Soutenance mémoire
Depuis des temps immémoriaux, l’homme a toujours cherché de nouvelles techniques afin de transformer les éléments de la nature pour améliorer ses conditions de vie quotidienne. Celles-ci partaient des outils de chasse en pierre taillée d’antan aux diverses technologies sophistiquées d’aujourd’hui. Parmi celles ci est la Télécommunication dont la recherche a été axée sur les moyens de réduire énormément l’effet du temps et de l’espace dans les échanges d’informations comme la phonie ou les fichiers numériques.
Depuis l’invention du téléphone par GRAHAM Bell en 1876, diverses technologies d’accès aux informations ont été mises au point et sont aujourd’hui proposées sur le marché. Il y a par exemple l’ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) qui utilise les paires téléphoniques comme support physique de transmission. D’autres techniques sont en cours d’étude ou de développement comme les communications sans fil à haut débit ou bien encore la transmission sur lignes d’énergie appelée Courant Porteur en Ligne (CPL).
EVOLUTION DES COURANTS PORTEURS EN LIGNE
Historique
Le CPL désigne toute technologie qui utilise les Réseaux Electriques comme support de transmission. Le CPL n’est pas une technologie si récente. En effet, déjà dans les années 50 elle était utilisée pour le fonctionnement des lumières des villes en utilisant une fréquence de 10Hz ou pour le passage des compteurs en tarification jour/nuit. Cette utilisation était faite en mode unidirectionnel. Les recherches pour une utilisation de l’électricité comme support de transport des données, toujours en unidirectionnel sur une bande de fréquence allant de 5 à 500 kHz, ont débutées dans les années 80. Mais ce n’est qu’à la fin des années 90 que des recherches ont été effectuées sur le haut débit. En 1997, les premiers tests de transmission de signaux de données sur réseau électrique en bidirectionnel ont été réalisés. La Suisse avec Ascom et l’Angleterre avec Norweb commencent leurs recherches sur cette technologie. En France, EDF et France Telecom ont fait leurs premières expérimentations du CPL en l’an 2000. En 2001, une société, Alterlane, a été créée par deux ingénieurs issus de EDF Recherche & Développement, et s’est spécialisée dans les réseaux informatiques à travers le courant porteur en ligne. Aux Etats-Unis, la technologie CPL a été développée par la société Intellon avec la mise au point de la technique PowerPacket, grâce au soutien de plusieurs grandes entreprises comme EDF, France Telecom, Motorola, NetGear, … . Ce groupement forme le consortium HomePlug PowerLine Alliance .
Normes et Standards
La réglementation des CPL touche plusieurs domaines : l’Electricité, les Télécommunications, la Compatibilité Electromagnétique et la Gestion du Plan de fréquence.
C’est à cause de cette complexité que le problème de la normalisation et standardisation des réseaux CPL n’est pas encore totalement résolu.
Normes
Pour les équipements CPL, il n’existe pas de normes spécifiques mais en Europe ils doivent respecter les normes CE (Conforme à l’Exigence). La seule norme à ce jour éditée concernant les CPL est la norme EN50065 qui ne s’applique pour le CPL Bas Débit avec l’utilisation des basses fréquences dans la bande 9-148,5 KHz. Cette norme est actuellement en cours d’évolution vers la norme SC205A, pour la bande 1,6-30 MHz, c’est-à-dire les CPL haut débit.
Les normes à respecter actuellement, en attendant les normes spécifiques au CPL, sont :
▶ La Compatibilité Electromagnétique : il s’agit de la capacité d’un dispositif, équipement ou système, à fonctionner de manière satisfaisante dans son environnement électromagnétique sans introduire lui même de perturbations électromagnétiques de nature à créer des troubles susceptibles de nuire au bon fonctionnement des appareils ou des systèmes situés dans son environnement ;
▶ La norme sur la sécurité des matériels de traitement de l’information ;
▶ Les directives sur les appareils.
Standards
La collaboration entre plusieurs grands intervenants au sein de la HomePlug PowerLine Alliance a vu en novembre 2001 l’aboutissement d’un standard pour le CPL: le standard HomePlug v1.0.1 qui garantie l’interopérabilité des appareils CPL.
Le standard HomePlug v1.0.1 est actuellement le seul standard au monde pour la technologie CPL. Ce consortium est actuellement à l’étude d’un nouveau standard: le HomePlug AV (Audio/Vidéo) destiné à la communication Voix Données Images.
CPL à bas débit
Comme déjà mentionné ci-dessus, le CPL a fait ses débuts dans le bas débit. Dans ce paragraphe, un exemple d’utilisation de ce premier type de CPL sera présenté ainsi que la modulation utilisée.
