SIMULATION OF CODE DIVISION
MULTIPLE ACCESS FOR A LOCAL AREA
NETWORK OVER POWERLINE
Ademar Luiz Pastro, Eduardo Parente Ribeiro
Universidade Federal do Paraná - UFPR
1
Sumário:
• Introdução
• Objetivo
• Configuração proposta
• Metodologia
• Resultados
• Conclusões
2
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 infraestrutura adicional de cabeamento
3
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
4
Áreas de aplicação:
• Acesso à Internet
• Serviços da Concessionária de
Distribuição de Energia
• Automação Residencial
• Automação Comercial
• Automação Industrial
5
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
6
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)
7
Espalhamento de Espectro:
-3
x 10
Densidade Espectral de Potencia - Sinal Binario
8
Sx(f)
6
4
2
0
-8000
-6000
-3
x 10
-4000
-2000
0
2000
4000
6000
Densidade Espectral de Potencia - Sinal Espalhado
8000
f (Hz)
8
Taxa = 1000bps
FS = 16000Hz
N
= 8
Sx(f)
6
4
2
0
-8000
-6000
-4000
-2000
0
2000
4000
6000
8000
f (Hz)
8
Espalhamento através da Seqüência Direta (PN)
bt
Tb
1
t
-1
sinal binário: 1010
PN
N·Tc
1
t
-1
Tc
seqüência PN: 1001110
s
1
t
-1
sinal espalhado
9
Autocorrelação para uma sequência m:
Rc(τ)
1
0
-N·Tc
-Tc
Tc
1/N
N·Tc
τ
10
Sequências Gold:
Um conjunto de N + 2 Sequências Gold pode ser obtido
a partir de 2 sequências m de comprimento N.
y
1
2
0/1
0/1
3
0/1
mux
Seqüência
Gold
1
2
3
x
11
Configuração proposta para a LAN:
Fibra ótica
AT
R
C
Rede Externa
UE1
UEp-1
UE4
UE3
UEp-1
UE2
R
UEp
R
UI1
UIb
Rede Interna
Rede Interna
UI3
UI2
UIk-1
UIa
UIk
12
Configuração proposta para a LAN: Rede Interna
R
UI1
UIb
Rede Interna
UI3
UI2
UIk-1
UIa
UIk
Mensagem:
a→b
13
Configuração proposta para a LAN: Rede Interna
R
UI1
Rede Interna
Mensagem com código Comum
Endereço Lógico de b
Código Espalhamento de a
UIb
UI3
UI2
UIk-1
UIa
b recebe a mensagem
Responde enviando seu código
de Espalhamento
UIk
14
Configuração proposta para a LAN: Rede Interna
R
UI1
UIb
Rede Interna
UI3
Canal exclusivo entre a e b
UI2
UIk-1
UIa
UIk
15
Configuração proposta para a LAN: Rede Interna
R
UI1
UIb
Rede Interna
UI3
UI2
UIk-1
UIa
UIk
16
Topologia proposta para a LAN: Rede Interna
Roteador entre as redes
interna e externa
R
UI1
UIb
Rede Interna
UI3
UI2
UIk-1
UIa
UIk
17
Topologia proposta para a LAN: Rede externa
Fibra ótica
AT
C
R
Rede Externa
UE1
UEp-1
UE4
UE3
UEp-1
UE2
R
UEp
• Concentrador (ou roteador) envia mensagem utilizando código de espalhamento da unidade de destino
• Unidades enviam mensagem ao concentrador utilizando código de espalhamento do concentrador
18
CDMA:
Esquema
b1
bk
bn
PNk
PNn
PN1
fc
sk
sn
s1
fc
fc
Modulador
Modulador
m1
Modulador
mk
mn
. . . . .
. . . . .
Acoplamento
Rede
Elétrica
Filtro
rn
fc
Demodul.
dn
PNn
Correlator
bn
19
CDMA:
Correlator / Autocorrelação
r(t)
pn0
Tc
r(t-Tc)
Tc
r(t-2Tc)
··
·
pn1
Tc
r(t-(N-1)Tc)
Tc
pnN-2
pnN-1
+
Rc
Autocorrelaçao: Filtro FIR
40
30
20
10
N = 31
0
-10
-20
-30
-40
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
20
CDMA:
Autocorrelação para N = 127
sinal binario
2
b(t)
1
0
-1
-2
0
1
2
3
4
5
6
7
8
t
9
-3
x 10
Auto Correlaçao
100
Rc
50
0
-50
-100
0
1
2
3
4
5
6
7
8
t
9
-3
x 10
21
Modelo utilizado:
b1
Geração do sinal
binário
Geração do sinal
binário
s1
Espalhamento
do espectro
bn
m1
Modulação
(BPSK)
sn
Espalhamento
do espectro
Modulação
(BPSK)
mn
ms
srs
Demodulação
dn
bn
Recuperação
do sinal
Sinal
binário
r
bk
Geração do sinal
binário
Adição de ruído
(AWGN/rede)
sk
Espalhamento
do espectro
Modulação
(BPSK)
mk
22
Validação:
0
Teoria x Simulação
Taxa de erro de bits : AWGN
10
BPSK: Teorica
BPSK: Simulada
Gold N=63: Simulada
-1
BER
10
 Eb 
1

Pb  erfc 

2
 N0 
-2
10
-3
10
-4
10
-5
0
5
10
15
EbN0 (dB)
23
Resultados:
0
Teoria x Simulação
Taxa de erro de bits CDMA: (AWGN)
10
Teoria
Simul.
Simul.
Simul.
Simul.
-1
10
-2



1
1
Pb  erfc 
2
  K 1
N0

 2
  3  N 2  Eb

N = 63
Numero de usuarios = 10
10
BER
1
2
3
4
-3
10
-4
10
Lam, Tantarana,Theory and Applications of
Spread Spectrum Systems”, IEEE, 1994
-5
10
-6
10
-5
0
5
10
15
20
25
30
Eb/No (dB)
24





 
 
Resultados:
Taxa de erro de bits
Taxa de erro de bits CDMA: N = 63
0
10
k= 5 AWGN
k= 5 r040
k= 5 r200
k= 5 r20n
k= 5 calc
k=15 AWGN
k=15 r040
k=15 r200
k=15 r20n
k=15 calc
-1
10
-2
BER
10
-3
10
-4
10
-5
10
-6
10
-5
0
5
10
15
20
25
30
Eb/Jo (dB)
25
Resultados:
0
Taxa de erro de bits
Taxa de erro de bits CDMA: N = 127
10
-1
10
-2
BER
10
-3
10
-4
10
-5
10
-5
k=10 AWGN
k=10 r040
k=10 r200
k=10 r20n
k=10 calc
k=20 AWGN
k=20 r040
k=20 r200
k=20 r20n
k=20 calc
k=25 AWGN
k=25 r040
k=25 r200
k=25 r20n
k=25 calc
0
5
10
15
20
25
30
Eb/Jo (dB)
26
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.
27
Conclusões
Limite de transmissões simultâneas
N
Teórica
Observada
15
4
4
31
7
6
63
14
13
127
27
21
taxa de erro de bit < 10-4
28