dottorando: riccardo pighi tutor: prof. ing. riccardo raheli · 2006. 12. 15. · università degli...
Post on 06-Oct-2020
0 Views
Preview:
TRANSCRIPT
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 Ciclo
Parma, 11 Gennaio 2006
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.1/20
Indice della Presentazione
Progetto di un sistema di comunicazione a singola portante:
Studio di codici
Algoritmo di mapping
Analisi delle prestazioni
Ottimizzazione degli algoritmi per DSP
Rumore corona ed impulsivo
Progetto di un sistema di comunicazione multiportante:
Motivazioni
Allocazione ottima delle risorse
Sistema multiportante e banchi di filtri
Algoritmi di sincronizzazione
Risultati numerici e considerazioni
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.2/20
Modem a singola portante Selta
Il sistema può operare:
In modalità full-duplex su banda di 16 kHz concancellazione d’eco
In modalità full-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)
Inizialmente, il modem era caratterizzato da un tasso diinformazione fisso a 64 kbit/s con codifica 2D TCM
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.3/20
Singola portante: studio di codiciProgetto di un codice TCM multidimensionale a 8 e 16 stati.
2T 2T 2T2T2T 2T2T
L’utilizzo del codice 4D TCM introduce un “canale di servizio”da 6.4 kbit/s
Monitoraggio della qualità del collegamento, scambio dati persincronia e gestione della comunicazione
Riduzione dei Mips richiesti dall’elaborazione DSP
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.4/20
Singola portante: studio di codiciProgetto di un codice TCM multidimensionale a 8 e 16 stati.
2T 2T 2T2T2T 2T2T
L’utilizzo del codice 4D TCM introduce un “canale di servizio”da 6.4 kbit/s
Monitoraggio della qualità del collegamento, scambio dati persincronia e gestione della comunicazione
Riduzione dei Mips richiesti dall’elaborazione DSP
Superate le prove di omologazione EDF (Electricitè deFrance)
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.4/20
Singola portante: tasso variabileCanale non stazionario: ripensare il modem in termini di tassodi segnalazione variabile
Risorse di calcolo disponibili piuttosto limitate per unaevoluzione del prodotto industriale
Occorre poter gestire una costellazione QAM di dimensionearbitraria
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
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.5/20
Singola portante: tasso variabile
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
102
1
200
41
40 42
43
10
33
32 34
35
8
52
53 55
5413
60
61 63
6215
48
49 51
5012
56
57 59
5814
16
17 19
184
20
21 23
225
28
29 31
307
24
25 27
266
Algoritmo di mapping a basso costo computazionale
Rate variabile da 19.2 kbit/s a 172.8 kbit/s su banda da 16 kHz
Rate variabile da 9.6 kbit/s a 86.4 kbit/s su bande da 8 kHz
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.5/20
Singola portante: prestazioni
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46Eb/N0 [dB]
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
Bit
Erro
r Rat
e
4 QAM8 QAM16 QAM32 QAM64 QAM128 QAM256 QAM512 QAM1024 QAM2048 QAM4096 QAM8192 QAM16384 QAM
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46Eb/N0 [dB]
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
Bit
Erro
r Rat
e
4 QAM8 QAM16 QAM32 QAM64 QAM128 QAM256 QAM512 QAM1024 QAM2048 QAM4096 QAM8192 QAM16384 QAM
Codice a 8 stati Codice a 16 stati
Guadagno di codifica: definizione di
SNRnorm =Es/N0
2R − 1
R è numero di bit di informazione trasmessi per simbolo QAM
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.6/20
Singola portante: prestazioni
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10SNRnorm [dB]
