Wilfired Gouret - Contribution àl’étude des communications courant porteur haut débit pour l’embarqué

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1. Wilfried Gouret – IETR-INSA 1/47 GOURET Wilfried Séminaire SCEE, SUPÉLEC Rennes - 10 Mai 2007 - Contribution à l’étude des communications courant porteur haut débit pour l’embarqué
2. Wilfried Gouret – IETR-INSA 2 – Laboratoire d’accueil • Institut d’Électronique et de Télécommunication de Rennes – Directeur de thèse • Ghais El-Zein, professeur à l’INSA de Rennes – Codirectrice de thèse • Fabienne Nouvel, Maître de conférences HDR – Projet PREDIT CCPE • Partenaire universitaire : Laboratoire TELICE Lille • Partenaires industriels: Valeo, PSA Avant-propos Cadre de la thèse
3. Wilfried Gouret – IETR-INSA 3 Plan de la présentation 1 Contexte de l’étude 2 La technologie CPL (Courants Porteurs en Ligne) 3 Étude expérimentale de modems CPL indoor et simulation de la technique de transmission 4 Applications supportant le CPL 5 Conclusion et perspectives Contexte de l’étude La technologie CPL Analyse expérimentale et simulation de la transmission Solutions à base de CPL
4. Wilfried Gouret – IETR-INSA 4 Partie I: Contexte de l’étude Électronique automobile Positionnement de l’étude Contexte de l’étude La technologie CPL Analyse expérimentale et simulation de la transmission Solutions à base de CPL
5. Wilfried Gouret – IETR-INSA 5 Histoire de l’électronique automobile : Années 70: 1er Module Electronique (contrôle, injection) Années 90: 1ère Architecture Electronique (CAN,VAN) Années 2000: 1ère Architecture Multimédia (images, portable) Années 2002-2010: Architectures x-By-Wire (sécurité, remplace la mécanique):Â FlexRay FlexRay ª ª Direction Direction é électrique lectrique Freinage Freinage é électrique lectrique ª ª Steer Steer- -By By- -Wire Wire Break Break- -By By- -Wire Wire Conséquence : ¾ Électronique en augmentation constante au sein du véhicule lectronique: ’é partition de l é R 10% pour le châssis 30% pour le contrôle moteur 10% pour le confort 50% pour l’infotainement (multimédias, radio…) Électronique automobile Positionnement de l’étude L’automobile et les technologies électroniques Contexte de l’étude La technologie CPL Analyse expérimentale et simulation de la transmission Solutions à base de CPL
6. Wilfried Gouret – IETR-INSA 6 Architecture des véhicules aujourd’hui Système de communication intra-véhicule Bus multiplexé sur un support dédié Débit de 10 kbit/s à 10 Mbit/s Électronique automobile Positionnement de l’étude L’automobile et les technologies électroniques ¾ ¾ Cons Consé équence quence : : nécessité de trouver de nouvelles solutions (CPL…) Augmentation du Augmentation du faisceau automobile faisceau automobile > 3 km de câbles (40 kg) > 3 km de câbles (40 kg) Contexte de l’étude La technologie CPL Analyse expérimentale et simulation de la transmission Solutions à base de CPL
7. Wilfried Gouret – IETR-INSA 7 Contexte: Transmettre de l’information sur des fils déjà existants Obtenir des débits équivalents voire supérieurs aux systèmes multiplexés ou point à point Exigences du système: Faisceau électrique 14 Vcc du véhicule Débits > 2 Mbit/s Occupation spectrale de 1à 30 MHz Exemple d’application: Caméras de recul Électronique automobile Positionnement de l’étude Positionnement de l’étude Projet PREDIT CCPE Contexte de l’étude La technologie CPL Analyse expérimentale et simulation de la transmission Solutions à base de CPL
8. Wilfried Gouret – IETR-INSA 8 Partie II: La technologie CPL Généralités Caractéristiques du canal de propagation Positionnement du CPL dans l’automobile Contexte de l’étude La technologie CPL Analyse expérimentale et simulation de la transmission Solutions à base de CPL
9. Wilfried Gouret – IETR-INSA 9 Généralités Caractéristiques du canal de propagation Positionnement du CPL dans l’automobile Généralités ¾ Consiste à superposer des signaux de communication à haute fréquence et de faible énergie au signal électrique à 50 Hz Principe de fonctionnement du CPL domestique • Télémétrie, télé-contrôle – Relevés de compteurs • Applications domotiques – Déclenchements et réglages d’appareils Applications bas-débit • Réseaux locaux CPL indoor – Communications multimédia – TV • Réseaux CPL outdoor – Accès à l’internet domestique Applications haut-débit Contexte de l’étude La technologie CPL Analyse expérimentale et simulation de la transmission Solutions à base de CPL
