Brevet FR2907626A1 — publié le 20080425

Domaine technique L'invention se situe dans le domaine de la transmission de données sur courant porteur et plus particulièrement dans le domaine des techniques de modulation et d'accès multiples, utilisée par les modems sur courant porteur. Art antérieur La transmission de données sur le courant porteur est une technologie en plein développement. L'idée est d'utiliser le réseau de distribution d'énergie électrique pour la transmission de données. 10 L'architecture générale d'un système de transmission de données sur courant porteur est décrit Fig. 1. Le système comprend une tête de réseau 1.1. Cette tête de réseau est connectée à un réseau de communication de données non représenté, ce peut être de l'ATM ou autre. Les données reçues sont à transmettre à un modem 15 terminal (1.5, 16 et 1.7) dans un bâtiment 1.4. La tête de réseau 1.1 et le bâtiment 1.4 sont connectés par le faisceau 1.2 d'alimentation du bâtiment en énergie électrique. Ce faisceau se compose de trois câbles portant chacun une phase dans le cas d'une alimentation dite tri-phasée . Une fois dans le bâtiment, chaque phase est séparée et alimente en énergie une partie du bâtiment, par exemple un appartement. Une seule de 20 ces phases est donc connectée au modem terminal de l'usagé (1.5, 1.6 et 1.7). Les données transmises depuis la tête de réseau 1.1 à destination d'un modem terminal 1.5 doivent donc ultimement transiter sur la phase connectée à ce modem. D'une manière générale aujourd'hui, les mêmes données sont dupliquées sur les 3 phases du faisceau. Le même signal est donc transmis à tous les modems quelle que soit la phase les 25 connectant à la tête de réseau. Du fait de l'atténuation du signal le long du câble, le signal ne peut se transmettre de manière fiable que sur une distance de 500 mètres à 1 kilomètre environ. Lorsque la tête de réseau se situe à une distance plus grande du bâtiment, il est donc nécessaire d'intercaler des répéteurs 1.3 sur la ligne de façon à répéter le signal pour atteindre ainsi de grandes distances. La robustesse de 30 transmission du signal est ici un point clé pour la disposition de ces répéteurs, plus la transmission est robuste, moins le nombre de répéteurs devant être installés entre la tête de réseau et le modem de l'usager est grand. 2907626 2 Nous nous intéresserons dans ce document plus particulièrement à la technologie de transmission MC-CDMA ( Multi Carrier û Code Division Multiple Access en anglais) sur courant porteur. Cette technique combine la technique de transmission par porteuses orthogonales OFDM ( Orthogonal Frequency Division 5 Multiplexing en anglais) et la méthode d'étalement de spectre CDMA ( Code Division Multiple Access en anglais). Cette technique est illustrée Fig. 2. Chaque utilisateur, modem, dispose d'un code d'étalement de N composantes (Ck,,, ..., Ck,; Ck,N). De préférence, mais ce n'est pas obligatoire, la longueur N du code d'étalement correspond au nombre de porteuses de la modulation OFDM choisie. Un symbole dk à transmettre par un utilisateur k est dupliqué N fois. Chaque exemplaire est multiplié par une composante Ck. ; du code d'étalement propre à cet utilisateur pour être ensuite modulé sur la porteuse de fréquence F. Ces signaux sont ensuite additionnés pour former un signal OFDM donnant le signal Sk(t), somme de toutes les porteuses, pour ce symbole. Le même traitement est appliqué pour les symboles devant être transmis par chaque utilisateur. La somme de tous ces traitements est ensuite émise à destination du récepteur au sein du canal de transmission. Il est donc connu de dupliquer un signal MC-CDMA sur chaque câble d'alimentation d'un faisceau électrique pour transmettre des données entre une tête de réseau et un modem terminal. Dans une telle installation de distribution de données numériques par le courant porteur, un facteur important du coût du système est le nombre de répéteurs que l'on doit installer sur la ligne entre la tête de réseau et le modem terminal. Pour une robustesse de transmission donnée du signal, moins on doit installer de répéteurs et plus l'installation est économique. Exposé de l'invention L'invention vise à résoudre le problème du nombre de répéteurs devant être installés par un schéma de modulation permettant une transmission plus robuste des données entre la tête de réseau et le bâtiment. Pour ce faire, il est proposé d'envoyer des signaux différents sur chaque phase et d'utiliser un codage étalant le signal sur les différentes porteuses de chaque phase. 2907626 3 Cette solution permet d'augmenter la robustesse de la transmission par un plus grand étalement en fréquence du signal sur la transmission entre la tête de réseau et un équipement avant la séparation des trois phases à destination des modems terminaux. 5 L'invention concerne un procédé d'émission d'un signal, par un émetteur à destination d'un récepteur connecté par une pluralité de canaux de transmission, comportant : - une étape d'étalement du spectre du signal par multiplication du signal par chacune des composantes d'un code d'étalement multi composantes, 10 - une étape d'émission des signaux résultant de cette multiplication par chacune des composantes du code d'étalement sur différentes porteuses, caractérisé en ce que ces porteuses sont réparties sans duplication sur différents canaux au sein de la pluralité de canaux connectant l'émetteur et le récepteur. 