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SIMULATION OF CODE DIVISION MULTIPLE ACCESS FOR A LOCAL AREA

NETWORK OVER POWERLINE

Ademar Luiz Pastro, Eduardo Parente Ribeiro

Universidade Federal do Paraná - UFPR

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Sumário:

• Introdução

• Objetivo

• Configuração proposta

• Metodologia

• Resultados

• Conclusões

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Introdução:

A rede elétrica representa um meio atrativo para implementação de uma rede local

• Está presente em todas as instalações prediais

• Quase todos os equipamentos elétricos estão

ligados à rede

• Não há necessidade da instalação de infraes-

trutura adicional de cabeamento

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Histórico:

• A propagação de sinais de telecomunicações

através da rede elétrica é conhecida há mais de 100

anos

• Abertura e desregulamentação (década de 90)

Concessionárias iniciaram pesquisas em novas tecnologias, como fator de competitividade

Tecnologia: CDMA x OFDM

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Áreas de aplicação:

• Acesso à Internet

• Serviços da Concessionária de Distribuição de Energia

• Automação Residencial

• Automação Comercial

• Automação Industrial

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Objetivo:

Avaliação da implementação de uma rede local

(LAN) sobre a rede elétrica, utilizando CDMA

• Proposta de uma configuração que

permita comunicação simultânea

• Avaliação da capacidade, através de

simulações

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Espalhamento de Espectro: Características

• Alta imunidade à interferência intencional ou

não intencional

• Possibilita acesso múltiplo numa mesma faixa de freqüências

• A largura da faixa utilizada é muitas vezes maior que a largura da faixa do sinal que contém a informação (B = N . R)

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Espalhamento de Espectro:

Taxa = 1000bpsFS = 16000Hz

N = 8

-8000 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 80000

2

4

6

8

x 10-3 Densidade Espectral de Potencia - Sinal Binario

f (Hz)

Sx(

f)

-8000 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 80000

2

4

6

8

x 10-3

Densidade Espectral de Potencia - Sinal Espalhado

f (Hz)

Sx(

f)

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Espalhamento através da Seqüência Direta (PN)

Tb

t

bt

1

-1

sinal binário: 1010

N·Tc

t

Tc

PN

1

-1

seqüência PN: 1001110

t

s

1

-1

sinal espalhado

10

Autocorrelação para uma sequência m:

1/N

Rc(τ)

τ0

-Tc

1

Tc-N·TcN·Tc

11

Sequências Gold:

Um conjunto de N + 2 Sequências Gold pode ser obtido a partir de 2 sequências m de comprimento N.

mux

1 2 3

1 2 3

0/1 0/1 0/1

x

y

SeqüênciaGold

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Configuração proposta para a LAN:

UE1 UEp-1

UE3

UE4

UEp

UE2

UEp-1

UI1

UI3

UIb

UIk-1

UIa UIk

UI2

AT

Rede Externa

Rede Interna

Rede Interna

R

R

C R

Fibra ótica

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Configuração proposta para a LAN: Rede Interna

UI1

UI3

UIb

UIk-1

UIa UIk

UI2

Rede Interna

R

Mensagem:

a → b

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Configuração proposta para a LAN: Rede Interna

UI1

UI3

UIb

UIk-1

UIa UIk

UI2

Rede Interna

R

Mensagem com código ComumEndereço Lógico de b

Código Espalhamento de a b recebe a mensagemResponde enviando seu código

de Espalhamento

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Configuração proposta para a LAN: Rede Interna

UI1

UI3

UIb

UIk-1

UIa UIk

UI2

Rede Interna

R

Canal exclusivo entre a e b

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Configuração proposta para a LAN: Rede Interna

UI1

UI3

UIb

UIk-1

UIa UIk

UI2

Rede Interna

R

17

Topologia proposta para a LAN: Rede Interna

UI1

UI3

UIb

UIk-1

UIa UIk

UI2

Rede Interna

R

Roteador entre as redes interna e externa

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Topologia proposta para a LAN: Rede externa

UE1 UEp-1

UE3

UE4

UEp

UE2

UEp-1

AT

Rede Externa

R

RC

Fibra ótica

• Concentrador (ou roteador) envia mensagem utilizan-do código de espalhamento da unidade de destino

• Unidades enviam mensagem ao concentrador utili-zando código de espalhamento do concentrador

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CDMA: Esquema

fc

fcfc

PN1

sns1

rn

m1

b1 bn

PNn

mn

. . . . .

