This diploma thesis analyzes the PLC communications in various scenarios. The first part of the thesis describes the principle of narrowband and broadband communication and the analysis of electrical lines. The next part describes the NS-3 framework, simulation scenarios for establishment the effect of branches and other parameters on the baud rate. The last part determines the minimum number of repeaters and their location on the extended topology.

Exponering av det lågfrekventa ELF (Extremely low frequency) magnetfältet som genereras vid dagens elnät är något som är relativt nytt för människokroppen och den ökar ständigt i och med den tekniska utvecklingen. Eftersom det inte finns ett klart svar på hur fältet påverkar kroppen så tillämpas försiktighet för att hålla exponeringsnivåerna nere och försäkra sig om att ingen skada sker. Med hjälp av tidigare forskning inom området och uppmätta värden från olika anläggningar samt överslagsberäkningar har ett verktyg i Excel tagits fram för att kunna uppskatta magnituden av magnetfältet. Verktyget innehåller information om styrkan på magnetfältet från transformatorer, ställverk, elcentraler, kraftledningar och kanalskenor. Användaren skriver in ett antal parametrar för att få utdata om hur starkt magnetfältet är på olika avstånd ifrån källan. Detta presenteras i form av en tabell och en graf för respektive utrustning. Eftersom magnetfält alstras beroende på strömmens riktning, påverkar själva geometrin i olika elanläggningar magnetfältets styrka. För att beräkna exakta värden krävs då avancerade simuleringsprogram. Med detta verktyg kan projektörer redan vid ett tidigt skede uppskatta magnetfältet. / The exposure of ELF (Extremely low frequency) magnetic field generated by today’s electrical power system, is something that is relatively new to the human body and it is constantly increasing as more technology is developed. As there is no clear answer on how the field actually affects the body, a measure of caution is applied to ensure that the exposure levels are kept down to make sure no harm is done. With the help of previous research in the field, measured values from different locations and approximate calculations, a tool was developed in Excel to estimate the magnitude of the magnetic fields. The tool provides information about the magnitude of magnetic fields from transformers, switchgears, switchboards, powerlines and busbars. The user enters a number of parameters and the tool provides output data with the magnitude of the magnetic field at different distances from the source. This is presented in the form of a table and a graph for each equipment. Since the magnetic field is generated depending on the currents direction, the actual geometry of the electrical system needs to be taken in consideration when calculating the exact magnetic field. This requires an advanced simulation software to be accurate. With this tool, designers have the opportunity to estimate the magnetic fields at an early stage of development.

Exponering av det lågfrekventa ELF (Extremely low frequency) magnetfältet som genereras vid dagens elnät är något som är relativt nytt för människokroppen och den ökar ständigt i och med den tekniska utvecklingen. Eftersom det inte finns ett klart svar på hur fältet påverkar kroppen så tillämpas försiktighet för att hålla exponeringsnivåerna nere och försäkra sig om att ingen skada sker. Med hjälp av tidigare forskning inom området och uppmätta värden från olika anläggningar samt överslagsberäkningar har ett verktyg i Excel tagits fram för att kunna uppskatta magnituden av magnetfältet. Verktyget innehåller information om styrkan på magnetfältet från transformatorer, ställverk, elcentraler, kraftledningar och kanalskenor. Användaren skriver in ett antal parametrar för att få utdata om hur starkt magnetfältet är på olika avstånd ifrån källan. Detta presenteras i form av en tabell och en graf för respektive utrustning. Eftersom magnetfält alstras beroende på strömmens riktning, påverkar själva geometrin i olika elanläggningar magnetfältets styrka. För att beräkna exakta värden krävs då avancerade simuleringsprogram. Med detta verktyg kan projektörer redan vid ett tidigt skede uppskatta magnetfältet. / The exposure of ELF (Extremely low frequency) magnetic field generated by today’s electrical power system, is something that is relatively new to the human body and it is constantly increasing as more technology is developed. As there is no clear answer on how the field actually affects the body, a measure of caution is applied to ensure that the exposure levels are kept down to make sure no harm is done. With the help of previous research in the field, measured values from different locations and approximate calculations, a tool was developed in Excel to estimate the magnitude of the magnetic fields. The tool provides information about the magnitude of magnetic fields from transformers, switchgears, switchboards, powerlines and busbars. The user enters a number of parameters and the tool provides output data with the magnitude of the magnetic field at different distances from the source. This is presented in the form of a table and a graph for each equipment. Since the magnetic field is generated depending on the currents direction, the actual geometry of the electrical system needs to be taken in consideration when calculating the exact magnetic field. This requires an advanced simulation software to be accurate. With this tool, designers have the opportunity to estimate the magnetic fields at an early stage of development.