10. Wilfried Gouret – IETR-INSA 10 Généralités Caractéristiques du canal de propagation Positionnement du CPL dans l’automobile Généralités ¾ Applications bas débit : [9 – 140] kHz ¾ Applications haut débit : [1,6 – 30] MHz Outdoor [1,6 – 20] MHz Indoor [20 – 30] MHz Occupation spectrale des applications CPL ¾ ¾ Solution adapt Solution adapté ée au faisceau e au faisceau é électrique d lectrique d’ ’un v un vé éhicule? hicule? ¾ Standards: ¾ Homeplug 1.01 ¾ Homeplug AV Contexte de l’étude La technologie CPL Analyse expérimentale et simulation de la transmission Solutions à base de CPL
11. Wilfried Gouret – IETR-INSA 11 Trajets multiples • Désadaptations d’impédances Bruits • Bruits impulsifs divers • Brouilleurs à bande étroite • Brouilleurs à large bande Généralités Caractéristiques du canal de propagation Positionnement du CPL dans l’automobile Caractéristiques du canal de propagation Contexte de l’étude La technologie CPL Analyse expérimentale et simulation de la transmission Solutions à base de CPL Types de trajet • Trajet direct entre deux points de connexions • Trajet avec bifurcations entre deux points de connexions (épissures…) Atténuation due aux câbles • Atténuation linéique • Atténuation en fréquence
12. Wilfried Gouret – IETR-INSA 12 Généralités Caractéristiques du canal de propagation Positionnement du CPL dans l’automobile Mesures expérimentales sur véhicule A => B : longueur ≈ 7 m D => E : longueur ≈ 2 m Trajet direct A => E, A => F Trajet indirect Mesures réalisées au sein du laboratoire TELICE Contexte de l’étude La technologie CPL Analyse expérimentale et simulation de la transmission Solutions à base de CPL
13. Wilfried Gouret – IETR-INSA 13 • Bc ≈ 2 MHz • S21 aux alentours de -30 dB Cas trajet direct A Î B Généralités Caractéristiques du canal de propagation Positionnement du CPL dans l’automobile • Bc ≈ 600 kHz • S21 ≤ -30 dB Cas trajet indirect A Î E Atténuation linéique de 0.5 dB/MHz • Bc ≈ [340 kHz, 1 MHz], τ RMS < 300 ns, variabilité du canal sur liaisons indirectes Bilan global Contexte de l’étude La technologie CPL Analyse expérimentale et simulation de la transmission Solutions à base de CPL
14. Wilfried Gouret – IETR-INSA 14 Généralités Caractéristiques du canal de propagation Positionnement du CPL dans l’automobile Bruits mesurés sur véhicule Contexte de l’étude La technologie CPL Analyse expérimentale et simulation de la transmission Solutions à base de CPL Î Î Bruit mesur Bruit mesuré é lors d lors d’ ’activation du d activation du dé émarreur marreur DSP associ DSP associé ée e Bruit mesur Bruit mesuré é lors d lors d’ ’activation d activation d’ ’essuie essuie- -glaces glaces ¾ Impulsions dont la durée peut atteindre 5 µs ¾ Bande [0 - 10] MHz ayant une puissance élevée Ö perturber le signal transmis
15. Wilfried Gouret – IETR-INSA 15 Généralités Caractéristiques du canal de propagation Positionnement du CPL dans l’automobile Positionnement du CPL dans l’automobile Applications bas débit Solutions bas débit transmettant jusqu’à 500 kbits/s utilisant le CAN et le CPL commercialisée par la société YAMAR Techniques de transmissions : modulations numériques monoporteuses Diverses études sur la base de système à étalement de spectre (SS) Applications haut débit Émergence d’études : Conservation du réseau filaire existant impliquant une modulation robuste (étude BMW / Bosch) Modification du réseau résultant en une améliorant la qualité de la propagation du signal Systèmes existants S’inspirer des techniques de la domotique : Transmissions par étalement de spectre et/ou modulation multi-porteuses Solutions potentielles Contexte de l’étude La technologie CPL Analyse expérimentale et simulation de la transmission Solutions à base de CPL
