SIMULATION OF CODE DIVISION MULTIPLE ACCESS FOR A LOCAL AREA NETWORK OVER POWERLINE Ademar Luiz Pastro, Eduardo Parente Ribeiro Universidade Federal do Paraná - UFPR

Sumário: Introdução Objetivo Configuração proposta Metodologia Resultados Conclusões

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 infraes-trutura adicional de cabeamento

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 Cdma foi bastante estudado desde a decada de 80, mas ofdm a partir de 90 tem sido a tecnologia mais utilizada (DS2, homeplug). Estado da arte: DS2 (45 Mbps -> 200Mbps) (pavlidou) Homeplug

Serviços da Concessionária de Distribuição de Energia Áreas de aplicação: Acesso à Internet Serviços da Concessionária de Distribuição de Energia Automação Residencial Automação Comercial Automação Industrial Telemedicao, controle do lado da demanda

Proposta de uma configuração que permita comunicação simultânea 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 Foco na comunicacao simultanea (ambiente da LAN). Exemplo micros, impressora, dvd player, cd player, geladeira)

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) Ambiente hostil da rede (incluindo multipercurso)

Espalhamento de Espectro: Taxa = 1000bps FS = 16000Hz N = 8

Espalhamento através da Seqüência Direta (PN) Tb t bt 1 -1 sinal binário: 1010 N·Tc t Tc PN 1 -1 seqüência PN: 1001110 t s 1 -1 sinal espalhado

Autocorrelação para uma sequência m: Rc(τ) τ -Tc 1 Tc -N·Tc N·Tc

Sequências Gold: Um conjunto de N + 2 Sequências Gold pode ser obtido a partir de 2 sequências m de comprimento N. mux 1 2 3 0/1 x y Seqüência Gold

Configuração proposta para a LAN: UE1 UEp-1 UE3 UE4 UEp UE2 UI1 UI3 UIb UIk-1 UIa UIk UI2 AT Rede Externa Rede Interna R C Fibra ótica Visao geral

Configuração proposta para a LAN: Rede Interna UI1 UIb Mensagem: a → b Rede Interna UI3 Comunicacao (peer to peer). Protocolo arp. Nao foi encontrada nenhuma publicacao que explicasse como usar os canais (codigos) (mecanismo de acesso). Esta e’ uma contribuicao deste trabalho. Porem o protocolo de acesso nao foi o foco, mas sim, inicialmente a capacidade teorica x com ruido experimental. Um modelo que poderia ser copiado seria o da telefonica celular. Mas a ERB é um ponto concetrador, implicaria num hardware especifico. UI2 UIk-1 UIa UIk

Configuração proposta para a LAN: Rede Interna UI1 UIb b recebe a mensagem Responde enviando seu código de Espalhamento Rede Interna Mensagem com código Comum Endereço Lógico de b Código Espalhamento de a UI3 UI2 UIk-1 UIa UIk

Canal exclusivo entre a e b Configuração proposta para a LAN: Rede Interna R UI1 UIb Rede Interna Canal exclusivo entre a e b UI3 UI2 UIk-1 UIa UIk

Configuração proposta para a LAN: Rede Interna UI1 UIb Rede Interna UI3 UI2 UIk-1 UIa UIk

Roteador entre as redes interna e externa 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

Topologia proposta para a LAN: Rede externa Fibra ótica AT C R Rede Externa UE1 UEp-1 UE4 UE3 UEp-1 UE2 R UEp Não comunicação entre duas unidades quaisquer Acesso à Internet é feito através do roteador Concentrador (ou roteador) envia mensagem utilizan-do código de espalhamento da unidade de destino Unidades enviam mensagem ao concentrador utili-zando código de espalhamento do concentrador

CDMA: Esquema . . . . . fc PN1 sn s1 rn m1 b1 bn PNn mn dn . . . . . Filtro Correlator dn Rede Elétrica bk PNk sk mk Modulador Demodul. Acoplamento

CDMA: Correlator / Autocorrelação pn1 pnN-2 pnN-1 pn0 r(t-Tc) Tc · · · + r(t) r(t-2Tc) r(t-(N-1)Tc) Rc N = 31

CDMA: Autocorrelação para N = 127

Geração do sinal binário Modelo utilizado: Geração do sinal binário Espalhamento do espectro Modulação (BPSK) Demodulação Recuperação do sinal Sinal binário Adição de ruído (AWGN/rede) b1 bn bk s1 sn sk m1 mk mn ms srs dn r

Validação: Teoria x Simulação

Resultados: Teoria x Simulação Formulacao teorica, extremamente aproximada (caso muito geral). Particular: squencia: gold utilizada. Lam, Tantarana,Theory and Applications of Spread Spectrum Systems”, IEEE, 1994

Resultados: Taxa de erro de bits

Resultados: Taxa de erro de bits

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. Numero de transmissoes simultaneas inferior ao numero de codigos (comprimento do codigo).

Limite de transmissões simultâneas Conclusões Limite de transmissões simultâneas N Teórica Observada 15 4 31 7 6 63 14 13 127 27 21 Ou seja, emboram existam N sequencias gold disponiveis, devido a IMA (MAI) apenas um numero reduzidos de transmissoes simultaneas pode ocorrer. taxa de erro de bit < 10-4