Ce travail est une étude de caractérisation de différents composants du réseau basse tension (BT) français dans la bande de fréquence utilisée par les courants porteurs en ligne en bande étroite entre 9 kHz et 500 kHz. L’objectif est de permettre une compréhension approfondie de la propagation du signal CPL dans le réseau BT français. L’approche ascendante est choisie. Elle consiste en la caractérisation du réseau à partir de la caractérisation de chaque composant le constituant. Deux composants essentiels du réseau BT ont été caractérisés : les câbles d’énergie et les installations des clients. Dans la première partie, différentes technologies de câbles de distribution et de branchement ont été caractérisées expérimentalement. Deux modèles ont été choisis, un premier modèle dit ligne simple (LS) qui ne prend pas en compte le couplage et un deuxième modèle dit ligne couplée (LC) plus complet qui prend en compte le couplage inductif et capacitif entre les lignes de transmission des câbles. Dans la deuxième partie, on s’est intéressé à l’obtention des impédances d’entrée des installations des clients vues par le réseau BT. Ces impédances ont été obtenues à partir de la caractérisation du câble électrique domestique ainsi que celle de différents appareils domestiques parmi les plus présents dans les installations. Pour ces différentes caractérisations, trois méthodes expérimentales ont été conçues et mises au point. Une étude paramétrique a été réalisé pour évaluer l’influence des longueurs des câbles ainsi que les valeurs des impédances connectées aux extrémités des lignes de transmission de ces câbles sur l’atténuation, le couplage et l’impédance d’accès. / This work presents the characterization of different components of the French Low Voltage (LV) network in the frequency band used by the narrowband power line communication (PLC) between 9 kHz and 500 kHz. The aim of this work is to provide a deeper understanding of the propagation of the PLC signal in the French LV network. For this, the bottom-up approach is used. This approach consists in LV network characterization starting from the characterization of each component of this LV network. Two essential components of the LV network have been characterized: energy cables and customer installations. In the first part, different distribution and connection cable technologies have been experimentally characterized.Two models have been chosen: a first model called LS consisting on the characterization of cables without taking into account the coupling and a second one more complete called LC which, takes into account the inductive and capacitive coupling between the transmission lines of the cables. In the second part, the work focused on obtaining the input impedance of the customer installations seen by the LV network. These impedances were obtained from the characterization of the domestic electrical cable as well as various domestic appliances among the most present in the installations. Finally, the results of both parts allowed to make a parametric study of the influence of cable lengths and the impedance values connected to the ends of the transmission lines of these cables on attenuation, coupling and access impedances.

El món de les comunicacions per la xarxa elèctrica (CXE) pot ser dividit en tres grans tipus: CXE en baix voltatge (CXE-BV), en mig voltatge (CXE-MV) i en alt voltatge (CXE-AV). En aquests últims anys, les CXE-BV han atret una gran expectació, ja que les seves capacitats han fet d'aquesta tecnologia una bona opció com alternativa pel bucle local d'accés i pel desplegament de xarxes d'àrea local, focalitzades aquestes últimes en l'entorn domèstic. A més, les CXE-BV inclouen un conjunt d'aplicacions de baixa velocitat orientades a l'operador, com la lectura automàtica de comptadors (LAC), distribució de càrrega, facturació dinàmica, etc. Per altra banda, les CXE-MV i CXE-AV, històricament lligades a tasques de telecontrol i teleprotecció, s'estan començant a considerar com un canal de comunicacions eficient i fiable. El desenvolupament de sistemes digitals i els esforços d'estandardització estan fent d'aquests canals un medi atractiu per a que els operadors elèctrics ofereixin serveis de comunicacions, ja que no necessiten invertir en infraestructura perquè la xarxa elèctrica ja està desplegada.En aquesta Tesi s'introduiran i es comentaran les particularitats de les tres xarxes elèctriques, després, es mostraran al lector les solucions tecnològiques existents pels canals de BV basats en la norma Europea CENELEC així com pels canals d'AV, mostrant que els sistemes actuals de LAC ofereixen una diversitat freqüencial molt baixa i que els mòdems CXE-AV estan ancorats en estendards antiquats.Aquest treball es mou per les tres topologies de la xarxa, particularment, en aplicacions orientades a la banda CENELEC, en mesura i modelat de canal, i en mesura i disseny del nivell físic per sistemes CXE-BV, CXE-MV i CXE-AV respectivament. Els sistemes actuals que exploten la banda CENELEC ofereixen mecanismes d'explotació de la diversitat freqüencial del canal molt limitats o nuls, donant lloc a una baixa robustesa en front a interferències i soroll de fons acolorit. Aquest treball proposa un esquema de modulació multiportadora que, mantenint una complexitat baixa, ofereix unes altes prestacions permetent un bon nivell d'explotació de la selectivitat freqüencial. Per al que a CXE-MV respecta, aquesta Tesi desenvolupa un model de canal determinístic-estadístic pels anells urbans de distribució de potència i, finalment, en sistemes CXE-AV, aquest treball proposa, basat en mesures de canal i proves de camp, un nivell físic de banda ampla capaç de incrementar la velocitat de comunicació mentre manté una baixa densitat espectral de potència limitant així la interferència a altres sistemes.PARAULES