WO2006042978A2 - Procede et systeme de distribution de signaux hautes frequences dans un reseau cable en paires - Google Patents

Procede et systeme de distribution de signaux hautes frequences dans un reseau cable en paires Download PDF

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WO2006042978A2
WO2006042978A2 PCT/FR2005/002613 FR2005002613W WO2006042978A2 WO 2006042978 A2 WO2006042978 A2 WO 2006042978A2 FR 2005002613 W FR2005002613 W FR 2005002613W WO 2006042978 A2 WO2006042978 A2 WO 2006042978A2
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splitter
frequency signal
output
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Robert Kaplan
Gérard BUSCH
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Micsystemes Sa
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    • H04N7/10—Adaptations for transmission by electrical cable
    • H04N7/106—Adaptations for transmission by electrical cable for domestic distribution

Definitions

  • the present invention relates to a method and a multimedia system for distributing high frequency signals in a twisted pair cable network.
  • the present invention finds a particularly interesting application in the field of the distribution of television channels in places such as residential and collective or public institutions (teaching, hospitals, hotels).
  • Distribution of television channels can be performed either over the air by means of a reception antenna installed on the roof of a hotel for example, or by cable network (optical fiber or coaxial cable).
  • cable network optical fiber or coaxial cable
  • Optical fibers and coaxial cables can efficiently transmit high frequency signals such as radio channel signals between 47 megahertz and 862 megahertz.
  • Video signal distribution systems are known in which a high frequency signal can be carried by a category 5 twisted pair from a central server to a plurality of television sets. The twisted pair has the distinction of costing less than fiber optics.
  • the twisted pair networks are generally pre-installed as soon as the tertiary buildings are built.
  • such systems require a demodulation of the high frequency signal in baseband signal conveyed by the twisted pair and then a symmetry of the baseband signal to power the television set. This system is expensive because of investment in devices such as a switching matrix.
  • balun means an impedance matching system for connecting a symmetrical twisted pair cable (BALanced) to an asymmetrical coaxial cable (UNbalanced, with ground line);
  • Category 1 cable qualified for digital signals up to 700 MHz means a shielded cable consisting of four pairs twisted individually shielded to ISO SC25 / WG3. It is recalled that category 5, qualified for digital signals up to 10 MHz, relates to a shielded (STP) or unshielded (UTP) cable composed of four individually unshielded twisted pairs; category 6, qualified for digital signals up to 250Mhz, concerns a shielded cable consisting of four shielded twisted pairs in pairs, or individually.
  • STP shielded
  • UDP unshielded
  • the object of the present invention is to provide a new inexpensive distribution system based on the category 5 7 6, 7 or grade 3 twisted pair technology according to the UTE guide C90-483-1, capable of carrying signals of several hundred megahertz.
  • the UTE guide C90-483-1 capable of carrying signals of several hundred megahertz.
  • C90-483-1 defines the following categories:
  • Another object of the invention is the realization of a new efficient distribution system capable of transmitting several tens of carriers without mutual interference, and respecting the electromagnetic compatibility (EMC).
  • EMC electromagnetic compatibility
  • At least one of the above objectives is achieved with a method for optimizing a multimedia high frequency signal distribution system in a twisted pair wired network, which system includes a high frequency signal splitter between a coaxial cable and the network. twisted pair cable, this splitter having a cascade amplification stage structure.
  • the method comprises design stages of the splitter in which:
  • the splitter is designed with a number of amplification stages equal to the number of iterations carried out.
  • the iterations can be done by means of a spreadsheet.
  • the IP3, or "Third-order intercept point" in English (TOI) is a quantity corresponding to the generation of third-order intermodulation lines between carriers.
  • a noise factor value is also calculated at each iteration, this value then being compared with a predetermined setpoint.
  • the noise factor is also calculated at each iteration, this value then being compared with a predetermined setpoint.
  • F F 1 + - -, with Fi factor
  • the noise factor of the first stage is predominant. It is generally said that the noise of the first stage masks the noise of the following stages.
  • Fi and Gj are values without unity; in practice F 1 and Gj are given in dB
  • the present invention therefore proposes a method for modeling a distributor (or splitter) of high frequency signals, this having the advantage that the distributor becomes adaptive, that is to say that each time new components (amplifiers, ... ), the method according to the present invention can be applied to update the dispenser by integrating these new components.
  • Such an evolutive distributor aims to improve its performance in terms of: transmission distance of the high frequency signal up to 95 meters for example,
  • amplification level so as to comply with the standards, for example 67 dB ⁇ V gain for a signal supplying a television set,
  • the modeling according to the present invention consists in fact of a multicriteria compromise.
  • the present invention allows for example - A - to improve a distribution system such as that described in patent application WO 01/69925 by modeling the devices described.
  • IP3 is given by:
  • IP3 (output) / P3 (2) - 101og (l + - ⁇ ) g 2 h
  • IP3 (2) being the value of the second order intercept point for the second stage; the value IP3 (output) being the value of the intercept point of the third order, expressed in dBm at the output of the cascade of the two stages; i2 being the intermodulation point of the second stage converted into mW, it being the intermodulation point of the first stage converted into mW, and g2 being the gain of the 2nd stage of amplification in decimal.
  • This is a cascade of n stages, each having a gain G 1 in dB and an interception point IP 1 in dB.
  • the gains G 1 can be positive or negative.
  • the values of the gains in dB are converted into ratio and the power values in dB converted to mW.
  • intercept point is a power value at the output of the amplifier. If we want to reduce this value to the input it must be divided by the gain of the stage considered.
  • IP3 (output) IP3 (2) - 101og (l + ⁇ -)
  • a multimedia system for distributing high frequency signals in a twisted pair cable network comprising a splitter as described above and containing impedance matching means for receiving a high frequency signal via a coaxial cable and for transmitting on a plurality of twisted pairs said high frequency signal.
  • the structure is optimized so as to allow the transmission of a multiplex consisting of a large number of signals.
  • the twisted pair can be category 5, 6, 7 or grade 3. Thanks to this twisted pair, the system makes it possible to distribute high frequency signals which are radio and cable signals between 47 megahertz and 862 megahertz, or any video signal modulated in this frequency band.
  • the splitter comprises: an attenuator input,
  • a first power amplifier supplying a first power divider in high frequency signal
  • each symmetrical transformer supplying a twisted pair with a high-frequency signal.
  • the splitter includes one input and four output channels.
  • the amplifiers are advantageously chosen according to the formula above.
  • the system comprises, downstream of each twisted pair, an impedance matching means for desymmetry of the high frequency signal carried by the twisted pair and for presenting an impedance adapted to a coaxial cable receiving this high signal. frequency.
  • the twisted pair having a frequency response and an impedance Unlike the coaxial cable, the system according to the invention allows efficient integration in a circuit based on coaxial cables. In other words, a twisted pair link is inserted between two coaxial cables. This technical solution is particularly interesting insofar as the twisted pair is an inexpensive means of transport and generally implemented in the collective or private premises from the construction of these premises.
  • this feedback path comprising a sixth amplifier and a fourth power divider interposed between said first attenuator and said first power amplifier.
  • the fourth power divider includes a second output to an attenuator providing a replica of said high frequency input signal.
  • This return channel is in fact an auxiliary output allowing the cascading of several distributors.
  • the splitter according to the invention transmits an identical high frequency signal on the output channels.
  • an output is not connected, ie the twisted pair is not terminated by a load such as a TV for example, it is necessary to avoid an electromagnetic disturbance due to this unconnected output .
  • a load such as a TV for example
  • each output of the non-load connected splitter is terminated by an impedance plug, for example 75 ohms for the coaxial.
  • a directional coupler is connected to control the power supply of the last amplification stage of the channel concerned as a function of the presence or absence of a charge. More precisely, this directional coupler can be arranged between the last power amplifier and the symmetrization transformer. This coupler further comprises two outputs, a transmitted power output and a reflected power output, at least one of said two outputs being connected to power supply means of the last power amplifier.
  • the system may further comprise means for amplifying the high frequency signal downstream of each twisted pair, said amplifying means being set so that the amplification stages the dispatcher remain unsaturated.
  • this amplification means downstream of each twisted pair is electrically powered via the corresponding twisted pair.
  • the twisted pair is used to transmit the high frequency signal and to supply electricity to the amplifier stage disposed downstream.
  • the present invention makes it possible to optimize the distributor to have a low heat dissipation and to respect EMC requirements.
  • the system may comprise means for detecting the level, and in particular the amplitude in dB ⁇ V of the high frequency signal coming from the coaxial cable and transiting via the splitter.
  • detection means comprise an amplifier connected to an output of the splitter, a high frequency level detector and at least two LEDs for displaying the high frequency amplitude.
  • This detection device allows an installer to correctly position the antenna according to the LEDs which information on the level of the signal received by the antenna.
  • This device only measures the amplitude of the signal and does not calculate the signal-to-noise ratio. It is not a field meter, however it is less expensive and still allows to solve 95% of the problems related to the installation.
