Brevet FR2656188A1 — publié le 19910621

INSTALLATION A RESEAU FILAIRE DE DISTRIBUTION DE PROGRAMMES ET DE COMMUNICATION NUMERIQUE ET TERMINAL POUR UNE TELLE INSTALLATION L'invention concerne les installations à réseau filaire de distribution de programmes audiovisuels, en particulier de télévision, notamment à partir d'une antenne collective. De tels réseaux, généralement en câble coxial, sont prévus pour transmettre une très large gamme de fréquences, allant habituellement de 10 à 862 MHz pour les réseaux destines à distribuer les programmes recueillis par les antennes classiques, de 10 à 1750 MHz pour les réseaux alimentés par une antenne à bande intermédiaire satellite. Une fraction importante de cette plage de fréquences est affectée à la distribution des programmes audiovisuels (télévision ou radio diffusion de programmes sonores). Les signaux de programmes reçus par les antennes sont traites par une station de tête qui les adapte à la distribution sur les lignes coaxiales du réseau, généralement à structure arborescente. Sur les lignes coaxiales sont pla cés des dérivateurs alimentant des prises d'usager. La répartition des fréquences utilisées, ainsi que la structure des éléments constitutifs des antennes collectives et des réseaux qui leur sont raccordés sont données, en France par la norme NSC 90 120 complétée par le cahier des clauses techniques générales établi par TELEDIFFUSION DE FRANCE. Dans les installations d'antenne collective, deux bandes de fréquence sont réservées à la distribution des programmes audiovisuels. I1 s'agit de la bande allant de 87,5 MHz à 862 MHz pour toutes les antennes et, dans le cas des réseaux alimentes par une antenne à bande intermédiaire satellite, de la bande allant de 950 MHz à 1750 MHz, qui vient en complément de la bande précédente. Sur les réseaux câblés urbains, la bande de frequences réserve aux signaux audiovisuels peut se limiter à 450 MHz, voire 600 MHz, au lieu d'être comprise entre 87,5 et 862 MHz. Il subsiste, dans la plage de fréquences que le réseau filaire est capable de transmettre, des bandes de fréquence disponibles. Dans une zone geographique déterminée, il existe également des fréquences disponibles, cons tituées par les canaux de télévision qui restent inutili sués. On peut utiliser les bandes de fréquence disponibles - pour distribuer des données numériques, de la station de tête vers les prises d'usagers, à une première fréquence fd, par exemple entre 50 MHZ et 87,5 MHz - pour faire remonter des données numériques depuis les prises d'usager vers la station de tête, à une fréquence fe nettement distincte de la frequence fd, par exemple sur une "voie de retour" comprise entre 10 MHz et 30 MHz. L'intérêt de cette possibilite supplémentaire justifie rarement l'investissement qu'elle exige, en particulier pour éviter les contentions sur le réseau. La présente invention vise à fournir une installation de distribution de programmes de télévision permettant de réaliser également une communication de données numériques entre certaines au moins des prises d'usager, et ce en ne mettant en oeuvre que des moyens simples. Dans ce but, l'invention propose notamment une installation comportant une station de tête raccordée à un réseau en lignes filaires de distribution de programmes de télévision à des terminaux de réception de programmes et de communication numérique, caractérisée en ce que les terminaux de communication numérique comprennent des moyens de modulation numérique d'une porteuse à une première fréquen- ce fe et des moyens de réception et de demodulation d'une porteuse modulée entrante à une autre fréquence fd, en ce qu'au réseau est relié un appareil de transposition de la fréquence fe à la fréquence fd, et en ce que l'installation comprend également un appareil de gestion des ressources numériques et d'interrogation des terminaux de communication raccordés au réseau.L'appareil de transposition sera en général proche de la station de tête, surtout dans le cas d'un réseau arborescent, ou incorporé à elle. Le signal modulé véhiculant les données numériques émises par l'un quelconque des terminaux connectés est en conséquence disponible, après transposition, simultanément en tous les points du réseau coaxial. L'invention est applicable à des installations de natures très variées. On peut notamment citer les reseaux câblés urbains, constitués en lignes