en fr Optimization of high-bit rate communications over powerlines : exploitation of OFDM-CDMA hybrid schemes Etude et Optimisation de Communications à Haut Débit sur Lignes dEnergie : Exploitation de la Combinaison OFDM-CDMA Report as inadecuate




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1 IETR - Institut d-Electronique et de Télécommunications de Rennes

Abstract : The study presented throughout this document focuses on the optimization of a digital transmission system for high throughput communications over powerlines, using OFDM-CDMA schemes. This study takes part of a project aiming at giving a solution to the home Internet access task using the power lines of the electrical local area loop as a transmission medium.In the first part of the document, the specifications of the communication system are studied. A detailed state of the art of CPL technilogy is firts proposed, including a description of the network structure and of the propagation caracteristics. Several transmission techniques are then investigated to give an efficient solution to multiuser point-to-multipoint and multicell communication needs. The particular combination of OFDM and CDMA commonly referred to as SS-MC-MA, is eventually chosen, and a frame structure is proposed.The second part of the manuscript is dedicated to the study of synchronization and channel estimation schemes. The effects of synchronization inaccuracies are first detailed in order to specify the system timing synchronization constraints. A synchronization procedure is then proposed, and new algorithms are derived, following to different approaches, denoted -temporal- and -frequential-. Both approaches carry out a joint estimation of synchronization errors and of the channel state. A comparative study is then led through simulations.The last part of the document focuses on resource allocation in the case of SS-MC-MA systems assuming perfect channel state information at the transmitter. The principles of adaptive modulations in DMT is first recalled and discussed in the context of the study. Under the constraint of a power spectral density PSD limitation, novel allocation algorithms are developped in the case of the SS-MC-MA waveform. It is then demonstrated that the spreading component of SS-MC-MA allows a better energy exploitation than DMT. As a consequence, it is shown that SS-MC-MA outperforms DMT in terms of throughput or robustness maximization, under PSD limitations. Many simulation results exhibit this main conclusion in different communication environments.

Résumé : Les travaux de recherche présentés dans cette thèse ont pour but l-étude et l-optimisation d-un système de communications à haut-débit sur lignes électriques, mettant en œuvre les techniques combinant l-OFDM et le CDMA. Cette étude s-inscrit dans un contexte d-exploitation de la boucle locale électrique pour l-accès à l-Internet domestique.La première partie du document est consacrée à l-étude des spécifications du système de communications. Un état de l-art sur les communications par courant porteur est tout d-abord proposé, accompagné d-une synthèse sur la structure du réseau des lignes électriques et les caractéristiques du canal de propagation. Les différents choix concernant le système à développer sont ensuite envisagés pour l-obtention de communications multiutilisateurs en liaison point-à-multipoint dans un environnement multicellulaire. La combinaison entre l-OFDM et le CDMA, appelée SS-MC-MA, est retenue et une structure de trame est proposée.La deuxième partie du document est dédiée à l-étude des procédés de synchronisation et d-estimation de canal. Les effets des erreurs de synchronisation sont en premier lieu identifiés et la tolérance du système aux défauts de rythme est spécifiée. La procédure de synchronisation du système est ensuite décrite et des algorithmes conjoints et innovants de synchronisation temporelle fine et d-estimation de canal sont proposés. Deux approches reposant sur une mise en œuvre de ces algorithmes dans le domaine fréquentiel et temporel sont alors comparées. La dernière partie traite, dans le cas de signaux SS-MC-MA, de l-allocation globale des différentes ressources du système, dans les cas mono- et multi-utilisateur avec une connaissance parfaite du canal à l-émission. Le principe des modulations adaptatives appliqué à la DMT est tout d-abord abordé et adapté au contexte de l-étude. En considérant une limitation de la densité spectrale de puissance d-émission, de nouveaux algorithmes d-allocation sont ensuite développés en mode SS-MC-MA. Il est alors démontré que la composante étalement permet une meilleure exploitation des énergies disponibles sur chaque sous-porteuse, et de transmettre alors un débit plus élevé que la DMT ou de rendre la communication plus robuste. Les nombreux résultats obtenus dans diverses configurations montrent que le système SS-MC-MA adaptatif proposé est plus performant que la DMT pour les réseaux CPL.

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Keywords : Powerline communications PLC digital communications OFDM-CDMA Estimation-Synchronization resource allocation

Mots-clés : Courants porteurs en ligne CPL Communications numériques OFDM -CDMA Estimation-Synchronisation Allocation des ressources





Author: Matthieu Crussière -

Source: https://hal.archives-ouvertes.fr/



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