  • FIG. 1 is a simplified general view of a system according to the invention for distribution of television channels to four televisions;
  • FIG. 2 is a simplified schematic view of the splitter according to the invention;
  • FIG. 3 is a simplified general view of a system according to the invention for distributing television channels to a plurality of television sets, two splitters being arranged in cascade;
  • FIG. 4 is a simplified electronic diagram of an electromagnetic compatibility device
  • FIG. 5 is a simplified electronic diagram of a second electromagnetic compatibility device
  • FIG. 6 is a simplified electronic diagram of a system comprising an amplification stage downstream of the twisted pair;
  • FIG. 7 is a simplified diagram of a system according to the invention comprising an antenna signal detector device
  • FIG. 8 is a simplified diagram of the system according to the invention with DC feedback
  • FIG. 9 is a simplified diagram of the system according to the invention for transmitting signals of the TNT;
  • FIG. 10 is a schematic diagram of a system according to the invention with message forwarding
  • FIG. 11 is a simplified diagram of a system according to the invention with a frequency return path
  • FIG. 12 is a simplified diagram of a system according to the invention with an EMC device
  • FIG. 13 is a simplified diagram of a system according to the invention with interactive management
  • FIG. 14 is a simplified diagram of a system according to the invention with a four-pair cable.
  • FIG. 15 is a simplified diagram of a system according to the invention with an infrared return path.
  • an antenna 1 for receiving radio channels capable of receiving a high frequency signal between 47 megahertz and 862 megahertz.
  • the system according to the invention can however transmit UHF signals beyond 862 MHz.
  • the RF signal is transmitted to a balun splitter or balun 3 by means of a coaxial cable 2 of impedance 75 ohms.
  • Balun balun 3 is arranged so that Ie RF signal is correctly transmitted in a Category 6, 7 or Grade 3 twisted pair cable 4 and 100 Ohm impedance.
  • balun baiun 3 amplifies the RF signal that arrives with a very weak amplitude level, then symmetrize the amplified RF signal.
  • the symmetrization consists in moving from an asymmetrical transport means (unbalanced) consisting of a conduction line and a ground line (coaxial cable) to a symmetrical (balanced) transport means composed of two conduction lines (pair twisted).
  • the twisted pair 4 is connected to an unsymmetrical balun 5.
  • the unsymmetrical balun 5 makes it possible to transmit the HF signal coming from the twisted pair 4 (symmetrical) to a coaxial cable 6 (asymmetrical).
  • the balun 5 may be passive or include active elements.
  • the length of the twisted pair 4 is for example one hundred meters, this makes it possible to have at the input of the balun desymmetrizer 5 an RF signal whose amplitude is not irreversibly weakened.
  • two twisted pairs can be connected by means of a sub-splitter (not shown) providing amplitude amplification of the RF signal.
  • the coaxial cable 6 is finally connected to a television set 7.
  • the splitter or balun balun 3 comprises four identical outputs which are respectively connected to four twisted pairs 4, 41, 42 and 43. Each twisted pair is then connected to an unsymmetrical balun 5, 51, 52 or 53 followed by a coaxial cable 6, 61, 62 or 63 and a television 7, 71, 72 and 73.
  • the balun balun 3 also comprises an auxiliary output or return channel on which is connected in cascade a second balun balun 31 by means of a coaxial cable 30.
  • This auxiliary output in fact generates a duplication of the high frequency signal received by the balun 3 as will be seen in FIG. 2.
  • the balun balun 31 is identical to the balun balun 3 with four outputs on four twisted pairs 44, 45, 46 or 47 each connected in series to a balun desymmetrizer 54, 55, 56 or 57, to a coaxial cable 64, 65, 66 or 67 and to a television set 74, 75, 76 or 77.
  • the system thus described makes it possible to distribute the television channels on eight televisions.
  • balun 3 is a splitter comprising an unbalanced input of 75 ohms able to receive for example a UHF signal from the coaxial cable 2. This input is embodied by an attenuator 8. The signal then passes through an amplifier 9 and a power divider 10 of the output Auxiliary 12.
  • the power divider 10 includes a first output for generating a UHF output (cable 30) via an attenuator 11, and a second output for transmitting the UHF signal to an amplifier 13.
  • the block 12 is optional.
  • the power divider 14 receives the UHF signal from the amplifier 13, and generates in parallel two UHF signals to two further power splitters 15 and 16.
  • Each power divider 15 and 16 also generates in parallel two UHF signals to two power amplifiers. output power respectively 17, 18 and 19, 20.
  • each output power amplifier is followed by a symmetrical transformer 21, 22, 23 and 24 transmitting an identical UHF signal in respectively a twisted pair 4, 41, 42 and 43
  • the selection and distribution of the amplifiers according to the present invention makes it possible to transmit a multiplex consisting of a large number of signals.
  • the choice of amplifiers and the structure of the splitter 3 are guided by the following formula:
  • IP% output ZP3 (2) - 101og (l + - -)
  • the equation is performed as many times as necessary to achieve a desired IP3 value. Each iteration corresponds to a floor. If to reach a given IP3 it is necessary to perform four iterations, then the splitter 3 will have four stages of amplification.
  • the table in the appendix shows IP3 values calculated for the two-stage splitter in Figure 2.
  • the values to be considered are those of stage 2.
  • the present invention also makes it possible to generate the charge detection to ensure electromagnetic compatibility (EMC).
  • EMC electromagnetic compatibility
  • the splitter transmits an identical amplified UHF signal on all four output channels. Yes one of the channels is not connected to a television, it is necessary to avoid an electromagnetic disturbance due to this unconnected channel.
  • a 75-ohm plug in an outgoing RJ45 socket or an automatic charge detection system as can be seen in FIGS. 4 and 5.
  • FIG. 4 it is a directional coupler 25 inserted in the output channel comprising the amplifier 17.
  • the latter is of the "MMIC amplifier” type powered by the output current.
  • the signal provided by the reflected output 26 of the coupler 25 passes through a Schotky type diode integrator 28 which integrates a high frequency signal into a pseudo-continuous signal.
  • the amplifier 29 performs a voltage difference between the pseudo ⁇ continuous signal and a reference voltage, then supplies, if necessary, a transistor 80 which is able to allow or not the power supply to the amplifier 17.
  • the power output transmitted 27 is connected to the output of the amplifier 17.
  • the other two terminals of the directional coupler are grounded.
  • Other configurations are possible, for example the primary of the coupler 25 arranged in series at the output of the amplifier 17.
  • the detection device comprises the transistor 80 whose emitter is connected to the output of the amplifier 17 via a resistor and an inductor, and the collector is connected to the power supply (+).
  • a second transistor 81 detects the presence of a load (the TV connected or not to the twisted pair) by means of a bridge of resistors and inductance, this bridge being connected to the base of the transistor 81.
  • the collector of the transistor 81 is connected to the base of transistor 80 and the power supply via a resistor, while the emitter is connected to ground.
  • the resistance bridge is constituted by a resistor 82 disposed between the base of the transistor 81 and the power supply; a second resistor 83 and an inductor 84 are disposed between the base and a first line of the twisted pair; and an inductor 85 is disposed between the second line of the twisted pair and the ground.
  • This load detection device is therefore based on two cascaded transistors measuring a voltage differential so as to generate a current allowing or not the power supply of the amplifier 17 of the "MMIC Amplifier" type (supply by the output current ).
  • FIG. 6 shows a self-feeding device of an active desymmetry balun 90.
  • This balun 90 comprises an amplifier power 91 which is supplied with direct current by means of a regulator
  • This regulator is supplied with direct current via a diode bridge from the DC voltage taken between the two lines of the twisted pair.
  • the active balun 84 input has a low value capacitor (10 or 22 nH) on each line. Upstream in the splitter, a first line of the twisted pair is supplied with DC voltage by means of a resistor 87 and an inductor 88 in series connected to the (+) power supply. The second line of the twisted pair is connected to the ground via an inductor 89.
  • the amplifier 17 can therefore operate in unsaturated mode since the downstream amplifier 91 performs part of the amplification.
  • the present invention optimizes the chain of transmission from one point to another to obtain a maximum IP3 and a minimum noise factor.
  • a good IP3 parameter allows transmission of a few tens of carriers.
  • the present invention thus makes it possible to distribute television channels on a plurality of televisions installed in a building such as a hotel inexpensively by implementing inexpensive electric elements such as twisted pairs and active baluns.
  • a building such as a hotel inexpensively by implementing inexpensive electric elements such as twisted pairs and active baluns.
  • telephony, digital and computer data and the distribution of television channels are integrated into a four twisted pair cable.
  • the system according to the invention has applications in the distribution of terrestrial channels, cable plan, satellite channels, digital terrestrial television, satellite television, high definition television, and / or any modulated source, in pre-cabled individual or collective houses, or in tertiary buildings.
  • FIG. 7 there is shown a distributor C according to the present invention arranged on a plate having four output (not shown).
  • the HF signal coming from an antenna passes via an amplifier A, an attenuator B at -2OdB, then the splitter C.
  • the distribution of the HF signal is effected via the amplifier D Baluns balun E 75 / 100ohms and asymmetrizer I 100 / 75ohms.