coaxiales, permettant de distribuer des programmes de télévision à des abonnés dont le nombre peut dépasser 10 000. On peut également mentionner les installations de distribution à partir d'une antenne collective, par exemple dans un groupe d'immeubles ou dans un hôtel, où le nombre d'abonnés dépasse rarement 1 000. Dans un cas comme dans l'autre, le réseau, qui présente une structure arborescente ou, moins fréquemment, semi-etoilée, comprend des dérivateurs alimentant chacun plusieurs prises d'abonné.A ces prises d'abonné peuvent être raccordés soit des terminaux de réception de programmes audiovisuels (téléviseur, magnétoscope, syntoniseur de chaîne haute fidelité, etc...), soit des terminaux de communication numérique comportant eux-mêmes une prise de branchement d'un terminal de réception de programmes audiovisuels. Dans un hôtel, une installation suivant l'invention permet par exemple, par scrutation à intervalles de temps réguliers, de déterminer le temps d'utilisation d'un récepteur de télévision en réception de programmes à péage, avec paiement en fonction du temps (redevance dite "Pay Per View"), éventuellement en discriminant entre les chaînes.Dans un groupe d'immeubles, l'installation suivant l'invention peut être utilisée pour permettre à un appareil d'exploitation, relié à une prise du réseau par l'intermédiaire d'un terminal de communication numérique, de mesurer des consommations de fluide ou d'énergie dans chaque appartement, les compteurs étant alors munis de mémoires de stockage du contenu des compteurs appropriés, non décrémentables pour éviter les fraudes. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'une installation en constituant un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère à la figure unique qui l'accompagne et qui est un schema de principe de l'installation. L'installation montrée en figure 1 est destinée à distribuer des programmes de télévision à partir d'une antenne collective qui peut être notamment une antenne parabolique 10 destinée à recevoir les émissions diffusées directement par satellite et/ou une antenne classique 12 de type rateau ou YAGI. Les signaux de télévision captés par l'antenne sont traités par une station de tête 14 qui les adapte à la distribution sur le réseau, constitué en général en lignes coaxiales. Dans le cas illustré sur la figure 1, ce réseau a une structure arborescente. I1 comprend une ligne coaxiale principale 16, dite de transfert ou de répartition, sur laquelle peuvent être interposes des amplificateurs de signal 18, à large bande pour amplifier les signaux dans toute la gamme de fréquence réserve à la distribution des programmes audiovisuels. Le signal, porté à un niveau suffisant par les amplificateurs 18, est réparti par des lignes coaxiales secondaires 20, sur lesquelles peuvent également être interposés des amplificateurs. Des dérivateurs 22 trans fêtent chaque fois une partie de l'énergie du signal sur des lignes coaxiales de raccordement 24 qui se terminent par des prises d'usager 26. La constitution qui vient d'être décrite est bien connue. Dans une installation conforme à l'invention, chaque amplificateur 18, prévu pour amplifier non seulement les signaux de télévision mais aussi les signaux dans des bandes de distribution à une fréquence fd (50 à 87,5 MHz par exemple) est associé à un amplificateur 28 de "voie de retour", destiné à amplifier les signaux remontant vers la station de tête 14 à une fréquence de porteuse fe, par exemple comprise entre 10 et 30 MHz. Les deux amplificateurs sont regroupés dans un module unique. Un appareil de transposition de fréquence, incorporé à la station de tête 14 ou relié au réseau à proximité de la station, reçoit les signaux de la "voie de retour" dont la porteuse est à fréquence fe et les transpose à la fréquence fd avant de les renvoyer sur le réseau.Pour cela l'appareil de transposition comportera généralement un filtre 30 dont la bande passante est adaptée à l'encombrement spectral du signal de retour. Ainsi un signal constitué par une porteuse à fréquence fe modulée est recueilli par l'appareil de transposition, transposé en fréquence, et réémis, en même temps que le signal de télévision, sur la ligne de transfert 16, puis vers les lignes secondaires 20 et les dérivateurs 22. Le signal est ainsi disponible à chacune des prises terminales 26. Les signaux à fréquence fe empruntant la