Pour permettre l’accroissement de débit et de robustesse dans les futurs systèmes de communication sans fil, les processus itératifs sont de plus considérés dans les récepteurs. Cependant, l’adoption d’un traitement itératif pose des défis importants dans la conception du récepteur. Dans cette thèse, un récepteur itératif combinant les techniques de détection multi-antennes avec le décodage de canal est étudié. Trois aspects sont considérés dans un contexte MIMOOFDM: la convergence, la performance et la complexité du récepteur. Dans un premier temps, nous étudions les différents algorithmes de détection MIMO à décision dure et souple basés sur l’égalisation, le décodage sphérique, le décodage K-Best et l’annulation d’interférence. Un décodeur K-best de faible complexité (LC-K-Best) est proposé pour réduire la complexité sans dégradation significative des performances. Nous analysons ensuite la convergence de la combinaison de ces algorithmes de détection avec différentes techniques de codage de canal, notamment le décodeur turbo et le décodeur LDPC en utilisant le diagramme EXIT. En se basant sur cette analyse, un nouvel ordonnancement des itérations internes et externes nécessaires est proposé. Les performances du récepteur ainsi proposé sont évaluées dans différents modèles de canal LTE, et comparées avec différentes techniques de détection MIMO. Ensuite, la complexité des récepteurs itératifs avec différentes techniques de codage de canal est étudiée et comparée pour différents modulations et rendement de code. Les résultats de simulation montrent que les approches proposées offrent un bon compromis entre performance et complexité. D’un point de vue implémentation, la représentation en virgule fixe est généralement utilisée afin de réduire les coûts en termes de surface, de consommation d’énergie et de temps d’exécution. Nous présentons ainsi une représentation en virgule fixe du récepteur itératif proposé basé sur le décodeur LC K-Best. En outre, nous étudions l’impact de l’estimation de canal sur la performance du système. Finalement, le récepteur MIMOOFDM itératif est testé sur la plateforme matérielle WARP, validant le schéma proposé. / Recently, iterative processing has been widely considered to achieve near-capacity performance and reliable high data rate transmission, for future wireless communication systems. However, such an iterative processing poses significant challenges for efficient receiver design. In this thesis, iterative receiver combining multiple-input multiple-output (MIMO) detection with channel decoding is investigated for high data rate transmission. The convergence, the performance and the computational complexity of the iterative receiver for MIMO-OFDM system are considered. First, we review the most relevant hard-output and soft-output MIMO detection algorithms based on sphere decoding, K-Best decoding, and interference cancellation. Consequently, a low-complexity K-best (LCK- Best) based decoder is proposed in order to substantially reduce the computational complexity without significant performance degradation. We then analyze the convergence behaviors of combining these detection algorithms with various forward error correction codes, namely LTE turbo decoder and LDPC decoder with the help of Extrinsic Information Transfer (EXIT) charts. Based on this analysis, a new scheduling order of the required inner and outer iterations is suggested. The performance of the proposed receiver is evaluated in various LTE channel environments, and compared with other MIMO detection schemes. Secondly, the computational complexity of the iterative receiver with different channel coding techniques is evaluated and compared for different modulation orders and coding rates. Simulation results show that our proposed approaches achieve near optimal performance but more importantly it can substantially reduce the computational complexity of the system. From a practical point of view, fixed-point representation is usually used in order to reduce the hardware costs in terms of area, power consumption and execution time. Therefore, we present efficient fixed point arithmetic of the proposed iterative receiver based on LC-KBest decoder. Additionally, the impact of the channel estimation on the system performance is studied. The proposed iterative receiver is tested in a real-time environment using the MIMO WARP platform.