  • the detection device of FIG. 7 is a pointing aid device for a terrestrial antenna and comprises an amplifier F which picks up the RF signal of the antenna from the splitter C. It further comprises a detector of level G and display diodes H to indicate whether or not the amplitude of the RF signal of the antenna is sufficient. This allows an installer to properly position the antenna.
  • the amplifiers can operate at frequencies between 50 and 865 MHz.
  • Figures 8 to 11 relate to embodiments for collective distributions in particular.
  • the splitter according to the present invention can be used to convey satellite signals in the collective.
  • This splitter may include one or more additional channels, as in Figure 8, distributing to the outlet of the show or to as many sockets as additional channels a signal TNT (Digital Terrestrial Television ") high frequency between 950 to 2150 Mhz from the head of a satellite dish and can be distributed over distances of 25, 30 meters or more, and a 90-meter version for tertiary Ethernet networks can also be envisaged as in Figure 9.
  • TNT Digital Terrestrial Television
  • the received signal can be terrestrial via the antenna A and / or satellite via the dish B.
  • the collective BIS switch C distributes the RF signal via baluns and the twisted pair 7-8 according to the invention.
  • Downstream of the concealment balun is a wideband amplifier (10 to 2.4 GHz) fed via a DC extractor 105 and a power supply component 106.
  • the device of FIG. 8 comprises a DC return path through a twisted pair 4-5.
  • the DC current is taken downstream of the amplifier 107 by means of a DC extractor 104 followed by a 22 KHz extractor 103.
  • the power supply upstream of the balun balun is effected by means of a component 102 for reinsertion of the 22 KHz signal (DISEC) followed by a component 101 for direct current reinsertion.
  • a re-insertion filter 108 of the TV band (50 to 865 MHz) makes it possible to carry the TV signal to a television.
  • Figure 9 relates to the distribution of the "BIS" band 950 to 2150 MHz on a twisted pair network.
  • the principle is based on an amplification of this frequency band (950 to 2150 MHz), symmetrization, transport in twisted pair and desymmetry this frequency.
  • the distribution process of the scheme of Figure 9 is as follows:
  • A Frequency signal input 950 to 2150 Mhz coming for example from an LNB for satellite receiver.
  • - B Amplification of this frequency (+ 20dB ⁇ V for example)
  • Balun impedance transformer (having the characteristics of a 50 ⁇ / 100 ⁇ conversion for example)
  • Twisted pair transmission medium (cable CAT6 or grade 3 for example)
  • - E Twisted pair transmission medium
  • Desymmetrization by a Balun having the same characteristics as the transformer
  • the system according to the invention can be equipped with as many return channels as satellite decoders available on the network and can be used to control from any television the exclusive interactivity (choice of the channel, validity of a purchase remote, participation in a survey or a game), this range is not limited.
  • This system is described in the diagrams of FIGS. 10 and 11.
  • FIG. 10 relates to a CATV 50-865 Mhz transmission on a twisted pair.
  • the scheme of Figure 10 allows discrimination of TV bouquets based rights and return a messaging channel. We find the distribution principle according to the invention between baluns A and B (75 / 100ohms).
  • Interactivity is provided by two-way infrared communication via the twisted pair 7-8 between A and B, and via emitters E and F receivers of infrared codes. These codes are transmitted to a microprocessor G which manages a non-volatile memory H and communicates, by RS485 protocol in particular, to a management PC and / or to other users J.
  • a switch D transmits 50-865Mhz TV signals, signals from a messaging via a messaging module K, and signals from the microprocessor G, to the balun balun B via a wideband amplifier C.
  • FIG. 11 illustrates a block diagram of distribution of the CATV 50-865 Mhz band on a twisted pair cable equipped with a frequency feedback channel device 50 to 70 MHz (cable operators). This mode concerns therefore the users subscribers to the return cable to allow in particular the process of video on demand (VOD).
  • the main elements of FIG. 10 showing the transmission process are as follows: A: Frequency signal input 85 to 865 MHz from, for example, a cable network.
  • - C Balun impedance transformer (having the characteristics of a 75 ⁇ / 100 ⁇ conversion for example)
  • D Twisted pair transmission medium (CAT6 cable or grade 3 for example)
  • FIG. 12 illustrates a device for automatically detecting the presence of a television or flat screen equipped with a TV reception tuner.
  • This device aims to comply with the EMC standard in the context of local twisted pair networks equipping buildings such as: Hospitals, hotels, administrative buildings, headquarters, etc.
  • an amplifier A through a transformer B balun enables the amplification and the symmetrization of the signal on the twisted pair D.
  • a second Balun E unsymmetries the same signal and makes it possible to restore through a cable F. type RJ45 / IEC HF signal on a TV or flat screen equipped with a tuner.
  • the detection device C allows power supply of the amplifier A when the cord F is connected to the receiving station, by detection of the load, and thus complies with the current EMC standard. In others In other words, this device can cut off the power in all cases where the TV or other audiovisual equipment is not connected to the network.
  • the amplification is performed only when a TV for example is present, and therefore no risk of electromagnetic pollution.
  • the diagram of Figure 13 illustrates a transmission system of the band CATV 50-865 Mhz on a twisted pair with management interactive user rights.
  • the twisted pair carries both the DATA RS485 protocol and the HF signals.
  • the functionalities offered include: - Access to interactive services
  • This system can establish an interactive dialogue between the user and the management position.
  • This system allows, in the residential as in the tertiary, to administer and manage access to the various programs available through an administrative position and software allowing discrimination / billing, see the protection of children in outside the presence of their parents.
  • This extremely user-friendly system can also be administered remotely (taking control over the Internet) and can be used to perform a remote diagnosis in the event of a failure of a system element.
  • FIG. 14 illustrates a system for simultaneous transmission on a four-pair cable of the cat ⁇ type (grade 3) and on the same PJ45 socket the following signals: TV band: 50 to 865 MHz, SATELLITE band: 950 to 2150 MHz, ADSL / Ethernet protocol TCP / IP and / or telephone.
  • Elements A, B, C and D in FIG. 14 are transformer baluns.
  • Elements E and F are amplifiers.
  • Element G is a DC voltage extractor.
  • the element H is a DC voltage insertion component for remote power supply of the satellite signal receiving dish. The direct current flows via the twisted pair carrying the HF TV signals.
  • This system is open to an all-IP network that allows, in a residential environment with encoders and set top boxes, to share, via a TCP-IP network whose distances are notably reduced to 30/50 meters, IP telephony, Internet , computer science, video and television.
  • the illustrated system describes a remote control of the resources connected to an RJ45 socket with RF transmission of the images and the sound of the source, if the resource is not used by the television connected to the socket or if this source is equipped with a dual tuner or a digital video server with multiple access.
  • the return path is made in infrared protocol. Between the transmitter F and the receiver G, the signal, initially infrared, is not converted. Source A is driven as if it were receiving an infrared signal.
  • Element C is a modulator in the 50-865 MHz band.
  • Elements D and E are baluns.
  • Element H is a remote control or infrared keyboard (or any infrared source)

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Details Of Television Systems (AREA)
  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)

Abstract

L'invention concerne un procédé pour optimiser un système multimédia de distribution de signaux hautes fréquences dans un réseau câblé en paires torsadées, ce système comprenant un répartiteur de signaux hautes fréquences entre un câble coaxial et le réseau câblé en paires torsadées, ce répartiteur comportant une structure à étages d'amplification en cascade, caractérisé en ce que le procédé comprend des étapes de conception du répartiteur dans lesquelles : on calcule, de façon itérative et à partir des caractéristiques des composants du répartiteur, une valeur d'IP3 et une valeur de gain en sortie du répartiteur, chaque itération correspondant à un étage d'amplification ; à chaque itération, on compare les valeurs d'IP3 et de gain calculées à des consignes prédéterminées ; et lorsque les consignes sont respectées, on conçoit le répartiteur avec un nombre d'étages d'amplification égal au nombre d'itération réalisées. Le répartiteur est ainsi optimisé pour présenter une faible dissipation calorifique et respecter des impératifs CEM.

Description

"Procédé et système de distribution de signaux hautes fréquences dans un réseau câblé en paires torsadées."
La présente invention concerne un procédé et un système multimédia de distribution de signaux hautes fréquences dans un réseau câblé en paires torsadées.
La présente invention trouve une application particulièrement intéressante dans le domaine de la distribution de chaînes de télévision dans des lieux tels que le résidentiel et les établissements collectifs ou publics (enseignement, hôpitaux, hôtellerie).