16. Wilfried Gouret – IETR-INSA 16 Généralités Caractéristiques du canal de propagation Positionnement du CPL dans l’automobile Etalement de spectre temporel Principe Émettre un signal sur une bande largement supérieure à celle du signal utile. La solution la plus simple consiste à multiplier le signal de durée symbole Ts par un code dont les « chips » ont une durée Tc<<Ts • Faible Puissance • Respect normes CEM Avantages • Complexité du récepteur • Synchronisation Inconvénients Brouilleur Brouilleur étalé f Dsp f f f Dsp Dsp Dsp Ajout de brouilleurs Effet de l'opération de désétalement Effet de d'étalement de spectre Contexte de l’étude La technologie CPL Analyse expérimentale et simulation de la transmission Solutions à base de CPL
17. Wilfried Gouret – IETR-INSA 17 Répartition de l’information à transmettre sur un peigne de porteuses orthogonales en parallèle, individuellement modulées à bas débit Facilement généré par IFFT // FFT Généralités Caractéristiques du canal de propagation Positionnement du CPL dans l’automobile Principe Modulations multi-porteuses F FFT Np messages à bas débit Transmission en parallèle sur Np sous-porteuses orthogonales • Efficacité spectrale • Débit important Avantages • Interférences entre porteuses • Niveau de signal élevé Inconvénients Contexte de l’étude La technologie CPL Analyse expérimentale et simulation de la transmission Solutions à base de CPL
18. Wilfried Gouret – IETR-INSA 18 Généralités Caractéristiques du canal de propagation Positionnement du CPL dans l’automobile Choix de la technique de transmission Exigences du système Robustesse Sélectivité fréquentielle Bruits et brouilleurs Applications haut débit Débits > 2 Mbit/s Bande de fréquence de 1 à 30 MHz Support Fils déjà existants alimentés en 14 V courant continu Transmission OFDM OFDM retenue • Utilisation des techniques CPL de type INDOOR (standard Homeplug) comme première approche – Débit brut de 14 Mbit/s, adaptation au support de transmission Contexte de l’étude La technologie CPL Analyse expérimentale et simulation de la transmission Solutions à base de CPL
19. Wilfried Gouret – IETR-INSA 19 Partie III: Analyse expérimentale à partir de modem CPL Indoor et validation par simulation de la technique de transmission Contexte de l’étude La technologie CPL Analyse expérimentale et simulation de la transmission Solutions à base de CPL Expérimentations à base de CPL Indoor Mesure sur canal direct Simulation du standard sur canal direct Mesure sur véhicule et simulation sur canal indirect
20. Wilfried Gouret – IETR-INSA 20 Expérimentations à base de CPL Indoor sur véhicule Caractéristiques du standard Homeplug 1.01 • Modulation: OFDM sur 128 sous porteuses OFDM sur 128 sous porteuses • Transfert de données : 84 utiles 84 utiles • Bande de fréquence : [ 4.5 [ 4.5 – – 21] MHz 21] MHz • Synchronisation : pr pré éfixe cyclique fixe cyclique • Modulation : type diff diffé érentielle rentielle • Égalisation : non pr non pré ésente sente Contexte de l’étude La technologie CPL Analyse expérimentale et simulation de la transmission Solutions à base de CPL Masque de DSP (Homeplug) Expérimentations à base de CPL Indoor Mesure sur canal direct Simulation du standard sur canal direct Mesure sur véhicule et simulation sur canal indirect
21. Wilfried Gouret – IETR-INSA 21 Expérimentations à base de CPL Indoor sur véhicule Caractéristiques du modem de commerce LEA Standard Homeplug 1.0 Modulation OFDM à 128 sous porteuses Bande occupée : [1.6 - 21 MHz] Débit brut de 14 Mbit/s Modulation : DBPSK, DQPSK Accès de type : CSMA/CA Transfert TCP/IP Transmission différentielle Couplage : tore de ferrite Couplage + filtre Transmission Ethernet Modulation Adaptation Passage du couplage en mode commun Modification de l’alimentation du modem : 220 Vac => 14 Vcc Contexte de l’étude La technologie CPL Analyse expérimentale et simulation de la transmission Solutions à base de CPL Expérimentations à base de CPL Indoor Mesure sur canal direct Simulation du standard sur canal direct Mesure sur véhicule et simulation sur canal indirect
22. Wilfried Gouret – IETR-INSA 22 Expérimentations à base de CPL Indoor sur véhicule Caractéristiques du modem SpidCom Standard propriétaire Modulation OFDM à 896 sous porteuses associée au bit loading Bande occupée : [2 - 30 MHz] Débit jusqu’à 200 Mbit/s Modulation : BPSK à QAM256 Codage convolutif, Reed Solomon Accès de type : Token TCP/IP Transfert TCP/IP Estimation et égalisation de canal Couplage par transformateur et de type coaxial Adaptation Passage du couplage en mode commun Emploi d’alimentations stabilisées externes Contexte de l’étude La technologie CPL Analyse expérimentale et simulation de la transmission Solutions à base de CPL Expérimentations à base de CPL Indoor Mesure sur canal direct Simulation du standard sur canal direct Mesure sur véhicule et simulation sur canal indirect