CLAU: Power line communications (PLC), low voltage (LV), medium voltage (MV), high voltage (HV), automatic meter reading (AMR), orthogonal frequency division multiplexing (OFDM), multicarrier spread spectrum (MC-SS), communication system design, channel measurements, channel modeling, scattering parameters. / El mundo de las comunicaciones por la red eléctrica (CRE) puede ser dividido en tres grandes tipos: CRE en bajo voltaje (CRE-BV), en medio voltaje (CRE-MV) y en alto voltaje (CRE-AV). En estos últimos años, las CRE-BV han atraído una gran expectación, ya que sus capacidades han hecho de esta tecnología una buena opción como alternativa para el bucle local de acceso y para el despliegue de redes de área local, focalizadas estas últimas en el entorno doméstico. Además, las CRE-BV incluyen un conjunto de aplicaciones de baja velocidad orientadas al operador como la lectura automática de contadores (LAC), distribución de carga, facturación dinámica, etc. Por otro lado, las CRE-MV y CRE-AV, históricamente ligadas a tareas de telecontrol y teleprotección, se están empezando a considerar como un canal de comunicaciones eficiente y fiable. El desarrollo de sistemas digitales y los esfuerzos de estandarización están haciendo de estos canales un medio atractivo para que los operadores eléctricos ofrezcan servicios de comunicaciones, ya que no necesitan invertir en infraestructura porque la red eléctrica ya está desplegada.En esta Tesis se introducirán y se comentarán las particularidades de las tres redes eléctricas, luego, se mostrarán al lector las soluciones tecnológicas existentes para los canales de BV basados en la norma Europea CENELEC así como para los canales de AV, mostrando que los sistemas actuales de LAC ofrecen una diversidad frecuencial muy baja y que los módems CRE-AV están anclados en estándares anticuados.Este trabajo se mueve por las tres topologías de red, particularmente, en aplicaciones orientadas a la banda CENELEC, en medida y modelado de canal, y en medida y diseño del nivel físico para sistemas CRE-BV, CRE-MV y CRE-AV respectivamente. Los sistemas actuales que explotan la banda CENELEC ofrecen mecanismos de explotación de la diversidad frecuencial del canal muy limitados o nulos, dando lugar a una escasa robustez frente a interferencias y ruido de fondo coloreado. Este trabajo propone un esquema de modulación multiportadora que, manteniendo una complejidad baja, ofrece unas altas prestaciones permitiendo un buen nivel de explotación de la selectividad frecuencial. Por lo que a CRE-MV respecta, esta Tesis desarrolla un modelo de canal determinístico-estadístico para los anillos urbanos de distribución de potencia y, finalmente, en sistemas de CRE-AV, este trabajo propone, basado en medidas de canal y pruebas de campo, un nivel físico de banda ancha capaz de incrementar la velocidad de comunicación mientras mantiene una baja densidad espectral de potencia limitando así la interferencia a otros sistemas.PALABRAS CLAVE: Power line communications (PLC), low voltage (LV), medium voltage (MV), high voltage (HV), automatic meter reading (AMR), orthogonal frequency division multiplexing (OFDM), multicarrier spread spectrum (MC-SS), communication system design, channel measurements, channel modeling, scattering parameters. / The world of Power line communications (PLC) can be divided into three main types: low voltage PLC (LV-PLC), medium voltage PLC (MV-PLC) and high voltage PLC (HV-PLC). These last years, LV-PLC has attracted a great expectation since its wideband capabilities has made this technology a suitable choice for last-mile access and in-home communications. Moreover, LV-PLC also includes a utility oriented low frequency and low speed applications, such as automatic meter reading (AMR), load distribution, dynamic billing and so on. On the other hand, MV-PLC and HV-PLC, historically oriented to teleprotection and telecontrol tasks, are being considered as a reliable communication channel. The development of digital equipment and the standardization efforts are making those channels an attractive medium for electrical utilities telecommunications services, since the network, as well as in LV-PLC, is already deployed. In this PhD dissertation, the three different PLC topologies are reviewed and the different communications techniques in such channels exposed. Then, a deep technological review of existing AMR solutions for the European CENELEC band, as well as HV-PLC systems is given, showing that existing AMR systems deliver low frequency diversity and HV-PLC systems are anchored in old fashioned standards.This work walks around the three topologies, specifically, CENELEC band utility oriented applications, channel measurement and modeling and channel measurement and physical layer design, regarding LV-PLC, MV-PLC and HV-PLC respectively. Existing CENELEC compliant systems deliver low or none frequency diversity mechanisms, yielding in a low robustness against colored noise and interference. This work propose a multicarrier based physical layer approach that, while keeping the complexity low, delivers high performance allowing a great level of frequency diversity. Focusing on MV-PLC, a hybrid deterministic-statistical channel model for urban underground rings is developed and, finally, in HV-PLC systems, this work proposes, based on measurements and field tests, a wideband physical layer in order to increase data rate while keeping low both the power spectral density and possible interference to other systems.KEYWORDS: Power line communications (PLC), low voltage (LV), medium voltage (MV), high voltage (HV), automatic meter reading (AMR), orthogonal frequency division multiplexing (OFDM), multicarrier spread spectrum (MC-SS), communication system design, channel measurements, channel modeling, scattering parameters.