Présentation de la JIRAMA et Localisation des sites
L’exemple pris par la suite est celui de la JIRAMA S.A (JIRO SY RANO MALAGASY), une société qui loue ses services en distribuant l’eau et l’électricité à MADAGASCAR. Cette Société utilise le CPL depuis l’année 1992. En effet, la JIRAMA utilise le CPL pour effectuer la communication entre ses diverses stations à savoir les deux Stations Hydroélectriques de Mandraka et Andekaleka ainsi que les Sous-stations sises dans la Province Autonome d’Antananarivo, (Tana Nord, Tana Sud, Ambodivona, Mandroseza et la Sous-station d’ Antsirabe). En générale, la ligne électrique qui relie ces différents sites parcourt une centaine de kilomètres. Le support de communication entre ces stations est la ligne électrique triphasée, 138 kilovolts pour Andekaleka et Tana Nord, 63 Kilovolts pour les autres. Pour assurer la liaison téléphonique entre deux sites, au Poste d’Interconnexion d’Ambohimanambola (P.I.A) se trouve un Autocommutateur (ADS : Autocommutateur de Sécurité) qui achemine un appel entrant vers la destination souhaitée.
Il est à remarquer que la JIRAMA utilise le CPL pour deux types de communications :
– La Téléphonie
– L’Interconnexion des ordinateurs via le port série .
Technique de Modulation pour CPL bas débit
Pour effectuer les liaisons entre ces stations, les équipements CPL de la JIRAMA S.A utilisent la modulation à Bande Latérale Unique (BLU).
Principe de la modulation à BLU
Le système à BLU transpose une bande de fréquence BF de largeur théorique 4 kHz en une bande de fréquence HF de même largeur. Celle-ci sera la bande basse ou la bande haute de l’un des canaux de 8 kHz dont la fréquence est choisie parmi les canaux dans la gamme 60 à 348 kHz.
Spectre HF émis
Le spectre des fréquences émises sur la ligne est obtenu après deux transpositions successives à l’aide de modulateurs équilibrés. La première est systématiquement effectuée à l’aide d’un porteur MF à 20 kHz tandis que le porteur de la seconde est choisi en fonction du canal HF sélectionné ici 250 kHz .
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE 1 : EVOLUTION DU CPL
1.1. Historique
1.2. Normes et standards
1.2.1. Normes
1.2.2. Standards
1.3.CPL à bas débit
1.3.1. Présentation de la JIRAMA SA et Localisation des sites
1.3.2. Technique de modélisation
1.3.2.1. Principe de la Modulation à BLU
1.3.2.2. Spectre HF émis
1.3.3. Technique de Démodulation
1.3.4. Avantages des dispositifs à BLU
1.4. CPL à haut débit
1.4.1. Canal de transmission
1.4.2. Technique de modulation de signal
1.4.2.1. Modulation à étalement de spectre
1.4.2.2. Modulation OFDM
Chapitre 2: MODULATION OFDM
2.1 Historique
2.2 Spécification de la Modulation OFDM
2.3 Technique de la modulation OFDM
2.3.1. Notion d’orthogonalité
2.3.1.1. Rappel mathématique
2.3.1.2. Application au procédé OFDM : Orthogonalité Temporelle
2.3.1.3. Application au procédé OFDM : Orthogonalité Fréquentielle
2.4 Réalisation du signal OFDM en Bande de Base
2.4.1 Modulation M-QAM
2.4.2 Exemple de modulation M-QAM
2.4.3 Analyse théorique du procédé de Modulation / Démodulation
2.4.4 Modulation de chaque sous porteuse
2.4.5 Transposition du signal OFDM autour d’une fréquence porteuse
2.4.5.1. Transformation Complexe/Réelle
2.4.5.2. Transposition classique
2.4.6 Caractéristiques du signal OFDM
2.4.7 Méthodes d’annulation des interférences
2.4.7.1. Interférence entre symboles
2.4.7.2. Interférence entre Sous Canaux (ICI)
2.4.8 Egalisation fréquentielle
2.4.9 Chaîne de transmission
2.5 Principe de la DMT
2.5.1 Probabilité d’erreurs de la modulation M-QAM
2.5.2 Algorithme de Fischer – Huber
2.5.3 Technique de Water Pouring
2.6 Résumé
CHAPITRE 3: ELEMENTS DE SECURITE DANS LES RESEAUX CPL
3.1 Principaux composants d’un adapteur CPL
3.2 Liaison de données CSMA/CA
3.3 Eléments de Sécurité
3.3.1 Niveau de Sécurité avec DES 56 bits
3.3.2 Analyse Cryptographique
3.3.3 Clé de Cryptage
3.3.4 Couplage ADSL-CPL
3.4 Conclusion
CHAPITRE 4: PERFORMANCE DE LA MODULATION OFDM
4.1 Présentation de l’outil Matlab
4.2 Présentation de la simulation
4.3 Principe général des CPL
4.4 Modélisation des porteuses OFDM
4.5 Spectre de l’OFDM
4.6 Occupation spectrale pour Huit porteuses
4.7 Spectre du bruit du canal de Transmission
4.8 Occupation spectrale avec perturbations
4.9 Conclusion
CONCLUSION GENERALE
ANNEXES
