1. Evaluación de las prestaciones de un sistema OFDM sobre la red de alimentación de un vehículo J. J. Sánchez-Martínez, A. B. Vallejo-Mora, J. A. Cortés, F. J. Cañete y L. Díez Ingeniería de Comunicaciones, Universidad de Málaga

2. Índice 1. Introducción ¿Qué es el PLC? Aplicación a vehículos Objetivos y motivación de este trabajo 2. Modelo del sistema Características del canal Modelo de canal Parámetros del sistema. Estándar G.hn ¿Por qué usar pulsos no rectangulares? 3. Análisis de prestaciones Evaluación con pulse-shaping en transmisión Mejora por usar windowing en recepción 4. Conclusiones Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010 2

3. Índice 1. Introducción ¿Qué es el PLC? Aplicación a vehículos Objetivos y motivación de este trabajo 2. Modelo del sistema Características del canal Modelo de canal Parámetros del sistema. Estándar G.hn ¿Por qué usar pulsos no rectangulares? 3. Análisis de prestaciones Evaluación con pulse-shaping en transmisión Mejora por usar windowing en recepción 4. Conclusiones Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010 3

5. Redes eléctricas de interior: redes de área localRed únicapara la alimentacióneléctrica y la transmisión de datos Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010 4

6. Aplicación a vehículos Coste de dispositivos eléctricos y electrónicos ≈20 ó 25% del coste total de producción de un vehículo. Automóvil de alta gama ≈70 unidades de control que intercambian hasta 2500 señales. Buses dedicados. Ventajas del PLC Peso: cableado de hasta 4 km de longitud con un peso de hasta 90 kg -Menor consumo y contaminación Coste:de fabricación (cobre) y de montaje (manual) Espacio: zonas saturadas (puerta del conductor o zona del volante) Nuevas funciones: sin necesidad de nuevo cableado Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010 5

7. Aplicación a vehículos Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010 6

8. Objetivos y motivación Otros ámbitos: aeroespacial, ferroviario, naval y aeronáutico Trabajosprevios Medidas de canales de la red eléctrica Medidas de ruido OFDM usandoestándaresHomePlug y HD-PLC. Hasta 30 MHz. Productoscomercialesbásicos (Toyota, Yamar) Trabajo actual Evaluar un sistema OFDM ajustando los parámetros al nuevo estándar G.hn (11/06/2010) aprobado por la ITU. Banda de frecuencia hasta 100 MHz. Análisis de mejora por usar ventana no rectangular en recepción (windowing). Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010 7

9. Índice 1. Introducción ¿Qué es el PLC? Aplicación a vehículos Objetivos y motivación de este trabajo 2. Modelo del sistema Características del canal Modelo de canal Parámetros del sistema. Estándar G.hn ¿Por qué usar pulsos no rectangulares? 3. Análisis de prestaciones Evaluación con pulse-shaping en transmisión Mejora por usar windowing en recepción 4. Conclusiones Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010 8

11. Interferencias de banda estrecha

12. Componentes de ruido impulsivoRespuestas en frecuencia DEP de ruido Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010 9

13. Características del canal Banda medida: [0-100] MHz Respuesta de canal Fusibles Ruido Analizador de redes Osciloscopio digital Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010 10

14. Modelo de canal y de sistema Modelo de canal: Filtro lineal e invariante en el tiempo (LTI) y ruidocoloreadoestacionario Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010 11

16. 2 DEP de ruidoTotal de 72 canales Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010 12

18. 2 DEP de ruidoTotal de 72 canales Sistema OFDM ajustado a la capafísica del nuevoestándar G.hn Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010 13

19. Modelo de sistema OFDM conpulse-shaping en el transmisor. OFDM conpulse-shapingen el transmisor y windowingen el receptor. A B Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010 14

20. Modelo de sistema OFDM conpulse-shaping en el transmisor. OFDM conpulse-shapingen el transmisor y windowingen el receptor. A B Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010 15

21. Modelo de sistema OFDM conpulse-shaping en el transmisor. OFDM conpulse-shapingen el transmisor y windowingen el receptor. A B Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010 16

22. Modelo de sistema OFDM conpulse-shaping en el transmisor. OFDM conpulse-shapingen el transmisor y windowingen el receptor. A B Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010 17

23. Modelo de sistema OFDM conpulse-shaping en el transmisor. OFDM conpulse-shapingen el transmisor y windowingen el receptor. A B 18 A B Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010

24. Modelo de sistema OFDM conpulse-shaping en el transmisor. OFDM conpulse-shapingen el transmisor y windowingen el receptor. A B Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010 19 A B A