Un dels problemes més importants en la Compatibilitat Electromagnètica és el control de les interferències emeses i/o rebudes per un equip electrònic a través dels seus terminals d'alimentació monofàsica. Aquestes interferències es classifiquen en mode comú i mode diferencial. La manera més usual de mitigar-les és mitjançant la utilització de filtres de xarxa. Els mètodes actuals de disseny de filtres de xarxa tracten la mitigació d'aquest tipus d'interferències per separat: no tenen en compte que ambdós tipus de senyals (mode comú i diferencial) interaccionen entre sí i es transfereixen energia en qualsevol tipus d'asimetria originada pels equips electrònics o pels mateixos filtres. Aquest fet produeix freqüentment situacions inesperades: inefectivitat dels filtres de xarxa, aparició d'interferències en mode comú o diferencial inexplicables per la topologia dels circuits, selectivitat en freqüència del filtratge de les interferències, processos de radiació, etc. Aquest tipus de situacions poden ser analitzades i corregides a partir d'un anàlisi multimodal, que tingui en compte simultàniament el mode comú i el diferencial, i la seva interacció. El treball exposat aquí pretén:- Desenvolupar sistemes de mesura multimodal per a equips electrònics i filtres de xarxa. Aquests sistemes han de tenir en compte tant el mode comú, com el diferencial, com la seva interacció, i han de millorar les prestacions dels sistemes de mesura normatius actuals.- Trobar models equivalents des d'un punt de vista multimodal (tenint en compte simultàniament el mode comú, el diferencial i la seva interacció) tant d'equips electrònics com de filtres de xarxa.- Desenvolupar una metodologia de predicció de les interferències conduïdes que l'equip electrònic subministra a la xarxa elèctrica a través del filtre de xarxa al qual es troba connectat a partir dels models multimodals equivalents proposats per a ambdós dispositius.PARAULES CLAU: Compatibilitat electromagnètica, filtre de xarxa, equip electrònic, circuit equivalent, emissió conduïda, mode comú, mode diferencial, impedància d'entrada, paràmetres S. / Uno de los problemas más importantes en Compatibilidad Electromagnética es el control de las interferencias emitidas y/o recibidas por un equipo electrónico a través de sus terminales de alimentación monofásica. Estas interferencias se clasifican en modo común y modo diferencial. La manera más usual de mitigarlas es mediante el empleo de filtros de red. Los métodos actuales de diseño de filtros de red abordan la mitigación de este tipo de interferencias por separado: no tienen en cuenta que ambos tipos de señales (modo común y diferencial) interaccionan entre sí y se transfieren energía en cualquier tipo de asimetría originada por los equipos electrónicos o por los mismos filtros. Este hecho produce frecuentemente situaciones inesperadas: inefectividad de los filtros de red, aparición de interferencias en modo común o diferencial inexplicables por la topología de los circuitos, selectividad en frecuencia del filtrado de las interferencias, procesos de radiación, etc. Este tipo de situaciones pueden ser analizadas y corregidas a partir de un análisis multimodal, que tenga en cuenta simultáneamente el modo común y el diferencial, y su interacción. El trabajo aquí expuesto pretende:- Desarrollar sistemas de medida multimodal para equipos electrónicos y filtros de red. Dichos sistemas deben tener en cuenta tanto el modo común, como el diferencial, como su interacción, y deben mejorar las prestaciones de los sistemas de medida normativos actuales.- Hallar modelos equivalentes desde un punto de vista multimodal (teniendo en cuenta simultáneamente el modo común, el diferencial y su interacción) tanto de equipos electrónicos como de filtros de red.- Desarrollar una metodología de predicción de las interferencias conducidas que el equipo electrónico suministra a la red eléctrica a través del filtro de red al cual está conectado a partir de los modelos multimodales equivalentes propuestos para ambos dispositivos.PALABRAS CLAVE: Compatibilidad electromagnética, filtro de red, equipo electrónico, circuito equivalente, emisión conducida, modo común, modo diferencial, impedancia de entrada, parámetros S. / One of the most important problems in EMC is the control of the common and differential mode interferences emitted or received by an electronic device through its single phase power-line cable. These interferences are mitigated using power-line filters. The present power-line filter methodologies treat separately the mitigation of this kind of interferences: they do not take into account that both modes interact and exchange energy at any kind of asymmetry originated by the devices connected to the power-line, or by the power-line filters themselves. This fact leads to unexpected situations: power-line filter infectivity, appearance of common and differential mode interferences not accountable by the circuit topology, frequency selectivity of the interferences, radiation processes, etc. This kind of situations can be analyzed and corrected using multimodal analysis, which takes into account at the same time the common mode, the differential mode and their interaction. This project aims to:- Develop accurate multimodal measurement systems for both electronic devices and power-line network filters. They have to consider the common and differential modes, and their interaction, and have to improve the features of present normative measurement systems. - Derive equivalent models from a multimodal point of view (taking into account simultaneously the common mode, the differential mode and their interaction) for both electronic devices and power-line filters.