Etude et optimisation de communications à haut-débit sur lignes d'énergie : exploitation de la combinaison OFDM/CDMA
Institution:
Rennes, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
This thesis is dedicated to the study and the optimisation of high bit-rate power line communications, using ofdm and cdma schemes. This study is related to the exploitation of the electrical local loop for home internet access purposes. The first part of the document focuses on the communication system specifications. A state of the art of power line communications is first introduced, as well as an overview on the power grid structure and the power line channel characteristics. Different choices are then assessed concerning the digital communication system to develop, taking into account the point-to-multipoint multi-user transmission scenario. One of the various combinations between ofdm and cdma schemes, commonly referred to as ss-mc-ma, is in particular investigated and a frame structure is proposed. The second part is dedicated to the study of synchronisation and channel estimation techniques. The effects of synchronisation inaccuracies are first analysed, and the sensitivity of the system to timing errors is assessed. A timing synchronisation procedure is then proposed and described, using novel algorithms for joint fine timing recovery and channel estimation. Two approaches, relying on a time or frequency procedures are eventually analysed and compared. The last part of the study is interested in resource allocation procedures for the ss-mc-ma waveform and in the cases of single or multi-user scenarios. The adaptive modulation principles, commonly applied to ofdm signals, is first introduced and then adapted to the ss-mc-ma system. New bit loading algorithms are then proposed, considering power limitations due to spectral mask constraints. It is then shown that the spreading component allows to increase the number of bit to be transmitted or the robustness of the system. Numerous results, obtained for different transmission scenarios, tend to prove that the adaptive ss-mc-ma system outperforms the classical adaptive ofdm (e. G. Dmt) system.
Abstract FR:
Les travaux de recherche presentes dans cette these ont pour but l’etude et l’optimisation d’un systeme de communications a haut-debit sur lignes electriques, mettant en Œuvre les techniques combinant l’ofdm et le cdma. Cette etude s’inscrit dans un contexte d’exploitation de la boucle locale electrique pour l’acces a l’internet domestique. La premiere partie du document est consacree a l’etude des specifications du systeme de communications. Un etat de l’art sur les communications par courant porteur est tout d’abord propose, accompagne d’une synthese sur la structure du reseau des lignes electriques et les caracteristiques du canal de propagation. Les differents choix concernant le systeme a developper sont ensuite envisages pour l’obtention de communications multiutilisateurs en liaison point-a-multipoint dans un environnement multicellulaire. La combinaison entre l’ofdm et le cdma, appelee ss-mc-ma, est retenue et une structure de trame est proposee. La deuxieme partie du document est dediee a l’etude des procedes de synchronisation et d’estimation de canal. Les effets des erreurs de synchronisation sont en premier lieu identifies et la tolerance du systeme aux defauts de rythme est specifiee. La procedure de synchronisation du systeme est ensuite decrite et des algorithmes conjoints et innovants de synchronisation temporelle fine et d’estimation de canal sont proposes. Deux approches reposant sur une mise en Œuvre de ces algorithmes dans le domaine frequentiel et temporel sont alors comparees. La derniere partie traite, dans le cas de signaux ss-mc-ma, de l’allocation globale des differentes ressources du systeme, dans les cas mono- et multi-utilisateur avec une connaissance parfaite du canal a l’emission. Le principe des modulations adaptatives applique a la dmt est tout d’abord aborde et adapte au contexte de l’etude. En considerant une limitation de la densite spectrale de puissance d’emission, de nouveaux algorithmes d’allocation sont ensuite developpes en mode ss-mc-ma. Il est alors demontre que la composante etalement permet une meilleure exploitation des energies disponibles sur chaque sous-porteuse, et de transmettre alors un debit plus eleve que la dmt ou de rendre la communication plus robuste. Les nombreux resultats obtenus dans diverses configurations montrent que le systeme ss-mc-ma adaptatif propose est plus performant que la dmt pour les reseaux cpl.