Une distribution de chaînes de télévision peut être effectuée soit par voie hertzienne au moyen d'une antenne de réception installée sur le toit d'un hôtel par exemple, soit par réseau câblé (fibre optique ou câble coaxial). Il existe actuellement des systèmes de distribution de chaînes de télévision mettant en œuvre les techniques de transmission large bande et utilisant par exemple des réseaux câblés en fibre optique ou en câble coaxial. Les fibres optiques et les câbles coaxiaux permettent de transmettre efficacement des signaux hautes fréquences tels que les signaux des chaînes hertziennes comprises entre 47 mégahertz et 862 mégahertz. On connaît des systèmes de distribution de signaux vidéos dans lesquels un signal haute fréquence peut être véhiculé par une paire torsadée catégorie 5 depuis un serveur central jusqu'à une pluralité de postes de télévision. La paire torsadée a la particularité de coûter moins cher que la fibre optique. En outre les réseaux de paires torsadées sont généralement pré-installés dès la construction des bâtiments tertiaires. Cependant de tels systèmes nécessitent une démodulation du signal haute fréquence en signal en bande de base véhiculé par la paire torsadée puis une symétrisation du signal en bande de base pour alimenter le poste de télévision. Ce système est onéreux du fait de l'investissement sur des dispositifs tel qu'une matrice de commutation.
Dans la suite, par balun, on entend un système d'adaptation d'impédance permettant de raccorder un câble à paires torsadées symétrique (BALanced) à un câble coaxial dissymétrique (UNbalanced, avec ligne de masse) ; par câble de catégorie I1 qualifiée pour des signaux numériques jusqu'à 700Mhz, on entend un câble blindé composé de quatre paires torsadées blindées individuellement à la norme ISO SC25/WG3. On rappelle que la catégorie 5, qualifiée pour des signaux numériques jusqu'à lOOMhz, concerne un câble blindé (STP) ou non blindé (UTP), composé de quatre paires torsadées non blindées individuellement; la catégorie 6, qualifiée pour des signaux numériques jusqu'à 250Mhz, concerne un câble blindé composé de quatre paires torsadées blindées par groupe de deux, ou individuellement.
La présente invention a pour objectif de réaliser un nouveau système de distribution peu onéreux basé sur la technologie des paires torsadées de catégorie 57 6, 7 ou de grade 3 selon le guide UTE C90-483-1, pouvant véhiculer des signaux de plusieurs centaines de mégahertz. Le guide UTE
C90-483-1 défini les catégories suivantes :
- grade 1 = télécoms très haut débit 100MHz en complément d'une infrastructure coaxiale pour la TV.
- grade 2 infrastructure télécoms + LAN 250 MHz. - grade 3 infrastructure Multimédia 900 MHZ, en remplacement du coaxial.
- grade 4 Infrastructure fibre optique plastique.
Un autre but de l'invention est la réalisation d'un nouveau système de distribution efficace capable de transmettre plusieurs dizaines de porteuses sans interférences mutuelles, et respectant la compatibilité électromagnétique (CEM).
On atteint au moins l'un des objectifs ci-dessus avec un procédé pour optimiser un système multimédia de distribution de signaux hautes fréquences dans un réseau câblé en paires torsadées, ce système comprenant un répartiteur de signaux hautes fréquences entre un câble coaxial et le réseau câblé en paires torsadées, ce répartiteur comportant une structure à étages d'amplification en cascade. Selon l'invention, le procédé comprend des étapes de conception du répartiteur dans lesquelles :
- on calcule, de façon itérative et à partir des caractéristiques des composants du répartiteur, une valeur d'IP3 et une valeur de gain en sortie du répartiteur, chaque itération correspondant à un étage d'amplification, .
- à chaque itération, on compare les valeurs d'IP3 et de gain calculées à des consignes prédéterminées, et
- lorsque les consignes sont respectées, on conçoit le répartiteur avec un nombre d'étages d'amplification égal au nombre d'itération réalisées. On peut réaliser les itérations au moyen d'un tableur.
D'une façon générale, I'IP3, ou "Third-order intercept point" en langue anglaise (TOI), est une grandeur correspondant à la génération de raies d'intermodulation du troisième ordre entre des porteuses. Avantageusement, on calcule également une valeur de facteur de bruit à chaque itération, cette valeur étant ensuite comparée à une consigne prédéterminée. A titre d'exemple, pour un répartiteur à deux étages, le facteur de bruit
F —1 global des deux étages F est donnée par : F = F1 +— — , avec Fi facteur
de bruit de l'étage i, et G,- gain de l'étage i.
Pour un répartiteur à trois étages, le facteur de bruit global est donné par :
G1 G1G2
On remarque que dans ces équations que le facteur de bruit du premier étage est prépondérant. On dit en général que le bruit du premier étage masque le bruit des étages suivants.
Dans ces relations Fi et Gj sont des valeurs sans unité; dans la pratique F1 et Gj sont données en dB
La présente invention propose donc un procédé permettant de modéliser un distributeur (ou répartiteur) de signaux hautes fréquences, ceci ayant pour avantage que le distributeur devient adaptatif, c'est à dire qu'à chaque commercialisation de nouveaux composants (amplificateurs,...), on peut appliquer le procédé selon la présente invention pour actualiser le distributeur en intégrant ces nouveaux composants. Un tel distributeur évolutif a pour objet d'améliorer ses performances en terme de : - distance de transmission du signal haute fréquence jusqu'à atteindre par exemple 95 mètres,
- niveau d'amplification de façon à respecter les normes, par exemple 67 dBμV de gain pour un signal alimentant un téléviseur,
- rapport signal sur bruit, - nombre de porteuses aptes à être transportées, et facteur d'intermodulation non pénalisant.
La modélisation selon la présente invention consiste en fait en un compromis multicritères. La présente invention permet par exemple — A — d'améliorer un système de distribution comme celui décrit dans la demande de brevet WO 01/69925 en modélisant les dispositifs décrits.
A titre d'exemple non limitatif, pour une structure du répartiteur à deux étages, la valeur d'IP3 est donnée par :
IP3( sortie) = /P3(2) - 101og(l + — ^) g2 h
IP3(2) étant la valeur du point d'interception d'ordre 2 pour le deuxième étage; la valeur IP3(sortie) étant bien la valeur du point d'interception du troisième ordre, exprimée en dBm à la sortie de la cascade des deux étages; i2 étant le point d'intermodulation du deuxième étage converti en mW, il étant le point d'intermodulation du premier étage converti en mW, et g2 étant le gain du 2ème étage d'amplification en décimal.
L'homme du métier comprendra que cette équation peut être généralisée pour un nombre n d'étages.
On décrit le processus permettant d'obtenir l'équation ci-dessus. Soit une cascade de n étages, ayant chacun un gain G1 en dB et un point d'interception IP1 en dB. Les gains G1 peuvent être positifs ou négatifs.
Pour calculer le point d'interception global les valeurs des gains en dB sont préalablement converties en rapport et les valeurs des puissances en dB converties en mW .
A 1 i, = 1010
Λ = 10"
II s'agit de calculer la valeur du point d'interception ramené à l'entrée. Toutes les valeurs des points d'interception sont ramenées à l'entrée. Le point d'interception est une valeur de puissance en sortie de l'amplificateur. Si l'on veut ramener cette valeur à l'entrée elle doit être divisée par le gain de l'étage considéré.
Dans le cas d'un second étage, le point d'interception du second étage doit être divisé par le gain des deux étages précédents. Cette opération est réitérée autant de fois qu'il y a d'étages. Les puissances ramenées à l'entrée s'écrivent :
Figure imgf000007_0001
h
P2 = ~ SxS2
Figure imgf000007_0002
h
A = h
Ps =
Les puissances sont ensuite ajoutées de la manière suivante :
1 i 3{entréé) =
Figure imgf000007_0003
Cette valeur est en mW et la valeur en dBm résultante sera obtenue par : IP3(entréé) ~ 101ogip3(entréë)
Supposons que le nombre d'étages soit limité à 2 :
1 ip3{entréé) = 1 1
+ - h h
Sx SxS2
i 3(entrée) = I2.- h
Si l'on s'intéresse à la nouvelle valeur IP, résultant de la mise en cascade de ces deux amplificateurs , en sortie du deuxième étage :
ip3(sortie) = ip3(entrée).gvg2 = Z2. γ-γ-
S2 ' h soit en exprimant cette valeur en dBm:
IP3(sortie) = IP3(2) - 101og(l + ~-)
S2 h
Le point d'interception du deuxième ordre du second étage est un paramètre important. Ceci se comprend sans difficulté. Si l'on cherche à obtenir de bonnes performances en terme d'IP3, dans une cascade de n amplificateurs, plus le rang n de l'amplificateur est élevé plus son point IP3 devra être important. Suivant un autre aspect de l'invention, il est proposé un système multimédia de distribution de signaux hautes fréquences dans un réseau câblé en paires torsadées, ce système comprenant un répartiteur tel que décrit précédemment et contenant des moyens d'adaptation d'impédance pour recevoir un signal haute fréquence via un câble coaxial et pour transmettre sur une pluralité de paires torsadées ledit signal haute fréquence.
Avec le système selon l'invention, la structure est optimisée de façon à permettre la transmission d'un multiplex constitué d'un grand nombre de signaux. La paire torsadée peut être de catégorie 5, 6, 7 ou de grade 3. Grâce à cette paire torsadée, le système permet de distribuer des signaux hautes fréquences qui sont des signaux de chaînes hertziennes et câblées compris entre 47 mégahertz et 862 mégahertz, ou tout signal vidéo modulé dans cette bande de fréquence.
En particulier, le répartiteur comporte : - un atténuateur en entrée,
- un premier amplificateur de puissance alimentant en signal haute fréquence un premier diviseur de puissance,
- un deuxième et un troisième diviseurs de puissance alimentés en parallèle en signal haute fréquence par ledit premier diviseur de puissance et alimentant chacun en parallèle en signal haute fréquence deux amplificateurs de puissance respectivement deuxième, troisième et quatrième, cinquième amplificateur de puissance,
- un transformateur de symétrisation en sortie de chacun des deuxième, troisième, quatrième et cinquième amplificateurs, chaque transformateur de symétrisation alimentant en signal haute fréquence une paire torsadée.
Dans ce cas, le répartiteur comprend une entrée et quatre voies de sorties.
Les amplificateurs sont avantageusement choisis en respectant la formule ci-dessus.
D'une façon générale, le système comprend, en aval de chaque paire torsadée, un moyen d'adaptation d'impédance pour désymétriser le signal haute fréquence véhiculé par la paire torsadée et pour présenter une impédance adaptée à un câble coaxial recevant ce signal haute fréquence. La paire torsadée ayant une réponse fréquentielle et une impédance caractéristique différente de celle du câble coaxial, le système selon l'invention permet une intégration efficace dans un circuit à base de câbles coaxiaux. En d'autres termes, on intercale une liaison en paire torsadée entre deux câbles coaxiaux. Cette solution technique est particulièrement intéressante dans la mesure où la paire torsadée est un moyen de transport peu onéreux et généralement implanté dans les locaux collectifs ou privés dès la construction de ces locaux.
Par ailleurs, on prévoit en outre une voie de retour pour dupliquer le signal haute fréquence en entrée du répartiteur, cette voie de retour comprenant un sixième amplificateur et un quatrième diviseur de puissance interposés entre ledit premier atténuateur et le dit premier amplificateur de puissance. Le quatrième diviseur de puissance comprend une seconde sortie vers un atténuateur fournissant une réplique dudit signal haute fréquence d'entrée. Cette voie de retour constitue en fait une sortie auxiliaire permettant la mise en cascade de plusieurs répartiteurs.
Le répartiteur selon l'invention transmet un signal haute fréquence identique sur les voies de sortie. Or, lorsqu'une sortie n'est pas connectée, c'est à dire la paire torsadée n'est pas terminée par une charge telle qu'un téléviseur par exemple, il convient d'éviter une perturbation électromagnétique due à cette sortie non connectée. Ainsi, pour assurer la compatibilité électromagnétique, chaque sortie du répartiteur non connectée à une charge est terminée par un bouchon d'impédance, par exemple 75 ohms pour le coaxial.
Selon une variante avantageuse de l'invention, pour assurer la compatibilité électromagnétique sur une voie de sortie, on connecte un coupleur directif pour commander l'alimentation électrique du dernier étage d'amplification de la voie concernée en fonction de la présence ou non d'une charge. Plus précisément, ce coupleur directif peut être disposé entre le dernier amplificateur de puissance et le transformateur de symétrisation. Ce coupleur comprend en outre deux sorties, une sortie de puissance transmise et une sortie de puissance réfléchie, au moins l'une desdites deux sorties étant reliée à des moyens d'alimentation électrique du dernier amplificateur de puissance.
Ainsi, lorsqu'une charge est présente en sortie (un téléviseur connecté à Ia paire torsadée), la ligne est alors adaptée, et la puissance transmise est présente sur la sortie correspondante du coupleur directif, mais la puissance réfléchie n'est pas présente sur la sortie correspondante du coupleur directif. Par contre, lorsqu'il n'y a pas de charge, il n'y a pas de puissance transmise, mais il y a la puissance réfléchie. Ce coupleur directif permet donc de détecter la présence ou non d'une charge, on peut donc utiliser l'une d'entre elles pour commuter l'alimentation électrique de l'amplificateur de sortie.
Suivant l'invention, pour améliorer encore le paramètre IP3, le système peut en outre comprendre un moyen d'amplification du signal haute fréquence en aval de chaque paire torsadée, ce moyen d'amplification étant réglé de telle sorte que les étages d'amplification du répartiteur restent non saturés. De préférence, ce moyen d'amplification en aval de chaque paire torsadée est électriquement alimenté via la paire torsadée correspondante. Ainsi, la paire torsadée est utilisée pour transmettre le signal haute fréquence et pour apporter de l'électricité à l'étage amplificateur disposé en aval. D'une façon générale, la présente invention permet d'optimiser le répartiteur pour présenter une faible dissipation calorifique et respecter des impératifs CEM.
Par ailleurs, le système peut comprendre des moyens pour détecter le niveau, et en particulier l'amplitude en dBμV du signal haute fréquence en provenance du câble coaxial et transitant via le répartiteur. Ces moyens de détection comprennent un amplificateur relié à une sortie du répartiteur, un détecteur de niveau haute fréquence et au moins deux diodes LED de visualisation de l'amplitude haute fréquence. Ce dispositif de détection permet à un installateur de positionner correctement l'antenne en fonction des diodes LED qui une information sur le niveau du signal reçu par l'antenne. Ce dispositif mesure uniquement l'amplitude du signal et ne calcul pas le rapport signal à bruit. Ce n'est pas un mesureur de champ, par contre il est moins onéreux et permet tout de même de résoudre 95% des problèmes liés à l'installation. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode de mise en œuvre nullement limitatif, et des dessins annexés, sur lesquels :
La figure 1 est une vue générale simplifiée d'un système selon l'invention de distribution de chaînes de télévision vers quatre téléviseurs; - La figure 2 est une vue schématique simplifiée du répartiteur selon l'invention;
- La figure 3 est une vue générale simplifiée d'un système selon l'invention de distribution de chaînes de télévision vers une pluralité de téléviseurs, deux répartiteurs étant disposés en cascade;
- La figure 4 est un schéma électronique simplifié d'un dispositif de compatibilité électromagnétique;
- La figure 5 est un schéma électronique simplifié d'un second dispositif de compatibilité électromagnétique; - La figure 6 est un schéma électronique simplifié d'un système comportant un étage d'amplification en aval de la paire torsadée;
- La figure 7 est un schéma simplifié d'un système selon l'invention comprenant un dispositif détecteur de signal d'antenne;
- La figure 8 est un schéma simplifié du système selon l'invention avec retour en courant continue;
La figure 9 est un schéma simplifié du système selon l'invention pour la transmission de signaux de la TNT;
La figure 10 est un schéma simplifié d'un système selon l'invention avec renvoi de messagerie; - La figure 11 est un schéma simplifié d'un système selon l'invention avec voie de retour fréquentiel;
- La figure 12 est un schéma simplifié d'un système selon l'invention avec un dispositif CEM;
- La figure 13 est un schéma simplifié d'un système selon l'invention avec gestion interactive;
- La figure 14 est un schéma simplifié d'un système selon l'invention avec un câble à quatre paire; et
- La figure 15 est un schéma simplifié d'un système selon l'invention avec voie de retour par infrarouge. Sur la figure 1, on voit une antenne 1 de réception de chaînes hertziennes capable de capter un signal haute fréquence compris entre 47 mégahertz et 862 mégahertz. Le système selon l'invention peut toutefois transmettre des signaux UHF au delà de 862 MHz. Le signal HF est transmis vers un répartiteur ou balun symétriseur 3 au moyen d'un câble coaxial 2 d'impédance 75 Ohms. Le balun symétriseur 3 est agencé de sorte que Ie signal HF est correctement transmis dans un câble à paire torsadée 4 de catégorie 6, 7 ou de grade 3 et d'impédance 100 Ohms. Pour ce faire le baiun symétriseur 3 amplifie le signal HF qui arrive avec un niveau d'amplitude très affaibli, puis symétrise le signal HF amplifié. La symétrisation consiste à passer d'un moyen de transport dissymétrique (unbalanced) composé d'une ligne de conduction et d'une ligne de masse (câble coaxial) à un moyen de transport symétrique (balanced) composé de deux lignes de conduction (paire torsadée). La paire torsadée 4 est connectée à un balun désymétriseur 5. Le balun désymétriseur 5 permet de transmettre le signal HF venant de la paire torsadée 4 (symétrique) vers un câble coaxial 6 (dissymétrique). Le balun 5 peut être passif ou comporter des éléments actifs. La longueur de la paire torsadée 4 est par exemple de cent mètres, ceci permet d'avoir à l'entrée du balun désymétriseur 5 un signal HF dont l'amplitude n'est pas affaiblie de façon irréversible. Cependant, pour augmenter la longueur de Ia paire torsadée, on peut connecter deux paires torsadées au moyen d'un sous répartiteur (non représenté) réalisant une amplification d'amplitude du signal HF. Le câble coaxial 6 est finalement relié à un poste de télévision 7.
La présente invention étant par exemple destinée à la distribution de chaînes de télévision dans des hôtels, le répartiteur ou balun symétriseur 3 comporte quatre sorties identiques qui sont respectivement connectées à quatre paires torsadées 4, 41, 42 et 43. Chaque paire torsadée est ensuite connectée à un balun désymétriseur 5, 51, 52 ou 53 suivi d'un câble coaxial 6, 61, 62 ou 63 et d'un téléviseur 7, 71, 72 et 73.
Comme on le voit sur la figure 3, le balun symétriseur 3 comporte également une sortie auxiliaire ou voie de retour sur laquelle est connecté en cascade un second balun symétriseur 31 au moyen d'un câble coaxial 30. Cette sortie auxiliaire génère en fait une duplication du signal haute fréquence reçu par le balun 3 comme on le verra sur la figure 2. Le balun symétriseur 31 est identique au balun symétriseur 3 avec quatre sorties sur quatre paires torsadées 44, 45, 46 ou 47 chacune connectée en série à un balun désymétriseur 54, 55, 56 ou 57, à un câble coaxial 64, 65, 66 ou 67 et à un téléviseur 74, 75, 76 ou 77. Le système ainsi décrit permet de distribuer les chaînes de télévision sur huit téléviseurs. On peut augmenter le nombre en connectant plusieurs autres baluns symétriques à la suite du balun symétriseur 31. Concernant le balun 3 tel que représenté sur la figure 2, on dispose un certain nombre d'étages amplificateurs de puissance afin de compenser l'atténuation dans les paires torsadées et dans les diviseurs de puissance présents dans ce balun 3. Plus précisément, la balun 3 est un répartiteur comprenant une entrée asymétrique de 75 ohms apte à recevoir par exemple un signal UHF provenant du câble coaxial 2. Cette entrée est concrétisée par un atténuateur 8. Le signal traverse ensuite un amplificateur 9 et un diviseur de puissance 10 de Ia sortie auxiliaire 12. Le diviseur de puissance 10 comporte une première sortie permettant de générer une sortie UHF (câble 30) via un atténuateur 11, et une seconde sortie pour transmettre le signal UHF vers un amplificateur 13. Le bloc 12 est optionnel. Le diviseur de puissance 14 reçoit le signal UHF depuis l'amplificateur 13, et génère en parallèle deux signaux UHF vers deux autres diviseurs de puissance 15 et 16. Chaque diviseurs de puissance 15 et 16 génère également en parallèle deux signaux UHF vers deux amplificateurs de puissance de sortie respectivement 17, 18 et 19, 20. chaque amplificateur de puissance de sortie est suivi d'un transformateur de symétrisation 21, 22, 23 et 24 transmettant un signal UHF identique dans respectivement une paire torsadée 4, 41, 42 et 43. Le choix et la répartition des amplificateurs selon la présente invention permet de pouvoir transmettre un multiplex constitué d'un grand nombre de signaux. Le choix des amplificateurs et la structure du répartiteur 3 sont guidés par la formule suivante :
1 L
IP%sortié) = ZP3(2) - 101og(l + — -)
§2 h
En fait, on effectue l'équation autant de fois que nécessaire de façon à atteindre une valeur d'IP3 souhaitée. Chaque itération correspond à un étage. Si pour atteindre un IP3 donné, il est nécessaire d'effectuer quatre itérations, alors le répartiteur 3 comportera quatre étages d'amplification.
Le tableau en annexe reprend des valeurs d'IP3 calculés pour le répartiteur à deux étages de la figure 2. Les valeurs à considérer sont celles de l'étage 2.
La présente invention permet également de générer la détection de charge pour assurer la compatibilité électromagnétique (CEM). Le répartiteur transmet un signal UHF amplifié identique sur les quatre voies de sortie. Si l'une des voies n'est pas connectée à un téléviseur, il convient d'éviter une perturbation électromagnétique due à cette voie non connectée. On peut envisager un bouchon 75 ohms dans une prise RJ45 de sortie de voie ou un système automatique de détection de charge comme on le voit sur les figures 4 et 5. Sur la figure 4, il s'agit d'un coupleur directif 25 inséré dans la voie de sortie comportant l'amplificateur 17. Ce dernier est de type "MMIC Amplifier" alimenté par le courant de sortie. Le signal fourni par la sortie réfléchie 26 du coupleur 25 passe par un intégrateur 28 à base de diode de type Schotky qui intègre un signal haute fréquence en un signal pseudo-continu. L'amplificateur 29 effectue un différentiel de tensions entre le signal pseudo¬ continu et une tension de référence, puis alimente le cas échéant un transistor 80 qui est apte à permettre ou non l'alimentation électrique de l'amplificateur 17. La sortie de puissance transmise 27 est reliée à la sortie de l'amplificateur 17. Les deux autres bornes du coupleur directif sont à la masse. D'autres configurations sont possibles comme par exemple le primaire du coupleur 25 disposé en série à la sortie de l'amplificateur 17.
Sur la figure 5 on voit un autre dispositif CEM. Le dispositif de détection comporte le transistor 80 dont l'émetteur est relié à la sortie de l'amplificateur 17 via une résistance et une inductance, et le collecteur est relié à l'alimentation (+). Un deuxième transistor 81 détecte la présence d'une charge (le téléviseur branché ou non à la paire torsadée) au moyen d'un pont de résistances et inductance, ce pont étant relié à la base du transistor 81. Le collecteur du transistor 81 est relié à la base du transistor 80 et à l'alimentation via une résistance, alors que l'émetteur est relié à la masse. Le pont de résistance est constitué par une résistance 82 disposée entre la base du transistor 81 et l'alimentation; une seconde résistance 83 et une inductance 84 sont disposées entre la base et une première ligne de Ia paire torsadée; et une inductance 85 est disposée entre la seconde ligne de la paire torsadée et la masse. Ce dispositif de détection de charge est donc basé sur deux transistors en cascade mesurant un différentiel en tensions de façon à générer un courant autorisant ou non l'alimentation électrique de l'amplificateur 17 de type "MMIC Amplifier" (alimentation par le courant de sortie).
Sur la figure 6 est représenté un dispositif d'auto-alimentation d'un balun désymétriseur actif 90. Ce balun 90 comprend un amplificateur de puissance 91 qui est alimenté en courant continu au moyen d'un régulateur
92 générant une tension continue d'environ 5volts. Ce régulateur est alimenté en courant continu via un pont de diodes à partir de la tension continue prélevée entre les deux lignes de la paire torsadée. L'entrée du balun actif 84 comporte un condensateur de faible valeur (10 ou 22 nH) sur chaque ligne. En amont dans le répartiteur, une première ligne de la paire torsadée est alimentée en tension continue au moyen d'une résistance 87 et d'une inductance 88 en série connectées à l'alimentation (+). La deuxième ligne de la paire torsadée est connectée à la masse via une inductance 89. L'amplificateur 17 peut donc fonctionner en régime non saturé puisque l'amplificateur en aval 91 effectue une partie de l'amplification.
La présente invention permet d'optimiser la chaîne de transmission de d'un point à un autre pour l'obtention d'un IP3 maximum et un facteur de bruit minimum. Un bon paramètre IP3 autorise une transmission de quelques dizaines de porteuses.
La présente invention permet donc de distribuer des chaînes de télévision sur une pluralité de téléviseurs installés dans un bâtiment tel qu'un hôtel de manière peu onéreux en mettant en œuvre des éléments électriques peu coûteux tels que des paires torsadées et des baluns actifs. On peut avantageusement utiliser les quatre paires torsadées de catégorie 5, 6, 7 ou de grade 3 de type RJ45 pour optimiser le câblage dans un local collectif ou privé, ou dans une maison individuelle. On intègre ainsi dans un câble à quatre paires torsadées la téléphonie, les données numériques et informatiques et la distribution des chaînes de télévision. Le système selon l'invention trouve des applications dans la distribution des chaînes hertziennes, du plan câble, des chaînes satellites, de la télévision numérique terrestre, de la télévision satellitaire, de la télévision haute définition, et/ou de toute source modulée, dans les maisons individuelles ou collectives pré-câblées, ou encore dans les immeubles tertiaires. Sur la figure 7, on voit un répartiteur C selon la présente invention disposé sur une plaque comportant quatre sortie (non représentées). En amont du répartiteur, le signal HF en provenance d'une antenne transite via un amplificateur A, un atténuateur B à -2OdB, puis le répartiteur C. La distribution du signal HF s'effectue via l'amplificateur D les Baluns symétriseur E 75/100ohms et dissymétriseur I 100/75ohms. Le dispositif de détection de la figure 7 est un dispositif d'aide au pointage d'une antenne terrestre et comporte un amplificateur F qui prélève le signal HF de l'antenne depuis le répartiteur C. Il comprend en outre un détecteur de niveau G et des diodes de visualisation H pour indiquer si oui ou non l'amplitude du signal HF de l'antenne est suffisante. Cela permet à un installateur de bien positionner l'antenne. Les amplificateurs peuvent fonctionner à des fréquences entre 50 et 865 Mhz.
