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Evaluación de las prestaciones de un sistema OFDM sobre la red de alimentación de un vehículo<br />J. J. Sánchez-Martínez,...
Índice<br />1. Introducción<br />¿Qué es el PLC?<br />Aplicación a vehículos<br />Objetivos y motivación de este trabajo<b...
Índice<br />1. Introducción<br />¿Qué es el PLC?<br />Aplicación a vehículos<br />Objetivos y motivación de este trabajo<b...
¿Quées el PLC?<br />PLC, Power Line Communications<br />Historia del PLC. Uso de las líneas eléctricas <br />Redes intelig...
 Redes eléctricas de interior: redes de área local</li></ul>Red únicapara la alimentacióneléctrica y la transmisión de dat...
Aplicación a vehículos<br />Coste de dispositivos eléctricos y electrónicos ≈20 ó 25% del coste total de producción de un ...
Aplicación a vehículos<br />Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010<br />6<br />
Objetivos y motivación<br />Otros ámbitos: aeroespacial, ferroviario, naval y aeronáutico<br />Trabajosprevios<br />Medida...
Índice<br />1. Introducción<br />¿Qué es el PLC?<br />Aplicación a vehículos<br />Objetivos y motivación de este trabajo<b...
Características del canal<br />Respuesta de canal <br />Estructura arborescente: líneas en circuito abierto o dispositivos...
 Interferencias de banda estrecha
 Componentes de ruido impulsivo</li></ul>Respuestas en frecuencia<br />DEP de ruido<br />Valladolid, 27-29 de septiembre d...
Características del canal<br /> Banda medida: [0-100] MHz<br />Respuesta de canal<br />Fusibles<br />Ruido<br />Analizador...
Modelo de canal y de sistema<br />Modelo de canal:<br />Filtro lineal e invariante en el tiempo (LTI) y ruidocoloreadoesta...
Modelo de canal y de sistema<br />Modelo de canal:<br />Filtro lineal e invariante en el tiempo (LTI) y ruidocoloreadoesta...
2 DEP de ruido</li></ul>Total de 72 canales<br />Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010<br />12<br />
Modelo de canal y de sistema<br />Modelo de canal:<br />Modelo de sistema:<br />Modulación multiportadora adecuada para co...
2 DEP de ruido</li></ul>Total de 72 canales<br />Sistema OFDM ajustado a la capafísica del nuevoestándar G.hn<br />Vallado...
Modelo de sistema<br />OFDM conpulse-shaping en el transmisor.<br />OFDM conpulse-shapingen el transmisor y windowingen el...
Modelo de sistema<br />OFDM conpulse-shaping en el transmisor.<br />OFDM conpulse-shapingen el transmisor y windowingen el...
Modelo de sistema<br />OFDM conpulse-shaping en el transmisor.<br />OFDM conpulse-shapingen el transmisor y windowingen el...
Modelo de sistema<br />OFDM conpulse-shaping en el transmisor.<br />OFDM conpulse-shapingen el transmisor y windowingen el...
Modelo de sistema<br />OFDM conpulse-shaping en el transmisor.<br />OFDM conpulse-shapingen el transmisor y windowingen el...
Modelo de sistema<br />OFDM conpulse-shaping en el transmisor.<br />OFDM conpulse-shapingen el transmisor y windowingen el...
Modelo de sistema<br />OFDM conpulse-shaping en el transmisor.<br />OFDM conpulse-shapingen el transmisor y windowingen el...
21<br />Parámetrossistema: Estándar G.hn<br />Estándarpararedes de interior.  OFDM con pulse-shaping.<br />3 planes de fre...
¿Por qué usar pulsos no rectangulares?<br />Ventana rectangular:  reducidoconfinamientoespectral con un espectro en forma ...
Pulse-shaping en el transmisor<br />Permiteutilizar un mayor número de portadoraspróximas a los bordes de la máscara de DE...
Pulse-shaping en el transmisor<br />Permiteutilizar un mayor número de portadoraspróximas a los bordes de la máscara de DE...
Pulse-shaping en el transmisor<br />Permiteutilizar un mayor número de portadoraspróximas a los bordes de la máscara de DE...
Windowing en el receptor<br />Reduce la distorsión. La interferencia entre portadorasesmenorpor un mayor confinamientoespe...
Índice<br />1. Introducción<br />¿Qué es el PLC?<br />Aplicación a vehículos<br />Objetivos y motivación de este trabajo<b...