voie de retour proviennent d'équipements connectés ayant des natures différentes et des distances à la station de tête 14 différentes. Sur le trajet de la voie de retour jusqu'à la station de tête et au transposeur, les signaux à fréquence fe subissent une atténuation très différente, notamment en fonction de la distance parcourue sur le câble coaxial et du nombre de dérivateurs rencontres. En l'absence de précaution particulière, les signaux de la voie de retour arriveraient à l'appareil de transposition avec un niveau variant dans une plage importante, souvent d'environ 20 dB.Pour éviter de retrouver la même dynamique à la sortie du transposeur (représenté dans la station de tête 14), le transposeur est avantageusement doté d'un circuit de commande de gain, permettant de maintenir le niveau de sortie du signal à fréquence fd dans une plage de quelques dB seulement. Toujours pour réduire la dispersion de puissance les amplificateurs 28 peuvent être avantageusement équipés d'un dispositif à commande automatique de gain. Une prise d'abonne 26 peut alimenter directement un récepteur audiovisuel, tel qu'un poste de télévision 32, qui recevra alors les programmes dans des conditions normales. Une prise 26 peut aussi bien alimenter un terminal de communication numérique 36 en plus ou en même temps qu'un recepteur. L'installation comporte également un appareil 46 de gestion de ressources numeriques, rendu nécessaire par le raccordement au réseau de plusieurs terminaux susceptibles d'émettre en même temps. L'appareil de gestion organise les échanges de données numériques suivant un protocole évitant les collisions et/ou permettant de les traiter. L'appareil de gestion constitue une station "maitre", tandis que les terminaux 36 constituent des stations "esclave" qui ne peuvent émettre que sur requête de l'appareil de gestion de ressources numeriques 46. Cet appareil peut être relié au réseau en un point quelconque de ce dernier, ce qui constitue un énorme avantage. Il peut être déplacé d'un point à un autre du réseau sans aucune modification de l'installation ou des autres équipements connectés au réseau. Chacun des équipements de communication numérique connectés au réseau, qu'il s'agisse d'un terminal 36 ou de l'appareil de gestion 46, comporte un sous-ensemble de communication dont le rôle est - de moduler les données numériques à émettre et de démoduler les données numériques reçues - d'assurer les fonctions de traitement du protocole utilisé sur le réseau (couches 2 et 3 du modèle ISO) et d'identification de l'équipement par une adresse. Le sous-ensemble du terminal 36 montré sur la figure permet de plus d'alimenter une prise 37 de liaison d'un récepteur audiovisuel tel qu'un téléviseur 32 et/ou un récepteur haute fidélité 39. Il comporte dans ce but un séparateur de signaux 38 constitué par un jeu de filtres - un filtre d'entrée centré sur la fréquence fd, ne delivrant sur sa sortie que les signaux situés dans la bande de fréquence attribuée à la distribution des données numériques ; - un filtre de sortie centré sur la fréquence fe de la voie de retour, insérant, sur la ligne coaxiale, les signaux modules appliqués sur son entrée et véhiculant les données numériques emises par l'équipement - un filtre large bande fournissant les signaux audiovisuels distribués à la prise 37. Tous les sous-ensembles comportent un modem numérique 40 assurant les fonctions de modulation des données numériques à émettre et de demodulation des données numériques reçues. Le démodulateur du modem est prévu pour reçevoir, du filtre d'entree, des signaux modulés centrés autour de la fréquence fd. Le modulateur du modem est réglé pour émettre un signal modulé centré autour de la frequence fe et l'appliquer au filtre de sortie. Pour autoriser l'interrogation des terminaux par l'appareil de gestion, il est nécessaire que le demodula- teur soit toujours actif en phase de veille, c'est-à-dire qu'il démodule tous les signaux centrés sur fd qui arrivent à la prise 26. Etant donné cependant que ce fonctionnement permanent n'est nécessaire que pour que le terminal puisse recevoir une invitation à émettre en provenance de l'appareil de gestion 46, il est possible d'arrêter le fonctionnement du démodulateur pendant les phases d'émission par le terminal auquel il appartient. En revanche, le modulateur du modem numérique 40 est inactif en phase de veille