Les figures 8 à 11 concernent des modes de réalisation pour des distributions collectives notamment. Le répartiteur selon la présente invention peut être utilisé pour véhiculer des signaux satellites dans le collectif. Ce répartiteur peut comprendre une ou plusieurs voies supplémentaires, comme sur la figure 8, distribuant vers la prise du salon ou vers autant de prises que de voies supplémentaires un signal TNT (Télévision Numérique Terrestre") haute fréquence compris entre 950 à 2150 Mhz provenant de la tête d'une parabole satellitaire et pouvant être distribuée sur des distances correspondant à 25, 30 mètres ou plus. Une version 90 mètres pour les réseaux Ethernet tertiaires peut également être envisagée comme sur Ia figure 9.
Sur la figure 8, le signal reçu peut être terrestre via l'antenne A et/ou satellitaire via la parabole B. Le commutateur BIS collectif C répartit le signal HF via des baluns et la paire torsadée 7-8 conformément à l'invention. En aval du balun dissimétriseur se trouve un amplificateur 107 large bande (10 à 2.4 GHz) alimenté via un extracteur de courant continu 105 et un composant d'alimentation 106. Le dispositif de la figure 8 comporte une voie de retour en courant continu par une paire torsadée 4-5. Le courant continu est prélevé en aval de l'amplificateur 107 au moyen d'un extracteur de courant continu 104 suivi par un extracteur 103 de signal 22 KHz. L'alimentation en amont du balun symétriseur s'effectue au moyen d'un composant 102 de réinsertion du signal 22 KHz (DISEC) suivi d'un composant 101 de réinsertion de courant continu. Un filtre 108 de réinsertion de la bande TV (50 à 865 MHz) permet porter le signal TV vers un téléviseur.
La figure 9 concerne la distribution de la bande "BIS" 950 à 2150 Mhz sur un réseau paire torsadée. Le principe repose sur une amplification de cette bande de fréquence (950 à 2150 Mhz), symétrisation, transport dans une paire torsadée puis désymétrisation de cette fréquence. Le processus de distribution du schéma de la figure 9 est Ie suivant :
- A : Entrée signal fréquentiel 950 à 2150 Mhz venant par exemple d'un LNB pour récepteur satellite. - B : Amplification de cette fréquence (+20dBμV par exemple)
- C : Balun transformateur d'impédance (ayant les caractéristiques d'une conversion 50Ω/100Ω par exemple)
- D : Support de transmission paire torsadée (câble CAT6 ou grade 3 par exemple) - E ; Désymétrisation par un Balun ayant les mêmes caractéristiques que le transformateur C
- F : Sortie asymétrique de la bande de fréquence 950 à 2150 Mhz (utilisable par un décodeur satellite par exemple)
Le système selon l'invention peut être équipé d'autant de voies de retour que de décodeurs satellitaires disponibles sur le réseau et peut permettre de piloter depuis n'importe quel téléviseur l'interactivité exclusive (choix de la chaîne, validité d'un achat à distance, participation à un sondage ou a un jeu), cet éventail n'étant pas limité. Ce système est décrit dans les schémas des figures 10 et 11. La figure 10 concerne une transmission CATV 50-865 Mhz sur une paire torsadée. Le schéma de la figure 10 permet une discrimination des bouquets TV en fonction des droits et renvoi d'un canal de messagerie. On retrouve le principe de distribution selon l'invention entre les baluns A et B (75/100ohms). L'interactivité est assurée par une communication bidirectionnelle en infrarouge via la paire torsadée 7-8 entre A et B, et via des émetteurs E et récepteurs F de codes infrarouges. Ces codes sont transmis vers un microprocesseur G qui gère une mémoire non volatile H et communique, par protocole RS485 notamment, vers un PC de gestion et/ou vers d'autres utilisateurs J. Un switch D transmet des signaux TV 50-865Mhz, des signaux en provenance d'une messagerie via un module de messagerie K, et des signaux en provenance du microprocesseur G, vers le balun symétriseur B via un amplificateur large bande C.
La figure 11 illustre un schéma de principe de distribution de la bande CATV 50-865 Mhz sur un câble paire torsadée équipé d'un dispositif de voie de retour fréquentiel 50 à 70 Mhz (câble-opérateurs). Ce mode concerne donc les utilisateurs abonnés au câble avec voie de retour pour permettre notamment le processus de la vidéo à la demande (VOD). Les principaux éléments de la figure 10 reprenant le processus de transmission sont les suivants : - A : Entrée signal fréquentiel 85 à 865 Mhz venant par exemple d'un réseau câblé.
- B : Amplification de cette fréquence (+20dBμV par exemple)
- C : Balun transformateur d'impédance (ayant les caractéristiques d'une conversion 75Ω/100Ω par exemple) - D : Support de transmission paire torsadée (câble CAT6 ou grade 3 par exemple)
E : Désymetrisation par un Balun ayant les mêmes caractéristiques que le transformateur C
- F : Sortie asymétrique de la bande de fréquence 85 à 865 Mhz - G : Filtre d'insertion de la voie de retour
- H : Réinsertion de la voie de retour 50 à 70 Mhz
- I : Balun transformateur 100Ω / 75Ω
- K : Balun transformateur 75Ω / 100Ω
- 1 : Amplification Avec un décodeur à tuner multiple, système décrit sur les figures 10 et
11 permet le pilotage de ce même décodeur pour plusieurs utilisateurs simultanés. II évite le déplacement vers une autre prise d'un décodeur inutilisé.
Le schéma de Ia figure 12 illustre un dispositif de détection automatique de la présence d'un téléviseur ou écran plat muni d'un tuner de réception TV. Ce dispositif vise au respect de la norme CEM dans le cadre des réseaux locaux paires torsadées équipant les bâtiments tels que : Hôpitaux, hôtels, bâtiments administratifs, sièges sociaux, etc. Sur la figure 12, un amplificateur A au travers d'un Balun transformateur B permet l'amplification et la symetrisation du signal sur la paire torsadée D. Un second Balun E desymetrise ce même signal et permet de restituer au travers d'un câble F type RJ45/IEC le signal HF sur un téléviseur ou un écran plat équipé d'un tuner. Le dispositif de détection C permet l'alimentation en énergie de l'ampli A lorsque Ie cordon F est raccordé au poste récepteur, par détection de la charge, et réalise ainsi le respect de la norme CEM en vigueur. En d'autres termes, ce dispositif permet de couper l'alimentation dans tous les cas ou le téléviseur ou tout autre appareil audiovisuel n'est pas connecté au réseau. L'amplification n'est réalisée que lorsqu'un téléviseur par exemple est présent, et donc aucun risque de pollution électromagnétique, Le schéma de la figure 13 illustre un système de transmission de la bande CATV 50-865 Mhz sur une paire torsadée avec gestion interactive des droits utilisateurs. La paire torsadée véhicule à la fois le protocole DATA RS485 et les signaux HF. Du côté de la réception, c'est à dire côté utilisateur final, les fonctionnalités offertes sont notamment : - Accès aux services interactifs
Pay per view
- VOD
- Services hôteliers
- Accès au plan de service Du côté de l'émission, c'est à dire côté poste de gestion, les fonctionnalités offertes sont notamment :
- Autorisations programmes
- Interdictions programmes
- Forçage sur un canal - Extinction TV
- Mise en service TV
- Programmations horaires
- Audimétrie
- Gestion des groupes - Télémaintenance du réseau
Avec un tel système, il peut donc s'établir un dialogue interactif entre l'utilisateur et le poste de gestion. Ce système permet, dans le résidentiel comme dans le tertiaire, d'administrer et de gérer les accès aux différents programmes disponibles au travers d'un poste d'administration et d'un logiciel permettant la discrimination/facturation, voir la protection des enfants en dehors de la présence de leurs parents. Ce système extrêmement convivial peut également être administré à distance (prise de contrôle via Internet) et peut permettre de réaliser un télé diagnostique en cas de défaillance d'un élément du système. Le schéma de la figure 14 illustre un système de transmission simultanée sur un câble quatre paires de type catβ (grade 3) et sur la même prise PJ45 les signaux suivants : Bande TV : 50 à 865 Mhz, Bande SATELLITE : 950 à 2150 Mhz, Protocole ADSL/Ethernet TCP/IP et/ou téléphone. Les éléments A, B, C et D sur la figure 14 sont des baluns transformateur. Les éléments E et F sont des amplificateurs. L'élément G est un extracteur de tension continue. L'élément H est un composant d'insertion de la tension continue pour télé-alimentation de la parabole de réception de signaux satellitaires. Le courant continu transite via la paire torsadée véhiculant les signaux HF TV.
Ce système est ouvert vers un réseau tout IP qui permet en milieu résidentiel avec des encodeurs et des set top box, de partager, via un réseau TCP-IP dont les distances sont notamment réduites à 30/50 mètres, la téléphonie sur IP, Internet, l'informatique, la vidéo et la télévision. Sur la figure 15, le système illustré décrit un pilotage à distance des ressources branchées sur une prise RJ45 avec transmission HF des images et du son de la source, si la ressource n'est pas utilisée par le téléviseur connecté à la prise ou si cette source est équipée d'un double tuner ou d'un serveur vidéo numérique avec accès multiples. La voie de retour est réalisée en protocole infrarouge. Entre le transmetteur F et le récepteur G, le signal, infrarouge initialement, n'est pas converti. La source A est piloté comme si elle recevait un signal infrarouge. Elle peut être toute source (démodulateur satellite, DVD, magnétoscope, etc.). L'élément C est un modulateur dans la bande 50-865 Mhz. Les éléments D et E sont des baluns. L'élément H est une télécommande ou clavier infrarouge (ou toutes sources infrarouges)
Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. ANNEXE
Figure imgf000021_0001

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé pour optimiser un système multimédia de distribution de signaux hautes fréquences dans un réseau câblé en paires torsadées, ce système comprenant un répartiteur de signaux hautes fréquences entre un câble coaxial et le réseau câblé en paires torsadées, ce répartiteur comportant une structure à étages d'amplification en cascade, caractérisé en ce que le procédé comprend des étapes de conception du répartiteur dans lesquelles : - on calcule, de façon itérative et à partir des caractéristiques des composants du répartiteur, une valeur d'IP3 et une valeur de gain en sortie du répartiteur, chaque itération correspondant à un étage d'amplification,
- à chaque itération, on compare les valeurs d'IP3 et de gain calculées à des consignes prédéterminées, et - lorsque les consignes sont respectées, on conçoit le répartiteur avec un nombre d'étages d'amplification égal au nombre d'itération réalisées.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on calcule également une valeur de facteur de bruit à chaque itération, cette valeur étant ensuite comparée à une consigne prédéterminée.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on réalise les itérations au moyen d'un tableur.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que pour une structure du répartiteur à deux étages, la valeur d'IP3 est donnée par :
IP3(sortie) = /P3(2) - 101og(l + θ
Figure imgf000022_0001
IP3(2) étant la valeur du point d'interception d'ordre 2 pour le deuxième étage; la valeur IP3(sortie) étant bien la valeur du point d'interception du troisième ordre, exprimée en dBm à la sortie de la cascade des deux étages; i2 étant le point d'intermodulation du deuxième étage converti en mW, il étant le point d'intermodulation du premier étage converti en mW, et g2 étant le gain du 2ème étage d'amplification en décimal.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on duplique dans le répartiteur le signal haute fréquence en entrée, cette duplication constituant une sortie auxiliaire pour la mise en cascade d'un second répartiteur.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que pour éviter des perturbations électromagnétiques, on commande l'alimentation électrique du dernier étage d'amplification de chaque voie de sortie du répartiteur en fonction de la présence ou non d'une charge sur la paire torsadée correspondante.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que pour détecter la présence d'une charge, on dispose un coupleur directif sur chaque voie de sortie du répartiteur, entre un amplificateur de puissance et un transformateur de symétrisation; ce coupleur directif comprenant au moins une sortie de puissance transmise et une sortie de puissance réfléchie, au moins l'une des deux sorties étant reliée à des moyens d'alimentation électrique dudit amplificateur de puissance.
8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que pour détecter la présence d'une charge, on mesure au moyen de deux transistors en cascade un différentiel entre une tension prélevée dans la paire torsadée et une tension de référence, puis on génère un courant autorisant ou non l'alimentation électrique du dernier étage d'amplification du répartiteur.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on amplifie le signal haute fréquence en aval de chaque paire torsadée; et en ce qu'on règle les étages d'amplification du répartiteur sous un régime non saturé.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'on alimente électriquement des moyens d'amplification en aval de chaque paire torsadée via la paire torsadée correspondante.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, en aval de chaque paire torsadée, on désymétrise le signal haute fréquence véhiculé par la paire torsadée et on adapte l'impédance entre la paire torsadée et un câble coaxial recevant ce signal haute fréquence.
12. Système multimédia de distribution de signaux hautes fréquences dans un réseau câblé en paires torsadées, ce système comprenant un répartiteur contenant des moyens d'adaptation d'impédance pour recevoir un signal haute fréquence via un câble coaxial et pour transmettre sur une pluralité de paires torsadées ledit signal haute fréquence; ce répartiteur comportant une structure à étages d'amplification en cascade, caractérisé en ce que ce répartiteur est conçu en exécutant le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.
13. Système selon la revendication 12, caractérisé en ce que le répartiteur comporte :
- un atténuateur en entrée,
- un premier amplificateur de puissance alimentant en signal haute fréquence un premier diviseur de puissance, - un deuxième et un troisième diviseurs de puissance alimentés en parallèle en signal haute fréquence par ledit premier diviseur de puissance et alimentant chacun en parallèle en signal haute fréquence deux amplificateurs de puissance respectivement deuxième, troisième et quatrième, cinquième amplificateur de puissance, - un transformateur de symétrisation en sortie de chacun des deuxième, troisième, quatrième et cinquième amplificateurs, chaque transformateur de symétrisation alimentant en signal haute fréquence une paire torsadée.
14. Système selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une voie de retour pour dupliquer le signal haute fréquence en entrée du répartiteur, cette voie de retour comprenant un sixième amplificateur et un quatrième diviseur de puissance interposés entre ledit premier atténuateur et le dit premier amplificateur de puissance; et en ce que le quatrième diviseur de puissance comprend une seconde sortie vers un atténuateur fournissant une réplique dudit signal haute fréquence d'entrée.
15. Système selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que chaque sortie du répartiteur non connectée à une charge est terminée par un bouchon d'impédance de façon à éviter des perturbations électromagnétiques.
16. Système selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que pour éviter des perturbations électromagnétiques, au moins une voie de sortie du répartiteur comprend un coupleur directif pour commander l'alimentation électrique du dernier étage d'amplification de la voie concernée en fonction de la présence ou non d'une charge.
17. Système selon la revendication 16, caractérisé en ce que le coupleur directif est disposé . entre un amplificateur de puissance et un transformateur de symétrisation; ce coupleur comprenant en outre deux sorties, une sortie de puissance transmise et une sortie de puissance réfléchie, au moins l'une desdites deux sorties étant reliée à des moyens d'alimentation électrique dudit amplificateur de puissance.
18. Système selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que, pour éviter des perturbations électromagnétiques, il comprend un dispositif de détection de charge basé sur deux transistors en cascade, ces transistors mesurant un différentiel en tensions de façon à générer un courant autorisant ou non l'alimentation électrique du dernier étage d'amplification du répartiteur.
19. Système selon l'une quelconque des revendications 12 à 18, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen d'amplification du signal haute fréquence en aval de chaque paire torsadée, ce moyen d'amplification étant réglé de telle sorte que les étages d'amplification du répartiteur restent non saturés.
20. Système selon la revendication 19, caractérisé en ce que le moyen d'amplification en aval de chaque paire torsadée est électriquement alimenté via la paire torsadée correspondante.
21. Système selon l'une quelconque des revendications 12 à 20, caractérisé en ce qu'il comprend, en aval de chaque paire torsadée, un moyen d'adaptation d'impédance pour désymétriser le signal haute fréquence véhiculé par la paire torsadée et pour présenter une impédance adaptée à un câble coaxial recevant ce signal haute fréquence.
22. Système selon l'une quelconque des revendications 12 à 21, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour détecter l'amplitude du signal haute fréquence en provenance du câble coaxial et transitant via le répartiteur.
23. Système selon la revendication 22, caractérisé en ce que ces moyens de détection comprennent un amplificateur relié à une sortie du répartiteur, un détecteur de niveau haute fréquence et au moins deux diodes LED de visualisation de l'amplitude haute fréquence.
24. Système selon l'une quelconque des revendications 12 à 23, caractérisé en ce que le répartiteur comprend en outre au moins une voie supplémentaire pour véhiculer le signal haute fréquence compris entre 950 et 2150 Mhz.
25. Système selon la revendication 24, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une voie de retour pour alimenter en électrique une tête LNB disposée en amont du répartiteur.
26. Système selon l'une quelconque des revendications 12 à 25, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une paire torsadée disposée entre d'une part côté émission un balun symétriseur comportant ledit répartiteur, et d'autre part côté réception utilisateur un balun dissymétriseur ; et en ce qu'il comprend en outre côté émission un module de communication interactive relié à la paire torsadée; et en ce qu'il comprend en outre côté réception un second module de communication interactive relié à la paire torsadée.
27. Système selon la revendication 26, caractérisé en ce que les deux modules de communication communiquent par le protocole RS485.
28. Système selon l'une quelconque des revendications 12 à 27, caractérisé en ce qu'il comprend un câble à quatre paires dont une première paire est utilisée pour véhiculer des signaux hautes fréquences TV via ledit répartiteur; une seconde paire est utilisée pour véhiculer des signaux hautes fréquences satellitaires via ledit répartiteur; une troisième paire est utilisée pour véhiculer des signaux téléphoniques; et une quatrième paire est utilisée pour véhiculer des signaux ADSL ou Ethernet.
29. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une voie de retour infrarouge comprenant côté utilisateur un transmetteur recevant des signaux par voie infrarouge et transmettant, de façon filaire, ces signaux vers la paire torsadée associée à l'utilisateur; et en ce qu'il comprend du côté émission, un récepteur connecté à ladite paire torsadée pour recevoir les signaux transmis par ledit transmetteur et transmettre ces signaux vers une source de signaux haute fréquence.
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