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  1. 1. Evaluación de las prestaciones de un sistema OFDM sobre la red de alimentación de un vehículo<br />J. J. Sánchez-Martínez, A. B. Vallejo-Mora, J. A. Cortés, F. J. Cañete y L. Díez<br />Ingeniería de Comunicaciones, Universidad de Málaga<br />
  2. 2. Índice<br />1. Introducción<br />¿Qué es el PLC?<br />Aplicación a vehículos<br />Objetivos y motivación de este trabajo<br />2. Modelo del sistema<br />Características del canal<br />Modelo de canal<br />Parámetros del sistema. Estándar G.hn<br />¿Por qué usar pulsos no rectangulares?<br />3. Análisis de prestaciones<br />Evaluación con pulse-shaping en transmisión<br />Mejora por usar windowing en recepción<br />4. Conclusiones<br />Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010<br />2<br />
  3. 3. Índice<br />1. Introducción<br />¿Qué es el PLC?<br />Aplicación a vehículos<br />Objetivos y motivación de este trabajo<br />2. Modelo del sistema<br />Características del canal<br />Modelo de canal<br />Parámetros del sistema. Estándar G.hn<br />¿Por qué usar pulsos no rectangulares?<br />3. Análisis de prestaciones<br />Evaluación con pulse-shaping en transmisión<br />Mejora por usar windowing en recepción<br />4. Conclusiones<br />Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010<br />3<br />
  4. 4. ¿Quées el PLC?<br />PLC, Power Line Communications<br />Historia del PLC. Uso de las líneas eléctricas <br />Redes inteligentes (Powerline Smart Grid): gestión eficiente de recursos.<br />¿Aplicación a vehículos?<br />Evolución tecnológica vehículos: Control, Seguridad, Fiabilidad, Confort<br />Transmisión de datos a través de la red eléctrica<br /><ul><li> De media y baja tensión: acceso a redes de área extensa
  5. 5. Redes eléctricas de interior: redes de área local</li></ul>Red únicapara la alimentacióneléctrica y la transmisión de datos<br />Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010<br />4<br />
  6. 6. Aplicación a vehículos<br />Coste de dispositivos eléctricos y electrónicos ≈20 ó 25% del coste total de producción de un vehículo.<br />Automóvil de alta gama ≈70 unidades de control que intercambian hasta 2500 señales.<br />Buses dedicados. <br />Ventajas del PLC<br />Peso: cableado de hasta 4 km de longitud con un peso de hasta 90 kg<br /> -Menor consumo y contaminación<br />Coste:de fabricación (cobre) y de montaje (manual)<br />Espacio: zonas saturadas (puerta del conductor o zona del volante)<br />Nuevas funciones: sin necesidad de nuevo cableado<br />Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010<br />5<br />
  7. 7. Aplicación a vehículos<br />Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010<br />6<br />
  8. 8. Objetivos y motivación<br />Otros ámbitos: aeroespacial, ferroviario, naval y aeronáutico<br />Trabajosprevios<br />Medidas de canales de la red eléctrica<br />Medidas de ruido<br />OFDM usandoestándaresHomePlug y HD-PLC. Hasta 30 MHz.<br />Productoscomercialesbásicos (Toyota, Yamar)<br />Trabajo actual<br />Evaluar un sistema OFDM ajustando los parámetros al nuevo estándar G.hn (11/06/2010) aprobado por la ITU.<br />Banda de frecuencia hasta 100 MHz.<br />Análisis de mejora por usar ventana no rectangular en recepción (windowing).<br />Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010<br />7<br />
  9. 9. Índice<br />1. Introducción<br />¿Qué es el PLC?<br />Aplicación a vehículos<br />Objetivos y motivación de este trabajo<br />2. Modelo del sistema<br />Características del canal<br />Modelo de canal<br />Parámetros del sistema. Estándar G.hn<br />¿Por qué usar pulsos no rectangulares?<br />3. Análisis de prestaciones<br />Evaluación con pulse-shaping en transmisión<br />Mejora por usar windowing en recepción<br />4. Conclusiones<br />Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010<br />8<br />
  10. 10. Características del canal<br />Respuesta de canal <br />Estructura arborescente: líneas en circuito abierto o dispositivos conectados<br />Fenómeno de propagación multicamino<br />Desvanecimientos profundos en la respuesta en frecuencia<br />Ruido<br />Diferentes componentes:<br /><ul><li>Ruido de fondo
  11. 11. Interferencias de banda estrecha