et n'émet pas de signal. Il n'intervient que lorsque le terminal a un message à transmettre en réponse à une invitation en provenance de l'appareil de gestion. L'émission par le modem ne dure que le temps nécessaire à l'envoi du message de données. Ces dernières sont donc toujours émises par salves, quel que soit l'équipement concerné (terminal ou appareil de gestion). Divers types de modulation peuvent être utilisés. Cependant, dans le cas d'un réseau en lignes coaxiales, il semble avantageux d'utiliser la modulation de fréquence à continuité de phase, dite CPFSK, avec un débit de communication numérique compatible avec la bande passante disponible et avec le niveau de bruit sur le réseau. Plus le réseau est bruite et plus il est nécessaire d'avoir une bande de fréquence large pour un débit de transmission donne. Dans la pratique, on utilisera souvent un débit de 19200 bauds pour une bande de fréquence de l'ordre de 50 kHz. Le sous-ensemble 36 comporte également une interface 42 de traitement du protocole de réseaux, au niveau des couches 2 et 3 (liaison et routage) du modèle ISO. Cette interface peut contenir l'adresse particulière au sous-ensemble de communication. Elle se raccorde à l'appareil d'exploitation 50 fournissant le message numérique à transmettre ou capable d'exploiter un message reçu. La nature de l'appareil d'exploitation peut être très variée : il peut s'agir d'une mémoire contenant des données fournies par des compteurs de fluide, d'énergie ou de service. I1 peut être constitué par des capteurs de conditions anormales, telles que température excessive, contacts d'ouvertures de portes, etc... L'appareil de gestion 46 est généralement constitué par un calculateur 48 de type ordinateur personnel ou calculateur industriel, tel que VME ou G96, relie au réseau par le sous-ensemble 36 à modem de communication numérique. Certains éléments de ce sous-ensemble peuvent être incorporés au calculateur, par exemple l'interface, le modem étant alors directement relié au calculateur 48, par exemple par une liaison asynchrone RS 232. Dans le calculateur 48 sont implantés les logiciels de gestion nécessaires au bon déroulement des communications. Ces logiciels peuvent être très proches d d'un des types déjà connus de gestion de réseaux locaux à station "maitre". Il suffira en conséquence de décrire le fonctionnement de l'installation en transmission de données. Le protocole mis en oeuvre peut notamment comporter - l'interrogation périodique de chacun des terminaux connectés, suivant un ordre qui peut être pre-établi (scrutation cyclique avec éventuellement interrogation plus fréquente de certains terminaux) ou suivant un ordre déterminé par des données reçues lors des échanges précédents, par adressage de sous-ensembles successifs ; - la détection des contentions survenant lors des échanges et la gestion des procédures de résolution de contention - la détection des erreurs lors des échanges et l'envoi d'ordres de réémission des données pertubées, la détection d'erreurs et éventuellement leur correction pouvant se faire par utilisation de codes de transmission redondants ;; - la détection de l'absence de réponse de certains équipements connectés - l'interrogation "ouverte" pendant un temps déterminé, sous forme d'envoi d'un code et/ou d'une adresse globale invitant à émettre, seuls, les terminaux ayant une information urgente à fournir, par exemple une alarme. - la diffusion d'informations à certains des terminaux ou à tous, avec répétition éventuelle. Lorsqu'un terminal reçoit une invitation à émettre et a effectivement un message à transmettre, son modulateur est activé et envoie un signal modulé sur le réseau coaxial, pendant le temps nécessaire à l'envoi des données. Deux modes de fonctionnement du terminal peuvent être envisagés. Dans un premier mode, le démodulateur reste en fonctionnement et démodule les signaux présents sur reseau coaxial et centré sur la fréquence fd. Il est alors possible de contrôler, dans l'interface 42, que le signal démodule, qui a transité sur le réseau coaxial, est bien identique au signal qui a été émis et d'envoyer un signal d'erreur dans le cas contraire. Dans un second mode de fonctionnement, le démodulateur est arreté pendant le fonctionnement du modulateur. Cette solution permet d'utiliser un modem numérique 40 ne comportant qu'un seul oscillateur local ou un seul synthetiseur