23. Wilfried Gouret – IETR-INSA 23 Mise en conformité du modem LEA – Mesures sur table Spectre Homeplug 1.0 vs seuil norme CEM CISPR25 Synchro Données Seuil CISPR25 Résultats: Mesure entre 2 points (d=1m) en transfert : P = -25 dbm [48 dBµA] bande de fréquence utilisée : [ 2 .. 21 MHz ] Débit = 9.8 Mbit/s Mesures CEM bande étroite Conduit Conduit: non-conforme Rayonn Rayonné é: non-conforme Solution pour Rayonn Rayonné é : blindage du quartz et modem Contexte de l’étude La technologie CPL Analyse expérimentale et simulation de la transmission Solutions à base de CPL Expérimentations à base de CPL Indoor Mesure sur canal direct Simulation du standard sur canal direct Mesure sur véhicule et simulation sur canal indirect
24. Wilfried Gouret – IETR-INSA 24 Mise en conformité du modem LEA Optimisation du couplage • Objectifs: – être conforme à la norme CISPR25 – norme CISPR25 < -40 dBµA (classe 4) Caractéristiques du coupleur valeurs des condensateurs fixées valeurs différentes des inductances (1.1 µH, 2.2 µH, 6.8 µH) Contexte de l’étude La technologie CPL Analyse expérimentale et simulation de la transmission Solutions à base de CPL Expérimentations à base de CPL Indoor Mesure sur canal direct Simulation du standard sur canal direct Mesure sur véhicule et simulation sur canal indirect
25. Wilfried Gouret – IETR-INSA 25 Mise en conformité du modem LEA Spectre OFDM filtré L = 1.1µH : • Spectre de fréquence [0..6.2 MHz] supérieur à la norme CISPR [-35 dBm] • Spectre OFDM préservé L = 2.2 µH : • Conforme à la norme CISPR25 • Niveau de puissance du spectre OFDM suffisant • Débit de 9 / 10 Mbit/s L = 6.8 µH : • Conformité complète de la norme CISPR25 • Décroissance importante de la puissance du spectre OFDM • Débit faible Choix: L= 2.2 µH => débit de 9 Mbit/s, conforme à la norme CEM Contexte de l’étude La technologie CPL Analyse expérimentale et simulation de la transmission Solutions à base de CPL Expérimentations à base de CPL Indoor Mesure sur canal direct Simulation du standard sur canal direct Mesure sur véhicule et simulation sur canal indirect
26. Wilfried Gouret – IETR-INSA 26 Conformité du modem SpidCom Spectre SpidCom OFDM filtré • Objectifs: < -35 dBm (classe 4) • Caractéristiques du coupleur: – Condensateurs • Configuration: – Paramétrage du modem de manière soft – Puissance fixée Contexte de l’étude La technologie CPL Analyse expérimentale et simulation de la transmission Solutions à base de CPL Expérimentations à base de CPL Indoor Mesure sur canal direct Simulation du standard sur canal direct Mesure sur véhicule et simulation sur canal indirect
27. Wilfried Gouret – IETR-INSA 27 Mesures sur véhicule Implantation des points de mesures Tests: Tests: Trajets directs • • A A- -B B : Coffre < > moteur • • D D- -E E : UCE3 < > 12V (habitacle) Trajets avec bifurcations • • A A- -E E : Coffre < > 12V (habitacle) • • A A- -D D : Coffre < > UCE3 (habitacle) Contexte de l’étude La technologie CPL Analyse expérimentale et simulation de la transmission Solutions à base de CPL Expérimentations à base de CPL Indoor Mesure sur canal direct Simulation du standard sur canal direct Mesure sur véhicule et simulation sur canal indirect
28. Wilfried Gouret – IETR-INSA 28 Mesures de débit sur trajet direct et influence des bruits Influence des organes sur la transmission A Î ÎB : ≈ 80 ko/s D Î Î E : > 130 ko/s Modem LEA A Î Î B : ≈ 620 ko/s D Î Î E : > 1 Mo/s Modem SpidCom Organes Organes Bruits Bruits Modem LEA Modem LEA Modem SpidCom Modem SpidCom Freinage Impulsions Perte de trames Compensée Klaxon Impulsions Pertes moyennes Compensée Essuie-glace Impulsif + blanc Chute de débit Chute de débit Démarreur Impulsif + blanc Perte de trames Perte de trames Bilan Standard Homeplug adapté pour les transmissions en direct Gain en débit lors de l’emploi de bit loading Contexte de l’étude La technologie CPL Analyse expérimentale et simulation de la transmission Solutions à base de CPL Expérimentations à base de CPL Indoor Mesure sur canal direct Simulation du standard sur canal direct Mesure sur véhicule et simulation sur canal indirect