  12. 12. Componentes de ruido impulsivo</li></ul>Respuestas en frecuencia<br />DEP de ruido<br />Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010<br />9<br />
  13. 13. Características del canal<br /> Banda medida: [0-100] MHz<br />Respuesta de canal<br />Fusibles<br />Ruido<br />Analizador de redes<br />Osciloscopio digital<br />Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010<br />10<br />
  14. 14. Modelo de canal y de sistema<br />Modelo de canal:<br />Filtro lineal e invariante en el tiempo (LTI) y ruidocoloreadoestacionario<br />Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010<br />11<br />
  15. 15. Modelo de canal y de sistema<br />Modelo de canal:<br />Filtro lineal e invariante en el tiempo (LTI) y ruidocoloreadoestacionario<br />Conjunto de medidas seleccionadas:<br /><ul><li>36 respuestas en frecuencia
  16. 16. 2 DEP de ruido</li></ul>Total de 72 canales<br />Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010<br />12<br />
  17. 17. Modelo de canal y de sistema<br />Modelo de canal:<br />Modelo de sistema:<br />Modulación multiportadora adecuada para combatir selectividad en frecuencia<br />Filtro lineal e invariante en el tiempo (LTI) y ruidocoloreadoestacionario<br />Conjunto de medidas seleccionadas:<br /><ul><li>36 respuestas en frecuencia
  18. 18. 2 DEP de ruido</li></ul>Total de 72 canales<br />Sistema OFDM ajustado a la capafísica del nuevoestándar G.hn<br />Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010<br />13<br />
  19. 19. Modelo de sistema<br />OFDM conpulse-shaping en el transmisor.<br />OFDM conpulse-shapingen el transmisor y windowingen el receptor.<br />A<br />B<br />Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010<br />14<br />
  20. 20. Modelo de sistema<br />OFDM conpulse-shaping en el transmisor.<br />OFDM conpulse-shapingen el transmisor y windowingen el receptor.<br />A<br />B<br />Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010<br />15<br />
  21. 21. Modelo de sistema<br />OFDM conpulse-shaping en el transmisor.<br />OFDM conpulse-shapingen el transmisor y windowingen el receptor.<br />A<br />B<br />Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010<br />16<br />
  22. 22. Modelo de sistema<br />OFDM conpulse-shaping en el transmisor.<br />OFDM conpulse-shapingen el transmisor y windowingen el receptor.<br />A<br />B<br />Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010<br />17<br />
  23. 23. Modelo de sistema<br />OFDM conpulse-shaping en el transmisor.<br />OFDM conpulse-shapingen el transmisor y windowingen el receptor.<br />A<br />B<br />18<br />A<br />B<br />Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010<br />
  24. 24. Modelo de sistema<br />OFDM conpulse-shaping en el transmisor.<br />OFDM conpulse-shapingen el transmisor y windowingen el receptor.<br />A<br />B<br />Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010<br />19<br />A<br />B<br />A<br />
  25. 25. Modelo de sistema<br />OFDM conpulse-shaping en el transmisor.<br />OFDM conpulse-shapingen el transmisor y windowingen el receptor.<br />A<br />B<br />Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010<br />20<br />A<br />B<br />B<br />A<br />
  26. 26. 21<br />Parámetrossistema: Estándar G.hn<br />Estándarpararedes de interior. OFDM con pulse-shaping.<br />3 planes de frecuencia: 2 pasobajo y 1 pasobanda<br />Nº de subportadoras (N) depende de la banda de frecuencia<br />Máscara de DEP de transmisión<br />Posibilidad de en mercadounificado<br />Líneatelefónica<br />Cable eléctrico<br />Cable coaxial<br />30 dB<br />N=4096<br />cp=512<br />α=512<br />Cat-5 cable<br />Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010<br />
  27. 27. ¿Por qué usar pulsos no rectangulares?<br />Ventana rectangular: reducidoconfinamientoespectral con un espectro en forma de sinc.<br />Ventana no rectangular: con unapendienteadecuadaesposibleatenuar los lóbulossecundarios y minimizar la radiaciónfuera de banda.<br />Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010<br />22<br />
  28. 28. Pulse-shaping en el transmisor<br />Permiteutilizar un mayor número de portadoraspróximas a los bordes de la máscara de DEP de transmisión<br />Reduce la ICI en el receptor: la interferencia entre portadorasserámenorpuesexiste un mayor confinamientoespectral.<br />30dB<br />No cumple con la máscara de DEP<br />Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010<br />23<br />
