Transmission haut-débit sur les réseaux d'énergie: principes physiques et compatibilité électromagnétique

Power Line Communications consist of transmitting data by reusing the existing powerline as a propagation medium. Powerline networks represent a challenging environment for broadband communications, since they have not been designed for the transmission of high frequency signals. This Habilitation degree thesis presents our research on transmission physics and electromagnetic compatibility for in-home powerline networks. This research has been conducted since 2007 in the framework of a collaboration between Orange Labs and Telecom Bretagne, involving my supervision of three Ph.D. theses defended in 2012, 2013 and 2015, as the principal advisor.La technologie Courant Porteur en Ligne consiste à transmettre des données en réutilisant le réseau électrique classique en tant que support de propagation. Les réseaux d'énergie sont des environnements difficiles pour les communications à haut débit, car ils n'ont pas été conçus pour la transmission d'un signal à haute fréquence. Ce mémoire d'Habilitation à Diriger des Recherches présente mes travaux concernant la physique de la transmission et les aspects de Compatibilité Electro-Magnétique (CEM) pour le réseau électrique domestique. Ils ont été réalisés à partir de 2007 dans le cadre d'une collaboration entre Orange Labs et Telecom Bretagne, notamment à travers trois thèses soutenues en 2012, 2013 et 2015. Après une introduction générale à la technologie CPL, le manuscrit décrit l'environnement de propagation dans les réseaux d'énergie en termes de canal et de bruit électromagnétique. Les principes de la modélisation du canal CPL sont illustrés à partir de la problématique d'identification des trajets de propagation. L'une des principales évolutions du domaine concerne l'application de la technologie Multiple Input Multiple Output (MIMO) aux communications sur réseaux d'énergie. Nos études expérimentales ont démontré que l'adaptation de cette technique issue du domaine de la radio permet un doublement de la capacité de transmission. Nous présentons les campagnes de mesure réalisées au sein d'Orange Labs et du groupe Specialist Task Force 410 de l'ETSI. A partir de ces données, des modèles statistiques de canal de propagation MIMO et de bruit multi-capteurs ont été élaborés. En termes d'émission électromagnétique, la bande utilisée par les systèmes CPL est déjà occupée par d'autres services (radio amateur, radiodiffusion en ondes courtes). Nous décrivons les contraintes CEM des systèmes CPL et abordons les techniques de CEM cognitive, consistant à optimiser les ressources spectrales en tenant compte de la connaissance de l'environnement du système. En particulier, la technique de retournement temporel est étudiée pour la mitigation du rayonnement involontaire et sa performance est étudiée de manière expérimentale. Enfin, le manuscrit présente la problématique de l'efficacité énergétique des systèmes CPL. Nous présentons les mesures expérimentales réalisées afin de modéliser la consommation de modems classiques et MIMO. D'autre part, la configuration de communication en relais a été étudiée, afin d'évaluer le gain de ce mode de transmission en termes de consommation énergétique. A l'avenir, ces travaux pourront être étendus aux réseaux de distribution en basse et moyenne tension, pour le développement et l'optimisation des réseaux d'énergie intelligents, ou Smart Grids

Performance of linear and non-linear precoders in G.fast ultra-broadband DSL networks

The new International Telecommunication Union Telecommunication G.fast standard for next-generation ultra-broadband digital subscriber line systems has stipulated mandatory use of vectoring for crosstalk mitigation. In this paper, we study the performance of downstream precoders in G.fast networks utilising the extended bandwidth up to 212 MHz. In particular, the issue of strong crosstalk encountered in practical copper cable bundles at high frequencies giving rise to channel matrices which are not row-wise diagonally dominant (RWDD) as predicted theoretically, as well as the ramification of deploying precoders designed based on the RWDD assumption in practical G.fast channels are studied. To serve these purposes, an enhanced stochastic far-end crosstalk (FEXT) model which provides distinct FEXT transfer functions with the dispersion range characterised experimentally whilst encompassing the dual-slope FEXT encountered in non-RWDD cables is used for evaluating the performance of precoders in diverse G.fast deployment scenarios. Furthermore, the performance sensitivity of precoders under realistic amount of channel estimation errors is investigated on a common framework, allowing a direct and fair comparison between linear and non-linear precoders. Results show that the nonlinear optimal precoder outperforms linear precoders in all channel conditions; however, the former is found to be slightly more sensitive to channel estimation errors on shorter loops. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd