WO2005071860A2

WO2005071860A2 - Procede et systeme d’interface d’un equipement a courants porteurs de ligne electrique et d’un appareil

Info

Publication number: WO2005071860A2
Application number: PCT/FR2005/050008
Authority: WO
Inventors: Thierry Fernandez
Original assignee: Laboratoire Europeen Adsl
Priority date: 2004-01-06
Filing date: 2005-01-06
Publication date: 2005-08-04
Also published as: EP1721393A2; DE05717655T1; FR2864868A1; FR2864868B1; WO2005071860A3

Abstract

Une installation de distribution de signaux numérique comporte un premier coupleur à relier d'une part à un équipement émetteur-récepteur de données numériques et d'autre part à une ligne de distribution d'énergie électrique, et un deuxième coupleur à relier d'une part à un deuxième équipement émetteur-récepteur de données numériques et d'autre part à la ligne de distribution d'énergie électrique. On perfectionne ce montage en lui adjoignant une ligne auxiliaire de distribution d'énergie électrique, et un circuit de filtrage interposé entre la ligne de distribution d'énergie électrique et la ligne auxiliaire de distribution d’énergie électrique.

Description

Installation de distribution de signaux numériques par courants porteurs

La présente invention a pour objet une installation de distribution de signaux numériques par courants porteurs. Les signaux véhiculés sont des signaux modulés dans des bandes de fréquence bien plus hautes qu'une fréquence d'un signal de puissance distribué sur un réseau d'alimentation électrique, typiquement un réseau d'alimentation électrique domestique, en 220 ou 110 volts alternatifs, à 50 Hz ou 60Hz. Ces signaux peuvent aussi, mais pas seulement, être des signaux reçus au préalable à partir une ligne téléphonique et transmis selon une technique de type ADSL, Asynchronous Digital Subscriber Line, ligne d'abonné de transmission numérique asynchrone, ou plus généralement XDSL pour correspondre à toutes les variantes de ce type de transmission. Plus généralement, l'invention se rapporte aux signaux numériques de tous types transmis par courants porteurs, et dont la caractéristique principale est que leur fréquence de porteuse de modulation est comprise entre 100 KHz environ (limite haute des signaux de téléphonie de type ISDN ou POTS) et 40MHz environ (une limite au delà de laquelle les signaux par courant porteurs ne se propagent plus suffisamment). _r,La technique de transmission par courants porteurs correspond d'une part à un besoin, celui de transmettre des informations numériques à haut débit et d'autre part à une utilisation des infrastructures existantes. Des liaisons électriques sont en effet déjà bien distribuées partout dans les habitations ou les lieux de travail. Il a été imaginé de réaliser des installations nouvelles de distribution de signaux numériques provenant d'un organe émetteur de tels signaux. Un tel organe émetteur est typiquement un serveur de données (un microordinateur), voire une arrivée d'une ligne ADSL ou autre. Ces installations nouvelles comportent un circuit de couplage des signaux transmis par l'organe émetteur de signaux à un réseau électrique local. Le réseau électrique local est celui d'une maison par exemple. La transmission se réalise alors par courants porteurs. En tous autres endroits du réseau où est située une prise de courant électrique, il est alors possible d'installer un organe d'exploitation de signaux numériques, typiquement un micro- ordinateur. En définitive, une telle installation revient à disposer un coupleur en amont, typiquement près de l'organe émetteur. Puis en tous autres endroits des locaux il est possible d'installer un autre équipement de couplage pour jouir de la distribution dans la totalité de l'installation. Bien entendu, la transmission est bidirectionnelle, les caractéristiques amont et aval pouvant être interverties. Dans la pratique, on s'est rendu compte toutefois que ce type d'installation ne fonctionnait pas aussi efficacement qu'on le souhaitait. En effet, on a effectué des tests avec des organes récepteurs raccordés à un coupleur aval alors que par ailleurs un autre coupleur amont, distant, prélevait des signaux numériques dans un organe émetteur et les injectait sur une ligne de distribution électrique. Ces tests ont montré que l'installation fonctionnait bien. Par contre, lorsqu'on veut exploiter les signaux produits dans un micro-ordinateur dont les périphériques (imprimante, modem, lecteur de carte à puce, ...) sont branchés sur le réseau, des problèmes apparaissent. Ces problèmes se manifestent sous la forme d'un taux d'erreur bit nettement accru par rapport à une utilisation à vide. En conséquence le problème principal à résoudre par la présente invention est celui de rendre réel une solution qui théoriquement est possible. Dans l'invention on s'est rendu compte alors que tous les équipements électroniques utilisés et connectés sur le réseau à proximité du coupleur possédaient un circuit d'alimentation électrique capable de transformer un signal électrique secteur, typiquement de 220 volts alternatifs (en quelques endroits 110 volts alternatifs) en une gamme de tensions continues, étagées entre trois et douze volts. On s'est rendu compte dans l'invention que ces signaux se comportaient comme des charges capacitives placées en parallèle sur la ligne de distribution d'énergie. Pour les très basses fréquences utilisées pour la distribution d'énergie (typiquement 50 ou 60 Hz), l'influence de cette charge capacitive est négligeablee. Dans les gammes utilisées par les transmissions par courants porteurs, entre 100 KHz et 40 MHz, ces circuits d'alimentation se comportent par contre comme des courts circuits. En conséquence, on comprend les raisons pour lesquelles les transmissions dans ces gammes de fréquences ne sont pas du tout efficaces. Le signal disponible à l'entrée ou à la sortie des coupleurs est amorti. Dans l'invention, pour résoudre alors ce problème, on a prévu de munir le coupleur d'une alimentation en énergie électrique de puissance pour alimenter des équipements exploitant la transmission par courants porteurs. Cette alimentation en énergie électrique de puissance comporte un circuit de filtrage interposé entre les circuits d'alimentation électrique des organes exploitant les signaux et la ligne principale de distribution électrique dans les locaux. En pratique, on constitue une ligne auxiliaire de distribution électrique située de l'autre coté de ce circuit de filtrage par rapport à la ligne principale de distribution électrique. II en résulte que les appareils exploitant les signaux transmis par courants porteurs ne viennent plus former des courts circuits, dans les gammes de fréquence de ces signaux, sur la ligne de distribution électrique principale. Le circuit de couplage par courants porteurs, étant situé en amont de ce circuit de filtrage, fonctionne donc correctement. En ce qui concerne les autres équipements installés par ailleurs dans les mêmes locaux, on a constaté que, sous réserve qu'ils soient assez éloignés d'une prise de courant ainsi équipée du circuit de filtrage, les courts circuits que leur circuit d'alimentation pourrait rapporter ne sont pas aussi gênants que celui qu'on a neutralisé. En effet, même si un équipement de ce type est branché en un autre endroit dans les mêmes locaux, et même s'il rapporte en théorie dans les gammes de fréquences concernées une faible impédance à l'endroit de sa propre connexion sur la ligne de distribution électrique, cette faible impédance est vue, du circuit de couplage, comme l'impédance caractéristique de ligne, ou comme une fraction non négligeable de cette impédance caractéristique. Cette fraction d'impédance caractéristique est alors bien entendu différente de zéro. Pour les fréquences utilisées, la longueur d'onde est au minimum de 7 mètres (à 40 MHz). Compte tenu de la nature des diverses réflexions de propagation qui se produisent dans différentes extrémités des réseaux de distributions électriques, de tels courts circuits distants ne sont pas rapportés à l'endroit du prélèvement par le coupleur des signaux transmis. En conséquence l'invention a pour objet une installation de distribution de signaux numérique par courant porteur dans une gamme de fréquence comprise entre 100kHz et 40MHz comportant - un premier coupleur à relier d'une part à un premier organe émetteur récepteur de signaux numériques et d'autre part à une ligne de distribution d'énergie électrique, - un deuxième coupleur à relier d'une part à un deuxième organe émetteur récepteur et d'autre part à la ligne de distribution d'énergie électrique, caractérisée en ce qu'elle comporte - au moins une ligne auxiliaire de distribution d'énergie électrique pour alimenter le premier ou le deuxième organe émetteur récepteur, et - un circuit de filtrage interposé entre la ligne de distribution d'énergie électrique et la ligne auxiliaire de distribution d'énergie électrique, - un moyen pour que des périphériques de l'organe émetteur récepteur alimenté par la ligne auxiliaire soient eux aussi alimentés par la ligne auxiliaire. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagne. Celles-ci ne sont présentées qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. La figure 1 unique montre : - figure 1 : la représentation d'une installation de distribution de signaux numériques selon l'invention. La figure 1 montre une installation de distribution de signaux numériques selon l'invention. Cette installation est destinée à transmettre des signaux numériques provenant d'un premier organe émetteur récepteur, par exemple un micro-ordinateur M. Ce dernier émet ou reçoit des signaux modulés en bande de base entre 100kHz et 40 MHz, ou dont la porteuse de modulation est comprise dans cette gamme de fréquence. En variante, les signaux numériques sont reçus par une ligne téléphonique 1 reliée par ailleurs à un central téléphonique distant 2 de type public et situé par exemple à un ou deux kilomètres des locaux dans lesquels l'installation est installée. Ces signaux sont destinés à un équipement 3, deuxième organe émetteur récepteur, comportant des circuits d'exploitation de signaux produits par le premier organe M ou véhiculés par la ligne 1. L'installation est destinée à être connectée à une ligne 4 de distribution d'énergie électrique à l'intérieur des locaux, un domicile d'un particulier ou des locaux de bureaux d'une entreprise, voire ceux d'une usine. La ligne 4 comporte de nombreuses ramifications, ici non représentées, et sur chacune de ces ramifications des prises électriques telles que 5 à 10. Certaines prises, telles que 5 à 7, ne sont pas utilisées par des équipements. D'autres, telles que 8 et 9 sont utilisées par des équipements de tous types tels que 11 et 12. Ces équipements peuvent être une installation de télévision, une centrale d'alarme, un four à micro-ondes, un chauffage électrique et ainsi de suite. Pour certains de ces équipements, en particulier lorsqu'ils sont de type électronique, ils nécessitent la présence d'un circuit 13 d'alimentation électrique relié à la ligne 4 par l'intermédiaire d'un circuit de connexion. Le schéma équivalant 14 de cet ensemble comporte un condensateur d'entrée 15, en parallèle avec les deux branches 16 et 17 de la ligne 4 et deux inductances 18 et 19 en série avec chacune de ces branches. Comme indiqué précédemment, le fonctionnement de ce circuit 13 est tel que, à 50 Hz ou 60 Hz, il se comporte comme une impédance pure, non réactive. Par contre, en hautes fréquences, seul le condensateur 15 est vu, et on peut considérer qu'à l'endroit d'une prise de courant 8 concernée, un court circuit peut être rapporté. L'installation de l'invention comporte selon ce qui a été indiqué précédemment, à proximité du premier organe M ou à proximité d'une arrivée 20 de la ligne 1 et d'une prise 5 connectée à la ligne 4, un coupleur

^21 relié d'une part à l'organe M et ou à la ligne 1 et d'autre, art à la ligne 4. En pratique, compte tenu de ce que la ligne téléphonique 1 servira également pour des transmissions de signaux téléphoniques classiques, analogiques ou numériques, un circuit séparateur 22 sera installé entre la ligne 1 , un conjoncteur 20, et le circuit de couplage 21. Ce séparateur 22 comporte d'une manière classique un premier filtre passe-bas 23 relié en entrée à la ligne 1 et en sortie à une installation téléphonique 24, ici schématiquement représentée. Le séparateur 22 comporte également un filtre passe-haut 25 relié en entrée à la ligne 1 et en sortie au coupleur 21. Le coupleur 21 est un coupleur de type classique, comportant dans son principe un enroulement primaire 26 et un enroulement secondaire 27 d'un transformateur, ainsi que de préférence un certain nombre de composant tels que des condensateurs 28 et 29 permettant une meilleure adaptation en fréquence du couplage. Les installations connues comportent par ailleurs un deuxième coupleur 30, du même type que le coupleur 21 , et connecté d'une part à la ligne 4 sur une prise 10, et d'autre part à un modem par courants porteurs 31. Le modem 31 peut comporter en interne une sélection automatique pour différencier (en les reconnaissant automatiquement) des signaux numériques transmis par un protocole par courants porteurs, ou transmis selon un autre protocole correspondant à des signaux ADSL, et les traiter en conséquence, au cas où l'organe M et la ligne 1 seraient couplés ensemble à la ligne 4. L'organe 3 d'exploitation des signaux numériques comporte dans un exemple un micro-ordinateur 33 avec son clavier (non représenté), un écran de visualisation 34 et divers périphériques telle qu'une imprimante (non représentée) ou une console de connexion 35 d'un assistant personnel 36 à mettre en relation avec l'ordinateur 33. On notera que le modem 31 doit lui- même être alimenté. Compte tenu de la présence d'autres équipements, de type magnétophone, chargeur de téléphone portable, radio réveil etc., Il est possible que, dans l'environnement proche du circuit 30, se trouve ainsi un nombre important de prises de courant électrique telles que 37 à 41 reliées toutes à un circuit d'alimentation du même type que celle 13 de l'appareil 11. Tous les circuits de l'organe 3 sont par ailleurs mis en relation entre eux par des connexions de transmissions de données telles que 42 à 44. La proximité impliquée ci-dessus est une proximité de l'ordre de un à deux mètres. Pour éviter que les alimentations des appareils 31 , 33, 34, 35 et autres ne forment un court circuit fatal pour la transmission des signaux numériques sur la ligne 4, dans l'invention on prévoit de mettre en place un circuit de filtrage 45 en position intermédiaire entre la ligne 4 de distribution principale d'énergie électrique et une ligne auxiliaire 46 de distribution d'énergie électrique. Les prises de courant 37 à 41 sont alors montées sur la ligne auxiliaire 46. En variante, un boîtier qui comporte une prise mâle pour se connecter à la prise 10 et une prise femelle 37 comporte sur sa face avant une indication d'avoir à y raccorder une multiprise qui, elle, comporterait toutes les prises 37 ou 38 à 41. Au besoin une telle indication peut être fournie dans un manuel d'utilisation livré avec le boîtier. Le circuit filtrage 45 est très simple. Dans son principe il comporte au moins une inductance telle que 47 montée sur au moins une des branches raccordant un brin de la ligne 4 à un brin de la ligne 46. De préférence il comportera une autre inductance 48 montée sur l'autre branche reliant le deuxième brin de la ligne 4 au deuxième brin de la ligne 46. Si au lieu d'une ligne 4 monophasée on a affaire à une ligne triphasée, le montage serait de même type. Il aurait tout simplement, notamment pour des raisons d'équilibre, trois inductances en série montées sur chacun des brins raccordés aux brins de la ligne 4. Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant. En basse fréquence, notamment à 50 Hz et 60Hz, les inductances 47 et 48 sont vues comme des courts circuits. Elles ne gênent en rien la transmission des ondes électriques de puissance, d'autant que la consommation électrique des appareils électronique est relativement faible, de 10 à 100 watts. Il en résulte que les équipements 31 , 33, 34 et 35 sont alimentés normalement. Par contre, en haute fréquence, les inductances 47 et 48 sont vues comme des impédances de grandes valeurs. En conséquence, le schéma équivalant résultant de la présence de ces impédances 47 et 48 en série avec l'un quelconque des condensateurs 15 d'entré des alimentations des appareils 31 , 33, 34 et 35 est vu, de la ligne 4, comme une impédance haute, malgré la présence des courts circuits 15. Il résulte de cette situation que, sur la ligne 4, les signaux de type numériques modulés ne sont pas amortis par les circuits d'alimentation des organes de rinstallafιp.n 3. Ces signaux numériques modulés sont donc normalement prélevés sur la ligne principale 4 par le coupleur 30. Ils sont aussi normalement transmis au modem 31 qui les exploite et les transmet par sa connexion 42 au micro-ordinateur 33. Sur le plan pratique, pour faciliter l'utilisation, on prévoit de rassembler le coupleur 30, le circuit de filtrage 45, et la ligne auxiliaire 46 avec ses (éventuelles) prises multiples de courant 37 à 41 , dans un seul boîtier 49. Un tel boîtier 49, qui se présente alors comme une multiprise de type classique comporte les prises 37 à 41 , normalement de type femelle, en parallèle sur la ligne 46, ainsi qu'une prise mâle pour pouvoir s'enficher dans la prise femelle 10 montée sur la ligne 4. Les prises de courants 37 à 41 sont normalisées selon des formats régionalement acceptés. Par ailleurs le boîtier 49 comporte un port 50, en particulier de type RJ 11 , pour se connecter au modem 31. Il est toutefois possible de prévoir l'équipement différemment, notamment de prévoir le circuit de filtrage 45, la ligne auxiliaire 46 et les prises de courant 37 à 41 dans un même boîtier alors que le coupleur 30 serait dans un autre boîtier. Il est également possible d'associer seulement dans un même boîtier le coupleur 30 et le circuit de filtrage 45, ou le coupleur 30 et la ligne 46. De manière à assurer un fonctionnement optimal du circuit de filtrage

45, celui-ci est accordé, autant que faire se peut, en tenant compte des valeurs de capacité des condensateurs 15 mis en parallèle avec lui. Dans la pratique, une valeur typique de capacité des condensateurs d'entrée 15 est de l'ordre de 50 nF. En supposant la présence de quatre équipements, la capacité rapportée aux bornes des inductances 47 et 48 est de l'ordre de 200 nF. On accorde alors le circuit oscillant ainsi 'constitué par les inductances et la capacité rapportée pour que sa fréquence de résonance soit très inférieure aux fréquences d'utilisation des signaux numériques. Par exemple, puisque les signaux numériques sont exploitables au-delà de 100 KHz, on s'arrange pour que la fréquence d'accord soit de l'ordre de 3 KHz. Ceci conduit à des valeurs des inductances 47 et 48 comprises entre 200% et 25% de 4 mH chacune. Il est ainsi constitué un circuit oscillant du fait de cet accord. De préférence, on munit alors chaque inductance 47 et 48 d'une résistance en parallèle respectivement 51 et 52 pour éviter que le circuit oscillant ne possède un coefficient de surtension trop élevé, et ne réinjecte sur la ligne 4 des signaux qui pourraient gêner le fonctionnement de l'installation téléphonique 24. L'installation ainsi réalisée fonctionne bien, pour peu qu'entre une prise de courant 9 à laquelle est branché un équipement électronique 12, muni d'une alimentation comme l'alimentation 13 gênante, et une prise 10 auquel sera connecté le boîtier 49 existe une distance 53 supérieure à un seuil, en pratique supérieure à cinq mètres. Eventuellement, si la distance 53 est trop faible, on prévoit dans l'invention de réaliser un circuit de filtrage tel que 45 associé, dans un boîtier 54, d'une part à une fiche mâle de connexion à une prise femelle 9 montée sur la ligne 4 et d'autre part à une prise femelle 55 pour recevoir la connexion d'un équipement électronique 12. La présence d'un tel boîtier 54 de connexion électrique n'est pas utile si l'appareil 11 branché sur une prise 8 est un appareil de consommation électrique classique, de type fer à repasser, four à résistances chauffantes ou autres ne comportant pas des dispositifs d'alimentation tel que 13, ou si la distance qui sépare la prise 8 de la prise 10 du modem 31 est bien supérieure au seuil indiqué précédemment.