  29. 29. Pulse-shaping en el transmisor<br />Permiteutilizar un mayor número de portadoraspróximas a los bordes de la máscara de DEP de transmisión<br />Reduce la ICI en el receptor: la interferencia entre portadorasserámenorpuesexiste un mayor confinamientoespectral.<br />30dB<br />No cumple con la máscara de DEP<br />Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010<br />24<br />
  30. 30. Pulse-shaping en el transmisor<br />Permiteutilizar un mayor número de portadoraspróximas a los bordes de la máscara de DEP de transmisión<br />Reduce la ICI en el receptor: la interferencia entre portadorasserámenorpuesexiste un mayor confinamientoespectral.<br />30dB<br />No cumple con la máscara de DEP<br />Portadoraspróximas a la frecuencia de transiciónreducensupotenciaparacumplicar con la máscara de DEP<br />Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010<br />25<br />
  31. 31. Windowing en el receptor<br />Reduce la distorsión. La interferencia entre portadorasesmenorpor un mayor confinamientoespectral.<br />Unaventana no rectangular minimiza el ruidoaditivoporsubportadora.<br />>4 bits<br />>20 dB<br />Bits por portadora<br />SNDR (dB)<br />Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010<br />26<br />
  32. 32. Índice<br />1. Introducción<br />¿Qué es el PLC?<br />Aplicación a vehículos<br />Objetivos y motivación de este trabajo<br />2. Modelo del sistema<br />Características del canal<br />Modelo de canal<br />Parámetros del sistema. Estándar G.hn<br />¿Por qué usar pulsos no rectangulares?<br />3. Análisis de prestaciones<br />Evaluación con pulse-shaping en transmisión<br />Mejora por usar windowing en recepción<br />4. Conclusiones<br />Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010<br />27<br />
  33. 33. Parámetros de simulación<br />Cálculo de régimen binario en dos etapas<br />Transmisón sobre todas las portadoras útiles y cálculo de SNDR<br /> Asignación de bits por portadora<br />Si sobre alguna de las portadoras no se puede transmitir se repite el paso 1<br />Simulaciones:<br />BPSK y M-QAM, M=2b, b=2..12 bits<br />Restricción de BER de 10-3<br />Ventana coseno alzado tanto para pulse-shaping en transmisión como windowing en recepción<br />β<br />N=4096<br />cp=512<br />α=512<br />72 canales<br />Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010<br />28<br />
  34. 34. Análisis de prestaciones<br />Pulse-shaping<br />Pulse-shaping + windowing<br />β=0<br />CDF de Tasa binaria media (Mbit/s)<br />CDF de Ganancia de tasa binaria media (%)<br />Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010<br />29<br />
  35. 35. Índice<br />1. Introducción<br />¿Qué es el PLC?<br />Aplicación a vehículos<br />Objetivos y motivación de este trabajo<br />2. Modelo del sistema<br />Características del canal<br />Modelo de canal<br />Parámetros del sistema. Estándar G.hn<br />¿Por qué usar pulsos no rectangulares?<br />3. Análisis de prestaciones<br />Evaluación con pulse-shaping en transmisión<br />Mejora por usar windowing en recepción<br />4. Conclusiones<br />Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010<br />30<br />
  36. 36. Conclusiones<br />Evaluación sistema OFDM sobre la red de alimentación de un vehículo basado en estándar G.hn<br /> Uso de medidas en la banda [0-100] MHz<br />Pulse shaping<br />Regímenes binarios >315 Mbps en el 50% de los canales<br />Se alcanzan valores superiores a 800 Mbps (canales directos)<br />Regímen binario mínimo de 169 Mbps<br />Beneficio de windowing<br />Ganancias sin necesidad de modificar el transmisor!!<br />En el 50% de los canales<br />conβ=2 se consigue una ganancia del 2.5% (8 Mbps para 315)<br />con β=100 se consigue una ganancia del 7% (22 Mbps para 315)<br />Determinar parámetros óptimos<br />Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010<br />31<br />
  37. 37. Graciasporsuatención<br />Alguna pregunta<br /><ul><li>Este trabajo ha sido subvencionado por la Junta de Andalucía bajo el proyecto nº TIC-03007
  38. 38. Los autores agradecen la colaboración de Fiat Málaga</li></ul>Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010<br />32<br />
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