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
Sym
bol E
rror
Rat
e
Uncoded QAM4D TCM (8 stati)
3.5 dB@
-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36Eb/N0 [dB]
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
Spec
tral E
ffici
ency
[bits
/sign
al]
4 QAM8 QAM@
16 QAM32 QAM64 QAM128 QAM256 QAM512 QAM1024 QAM2048 QAM4096 QAM8192 QAM16384 QAM
Spectral efficiency versus SNR (BER=10-6)
Capacity Bound
QAM Capacity Bound
Guadagno di codifica γc = 3.5 dB per codice 8 stati
Circa 3 dB dalla capacità di canale vincolata a QAM
Asintoticamente circa 5 dB dalla capacità di canale
Compromesso tra capacità di correzione e semplicitàrealizzativa
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.6/20
Singola portante: ottimizzazioniCarico computazionale espresso in Mips
8 kHz 16 kHz
Coder DeCoder Coder DeCoder
2D TCM 64 QAM 0,6 33,6 1,3 67,3
4D TCM 64 QAM =⇒ 0,8 17,3 1,7 34,6
4D TCM 16 QAM (ottimizzato) 0,7 15,9 1,5 31,9
4D TCM 4096 QAM (ricorsivo) 1,1 106,8 2,3 213,7
4D TCM 4096 QAM (standard) 1,1 80,4 2,3 160,9
4D TCM 4096 QAM (ottimizzato) 1,1 26,1 2,3 52,3
Ottimizzazione del codice per l’algoritmo di demapping:utilizzo di look-up table
Suddivisione della costellazione in quadranti con al più 4 punti
Associazione univoca dei bit liberi per ciascuno dei 4 punti
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.7/20
Singola portante: prestazioni
100 150 200 250 300 350 400 450 500Frequency [kHz]
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
20 lo
g|H
(f)|
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450Distanza [Km]
0
19.2
38.4
57.6
76.8
96
115.2
134.4
153.6
172.8
Bit
Rat
e [k
bit/s
]
Bit Rate variabileBit Rate fissa
PTOT = 40 W, fc = 140 kHz, γm = 4 dB, γc = 3.5 dB, 64 kVolt
Codice TCM 4D a 8 statiPe
(Symb) = 10-6
L’elettrodotto operante a 64 kV
Coefficiente di attenuazione α = 0.14 dB/km
Potenza di rumore su banda di 4 kHz pari a −36 dBm
Frequenza di portante fc = 140 kHz e frequenza di simbolofs = 12.800 simboli al secondo
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.8/20
Singola portante: rumore coloraton′(t)
η′(t)
ck
P (f) Hc(f)Codice
4D TCMVITERBI
PROC.
Canale PLC Filtro sbiancante & filtro adattato
t = iT
ri1p
S(f)
Q∗(f)p
S(f)
{ak}{ak}
I sistemi di trasmissione ad onda convogliata su singolaportante sono limitati da rumore colorato
S(f) = Sη′(f) + Sn′(f)
Obbiettivo: introdurre nel modem commerciale la capacità dicompensare il rumore colorato
Vincolo: ridotta capacità di calcolo disponibile
Vincolo: lasciare inalterata la parte di elaborazione analogica
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.9/20
Singola portante: rumore coloraton′(t)
η′(t)
ck
P (f) Hc(f)Codice
4D TCMVITERBI
PROC.
Canale PLC Filtro sbiancante & filtro adattato
t = iT
ri1p
S(f)
Q∗(f)p
S(f)
{ak}{ak}
Strategia di rivelazione MAP
a = argmaxa
p(r|a)P{a}
= argmaxa
K−1∏
k=0
p(Rk|Rk−10 , ak
0)P{ak}
' argmaxa
K−1∏
k=0
p(r2k|r2k−12k−2−ν , ak, ζk) · p(r2k−1|r
2k−22k−2−ν , ak, ζk)P{ak}
Definizione di stato ζk = (µk, Ck−1, Ck−2, Ck−3, . . . , Ck−(L+ν)/2)
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.9/20
Singola portante: rumore coloratoFattorizzazione in 2 pdf complesse Gaussiane con mediecondizionate e varianze condizionate
r2k = E{
r2k
∣∣∣ r2k−12k−2−ν ; ak, ζk
}σ2
r2k= E
{|r2k − r2k|
2∣∣∣ r2k−1
2k−2−νak, ζk
}
r2k−1 = E{r2k−1
∣∣∣ r2k−22k−2−ν ; ak, ζk
}σ2
r2k−1= E
{|r2k−1 − r2k−1|
2∣∣∣ r2k−2
2k−2−ν ; ak, ζk
}
r2k e r2k−1 possono essere interpretate, rispettivamente,come le stime lineari di r2k e r2k−1, e σ2
r2kinsieme a σ2
r2k−1
come i relativi errori quadratici medi di predizione (MSPE)
Metriche di ramo
λk(ak, ζk) =1∑
i=0
{|r2k−i − r2k−i|
2
σ2r2k−i
+ ln σ2r2k−i
}.