29. Wilfried Gouret – IETR-INSA 29 Étude du standard Homeplug par simulation Paramètres du système Modulation OFDM 128 sous porteuses / 84 utiles Durée ≈ 15 µs Intervalle de garde 1 µs Bande occupée 20 MHz Modulation QPSK Égalisation Zero Forcing Débit brut binaire 10.5 Mbit/s Codage Convolutif / bloc Nombre de pilotes / symbole OFDM 84 ≠ avec le standard Homeplug Emploi de l’égalisation de canal, modulation non différentielle Contexte de l’étude La technologie CPL Analyse expérimentale et simulation de la transmission Solutions à base de CPL Expérimentations à base de CPL Indoor Mesure sur canal direct Simulation du standard sur canal direct Mesure sur véhicule et simulation sur canal indirect
30. Wilfried Gouret – IETR-INSA 30 Implantation du bloc d’interfaçage (couplage/filtre) : Signal r Signal ré éel el é émis mis Couplage + Filtre Couplage + Filtre Signal Signal é émis mis Signal re Signal reç çu u Canal rendu dynamique par ajout de plusieurs fonctions de transfert : Étude du standard Homeplug par simulation Canal implanté pour la simulation Contexte de l’étude La technologie CPL Analyse expérimentale et simulation de la transmission Solutions à base de CPL Canal sous forme de fonction de transfert : - Emploi d’un filtre IIR - 50 coefficients Canal statique Canal statique Î Î Canal dynamique Canal dynamique Î Î Prise en compte du filtrage Prise en compte du filtrage Expérimentations à base de CPL Indoor Mesure sur canal direct Simulation du standard sur canal direct Mesure sur véhicule et simulation sur canal indirect
31. Wilfried Gouret – IETR-INSA 31 Étude du standard Homeplug modifié en simulation Test de performance en présence de différents types de canaux 3 cas de figures étudiés 1. Canal statique 2. Canal dynamique 3. Implantation couplage Limite du TEB = 10 10- -3 3 1. Canal statique: SNR ≈ 11 dB 2. Canal dynamique: SNR > 13 dB 3. Couplage présent: SNR > 17 dB Première conséquence Dégradation des performances liées à l’implantation du couplage => => Optimisation de la chaine n Optimisation de la chaine né écessaire pour contrer les effets du filtrage cessaire pour contrer les effets du filtrage Contexte de l’étude La technologie CPL Analyse expérimentale et simulation de la transmission Solutions à base de CPL Expérimentations à base de CPL Indoor Mesure sur canal direct Simulation du standard sur canal direct Mesure sur véhicule et simulation sur canal indirect
32. Wilfried Gouret – IETR-INSA 32 Étude du standard Homeplug modifié en simulation Optimisation de la chaine par concaténation de code Utilisation des codes en blocs Reed Solomon (RS : 15,11) et code convolutif de r = ½ 2 cas de figures étudiés: ¾ Conservation des paramètres de base ¾ Débit à 1,87 Mbit/s 1er cas ¾ Passage à 120 sous-porteuses ¾ Débit à 5,10 Mbit/s 2ème cas Contexte de l’étude La technologie CPL Analyse expérimentale et simulation de la transmission Solutions à base de CPL Expérimentations à base de CPL Indoor Mesure sur canal direct Simulation du standard sur canal direct Mesure sur véhicule et simulation sur canal indirect
33. Wilfried Gouret – IETR-INSA 33 Étude du standard Homeplug par simulation Optimisation de la chaine par concaténation de code Utilisation des codes en blocs Limite du TEB = 10 10- -3 3 1. Canal dynamique: SNR > 13 dB 2. Couplage présent: SNR > 17 dB 3. RS+conv (1,87 Mbit/s): SNR ≈ 15 dB 4. RS+conv (5.10 Mbit/s): SNR ≈ 16 dB Deuxième conséquence Amélioration des performances par concaténation de codes => => Am Amé élioration par emploie de codes concat lioration par emploie de codes concaté én né és pour contrer les effets du filtrage s pour contrer les effets du filtrage Contexte de l’étude La technologie CPL Analyse expérimentale et simulation de la transmission Solutions à base de CPL Expérimentations à base de CPL Indoor Mesure sur canal direct Simulation du standard sur canal direct Mesure sur véhicule et simulation sur canal indirect