15 Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, la taille du code d'étalement correspond au nombre total de porteuses disponibles sur l'ensemble des canaux reliant l'émetteur et le récepteur. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, les différentes porteuses 20 sont émises sur chaque canal selon un schéma OFDM. L'invention concerne également un procédé de réception d'un signal, provenant d'un émetteur, par un récepteur connecté par une pluralité de canaux de transmission, comportant : 25 une étape de démodulation des signaux modulés sur différentes porteuses sur les différents canaux de transmission, une étape de désétalement du spectre des différentes composantes du signal à l'aide d'un code d'étalement multi composantes, caractérisé en ce que lesdites différentes composantes du signal sont issues sans 30 duplication de différents canaux au sein de la pluralité de canaux connectant l'émetteur et le récepteur. 2907626 4 Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, l'étape de démodulation est une étape de démodulation OFDM. L'invention concerne également un émetteur de signaux à destination d'un 5 récepteur connecté par une pluralité de canaux de transmission comportant : des moyens d'étalement du spectre du signal par multiplication du signal par chacune des composantes d'un code d'étalement multi composantes, des moyens d'émission des signaux résultant de cette multiplication par chacune des composantes du code d'étalement sur différentes porteuses, 10 caractérisé en ce que ces porteuses sont réparties sans duplication sur différents canaux au sein de la pluralité de canaux connectant l'émetteur et le récepteur. L'invention concerne également un récepteur d'un signal provenant d'un émetteur connecté par une pluralité de canaux de transmission comportant : 15 des moyens de démodulation des signaux modulés sur différentes porteuses sur les différents canaux de transmission, des moyens de désétalement du spectre des différentes composantes du signal à l'aide d'un code d'étalement multi composantes, caractérisé en ce que lesdites différentes composantes du signal sont issues sans 20 duplication de différents canaux au sein de la pluralité de canaux connectant l'émetteur et le récepteur. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, les canaux de transmission sont des lignes électriques. L'invention concerne également un système de transmission de données comprenant au moins un émetteur et au moins un récepteur selon l'invention. L'invention concerne également un avion comprenant un système de 30 transmission selon l'invention. 25 2907626 5 Brève description des dessins Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, 5 apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels : la Fig. 1 représente l'architecture générale d'un système de transmission de données sur courant porteur. 10 La Fig. 2 représente le schéma de principe de la modulation MC-CDMA. La Fig. 3 illustre le schéma de principe de la modulation selon un exemple de réalisation de l'invention. La Fig. 4 représente l'architecture générale d'un système de transmission de données sur courant porteur de l'exemple de réalisation de l'invention. 15 La Fig. 5 représente l'architecture d'un avion comportant un système de transmission selon l'invention. Exposé détaillé de l'invention 20 L'invention repose sur l'idée d'utiliser la diversité spatiale apportée par les trois câbles portant les phases pour augmenter la robustesse de la transmission de données entre la tête de réseau et le bâtiment. Pour cela, un signal différent est émis sur chacune des phases au lieu de dupliquer le signal sur les trois phases. 25 A l'échelle de la communication, le canal de transmission sur courant porteur est statique, sélectif en fréquence, et peut être connu de l'émetteur et du récepteur. Cette connaissance à l'émission nécessite un échange d'informations entre le récepteur et l'émetteur. Nous supposons cette étape réalisée avec succès par les couches concernées. 30 Contrairement aux canaux radio mobiles, le bruit sur les canaux CPL (Courants Porteurs en Ligne) ne peut être réduit à du bruit gaussien. L'étalement de spectre offre alors tout son intérêt et le rejet des brouilleurs est d'autant plus efficace que les codes d'étalement sont longs. 2907626 6 Là où les schémas de modulation MC-CDMA classiques utilisent une répartition de spectre en fréquence au sein d'un canal, l'invention propose de la réaliser sur plusieurs canaux différents. De cette façon on tire parti du degré de corrélation faible 5 entre le bruit impulsionnel sur les différents canaux et de la possibilité d'utiliser des codes d'étalement de longueur plus grande. Chacun de ses effets contribuent à apporter une plus grande robustesse à la transmission. L'exemple de réalisation repose sur l'utilisation de la technique MC-CDMA 10 décrite plus haut mais en répartissant les composantes codées du signal sur les différents canaux de transmission. De cette façon, on dispose d'un plus grand nombre de porteuses utilisables et il est donc possible d'utiliser des codes d'étalement de plus grande longueur. En effet, un codage MC-CDMA utilise typiquement une longueur de code d'étalement correspondant au nombre de porteuses utilisées. Le fait de disposer 15 de 3 câbles permet de multiplier par 