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.9/20
Singola portante: RSSD
Q ν S S′
1 2 8 × (27)1 = 1024 8 × 8 = 64
2 4 8 × (27)2 = 131072 8 × 82 = 512
3 6 8 × (27)3 = 16777216 8 × 83 = 4096
4 8 8 × (27)4 = 2147483648 8 × 84 = 32768
Lo stadio di ingresso è molto complesso e richiede elevataadattatività e perfetta conoscenza del canale
n′(t)
η′(t)
ck
P (f) Hc(f)Codice
4D TCMVITERBI
PROC.
Canale PLC Filtro sbiancante & filtro adattato
t = iT
ri1p
S(f)
Q∗(f)p
S(f)
{ak}{ak}
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.10/20
Singola portante: RSSD
Q ν S S′
1 2 8 × (27)1 = 1024 8 × 8 = 64
2 4 8 × (27)2 = 131072 8 × 82 = 512
3 6 8 × (27)3 = 16777216 8 × 83 = 4096
4 8 8 × (27)4 = 2147483648 8 × 84 = 32768
Realizzazione pratica del ricevitore
n′(t)
{ak} ck
η′(t)
{ak}VITERBIPROC.
Hc(f)
Canale PLC
4D TCMCodice ri
t = iT
P (f) P ∗(f)
La complessità è spostata interamente all’interno delricevitore (su DSP)
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.10/20
Singola portante: rumore corona
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000Frequenze [kHz]
2
4
6
8
10Sp
ettr
o di
pot
enza
del
rum
ore
coro
na
225 kV line380 kV line750 kV line1050 kV linefc = 350, W = 64 kHzfc = 305, W = 128 kHz
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Ordine di predizione ν
6
6,5
7
7,5
MM
SPE
[dB
]
Funzione di costo J(p1)Funzione di costo J(p2)
CTR = 10 dB
Eb/N0 = 10 dB
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Eb/N0 [dB]
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
Bit
Err
or R
ate
AWGNCTR = 0 dB, no LPCTR = 5 dB, no LPCTR = 10 dB, no LPCTR = 10 dB, ν = 2CTR = 10 dB, ν = 8
TCM-4D 16QAM
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16Eb/N0 [dB]
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
Bit
Err
or R
ate
CTR = 10 dB, no LPCTR = 10 dB, ν = 2CTR = 10 dB, ν = 4CTR = 10 dB, ν = 6
4D TCM 64QAM
“Corona-to-Thermal noise power Ratio”: CTR = σ2n/σ2
η
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.11/20
Sistema multiportante SeltaModem 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).
Utilizzo di algoritmi efficienti ed ottimizzati per realizzazione suDSP
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.12/20
Sistema multiportante SeltaModem 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).
Utilizzo di algoritmi efficienti ed ottimizzati per realizzazione suDSP
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.12/20
Sistema multiportante SeltaModem 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).
Utilizzo di algoritmi efficienti ed ottimizzati per realizzazione suDSP
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.12/20
Sistema multiportante SeltaModem 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).
Utilizzo di algoritmi efficienti ed ottimizzati per realizzazione suDSP
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.12/20
Sistema multiportante: motivazioniObbiettivo: massimizzare la quantità di informazionetrasferibile.
100 KHz 500 KHz
|H(f)|2
f
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.13/20
Sistema multiportante: motivazioniSoluzione: allocazione ottimale della potenza da trasmettere(water-filling).
100 KHz 500 KHz
N(f)/|H(f)|2
f
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.13/20
Sistema multiportante: motivazioniSoluzione: allocazione ottimale della potenza da trasmettere(water-filling).
100 KHz 500 KHz
N(f)/|H(f)|2
f
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.13/20
Sistema multiportante: motivazioniSoluzione: allocazione ottimale della potenza da trasmettere(water-filling).