Standard IEC 61850-9-2 definuje přenos vzorkovaných měřených hodnot (sampled measured values, SMV) prostřednictvím sítě Ethernet a využití SMV získaných ze slučovacích jednotek nebo přístrojových transformátorů. Implementace IEC 61850-9-2 závisí na vlastnostech datového souboru, jakými jsou časová synchronizace, počet vzorků a časový interval. Dizertační práce je zaměřena na algoritmy chránění a analýzu vlivu standardu IEC61850-9-2LE na fyzická zařízení ochran s analogově/digitálními vstupními daty o proudu a napětí. S ohledem na narůstající míru interakce mezi fyzickými zařízeními a komunikačními prvky byl navržen test pro analýzu komunikace pro rozvodnu využívající konvenční metody (analogové vstupy) a metody digitální založené na standardu IEC 61850-9-2. Práce dále popisuje funkci slučovací jednotky využívající standard IEC61850-9-2LE. Navržená metoda definuje zdroj SMV a analyzuje přenos dat. V rámci práce byl za využití softwaru Matlab naprogramován algoritmus ochrany. Vytvořený model je schopen vyhodnotit vliv harmonického zkreslení na funkci digitálních ochran a vliv přesycení proudového transformátoru na distanční ochranu. V práci jsou zhodnoceny i možnosti zrychlení testování systémů chránění s využitím neuronové sítě. Závěrečná kapitola se zabývá aplikacemi v reálném čase, využívajícími data z rozvodny v blízkosti Vysokého učení technického v Brně. K přenosu dat z rozvodny do univerzitní laboratoře je zde využíváno SMV přenášených optickým kabelem o délce 16 km. Aplikace je vytvořena v programu Matlab a je schopna číst data z ethernetového portu, dekódovat je, převést z formátu ASCII do desítkové soustavy a poté vykreslit průběhy proudu a napětí. Mezi vlastnosti aplikace se řadí jednoduchost použití, schopnost implementace funkcí distanční ochrany, výpočet RMS hodnot proudu a napětí a harmonického zkreslení, harmonická analýza prostřednictvím rychlé Fourierovy transformace a výpočet impedance poruchové smyčky. Všechny výpočty běží v reálném čase a provedena je i citlivostní analýza modelu.

Time Sensitive Networking (TSN) defined in the IEEE 802.1 working group, is an important enabler for industrial Internet of things, specifically industry 4.0. 3GPP release 16 specifications includes the 5G system as a logical TSN bridge, thus promoting the integration of 5G technology with TSN. This combination provides wireless deterministic communication thus ensuring low, bounded delay and near-zero packet loss. In this thesis, we implement a 5G system in- tegration with TSN using a discrete event network simulator (NS-3). Further, we propose a simplified per egress port scheduling algorithm based on IEEE 802.1Q (scheduled traffic standard) running in the Centralized Network Con- troller (CNC). Average packet delay, average jitter, average throughput and the packet loss is measured for comparing the performance difference when our TSN scheduler is used versus when it is not. The designed system is tested by measuring it’s network impact in terms of average delay and packet loss. The 5GS logical bridge behavior is simulated by varying the 5G bridge de- lay dynamically. For every frame transmission in the queue, the processing delay of a particular bridge is varied with pre-defined set of values. Two sets of 5GS bridge delay variations are considered, i.e. between 1-10ms and 5- 10ms respectively. On calculating the network impact, we conclude that the overall impact on the network decreases as the variation range for the delay gets smaller. This proves that higher delay variations have a significant impact whereas smaller delay variations have a negligible impact on the network. For the latter case, the system delay is considerably stable and thus can be used for industrial applications in real-life TSN scenarios. / Tidskritiska nätverk (TSN) definierat i IEEE 802.1-arbetsgruppen, är en vik- tig faktor för det industriella Sakernas Internet, särskilt när det gäller Industri4.0. Specifikationer enligt 3GPP release 16 inkluderar 5G-system som en lo- gisk TSN-brygga, som främjar integrationen av 5G-teknik med TSN. 5G med TSN ger trådlös deterministisk kommunikation som säkerställer låg, begrän- sad fördröjning och nästan noll paketförlust. I denna rapport implementerar vi en 5G-systemintegration med TSN med hjälp av en diskret händelse simu- lator (NS-3). Dessutom föreslår vi en förenklad algoritm för schemaläggning av portar per utgång baserat på IEEE 802.1Q (Scheduled Traffic Standard) som körs i en centraliserad nätverks-controller (CNC). Genomsnittlig paket- fördröjning, genomsnittlig fördröjningsvariation, genomsnittlig genomström- ning och paketförlust mäts för att jämföra prestandaskillnaden när vår TSN- schemaläggare används jämfört med när den inte används. Det utformade sy- stemet testas genom att mäta nätverkets påverkan i termer av genomsnittlig fördröjning och paketförlust. 5GS logiska bryggbeteende simuleras genom att dynamiskt variera 5G-bryggfördröjningen. För varje bildöverföring varieras bryggans bearbetningsfördröjning med en fördefinierad uppsättning värden. Två fördefinierade uppsättningar av 5GS-fördröjningsvariationer beaktas som ligger mellan 1-10ms respektive 5-10ms. När vi beräknar nätverkspåverkan drar vi slutsatsen att den totala effekten på nätverket minskar när variationen i fördröjningen blir mindre. Detta visar att högre fördröjningsvariationer har en signifikant effekt medan mindre fördröjningsvariationer har en försumbar effekt. I det senare fallet är systemfördröjningen betydligt stabilare och kan användas för tillämpningar i verkliga TSN-scenarier.