25. Modelo de sistema OFDM conpulse-shaping en el transmisor. OFDM conpulse-shapingen el transmisor y windowingen el receptor. A B Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010 20 A B B A

26. 21 Parámetrossistema: Estándar G.hn Estándarpararedes de interior. OFDM con pulse-shaping. 3 planes de frecuencia: 2 pasobajo y 1 pasobanda Nº de subportadoras (N) depende de la banda de frecuencia Máscara de DEP de transmisión Posibilidad de en mercadounificado Líneatelefónica Cable eléctrico Cable coaxial 30 dB N=4096 cp=512 α=512 Cat-5 cable Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010

27. ¿Por qué usar pulsos no rectangulares? Ventana rectangular: reducidoconfinamientoespectral con un espectro en forma de sinc. Ventana no rectangular: con unapendienteadecuadaesposibleatenuar los lóbulossecundarios y minimizar la radiaciónfuera de banda. Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010 22

28. Pulse-shaping en el transmisor Permiteutilizar un mayor número de portadoraspróximas a los bordes de la máscara de DEP de transmisión Reduce la ICI en el receptor: la interferencia entre portadorasserámenorpuesexiste un mayor confinamientoespectral. 30dB No cumple con la máscara de DEP Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010 23

29. Pulse-shaping en el transmisor Permiteutilizar un mayor número de portadoraspróximas a los bordes de la máscara de DEP de transmisión Reduce la ICI en el receptor: la interferencia entre portadorasserámenorpuesexiste un mayor confinamientoespectral. 30dB No cumple con la máscara de DEP Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010 24

30. Pulse-shaping en el transmisor Permiteutilizar un mayor número de portadoraspróximas a los bordes de la máscara de DEP de transmisión Reduce la ICI en el receptor: la interferencia entre portadorasserámenorpuesexiste un mayor confinamientoespectral. 30dB No cumple con la máscara de DEP Portadoraspróximas a la frecuencia de transiciónreducensupotenciaparacumplicar con la máscara de DEP Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010 25

31. Windowing en el receptor Reduce la distorsión. La interferencia entre portadorasesmenorpor un mayor confinamientoespectral. Unaventana no rectangular minimiza el ruidoaditivoporsubportadora. >4 bits >20 dB Bits por portadora SNDR (dB) Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010 26

32. Índice 1. Introducción ¿Qué es el PLC? Aplicación a vehículos Objetivos y motivación de este trabajo 2. Modelo del sistema Características del canal Modelo de canal Parámetros del sistema. Estándar G.hn ¿Por qué usar pulsos no rectangulares? 3. Análisis de prestaciones Evaluación con pulse-shaping en transmisión Mejora por usar windowing en recepción 4. Conclusiones Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010 27

33. Parámetros de simulación Cálculo de régimen binario en dos etapas Transmisón sobre todas las portadoras útiles y cálculo de SNDR Asignación de bits por portadora Si sobre alguna de las portadoras no se puede transmitir se repite el paso 1 Simulaciones: BPSK y M-QAM, M=2b, b=2..12 bits Restricción de BER de 10-3 Ventana coseno alzado tanto para pulse-shaping en transmisión como windowing en recepción β N=4096 cp=512 α=512 72 canales Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010 28

34. Análisis de prestaciones Pulse-shaping Pulse-shaping + windowing β=0 CDF de Tasa binaria media (Mbit/s) CDF de Ganancia de tasa binaria media (%) Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010 29

35. Índice 1. Introducción ¿Qué es el PLC? Aplicación a vehículos Objetivos y motivación de este trabajo 2. Modelo del sistema Características del canal Modelo de canal Parámetros del sistema. Estándar G.hn ¿Por qué usar pulsos no rectangulares? 3. Análisis de prestaciones Evaluación con pulse-shaping en transmisión Mejora por usar windowing en recepción 4. Conclusiones Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010 30

36. Conclusiones Evaluación sistema OFDM sobre la red de alimentación de un vehículo basado en estándar G.hn Uso de medidas en la banda [0-100] MHz Pulse shaping Regímenes binarios >315 Mbps en el 50% de los canales Se alcanzan valores superiores a 800 Mbps (canales directos) Regímen binario mínimo de 169 Mbps Beneficio de windowing Ganancias sin necesidad de modificar el transmisor!! En el 50% de los canales conβ=2 se consigue una ganancia del 2.5% (8 Mbps para 315) con β=100 se consigue una ganancia del 7% (22 Mbps para 315) Determinar parámetros óptimos Valladolid, 27-29 de septiembre de 2010 31

38. Los autores agradecen la colaboración de Fiat MálagaValladolid, 27-29 de septiembre de 2010 32