100 KHz 500 KHz
f
N(f)/|H(f)|2
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.13/20
Sistema multiportante: motivazioniSoluzione: allocazione ottimale della potenza da trasmettere(water-filling).
100 KHz 500 KHz
N(f)/|H(f)|2
f
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.13/20
Sistema multiportante: motivazioniSoluzione: allocazione ottimale della potenza da trasmettere(water-filling).
100 KHz 500 KHz
N(f)/|H(f)|2
f100 KHz 500 KHz
N(f)/|H(f)|2
f
Realizzazione: determinare la potenza di trasmissione ed ilnumero di bit per ogni canale (bit-loading).
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.13/20
Sistema DMT: schema a blocchiL’operazione di modulazione e demodulazione avviene inambito numerico, utilizzando algoritmi veloci di Fourier (FFT).
QAM
QAM
S/P
Bit Loading
CO
DE
R
N-p
oint
IDFT P/S
gi[0]
xi[0]
b = RTs
Xi[0]
gi[N − 1]
Xi[N − 1]
xi[N − 1]
bi[N − 1]
bi[0]
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.14/20
Sistema DMT: schema a blocchiL’operazione di modulazione e demodulazione avviene inambito numerico, utilizzando algoritmi veloci di Fourier (FFT).
S/P
N-p
oint
DFT
Stima di canale
DE
CO
DE
R
P/S
Bit loading
p(−t)
Ts/N
)
Rimozione CP
α0
αN−1
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.14/20
Sistema DMT: risultati numerici
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1-40
-30
-20
-10
0Sp
ettr
o di
am
piez
za d
el c
anal
e
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1Frequenza normalizzata
-4
-2
0
2
4
Fase
del
can
ale
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 150123456789
101112
Dis
trib
uzio
ne d
ei b
it
8e-07 7e-07 6e-07 7e-078e-07 7e-07
1e-068e-07 9e-07 7e-07 8e-07 7e-07
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15Indice di portante
10-7
10-6
10-5
SER
100 150 200 250 300 350 400 450 500
64 kVolt line
-80
-60
-40
-20
0
Ris
post
a in
freq
uenz
a [d
B]
Canale disponibileCanale utilizzato
112 128 144 160 176 192 208 224Frequenze [kHz]
02468
10121416
Dis
trib
uzio
ne d
ei b
it
Frequenze [kHz]
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
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.15/20
Sistema DMT: risultati numerici
100 150 200 250 300 350 400 450 500-40
-30
-20
-10
0
Ris
post
a in
freq
uenz
a [d
B]
Canale disponibileCanale utilizzato
380 kVolt line
368 384 400 416 432 448 464 480 496Frequenze [kHz]
02468
10121416
Dis
trib
uzio
ne d
ei b
it
Frequenze [kHz]
0 100 200 300 400 500 600 700Distance [Km]
064
128192256320384448512576640704768832896960
1024108811521216
Bit
Rat
e [K
bit/s
] @ 3
80 k
Vol
t DMT SystemSingle Carrier System
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
]
0 50 100 150 200 250 300 350 400Distance [Km]
0
64
128
192
256
320
384
448
512
Bit
Rat
e [K
bit/s
] @ 2
20 k
Vol
t DMT SystemSingle Carrier System
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.15/20
Sistema DMT: sincronismo di simbolo
NullBlock
DataBlock
DataBlock
SyncBlock
DataBlock
DataBlock
CyclicPrefix Data
SyncBlock
DMT FRAME
Dentro ogni frame, occorre individuare l’inizio dei pacchetti
L’intervallo di guardia garantisce robustezza ad errori diallineamento di pacchetto
Se l’errore di allineamento m è inferiore alla durata delprefisso ciclico
r[(n − m)N ] → R[k]e−2πkm/N
il ritardo è compensabile attraverso una derotazione deicampioni (operazione svolta dal FEQ)
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.16/20
Sistema DMT: sincronismo di simbolo
Scartato All’ingresso della DFT
CyclicPrefix Data
m
m < LCP
m > LCP
Se l’errore di allineamento m è inferiore alla durata delprefisso ciclico
r[(n − m)N ] → R[k]e−2πkm/N
il ritardo è compensabile attraverso una derotazione deicampioni (operazione svolta dal FEQ)
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.16/20
Sistema DMT: sincronismo di simboloSi è proposto un algoritmo di stima di canale basato sulcriterio della massima verosimiglianza (ML)
|Hc|[i] =
∣∣∣∣∣∣
Bp−1∑
n=0
Rn[i]X(p)n [i]
∣∣∣∣∣∣
/ Bp−1∑
n=0
∣∣∣X(p)n [i]
∣∣∣2
φc[i] = arg
Bp−1∑
n=0
Rn[i]X(p)∗n [i]
Lo stimatore non è polarizzato