34. Wilfried Gouret – IETR-INSA 34 Étude du standard Homeplug en simulation avec modulation DQPSK Test de la modulation différentielle sans égalisation de canal Étude de la DQPSK en présence d’un trajet direct 3 cas de figures étudiés: 1er cas: ¾ Modulation DQPSK avec 84 sous porteuses ¾ Codage convolutif r= ½ ¾ Débit de 4.88 Mbit/s 2ème cas: ¾ Modulation DQPSK avec 120 sous porteuses ¾ Codage convolutif r= ½ + code RS (15,11) ¾ Débit de 5.10 Mbit/s 3ème cas: ¾ Modulation DQPSK avec 120 sous porteuses ¾ Codage convolutif r= ½ + code RS (15, 11) ¾ Débit de 5.10 Mbit/s ¾ Canal dynamique ¾ ¾ Canal dynamique ¾ ¾ Canal dynamique ¾ ¾ Couplage présent Contexte de l’étude La technologie CPL Analyse expérimentale et simulation de la transmission Solutions à base de CPL Expérimentations à base de CPL Indoor Mesure sur canal direct Simulation du standard sur canal direct Mesure sur véhicule et simulation sur canal indirect
35. Wilfried Gouret – IETR-INSA 35 Étude du standard Homeplug en simulation avec modulation DQPSK Test de la modulation différentielle sans égalisation de canal Modulation D-QPSK employée dans le standard Homeplug Limite du TEB = 10 10- -3 3 1. Canal dyn (conv) : SNR ≈ 17 dB 2. Dyn (conv+RS) : SNR > 15 dB 3. Couplage présent: SNR > 23 dB Troisième conséquence Chute des performances en l’absence de l’égalisation Résultat conforme au fonctionnement du modem LEA Contexte de l’étude La technologie CPL Analyse expérimentale et simulation de la transmission Solutions à base de CPL Expérimentations à base de CPL Indoor Mesure sur canal direct Simulation du standard sur canal direct Mesure sur véhicule et simulation sur canal indirect
36. Wilfried Gouret – IETR-INSA 36 Mesures de débit sur véhicule sur trajet indirect A => E : non stable A => D : // Modem LEA A => E : ≈ 70 ko/s A => D : ≈ 90 ko/s Modem SpidCom Bilan Standard Homeplug inadapté pour les transmissions en indirect Nécessité d’employer l’égalisation de canal et le bit loading • • Trajets avec bifurcations Trajets avec bifurcations A A- -E E : Coffre < > 12V (habitacle) A A- -D D : Coffre < > UCE3 (habitacle) Contexte de l’étude La technologie CPL Analyse expérimentale et simulation de la transmission Solutions à base de CPL Expérimentations à base de CPL Indoor Mesure sur canal direct Simulation du standard sur canal direct Mesure sur véhicule sur canal indirect
37. Wilfried Gouret – IETR-INSA 37 Cas pour un trajet indirect Optimisation de la chaine par augmentation de la taille de la FFT ¾ Emploi et test de la DQPSK en présence de trajet indirect: ¾ Diminution du Δf pour contrer l’effet de la faible bande de cohérence du canal: Bc ≈ 340 kHz Paramètres de base: 4 cas de figures étudiés: Taille de FFT de 256 à 2048 sp Intervalle de garde 1 µs Bande occupée 20 MHz Débit 1.31 Mbit/s Modulation DQPSK Codage Convolutif r = ½ FFT SP utiles Δf TOFDM 78 kHz 25.6 µs 51.2 µs 102.4 µs 204.8 µs 36 kHz 20 kHz 10 kHz Cas 1 256 sp 168 Cas 2 512 sp 336 672 1344 Cas 3 1024sp Cas 4 2048 sp Contexte de l’étude La technologie CPL Analyse expérimentale et simulation de la transmission Solutions à base de CPL Expérimentations à base de CPL Indoor Mesure sur canal direct Simulation du standard sur canal direct Simulation sur canal indirect
38. Wilfried Gouret – IETR-INSA 38 Étude du standard Homeplug en simulation sut trajet indirect Test de la transmission pour différentes tailles de FFT Emploi de FFT de 256 à 2048 sous porteuses (codage convolutif de r = ½) sans égalisation Limite du TEB de 10-3 non atteinte Gain avec un Δf petit Standard non adapté pour des trajets en indirect (modem LEA) BILAN Nécessité d’employer une FFT de grande taille pour diminuer le TEB En présence de trajet indirect transmission atteignant ses limites Contexte de l’étude La technologie CPL Analyse expérimentale et simulation de la transmission Solutions à base de CPL Expérimentations à base de CPL Indoor Mesure sur canal direct Simulation du standard sur canal direct Simulation sur canal indirect
39. Wilfried Gouret – IETR-INSA 39 Étude du standard Homeplug en simulation sut trajet indirect Etude en présence d’une égalisation de canal Emploi de la modulation QPSK + ZF Limite du TEB de 10-3 atteinte FFT de 256 à 2048 BILAN Gain obtenu par l’estimation de canal Optimisation possible par ajout de code bloc et de bit loading (modem Spidcom) Contexte de l’étude La technologie CPL Analyse expérimentale et simulation de la transmission Solutions à base de CPL Expérimentations à base de CPL Indoor Mesure sur canal direct Simulation du standard sur canal direct Simulation sur canal indirect