- Develop a methodology for predicting the level of conducted emissions that an electronic device supplies to the power-line network through the power-line filter to which it is connected, using the equivalent multimodal models proposed for both devices.KEYWORDS: Electromagnetic compatibility, power-line filter, electronic device, equivalent circuit, conducted emissions, common mode, differential mode, input impedance, S parameters.

Les interferències de mode comú i diferencial que es propaguen en un cable de la xarxa elèctrica monofàsica s'acostumen a suprimir utilitzant els filtres de xarxa. Aquesta classe de filtres estan formats per xocs de mode comú, condensadors X i condensadors Y per a mitigar tant el mode comú com el mode diferencial. Tot i això, les metodologies actuals de disseny de filtres de xarxa presenten alguns inconvenients: els filtres es dissenyen per treballar en un entorn ideal amb impedàncies de 50 Ω i les atenuacions del mode comú i del mode diferencial s'analitzen de manera independent, sense considerar la conversió modal que es produeixen en les asimetries presents a la xarxa elèctrica, al dispositiu elèctric o al mateix filtre de xarxa. Aquests fets impliquen que les prediccions del comportament del filtre siguin inexactes i, conseqüentment, el filtre més adequat en una situació particular s'acaba majoritàriament escollint mitjançant la prova i error en llargues i costoses sessions de mesura. Per tal de millorar aquesta situació, aquest treball presenta:- Nous sistemes de mesura i caracterització per modelar completament el comportament dels filtres de xarxa, xarxa elèctrica i dispositius elèctrics. Amb aquesta finalitat, s'introdueix una nova metodologia de caracterització: la caracterització modal, que confina el mode comú i el mode diferencial en ports diferents, proporcionant així informació sobre la propagació de la interferència modal. Aquesta informació pot ser d'utilitat a l'hora de seleccionar el filtre de xarxa adient.- Una nova metodologia per a predir amb exactitud el nivell de les emissions conduïdes que un dispositiu elèctric introdueix a la xarxa elèctrica a través del filtre de xarxa. Aquesta metodologia està basada en les metodologies de caracterització presentades anteriorment. Caracteritzacions acurades permetran obtenir prediccions similars a les emissions conduïdes reals, evitant així llargues sessions de mesura.- Noves metodologies de disseny de filtres de xarxa per aconseguir implementacions òptimes i de baix cost. En una primera proposta, els components dels filtres de xarxa (condensadors i xocs) es caracteritzen modalment per trobar la combinació que obté el filtratge desitjat amb el mínim nombre de components. Aquesta metodologia és millorada posteriorment utilitzant filtres de xarxa asimètrics, obtenint així un filtratge òptim del mode comú i del mode diferencial.Tots els sistemes de mesura, així com les metodologies de caracterització, predicció i disseny, han estat provats amb èxit sobre equips reals. / Las interferencias de modo común y diferencial que se propagan en un cable de la red eléctrica monofásica se acostumbran a suprimir utilizando los filtros de red. Esta clase de filtros están formatos por choques de modo común, condensadores X y condensadores Y para mitigar tanto el modo común como el modo diferencial. Aún así, las metodologías actuales de diseño de filtros de red presentan algunos inconvenientes: los filtros se diseñan para trabajar en un entorno ideal con impedancias de 50 Ω y las atenuaciones del modo común y del modo diferencial se analizan de manera independiente, sin considerar la conversión modal que se producen en las asimetrías presentes en la red eléctrica, en el dispositivo eléctrico o en el mismo filtro de red. Estos hechos implican que las predicciones del comportamiento del filtro sean inexactas y, consecuentemente, el filtro más adecuado en una situación particular se acaba escogiendo mayoritariamente mediante la prueba y error en largas y costosas sesiones de medida. Para mejorar esta situación, este trabajo presenta:- Nuevos sistemas de medida y caracterización para modelar completamente el comportamiento de los filtros de red, red eléctrica y dispositivos eléctricos. Con este objetivo, se introduce una nueva metodología de caracterización: la caracterización modal, que confina el modo común y el