La qualità di stima aumenta con il numero di simboli pilotatrasmessi Bp
Carico computazionale richiesto basso: sincronizzazionebasata su simboli pilota
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.16/20
Sistema DMT: sincronismo di simbolo
5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18Eb/N0 [dB]
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
Bit
Err
or R
ate
Singola PortanteMulti PortanteRit = 0.5 TsRit = 2.6 Ts
-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4RITARDO [Ts]
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
Bit
Err
or R
ate
Ritardo notoRitardo stimato
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40Es/N0 [dB]
10-7
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
10L
og10
(MS
EE
)
CRLBMSEE [0]MSEE [1]MSEE [63]MSEE [21]MSEE [22]MSEE [43]MSEE [44]MSEE Medio
Mean Square Error PER LA STIMA DEL MODULO DI CANALEAWGN TCM4D 64QAM 16 stati; Bp=200; N_Oss=1000; Nch=64; Nsc=20; Ng=6; Rit.=0,5; Eb/N0=13 dB; "PRE-POSTfisso"
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38Es/N0 [dB]
10-7
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
10L
og10
(MS
EE
)
CRLBMSEE [0]MSEE [1]MSEE [63]MSEE [10]MSEE [53]
Mean Square Error PER LA STIMA DELLA FASE DI CANALEAWGN TCM4D 64QAM 16 stati; Nch=64; Nsc=20; Ng=6; Bp=200; Rit.=0.5; Eb/N0=13 dB; "PRE-POSTfisso"
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.16/20
Sistemi PLC: rumore impulsivoI sistemi di trasmissione ad onda convogliata sono affetti darumore impulsivo
Obbiettivo: studio dei limiti fondamentali di trasmissione
Metodo: analisi del tasso di informazione e delle prestazioni diprobabilità d’errore
Definizione di informazione media mutua
I(A;R) = h(R) − h(R|A)
Proposto algoritmo simulativo basato su predizione lineare etecniche di riduzione di complessità
algoritmo generale utilizzabile in presenza di qualunquetipo di rumore colorato e dipendente dai dati
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.17/20
Sistemi PLC: rumore impulsivoIntroduzione di 2 modelli di canale opportuni
a
DeCODQAMDeMOD
CODa QAM
MOD
wk ik
rkck QQAMMOD
a
DFTQ
−1 DeCODQAMDeMODIDFTCOD
a
wn in
ck ci yn ri rk
Interleaved MC super-channel
Studio di I(A;R) in differenti condizioni di rumore
-12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30Es / N0 [dB]
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
Info
rmat
ion
Rate
s (bi
ts/ch
anne
l use
)
AWGN, p = 0
SC, p = 10-1
SC, p = 10-2
SC, p = 10-3
MC, p = 10-1
MC, p = 10-2
MC, p = 10-3
4 5 6 7 8 9 101.7
1.8
1.9
2
2.1
2.2
2.3
-12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30Es / N0 [dB]
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
Info
rmat
ion
Rate
(bit/
chan
nel u
se)
AWGN, p = 0
SC, p = 10-1
SC, p = 10-2
SC, p = 10-3
MC, p = 10-1
MC, p = 10-2
MC, p = 10-3
4 5 6 7 8 9 101.7
1.8
1.9
2
2.1
2.2
2.3
σw2 = 10-2 σi
2σw2 = 10-2 σi
2
σ2w = p σ2
i σ2w = 10−2 σ2
i
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.17/20
Sistemi PLC: rumore impulsivoStudio di tasso d’errore per sistemi SC e MC con differenti tipidi codifica
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24Eb / N0 [dB]
10-7
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
Bit E
rror R
ate
AWGN, p = 0Metrica Euclidea, p = 10-1
Metrica Euclidea, p = 10-2
Metrica Euclidea, p = 10-3
Metrica ottima, p = 10-1
Metrica ottima, p = 10-2
Metrica ottima, p = 10-3
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28Eb/N0 [dB]
10-7
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
Bit E
rror R
ate
AWGN, p = 0
Metrica Euclidea, p= 10-1
Metrica Euclidea, p = 10-2
Metrica Euclidea, p = 10-3
Cancel., p = 10-2
Cancel., p = 10-3
AWGNBound
MC Boundp = 10-1
SC con codice 4D TCM MC con codice 2D TCM
Dimostrato che l’elaborazione ottima può essere fatta neldominio del tempo, cioè prima della demodulazione
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.17/20
Sistema MC e 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
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.18/20
Sistema MC e banchi di filtri
Il sistema DMT ha canali poco selettivi in frequenza.