40. Wilfried Gouret – IETR-INSA 40 Étude du standard Homeplug en simulation sut trajet indirect Bilan global de cette étude ¾ Canal en trajet direct: Emploi de DQPSK sans égalisation suffisante Gain par concaténation de codes ¾ Canal en trajet indirect: Standard Homeplug insuffisant Nécessité d’utiliser l’estimation et égalisation de canal Contexte de l’étude La technologie CPL Analyse expérimentale et simulation de la transmission Solutions à base de CPL Expérimentations à base de CPL Indoor Mesure sur canal direct Simulation du standard sur canal direct Simulation sur canal indirect
41. Wilfried Gouret – IETR-INSA 41 Partie IV: Applications supportant le CPL Contexte de l’étude La technologie CPL Analyse expérimentale et simulation de la transmission Solutions à base de CPL Application 1: adaptation CAN/CPL Application 2: caméras de recul
42. Wilfried Gouret – IETR-INSA 42 Application 1: adaptation CAN/CPL Application 2: caméras de recul Présentation des applications possibles Application 1 Adaptation CAN/CPL Transmission de trames CAN via le CPL Nécessité d’encapsuler les trames CAN dans la couche TCP/IP du CPL Réalisation d’un bridge CAN/CPL en software Contexte de l’étude La technologie CPL Analyse expérimentale et simulation de la transmission Solutions à base de CPL
43. Wilfried Gouret – IETR-INSA 43 Solution retenue 1. Emploi de 2 émetteurs CAN et de 2 récepteurs CAN 2. Extraction de l’information utile de la trame CAN 3. Encapsulation de la donnée utile dans une trame IP 4. Transfert de la donnée via les modems CPL 5. Opération inverse en réception Présentation des applications possibles Contexte de l’étude La technologie CPL Analyse expérimentale et simulation de la transmission Solutions à base de CPL Application 1: adaptation CAN/CPL Application 2: caméras de recul
44. Wilfried Gouret – IETR-INSA 44 Schéma de transmission Présentation des applications possibles Avantage Avantage: : • Transmission possible de trames CAN sur 1 fil • Acquittement de la trame CAN prise en compte Inconv Inconvé énient: nient: • Transmission half duplex • Emploi d’un bridge soft nécessaire pour l’extraction de la trame CAN Conséquence - Possibilité d’employer comme passerelle le CPL => nécessite la modification la couche PHY du CPL Contexte de l’étude La technologie CPL Analyse expérimentale et simulation de la transmission Solutions à base de CPL Application 1: adaptation CAN/CPL Application 2: caméras de recul
45. Wilfried Gouret – IETR-INSA 45 Présentation des applications possibles Application 2 Réalisation industrielle: caméras de recul (Valeo/SpidCom) Intérêt: facilité d’implantation de nouveaux équipements (câblage existant) Architecture traditionnelle Architecture traditionnelle Solution PLC Solution PLC Contexte de l’étude La technologie CPL Analyse expérimentale et simulation de la transmission Solutions à base de CPL Application 1: adaptation CAN/CPL Application 2: caméras de recul
46. Wilfried Gouret – IETR-INSA 46 Cameras de recul Contexte de l’étude La technologie CPL Analyse expérimentale et simulation de la transmission Solutions à base de CPL Solution traditionnelle: Solution traditionnelle: 1. Emploi du 14V pour alimenter les caméras 2. Emploi d’une paire torsadée pour la transmission vidéo 3. Utilisation du protocole LIN pour sélectionner les caméras Solution CPL: Solution CPL: 1. Emploi du 14V pour alimenter les caméras 2. Emploi du même réseau pour le transfert vidéo 3. Suppression de l’utilisation du LIN, sélection des caméras via le CPL Solution : Solution : • Modulation OFDM (128 sous- porteuses) • Bande de fréquence de 2 à 30 MHz • Modulation en QAM16 • Débit: 50 Mbit/s Cons Consé équence: quence: • Gain obtenu en câblage et facilité d’exploitation de la solution • Gain > 45% pour 3 caméras par rapport à la solution LVDS Présentation des applications possibles Application 1: adaptation CAN/CPL Application 2: caméras de recul