modo diferencial en puertos diferentes, proporcionando así información sobre la propagación de la interferencia modal. Esta información puede ser de utilidad a la hora de seleccionar el filtro de red adecuado. - Una nueva metodología para predecir con exactitud el nivel de las emisiones conducidas que un dispositivo eléctrico introduce en la red eléctrica a través del filtro de red. Esta metodología está basada en las metodologías de caracterización presentadas anteriormente. Caracterizaciones precisas permitirán obtener predicciones similares a las emisiones conducidas reales, evitando así largas sesiones de medida. - Nuevas metodologías de diseño de filtros de red para conseguir implementaciones óptimas y de bajo coste. En una primera propuesta, los componentes de los filtros de red (condensadores y choques) se caracterizan modalmente para encontrar la combinación que obtiene el filtraje deseado con el mínimo número de componentes. Esta metodología es mejorada posteriormente utilizando filtros de red asimétricos, obteniendo así un filtraje óptimo del modo común y del modo diferencial. Todos los sistemas de medida, así como las metodologías de caracterización, predicción y diseño, han sido probados con éxito sobre equipos reales. / The common mode and differential mode interference propagated through the single-phase power-line cable is usually suppressed with power-line filters. This kind of filters is composed by common-mode chokes, X capacitors and Y capacitors to mitigate both the common mode and the differential mode. However, the present-day power-line filter design methodologies present some disadvantages: they are designed to be placed in an ideal 50-Ω system and the common mode and differential mode attenuations are analyzed independently, without considering the mode conversion that can be produced by asymmetries in the power-line filter, in the power-line network or in the electric device. These facts lead to inaccurate predictions of the power-line filter behavior and, consequently, the suitable filter is usually selected by trial and error in long and expensive measurement sessions. In order to improve this situation, this work presents:- New measurement systems and characterization methodologies to completely model the behavior of power-line filters, power-line networks and electric devices. To this end, a new characterization methodology is presented: the modal characterization, which confines the common mode and the differential mode into a different port and provides the information about the propagation of the modal interference, information that can be useful to select the suitable filter for its mitigation.- A new methodology to accurately predict the level of conducted emissions that an electric device supplies to the power-line network through its power-line filter, based on the measurement systems and characterization methodologies presented before. Accurate characterizations will allow predictions similar to the actual conducted emissions, avoiding long measurement sessions.- New design methodologies of power-line filters to achieve optimal and low cost implementations. In a first proposal, the components of the power-line filters are modally characterized to find, by computation, the combination that gets the desired filtering response with the minimum number of components. This methodology is further improved by using asymmetric power-line filters, obtaining an optimal mitigation of the common and differential mode.All measurement systems, as well as characterization, prediction and designing methodologies, have been successfully tested on actual devices.

Σκοπός της εργασίας είναι να μελετηθεί ο τρόπος, οι τεχνολογίες, οι υπηρεσίες και οι περιορισμοί οι οποίοι εμφανίζονται στην παροχή υπηρεσιών υγείας σε έκτακτα περιστατικά με τη χρήση τηλεματικής. Για την επικοινωνία των φορητών συσκευών παρακολούθησης των ασθενών με τους σταθμούς βάσης επιλέχθηκε το ασύρματο δίκτυο Wi-Fi για το οποιο μελετήθηκαν μια σειρά από παραμέτρους οι οποίες συμβάλουν είτε θετικά είτε αρνητικά κατά περίπτωση. Η παρακολούθηση και η αποστολή των κρίσιμων διοδυναμικών παραμέτρων ενός ασθενούς επιτεύχθηκε με τη χρήση φορητής/φορετής Βιοιατρικής ζώνης η οποία παρέχει τον εξοπλισμό ανίχνευσης και επεξεργασίας των σημάτων καθώς επίσης και τον εξοπλισμό ασύρματης δικτύωσης με το κέντρο παρακολούθησης. Σημαντικός τομέας της μελέτης αποτελεί η πρόταση για μεταφορά δεδομένων μέσα από ασύρματα δικτύα διανομής επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης και των γραμμών μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας μέσης τάσης. Το δεύτερο κομμάτι της εργασίας επικεντρώνεται στην παροχή υπηρεσιών βίντεο για ιατρικούς σκοπούς για την αντιμετώπιση προγραμματισμένων και έκτακτων περιστατικών. Εκεί αναλύονται οι τεχνικές συμπίεσης και επεξεργασίας της εικόνας και προτείνεται η χρήση του πρωτοκόλλου MPEG-4 για την αποδοτικότητα και την πιστότητα στην αναπαραγόμενη εικόνα. Η εργασία κλείνει με τη διεξαγωγή μιας πειραματικής διαδικασίας αναλύοντας