0 8 16 24 32 40 48 56 64Numero tono
10-4
10-3
10-2
10-1
100
Bit
Err
or R
ate
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
Pro
babi
lity
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
Un segnale a radiofrequenza che cade nella banda di unsottocanale viene disperso su tutti gli altri
Occorre che i sottocanali abbiamo spettri più limitati in bandaRiccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.18/20
Sistema MC e banchi di filtri
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
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.18/20
Sistema MC e banchi di filtri
Soluzione al problema: banchi di filtri.
Segnale Interferente
Spettro singolo filtro
fCanale i-1 Canale i Canale i+1
70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90Frequenza[Khz]
0102030405060708090
100110120130140150160170180190200
Rei
ezio
ne [d
B]
DMTFMT (roll-off 0.0)FMT (roll-off 0.1)FMT (roll-off 0.5)FMT (roll-off 0.7)
L’aumentato rapporto di reiezione rende il sistemamultiportante più robusto nei confronti dei disturbi radio.
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.18/20
Sviluppi dell’attività
Compensazione degli effetti non lineari:
Studio di tecniche di predistorsione in trasmissione osovracampionamento in ricezione.
Compensazione di offset di frequenza
Aspetto critico: insorge ISI e ICI
Risoluzione di problemi di complessità computazionale erealizzativi
Proposta ed approvazione di un progetto regionale dal titolo“Modem digitale per trasmissioni a larga banda su elettrodotti”nell’ambito del Programma Regionale per la RicercaIndustriale, l’Innovazione e il Trasferimento Tecnologico(PRRIITT).
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.19/20
Sviluppi dell’attività
Compensazione degli effetti non lineari:
Studio di tecniche di predistorsione in trasmissione osovracampionamento in ricezione.
Compensazione di offset di frequenza
Aspetto critico: insorge ISI e ICI
Risoluzione di problemi di complessità computazionale erealizzativi
Proposta ed approvazione di un progetto regionale dal titolo“Modem digitale per trasmissioni a larga banda su elettrodotti”nell’ambito del Programma Regionale per la RicercaIndustriale, l’Innovazione e il Trasferimento Tecnologico(PRRIITT).
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.19/20
Sviluppi dell’attività
Compensazione degli effetti non lineari:
Studio di tecniche di predistorsione in trasmissione osovracampionamento in ricezione.
Compensazione di offset di frequenza
Aspetto critico: insorge ISI e ICI
Risoluzione di problemi di complessità computazionale erealizzativi
Proposta ed approvazione di un progetto regionale dal titolo“Modem digitale per trasmissioni a larga banda su elettrodotti”nell’ambito del Programma Regionale per la RicercaIndustriale, l’Innovazione e il Trasferimento Tecnologico(PRRIITT).
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.19/20
Sviluppi dell’attività
Compensazione degli effetti non lineari:
Studio di tecniche di predistorsione in trasmissione osovracampionamento in ricezione.