47. Wilfried Gouret – IETR-INSA 47 Solution primée 2 fois : Trophée Innovation au salon Equip’Auto Paris en octobre 2005 Trophée Innovation au salon Automechanika Munich en septembre 2006 Emploi des CPL validé Débits utiles élevés atteints (50 Mbit/s) Avantage de communiquer en mode commun (couplage capacitif) Présentations des applications possibles Cameras de recul: implantation sur véhicule Positionnement de 3 caméras à l’arrière du véhicule Écran pour visualiser et sélectionner les caméras via le CPL Contexte de l’étude La technologie CPL Analyse expérimentale et simulation de la transmission Solutions à base de CPL Application 1: adaptation CAN/CPL Application 2: caméras de recul
48. Wilfried Gouret – IETR-INSA 48 Conclusion et perspectives Principales contributions Perspectives Production scientifique Conclusion
49. Wilfried Gouret – IETR-INSA 49 Principales contributions Principales contributions Perspectives Production scientifique Conclusion Évaluation du potentiel de la modulation OFDM dans le cadre de transmissions CPL sur véhicule ¾ Emploi de solutions CPL domotiques – Évaluation du standard Homeplug (modem LEA) • Possibilité de communiquer sur faisceau actuel • Standard validé sur trajet direct • Faiblesse de la transmission sur trajet en présence de bifurcations – Évaluation d’une solution OFDM adaptatif (modem SpidCom) • Débit élevé atteint • Transmission possible sur trajet avec bifurcations bien que non adapté pour le CPL
50. Wilfried Gouret – IETR-INSA 50 Principales contributions Principales contributions Perspectives Production scientifique Conclusion Évaluation du potentiel de la modulation OFDM dans le cadre de transmissions à haut-débit sur véhicule ¾ CPL dans l’automobile – Solution qui minimise le câblage – Possibilité de communiquer sur les faisceaux actuels – Emploi de l’OFDM vérifié – Technique conforme au standard CEM automobile
51. Wilfried Gouret – IETR-INSA 51 Principales contributions Perspectives Production scientifique Conclusion Perspectives ¾ À court terme: Optimisation de la modulation en simulation (bit loading, …) Étudier l’emploi du standard Homeplug AV (débit + élevé, turbo codage, FFT + grande) Hybridation de l’OFDM avec le CDMA ¾ À long terme: Possible adaptation du faisceau en vue d’une utilisation complète du CPL Diminution des chemins avec bifurcations ¾ Emploi de modulation simplifiée (coût, …) Réaliser un lien global avec les protocoles FlexRay, CAN en tant que passerelle
52. Wilfried Gouret – IETR-INSA 52 • Communications internationales • F. NOUVEL, W. GOURET, G. EL ZEIN, High Data Rate Network In Automotive Over Battery Power Lines, The 5e International Conference on ITS Telecommunications, Brest, France, Juin 2005 • W. GOURET, F.NOUVEL, G. EL ZEIN, Adaptation d’un système Courant Porteur en Ligne aux normes CEM automobile, 13e Colloque International sur la Compatibilité Électromagnétique (CEM’2006), St Malo, France, Avril 2006 • W. GOURET, F.NOUVEL, G. EL ZEIN, Additional Network Using Automotive Powerline Communication, The 6e International Conference on ITS Telecommunications, Chengdu, Chine, Juin 2006 • W. GOURET, F.NOUVEL, G. EL ZEIN, Direct Current Powerline Communication invehicle car networking, 2007 IEEE 65th Vehicular Technology Conference VTC2007-Spring, Dublin, Ireland, Avril 2007 • W. GOURET, F.NOUVEL, G. EL ZEIN, High Data Rate Network Using Automotive Powerline Communication, The 7e International Conference on ITS Telecommunications, Nice, France, Juin 2007 • W. GOURET, F.NOUVEL, G. EL ZEIN, Powerline Communication in-vehicle car networking, EMC Europe Workshop 2007, Paris, France, Juin 2007 • Communications nationales • W. GOURET, F.NOUVEL, G. EL ZEIN, Transmission Haut Débit par Courant Porteur en Ligne en Embarqué, 9e Edition des Journées Nationales du Réseau Doctoral en Microélectronique, Rennes, France, Mai 2006 • F.NOUVEL, W. GOURET, G. EL ZEIN, M. OLIVAS CARRION, M. LIENARD, P. DEGAUQUE, Sécurité et transmission haut débit dans les véhicules : apport des courants porteurs, Journées Thématiques Les Nouvelles Technologies dans la Cité (TIC-Cité), Rennes, France, Décembre 2004 Principales contributions Perspectives Production scientifique Conclusion Production scientifique
53. Wilfried Gouret – IETR-INSA 53 Merci pour votre attention Questions ???