Filtro

Correlator

dn

PNn

bn

Rede Elétrica

bk

PNk

sk

mk

. . . . .

fc

Modulador

Demodul.

Modulador Modulador

Acoplamento

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CDMA: Correlator / Autocorrelação

pn1 pnN-2 pnN-1pn0

r(t-Tc)Tc Tc Tc Tc· · ·

+

r(t) r(t-2Tc) r(t-(N-1)Tc)

Rc

N = 31

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40Autocorrelaçao: Filtro FIR

21

CDMA: Autocorrelação para N = 127

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

x 10-3

-2

-1

0

1

2sinal binario

t

b(t)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

x 10-3

-100

-50

0

50

100Auto Correlaçao

t

Rc

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Modelo utilizado:

Geração do sinal binário

Espalhamentodo espectro

Modulação(BPSK)

Demodulação Recuperação do sinal

Sinalbinário

Geração do sinal binário

Espalhamentodo espectro

Modulação(BPSK)

Geração do sinal binário

Espalhamentodo espectro

Modulação(BPSK)

Adição de ruído(AWGN/rede)

b1

bn

bk

s1

sn

sk

m1

mk

mnms srs dn bn

r

23

Validação: Teoria x Simulação

02

1

N

EerfcP b

b

-5 0 5 10 1510

-4

10-3

10-2

10-1

100

Taxa de erro de bits : AWGN

EbN0 (dB)

BE

R

BPSK: TeoricaBPSK: SimuladaGold N=63: Simulada

24

Resultados: Teoria x Simulação

-5 0 5 10 15 20 25 3010

-6

10-5

10-4

10-3

10-2

10-1

100

Taxa de erro de bits CDMA: (AWGN)

Eb/No (dB)

BE

R

N = 63Numero de usuarios = 10

TeoriaSimul. 1Simul. 2Simul. 3Simul. 4

b

b

E

N

N

KerfcP

23

12

1

2

1

0

Lam, Tantarana,Theory and Applications of Spread Spectrum Systems”, IEEE, 1994

25

Resultados: Taxa de erro de bits

-5 0 5 10 15 20 25 3010

-6

10-5

10-4

10-3

10-2

10-1

100

Taxa de erro de bits CDMA: N = 63

Eb/Jo (dB)

BE

Rk= 5 AWGNk= 5 r040k= 5 r200k= 5 r20nk= 5 calck=15 AWGNk=15 r040k=15 r200k=15 r20nk=15 calc

26

Resultados: Taxa de erro de bits

-5 0 5 10 15 20 25 3010

-5

10-4

10-3

10-2

10-1

100

Taxa de erro de bits CDMA: N = 127

Eb/Jo (dB)

BE

R

k=10 AWGNk=10 r040k=10 r200k=10 r20nk=10 calck=20 AWGNk=20 r040k=20 r200k=20 r20nk=20 calck=25 AWGNk=25 r040k=25 r200k=25 r20nk=25 calc

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Conclusões:

• Foi proposta uma configuração para uma rede local sobre a rede elétrica utilizando CDMA.

• O modelo proposto foi simulado, com objetivo de avaliar o número de usuários que podem compartilhar simultaneamente a rede.

• A taxa de erro para um canal com ruído medido foi maior do que a taxa de erro para um canal sujeito ao ruído branco.

• Os resultados das simulações mostraram a viabilidade da configuração proposta sobre a rede elétrica, utilizando CDMA.

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Conclusões

N Teórica Observada

15 4 4

31 7 6

63 14 13

127 27 21

Limite de transmissões simultâneas

taxa de erro de bit < 10-4