Exposé du lauréat 2013 - Pascal PAGANI

11/12/2013
Auteurs :
OAI : oai:www.see.asso.fr:1150:5464
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Résumé

Exposé du lauréat 2013 - Pascal PAGANI

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Institut Mines-Télécom Communication haut débit sur les réseaux d’énergie Pascal Pagani Maître de Conférence - Telecom Bretagne Cérémonie des Grands Prix SEE 2013 Institut Mines-Télécom La technologie Courant Porteur en Ligne ■ Principe: utiliser le réseau électrique pour la transmission de données ■ Enjeux: permettre la communication très haut débit dans le réseau domestique, dans le respect de la compatibilité électromagnétique 09/12/20131 Cérémonie des Grands Prix SEE 2013 Unités(millions) 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 20132005 Source: iSuppli Wired Communications Q4’08 0 50 100 150 200 Liveplug WiFi Extender LivePlug HD+ Liveplug HD Evolution du marché mondial Produits Orange WiFi Extender HD Institut Mines-Télécom ■ Le développement de système performants nécessite une bonne connaissance de la physique de la transmission ■ Projet FUI Techim@ges • Etude du canal et du bruit jusqu’à 30 MHz ■ Projet FP7 OMEGA • Montée en débit vers 1 Gbps • Extension de la bande jusqu’à 100 MHz • Etude du rayonnement électromagnétique 09/12/20132 Cérémonie des Grands Prix SEE 2013 Un milieu de transmission difficile 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 Fréquence (MHz) Amplitude(dB) Fonction de transfert du canal PLC Techim@gesTableau de répartition Compteur PE Ph N Institut Mines-Télécom ■ Multiple-Input Multiple-Output, analogie aux systèmes sans fils multi-capteurs ■ 2008-2011: Expérimentation CPL MIMO jusqu’à 100 MHz (thèse R. Hashmat) ■ Démonstration du gain en capacité: x 2 ! ■ Modèles de canal et de bruit 09/12/20133 Cérémonie des Grands Prix SEE 2013 Augmenter le débit: le CPL MIMO … précisément jusqu’à 2 simultanés en émission (loi de Kirchhoff) … et jusqu’à 4 en réception (mode commun) Terre PhaseNeutre           3,32,31,3 3,22,21,2 3,12,11,1 hhh hhh hhh 1 2 3 Terre PhaseNeutre 1 2 3 4 Tx Rx ■ L’utilisation du fil de terre permet plusieurs modes d’émission et de réception Institut Mines-Télécom ■ 2010-2012: Expertise auprès de l’ETSI Specialist Task Force 410 • Caractérisation expérimentale du canal de propagation, du bruit électromagnétique, et du rayonnement involontaire • 6 pays d’Europe (France, Allemagne, Belgique, UK, Espagne, Suisse) • Résultats publiés dans ETSI TR 101 562 • Affinement de la modélisation ■ CPL MIMO et normalisation • Contribution technique dans le groupe de spécification HomePlug TWG • La technologie CPL MIMO est aujourd’hui adoptée dans les standards ITU-T G.9963 et HomePlug AV2 09/12/20134 Cérémonie des Grands Prix SEE 2013 CPL MIMO: de l’expérimentation aux standards PLT G.9963 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -160 -155 -150 -145 -140 -135 -130 -125 -120 -115 -110 Frequency (MHz) Band 1, median noise Level(Resolutionof122.0kHz)convertedtoPSDindBm/Hz P E N CM Institut Mines-Télécom09/12/20135 Cérémonie des Grands Prix SEE 2013 ■ Le CPL génère un rayonnement source d’interférence CEM avec d’autres systèmes • La densité spectrale de puissance injectée sur le réseau est limitée par un masque d’émission • Problème: la puissance du signal transmis dépend de l’impédance du réseau d’énergie (>10% d’énergie perdue dans 80% des cas) ■ Solution proposée (thèse G. Avril) • Mesure de l’impédance locale du réseau • Optimisation du niveau de signal injecté pour compenser la désadaptation d’impédance ■ Résultats • 30% d’augmentation de débit pour les canaux typiques (jusqu’à 100% pour les canaux difficiles) • Augmentation significative de la couverture • Innovation implémentée dans l’industrie et spécifiée dans la norme HomePlug AV2 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 S11 (dB) CDFofS11 Optimiser le niveau d’émission Institut Mines-Télécom ■ Objectif: focaliser l’énergie transmise autour du récepteur et minimiser les émissions rayonnées ■ Application de la technique du retournement temporel (thèse A. Mescco) ■ Pré-filtrage du signal, initialement développé dans le domaine sans-fil 09/12/20136 Cérémonie des Grands Prix SEE 2013 Réduire le rayonnement involontaire Tx Rx r0 r2 r1 r3 h(τ,r0) ⊗ h(-τ,r0)h(-τ,r0) h(τ,r3) ⊗ h(-τ,r0) h(τ,r1) ⊗ h(-τ,r0) h(τ,r2) ⊗ h(-τ,r0) Institut Mines-Télécom09/12/20137 Cérémonie des Grands Prix SEE 2013 Réduire le rayonnement involontaire ■ Résultats d’expérimentation: une réduction effective du rayonnement involontaire jusqu’à 10 dB Fonction de transfert canal Champ rayonné 0 2 4 6 8 10 12 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Reduction of total average power density + Gain of channel( dBW/m2 ) CDF Statistique de la réduction de puissance totale rayonnée Institut Mines-Télécom ■ Les communications sur les réseaux d’énergie: un domaine au carrefour de l’électricité et de l’électronique ■ Un formidable terrain d’expérimentation pour la recherche appliquée! ■ L’analogie du domaine filaire et du domaine de la radioélectricité: une source d’innovation et de progrès ■ Les axes de recherche pour les années à venir: ■ Smart Grid: transmission extérieure à longue distance, pour la gestion et le contrôle du réseau d’énergie ■ Amélioration de l’efficacité énergétique des systèmes de communication filaire (projet FUI GREENCoMM) 09/12/20138 Cérémonie des Grands Prix SEE 2013 Bilan et perspectives Institut Mines-Télécom Collaborations industrielles et académiques 09/12/20139 Cérémonie des Grands Prix SEE 2013 RURU PLTG.hnNormalisation Projets collaboratifs Techim@ges Institut Mines-Télécom Remerciements ■ Aux équipes d’Orange Labs chargées du développement des communications sur réseaux d’énergie ■ À mes collègues, ingénieurs, techniciens, doctorants ayant participé à ces études, tout particulièrement R. Hashmat, G. Avril, A. Mescco, M. Tlich ■ A l’ETSI et aux membres de la Specialist Task Force 410 ■ Aux partenaires des projets collaboratifs Techim@ges et OMEGA 09/12/201310 Cérémonie des Grands Prix SEE 2013