τα χαρακτηριστικά της ποιότητας της εικόνας βίντεο από μια λαπαροσκοπική επέμβαση. Ο συνδυασμός όλων των παραπάνω οδηγεί στην κατασκευή ενός υβριδικού συστήματος τηλειατρικης το οποιο έχει τη δυνατότητα να αντιμετωπίσει έκτακτα ιατρικά περιστατικά σε αντίξοες συνθήκες. / The present thesis is a full analytical study for the implementation of technologies, the services and constrains that appears in the provision of medical emergency services with the use of a telematics network. The communication of the portable monitoring equipment with a medical station is accomplished through the wireless WiFi infrastructure. Critical biosignals wireless transmission is accomplished through a wearable biomedical belt that contains the sensory as well as the processing devices. One section of in this study proposes alternative network infrastructures to be used, in particular the Digital terrestrial TV network and the transmission of IP data over the power lines. The last section deals with the provisioning of a MPEG-4 medical video service. Critical parameters are the image and compression techniques that degrade the video picture quality. A video sample from a laparoscope’s surgery is analyzed that shows how various quality parameters affect the perceived picture quality in the decomposition section.

Le travail présenté dans cette thèse a pour objectif de proposer et d'évaluer les performances de différentes techniques de suppression de bruit impulsif de type asynchrone adaptées aux transmissions sur courants porteurs en lignes (CPL) indoor. En effet, outre les caractéristiques physiques spécifiques à ce type de canal de transmission, le bruit impulsif asynchrone reste la contrainte sévère qui pénalise les systèmes CPL en terme de QoS. Pour remédier aux dégradations dues aux bruits impulsifs asynchrones, les techniques dites de retransmission sont souvent très utilisées. Bien qu'elles soient efficaces, ces techniques de retransmission conduisent à une réduction de débit et à l’introduction de délais de traitement supplémentaires pouvant être critiques pour des applications temps réel. Par ailleurs, plusieurs solutions alternatives sont proposées dans la littérature pour minimiser l'impact du bruit impulsif sur les transmissions CPL. Cependant, le nombre de techniques, qui permettent d'obtenir un bon compromis entre capacité de correction et complexité d'implantation reste faible pour les systèmes CPL. Dans ce contexte, nous proposons dans un premier temps d'utiliser un filtre linéaire adaptatif : le filtre de Widrow, nommé aussi ADALINE (ADAptive LInear NEuron), que nous utilisons comme méthode de débruitage pour les systèmes CPL. Pour améliorer les performances du débruitage effectué à l'aide d'ADALINE, nous proposons d'utiliser un réseau de neurones (RN) non linéaire comme méthode de débruitage. Le réseau de neurones est un bon outil qui est une généralisation de la structure du filtre ADALINE. Dans un deuxième temps, pour améliorer les performances du débruitage par un réseau de neurones, nous proposons un procédé d'annulation du bruit impulsif constitué de deux algorithmes : EMD (Empirical Mode Decomposition) associé à un réseau de neurones de type perceptron multicouches. L'EMD effectue le prétraitement en décomposant le signal bruité en signaux moins complexes et donc plus facilement analysables. Après quoi le réseau de neurones effectue le débruitage. Enfin, nous proposons une méthode d'estimation du bruit impulsif utilisant la méthode GPOF (Generalized Pencil Of Function). L'efficacité des deux méthodes, EMD-RN et la technique utilisant l'algorithme GPOF, est évaluée en utilisant une chaîne de simulation de transmission numérique compatible avec le standard HPAV. / The aim of our thesis is to propose and to evaluate the performances of some asynchronous impulsive noise mitigation techniques for transmission over indoor power lines. Indeed, besides the particular physical properties that characterize this transmission channel type, asynchronous impulsive noise remains the difficult constraint to overcome on power lines communications (PLC). Usually, the impact of asynchronous impulsive disturbances over power lines is partly compensated by means of retransmission mechanisms. However, the main drawbacks of the use of retransmission solutions for impulsive noise mitigation are the bitrate loss and the induced time delays that may be prohibitive for real-time services. Although several other countering strategies are proposed in the literature, only very few of them have a good compromise between correction capability and implementing complexity for PLC systems. In this context, we proposed an adaptive linear filter, the Widrow filter, also known as ADALINE (Adaptive LInear neurons), as a denoising method for PLC systems. To improve the performance of the denoising method using ADALINE, we proposed to use a neural network (NN) as a nonlinear denoising method. The neural network is a good generalization of the ADALINE filter. In a second step, to improve the performances of denoising by NN, we proposed a combined denoising method based on EMD (Empirical Mode Decomposition) and MLPNN (Multi Layer Perceptron Neural Network). The noised signal is pre-processed by EMD which decomposes it into signals less complex and therefore more easily analyzed. Then the MLPNN denoises it. Finally, we proposed an asynchronous impulsive noise estimation method using the GPOF method (Generalized Pencil Of Function). The performances of the two methods, EMD-MLPNN and GPOF technique, are evaluated using a PLC transmission chain compatible with the HPAV standard.