Compensazione di offset di frequenza
Aspetto critico: insorge ISI e ICI
Risoluzione di problemi di complessità computazionale erealizzativi
Proposta ed approvazione di un progetto regionale dal titolo“Modem digitale per trasmissioni a larga banda su elettrodotti”nell’ambito del Programma Regionale per la RicercaIndustriale, l’Innovazione e il Trasferimento Tecnologico(PRRIITT).
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.19/20
Elenco delle pubblicazioni
1 R. Pighi, R. Raheli e U. Amadei, “Multidimensional signal processing and detectionfor storage systems with data dependent transition noise”, accettato perpubblicazione su IEEE Trans. on Magnetics.
2 R. Pighi, R. Raheli e U. Amadei, “Multidimensional receiver front-end for storagesystems with data dependent transition noise”, in Proc. IEEE Intern. Symp. Inform.Theory with Appl., (ISITA’04), Parma, Italy, Ottobre 2004.
3 R. Pighi e R. Raheli, “On multicarrier signal transmission for high-voltage powerlines”, in Proc. Intern. Symp. on Power Line Communications, (ISPLC’05), Vancouver,Canada, Aprile 2005.
4 R. Pighi, R. Raheli e F. Cappelletti, “Information rates of multidimensional front-endsfor digital storage channels with data-dependent transition noises”, in Proc. IEEEIntern. Symp. on Information Theory, (ISIT’05), Adelaide, Australia, Settembre 2005.
5 R. Pighi, U. Amadei e R. Raheli, “Oversampled detector for transition-noise-limiteddigital storage systems”, accettato per pubblicazione in Proc. IEEE Intern. Conf. onCommunications, (ICC’06), Istanbul, Turchia, Giugno 2006.
6 R. Pighi, R. Raheli e F. Cappelletti, “Information rates of multidimensional front-endsfor digital storage channels with data-dependent transition noises,” proposto per lapubblicazione su IEEE Trans. on Magnetics, dicembre 2005.
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.20/20
Elenco delle pubblicazioni
7 R. Pighi e R. Raheli, “Linear predictive detection for power line communicationsimpaired by colored noise”, proposto per la pubblicazione in atti di congressointernazionale.
8 R. Pighi, M. Franceschini, G. Ferrari e R. Raheli, “Fundamental performance limits forPLC systems impaired by impulse noise”, proposto per la pubblicazione in atti dicongresso internazionale.
9 R. Pighi, M. Franceschini, G. Ferrari e R. Raheli, “Fundamental performance limits forpower line communications with impulse noise”, in fase di proposta per lapubblicazione su rivista internazionale.
10 R. Pighi e R. Raheli, “Analisi delle prestazioni del sistema di trasmissione 2D TCM64 QAM Selta”, rapporto tecnico No. 1 redatto per Selta S.p.A., Giugno 2003.
11 R. Pighi e R. Raheli, “Analisi delle prestazioni di un sistema di trasmissione 4D TCM64 QAM Selta”, rapporto tecnico No. 2 redatto per Selta S.p.A., Luglio 2003.
12 R. Pighi e R. Raheli, “Analisi delle prestazioni di sistemi di trasmissione 4D TCM a 8e 16 stati”, rapporto tecnico No. 3 redatto per Selta S.p.A., Settembre 2003.
13 R. Pighi e R. Raheli, “Trasmissione multiportante su elettrodotto”, rapporto tecnicoNo. 4 redatto per Selta S.p.A., Maggio 2004.
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.20/20
Elenco delle pubblicazioni
14 R. Pighi e R. Raheli, “Sistema 4D TCM a bit rate variabile”, rapporto tecnico No. 5redatto per Selta S.p.A., Novembre 2004.
15 R. Pighi, U. Amadei e R. Raheli, “Simulatore TCM 4D a bit rate programmabile”,rapporto tecnico No. 6 redatto per Selta S.p.A., Marzo 2005.
16 R. Pighi e R. Raheli, “Sincronizzazione di frequenza e stima di canale pertrasmissioni multiportante”, rapporto tecnico No. 7 redatto per Selta S.p.A., inpreparazione.
Riccardo Pighi: Comunicazioni su Linee Elettriche – p.20/20
top related