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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. Sumário:. Introdução Objetivo Configuração proposta Metodologia Resultados Conclusões. Introdução:. - PowerPoint PPT Presentation
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1
SIMULATION OF CODE DIVISION MULTIPLE ACCESS FOR A LOCAL AREA
NETWORK OVER POWERLINE
Ademar Luiz Pastro, Eduardo Parente Ribeiro
Universidade Federal do Paraná - UFPR
2
Sumário:
• Introdução
• Objetivo
• Configuração proposta
• Metodologia
• Resultados
• Conclusões
3
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
4
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
5
Áreas de aplicação:
• Acesso à Internet
• Serviços da Concessionária de Distribuição de Energia
• Automação Residencial
• Automação Comercial
• Automação Industrial
6
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
7
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)
8
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)
9
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
12
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
13
Configuração proposta para a LAN: Rede Interna
UI1
UI3
UIb
UIk-1
UIa UIk
UI2
Rede Interna
R
Mensagem:
a → b
14
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
15
Configuração proposta para a LAN: Rede Interna
UI1
UI3
UIb
UIk-1
UIa UIk
UI2
Rede Interna
R
Canal exclusivo entre a e b
16
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
18
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
19
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
20
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
22
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
27
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.
28
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