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-02-11T10:56:22Z No. of bitstreams: 1 juandavidvalenciapayan.pdf: 2769602 bytes, checksum: f450fbb83bbe8b4e5a8cdb7c9b4fa338 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-02-26T11:57:12Z (GMT) No. of bitstreams: 1 juandavidvalenciapayan.pdf: 2769602 bytes, checksum: f450fbb83bbe8b4e5a8cdb7c9b4fa338 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-26T11:57:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 juandavidvalenciapayan.pdf: 2769602 bytes, checksum: f450fbb83bbe8b4e5a8cdb7c9b4fa338 (MD5) Previous issue date: 2014-03-27 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Esta contribuição descreve uma caracterização estatística da rede de baixa tensão Brasileira residencial como meio de comunicação. As discussões são baseadas em canais estimados obtidos em uma campanha de medição realizada em quatro apartamentos diferentes, com tamanhos que variam de 50 até 90 metros quadrados. Os parâmetros considerados para esta análise são o Root Mean Square Delay Spread, o ganho médio do canal e a capacidade do canal. Para efeitos de comparação com a rede de potencia dos Estados Unidos, a banda de frequência utilizada foi de 1:705 até 30 MHz. A análise relatada mostra que o Root Mean Square Delay Spread e o ganho médio do canal não podem ser modelados como variáveis log-normal. Os resultados obtidos geram dúvidas em relação aos atuais encontrados na literatura, em que se afirma que tanto o Root Mean Square Delay Spread quanto o ganho médio do canal seguem uma distribuição log-normal. Foram medidos também a impedância de acesso e o ruído do canal de comunicação via rede elétrica. Além disso, os conceitos de cooperação para melhorar o desempenho dos sistemas de comunicação via rede elétrica foram analisados, mais especificamente na rede de baixa tensão Brasileira residencial. Para isso, foram analisados a performance dos protocolos de Amplify-and-Forward e Decode-and-Forward, em conjunto com as técnicas de combinação Equal-Gain Combining, Selection-Combining e Maximal-Ratio Combining. A análise sobre os dados medidos cobriram uma faixa de frequência de 1:705 a 100 MHz. Os dados medidos abordam quatro cenários para possíveis localizações do nó Relay. Os resultados obtidos mostram que o Amplify-and- Forward é de aplicabilidade limitada no contexto de comunicação via rede elétrica e o oposto é válido para o protocolo de Decode-and-Forward, principalmente se a probabilidade de erro de detecção de símbolos no nó Relay tende a zero. / This thesis outlines a statistical characterization of the Brazilian In-Home Low-Voltage Electric Power Grid as a communication medium. The discussions are based on estimated channels obtained in a measurement campaign carried out in four different apartments with sizes ranging from 50 up to 90 square meters. The parameters considered for this analysis are the Root Mean Square Delay Spread, the average channel gain, and the channel capacity. For the sake of comparison with the Electric Power Grid in United States, the frequency band ranging from 1:705 up to 30 MHz was set. The reported analysis shows that the Root Mean Square Delay Spread and the average channel gain cannot be modeled as log-normal variables, this cast doubt the current results found in the literature, in which is stated that both the Root Mean Square Delay Spread and the average channel gain follow a log-normal distribution. This was followed by the Power Line Communication access impedance and noise measurements in the In-Home Low-Voltage Electric Power Grid. Additionally, the suitability of cooperation concepts for improving the performance of Power Line Communication systems was analyzed, more specifically in the Brazilian In-Home Low-Voltage Electric Power Grid. For this purpose, the performance of the Amplify-and-Forward and Decode-and- Forward protocols, together with the Equal-Gain Combining, Selection Combining, and Maximal-Ratio Combining techniques were analyzed. The analysis was carried out on the measured data covering a frequency band from 1:705 up to 100 MHz. The measured data addresses four scenarios for possible relay node locations. The attained results show that the Amplify-and-Forward is of limited applicability in the Power Line Communication context and the opposite is valid to the Decode-and-Forward protocol, mainly if the error probability of detecting symbols at the relay node is zero.