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Architecture et fonctionnement des CPL

 

Architecture et fonctionnement des CPL

Architecture

La mise en œuvre d’une solution CPL en intérieur demande au niveau informatique comme configuration minimum un PC avec carte Ethernet ou une prise USB. Attention tout de même à la disponibilité des drivers (pour les modèles en USB) selon le système d’exploitation. Les boîtiers CPL se présentent en général avec un port Ethernet ou USB suivant le modèle choisi, et une connexion vers la prise électrique.

Principe de fonctionnement

Canal de transmission

Le support du réseau électrique n’a pas été étudié pour transporter des signaux Haute Fréquence (HF). Il faut donc prendre en compte les contraintes de ce support pour assurer une bonne transmission de ces signaux HF sans pour autant perturber les appareils environnants, ni les fréquences de la bande 1-30 Mhz par rayonnement, certaines fréquences de cette bande étant réservées à l’armée ou bien aux radios amateurs. Tout ceci doit enfin être étudié pour donner un débit suffisant à l’utilisateur en bout de ligne.

Tout le problème consiste ainsi à limiter la puissance de fonctionnement des courants porteurs tout en assurant un débit suffisant, et limiter les effets du bruit et de la distorsion sur la ligne. La solution : allier un traitement du signal le plus performant possible et effectuer un couplage optimal du réseau CPL au réseau électrique.
Il existe deux méthodes de couplage :

-  Couplage capacitif en parallèle sur le réseau électrique
-  Couplage inductif via un tors de ferrite.

En ce qui concerne les installations en intérieur (indoor), le couplage capacitif est fait par défaut lorsqu’on branche l’équipement CPL sur la prise électrique, le problème ne se pose donc que pour les installations en extérieur (outdoor), beaucoup plus complexes à réaliser.

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Fig. 1 Pour transporter les données entre deux ordinateurs, les réseaux CPL utilisent la partie la moins « bruyante » de l’installation électrique (en vert sur notre schéma), qui est aussi celle où circulent le moins d’électrons porteurs d’énergie (en rouge). Ceux-ci sont, en effet, concentrés à basse fréquence et voyagent de façon trop désordonnée pour pouvoir être utilisés comme support pour l’envoi de données

Technique de modulation des données

Tout l’enjeu des CPL est de « tenir » un débit avec un niveau d’émission faible, d’où une limitation de la puissance de fonctionnement des courants porteurs ou bien un traitement du signal le plus performant possible pour contourner cette contrainte de niveau d’émission.
Sur les solutions actuelles, deux types de modulation ressortent particulièrement : OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) et Spread Spectrum (ou modulation à étalement de spectre).

a- Modulation de type OFDM

La technique de transmission OFDM est basée sur l’émission simultanée sur n bandes de fréquence (situées entre 2 et 30 MHz) de N porteuses sur chaque bande. Le signal est réparti sur les porteuses. Il est émis à un niveau assez élevé pour pouvoir monter en débit, et injecté sur plusieurs fréquences à la fois. Si l’une d’elles est atténuée le signal passera quand même grâce à l’émission simultanée. Le spectre du signal OFDM présente une occupation optimale de la bande allouée grâce à l’orthogonalité des sous-porteuses.

Nb : Cette modulation a été choisie par le comité Homeplug, donc tous les équipements qui respectent la norme Homeplug sont en modulation OFDM. C’est notamment cette modulation qui est utilisée pour les transmissions sans fil WiFi (802.11a).

b- Modulation de type Spread Spectrum

Ce type de modulation consiste à « étaler » l’information sur une bande de fréquences beaucoup plus large que celle nécessaire, dans le but de combattre les signaux interférents et les distorsions liées à la propagation : le signal se confond avec le bruit. Le signal est codé au départ, un code est assigné à chacun des usagers afin de permettre le décodage à l’arrivée. L’étalement est assuré par un signal pseudo aléatoire appelé code d’étalement. A la réception le signal est perçu comme du bruit si le récepteur n’a pas le code. Le signal étant émis à un niveau plus faible que celui du bruit, le débit reste faible. La modulation avec étalement de spectre est ainsi optimisée pour lutter contre le bruit, dont elle limite mieux les effets.

Lorsqu’on fait le point des différentes solutions existantes à ce jour nous remarquons que les solutions qui utilisent l’étalement de spectre restent à bas débit, seules les solutions qui utilisent OFDM peuvent monter en débit.

Liaison des données

Toute solution CPL doit inclure une couche physique robuste mais également un protocole d’accès à la couche réseau efficace. Ce protocole contrôle le partage du média de transmission entre de nombreux clients, pendant que la couche physique spécifie la modulation, le codage et le format des paquets.

La méthode d’accès utilisée par les machines utilisant les courants porteurs en ligne est le CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance), c’est-à-dire la même méthode utilisée pour les réseaux sans fil Wi-Fi. Ce protocole utilise un mécanisme d’esquive de collision basé sur un principe d’accusé de réception réciproques entre l’émetteur et le récepteur :


Fig. 2

Explications :

La station voulant émettre écoute le réseau. Si le réseau est encombré, la transmission est différée. Dans le cas contraire, si le média est libre pendant un temps donné (appelé DIFS pour Distributed Inter Frame Space), alors la station peut émettre. La station transmet un message appelé Ready To Send (noté RTS signifiant prêt à émettre) contenant des informations sur le volume des données qu’elle souhaite émettre et sa vitesse de transmission. Le récepteur (généralement un point d’accès) répond un Clear To Send (CTS, signifiant Le champ est libre pour émettre), puis la station commence l’émission des données.

A réception de toutes les données émises par la station, le récepteur envoie un accusé de réception (ACK). Toutes les stations avoisinantes patientent alors pendant un temps qu’elle considère être celui nécessaire à la transmission du volume d’information à émettre à la vitesse annoncée.

sources : Oxance, commentcamarche

vendredi 30 janvier 2004 par rémi