250 300 350 400 450 500

64 kVolt line

-80

-60

-40

-20

0

Freq

uenc

y R

espo

nse

[dB

]

Channel AvailableChannel used

112 128 144 160 176 192 208 224Frequency [kHz]

02468

10121416

Num

ber o

f Bits

Frequency [kHz]



Confronto tra singola portante e multiportante.

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450Distance [Km]

064

128192256320384448512576640704768832896960

1024108811521216

Bit

Rat

e [K

bit/s

] @ 6

4 kV

olt DMT System

Single Carrier System



Risposta in ampiezza del canale e profilo di potenza.

100 150 200 250 300 350 400 450 500Frequency [kHz]

-80

-60

-40

-20

0

Freq

uenc

y R

espo

nse

[dB

]

Channel AvailableChannel Used

220 kVolt line

0 8 16 24 32 40 48 56 64Channel Index

00,20,40,60,8

1

Pow

er [W

]



Confronto tra singola portante e multiportante.

0 50 100 150 200 250 300 350 400Distance [Km]

0

64

128

192

256

320

384

448

512B

it R

ate

[Kbi

t/s] @

220

kV

olt DMT System

Single Carrier System


Sistema multiportante: banchi di filtri

Il sistema DMT ha canali poco selettivi in frequenza.

-10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Indice di canale

-1

0

1

2

3

Spet

tro

di A

mpi

ezza




0 8 16 24 32 40 48 56 64Numero tono

10-4

10-3

10-2

10-1

100

Bit

Erro

r Rat

e

ε = 0.1 ε = 0.2

DMT (16 QAM) e interferente sinusoidaleTono 1, Ac = 1, EbNo = 12 dB -> Pb = 2.10-4, Nch = 64, Ts = 0.5 ms




4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 γb [dB]

10-6

10-5

10-4

10-3

10-2

10-1

100

Bit

Err

or R

ate

Prob

abili

ty

16-QAMTono 0Tono 7Tono 15Tono 23Tono 31Tono 39

BER per DMT (16 QAM) con interferente sinusoidaleTono interferente 1, ε = 0.1, Ac = 1, Nch = 64



Soluzione al problema: banchi di filtri.

X1(n) + 0

0 + X0(n)

0 + X2(n)

X3(n) + 0

0 + XN−2(n)

XN−1(n) + 0

IFFT

N

g0(n)

g1(n)

gN-1(n)

g1(n)

g0(n)

gN-1(n)

X2(n) + 0

X0(n) + 0

0 + X3(n)

0 + X1(n)

IFFT

N

0 + XN−1(n)

XN−2(n) + 0

z-N/2



Soluzione al problema: banchi di filtri.

Segnale Interferente

Spettro singolo filtro

fCanale i-1 Canale i Canale i+1


Completamento dell’attività

Progetto di algoritmi per la sincronizzazione:

Possibilità di impiegare portanti pilota

Possibilità di impiegare simboli pilota da spedireall’interno del flusso di dati

Sincronizzazione mediante sovracampionamento edinterpolazione.

Applicazione di tecniche di codifica avanzate:

Progetto di codici LDPC per sistemi multiportante.

Compensazione degli effetti non lineari:

Studio di tecniche di predistorsione in trasmissione osovracampionamento in ricezione.


dottorando: riccardo pighi tutor: prof. ing. riccardo raheli · dmt (discrete multitone). progetto...

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