Claims

REVENDICATIONS

1 - Installation de distribution de signaux numérique par courants porteurs dans une gamme de fréquence comprise entre 100kHz et 40MHz comportant - un premier coupleur à relier d'une part à un premier organe émetteur récepteur de signaux numériques et d'autre part à une ligne de distribution d'énergie électrique, - un deuxième coupleur à relier d'une part à un deuxième organe émetteur récepteur et d'autre part à la ligne de distribution d'énergie électrique, caractérisée en ce qu'elle comporte - au moins une ligne auxiliaire de distribution d'énergie électrique pour alimenter le premier ou le deuxième organe émetteur récepteur, - un circuit de filtrage interposé entre la ligne de distribution d'énergie électrique et la ligne auxiliaire de distribution d'énergie électrique, et - un moyen pour que des périphériques de l'organe émetteur récepteur alimenté par la ligne auxiliaire soient eux aussi alimentés par la ligne auxiliaire. 2 - Installation selon la revendication 1 , caractérisée en ce que le circuit de filtrage et le coupleur de l'organe émetteur récepteur concerné sont contenus dans un même boîtier. 3 - Installation selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisée en ce que le circuit de filtrage ou le coupleur sont contenus dans un même boîtier que la ligne auxiliaire de distribution d'énergie électrique. 4 - Installation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la ligne auxiliaire de distribution d'énergie électrique comporte une multiplicité de prises électriques normalisées. 5 - Installation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la ligne auxiliaire de distribution d'énergie électrique comporte une indication d'avoir à y brancher une multiplicité de prises électriques normalisées. 6 - Installation selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le premier coupleur est situé près d'une arrivée d'une ligne de transmission téléphonique 7 - Installation selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le circuit de filtrage comporte une inductance en série dans une branche connectée à une connexion de la ligne de distribution d'énergie électrique. 8 - Installation selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le circuit de filtrage comporte une inductance en série dans chacune des branches connectées aux connexions de la ligne de distribution d'énergie électrique. 9 - Installation selon l'une des revendications 7 à 8, caractérisée en ce qu'une inductance a une valeur telle qu'elle assure que la fréquence de résonance du circuit qu'elle forme avec une capacité d'entrée d'un circuit d'alimentation connecté à la ligne auxiliaire est très inférieure à 100 KHz, par exemple de l'ordre de 3 KHz, en pratique cette valeur est de l'ordre de 4 mH. 10 - Installation selon l'une des revendications 7 à 8, caractérisée en ce que le circuit de filtrage présente, sur la ligne de distribution d'énergie électrique, dans la gamme des fréquences exploitées par les transmissions de signaux numériques, une impédance haute.