de fréquences, calé alternativement sur la fréquence d'émission ou sur la frequence de distribution. L'invention est susceptible de nombreuses variantes de réalisation. En particulier, certaines au moins des prises d'abonnés 26 sont équipées à demeure d'un sous-ensemble de communication 36. Dans ce cas, chaque point d'utilisation du réseau ainsi équipé comportera un coffret muni d'une prise 37 de raccordement d'un recepteur audiovisuel et/ou d'une prise spéciale 52 de raccordement d'un appareil d'exploitation numérique. Des appareils supplémentaires d'introduction de donnees numériques 54 peuvent être connectés directement au niveau des amplificateurs ou de la station de tête. Plusieurs fréquences fe et/ou fd peuvent être prévues pour autoriser un débit accru. Il doit être entendu que la portée du présent brevet s'étend à de telles variantes ainsi plus généralement qu a toutes autres restant dans le cadre des équivalences. REVENDICATIONS 1. Installation à réseau filaire de distribution de programmes audiovisuels et de communication de données numériques, comportant une station de tête (14) raccordée à un réseau (16,20,24) en lignes filaires de distribution de programmes de télévision à des prises de raccordement de terminaux de réception de programmes et de communication numérique, caractérisée en ce que : les terminaux de communication numérique (36) comprennent des moyens (40) de modulation numérique d'une porteuse à une première fréquence fe et des moyens de réception et de démodulation d'une porteuse modulée entrante, à une autre fréquence fd en ce qu'au réseau est relié un appareil de transposition des signaux de la fréquence fe à la fréquence fd ; et en ce que l'installation comprend également des moyens (46) de gestion des ressources numériques et d'interrogation des terminaux de communication raccordé au réseau. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'appareil de transposition de frequence est proche de la station de tête (14) ou incorporé à elle. 3. Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par un dispositif de régulation du niveau de sortie, limitant la dynamique des signaux présents en sortie, équipant l'appareil de transposition de fréquence ou des amplificateurs des signaux à fréquence de porteuse fe. 4. Installation selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que les moyens de gestion (46) comportent un appareil de gestion contenant un programme d'interrogation cyclique des terminaux de communication par adressage des dits terminaux. 5. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'appareil contient un programme d'interrogation ouverte périodique autorisant uniquement l'envoi de messages d'alarme par les terminaux susceptibles de les transmettre. 6. Installation selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que l'appareil de gestion (46) contient des programmes de détection de contentions sur le réseau et de résolution desdites contentions de manière à assurer l'intégrité de la transmission des données en provenance d'un terminal quelconque et à destination d'un autre terminal quelconque connecté. 7. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le réseau est muni de prises de raccordement de terminaux dont certaines au moins sont munies d'un sous-ensemble de communication ayant une adresse spécifique, comportant un modem et une interface (42) d'appareil d'exploitation (50). 8. Terminal de communication numérique pour installation suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un sous-ensemble de communication incluant un modem numérique à fréquence d'émission fe différente de la fréquence de réception fd. 9. Terminal selon la revendication 8, caractérisé en ce que le modulateur numérique fonctionne par salves et n'est actif que lorsqu'il reçoit un ordre d'emission de données tandis que le demodulateur numérique démodule en permanence les signaux reçus autour de la fréquence de reception fd, à l'exception éventuellement des périodes pendant lesquelles le modulateur émet des données. 10. Terminal selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce qu'il est muni d'un séparateur de signaux délivrant sur une sortie les signaux audiovisuels distribués par le réseau coaxial. 11. Terminal selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu'il contient un dispositif d'identification ayant une adresse qui est propre à ce terminal.