3 le nombre de porteuses disponibles pour le codage CDMA. Si l'on appelle k la longueur du code d'étalement et N le nombre de porteuses disponibles par câble, il est alors possible d'utiliser des codes d'étalement d'une longueur pouvant aller jusqu'à 3N. Dans la suite de ce document, nous appellerons longs les codes d'étalement comportant plus de composantes que le 20 nombre de porteuses utilisées sur un câble unique par opposition aux codes d'étalement que nous appellerons courts , comportant un nombre de composantes plus réduit et utilisable par un schéma MC-CDMA sur un câble unique. La Fig. 3 illustre le schéma de codage d'un émetteur dans le cas de l'utilisation 25 d'un code d'étalement de longueur 3xN correspondant au nombre de porteuses disponibles sur l'ensemble des trois câbles de la liaison CPL. On y voit un symbole dk émis par un utilisateur k. Le symbole est dupliqué autant de fois que le code d'étalement Ck correspondant à l'utilisateur k possède de composantes Ck,,. Le symbole est alors multiplié par la composante correspondante du code d'étalement et 30 modulé selon l'une des fréquences OFDM de l'un des trois câbles correspondant à l'une des phases de l'alimentation en courant. Dès lors que l'on utilise un tel schéma de modulation, les câbles ne portent plus le même signal. Comme un seul de ces câbles est connecté au modem terminal de 2907626 7 l'utilisateur, le signal doit être démodulé en amont de ce modem. Le schéma de modulation proposé est donc utilisé, dans l'exemple de réalisation de l'invention, uniquement entre la tête de réseau et équipement de distribution du signal dans le bâtiment. Cette architecture est représentée Fig. 4 qui reprend le schéma de la Fig. 1 5 avec l'adjonction de l'équipement de distribution 4.8. Cet équipement est connecté en entrée aux trois câbles du courant porteur et en sortie, distribue, via 3 câbles indépendants, l'énergie et les signaux à destination des modems terminaux. C'est au sein de cet équipement que le signal sera démodulé à l'aide des codes 10 d'étalement utilisateurs longs. Un ré encodage du signal à l'aide de codes d'étalement courts est alors effectué et le signal résultant est émis, de manière dupliquée, sur les trois câbles de sortie à destination des modems terminaux. On voit donc qu'un schéma de modulation MC-CDMA utilisant des codes d'étalement longs est utilisé entre la tête de réseau et l'équipement de distribution, tandis qu'un schéma de modulation 15 MC-CDMA utilisant des codes d'étalement courts est lui utilisé entre l'équipement de distribution et le modem terminal. Cette dernière étape de transmission se produisant généralement au sein du bâtiment destinataire, on peut supposer ce canal moins bruité que le canal en amont et pouvant utiliser un schéma de modulation apportant moins de robustesse. 20 Dans une variante de mise en oeuvre de l'invention, l'équipement de distribution est intégré au dernier répéteur avant le bâtiment. Il est évident que la distribution peut se faire, en fait, au sein de n'importe quel équipement sur le trajet du câble d'alimentation avant la séparation des trois câbles à destination des modems 25 terminaux. De même, l'exemple de réalisation décrit l'utilisation de trois câbles d'alimentation, ce qui correspond à la norme en alimentation électrique, mais l'invention peut tout à fait être utilisée de la même manière avec un nombre de câbles d'alimentation au moins égal à deux. Dans ce cas, en choisissant un jeu de codes d'étalement de longueur adaptée, le signal sera réparti sans duplication sur un 30 ensemble de porteuses appartenant à chacun des câbles disponibles. Cette répartition du signal en fréquence sur différents câbles est particulièrement avantageuse dans le cadre de l'utilisation de câbles d'alimentation en courant porteur pour la transmission de données car ce canal de transmission est soumis à des perturbations transitoires résultant de la coupure et de l'allumage d'appareils, perturbations n'affectant 2907626 8 généralement que le câble connecté audit appareil. La répartition permet donc d'apporter de la robustesse, et donc par voie de conséquence, du débit à la transmission entre la tête de réseau et le bâtiment. Il est également possible d'espacer les répéteurs sur la ligne et donc de minimiser le coût de l'installation. La Fig. 5 illustre un autre exemple de réalisation de l'invention. Cet exemple se situe dans le cadre de l'aviation. Parmi les applications à bord d'un avion civil, l'exploitation du CPLIPLT est 10 liée à la réduction de pose de câbles supplémentaires pour le confort du passager et aussi la sécurité du pilotage lors des phases de décollage et d'atterrissage où le pilote a besoin de cerner son environnement grâce à des senseurs multiples (cameras FLIR,SLIR,..etc). 15 L'application du CPL/PLT dans l'aéronautique permet de réduire le poids des câbles donc la consommation en kérosène mais aussi réduit le coût des opérations de maintenance et le risque de panne des équipements existants lors d'un nouveau câblage. 20 Le service de diffusion multimédia à la demande (MOD) pour le passager est proche des services combinant voie, donnée et télévision des fournisseurs de services Internet mais les modems CPL/PLT utilisés dans ce cadre sont basés sur le standard Homeplug qui exploite le signal à 50Hz issu du secteur pour synchroniser tous les traitements et rejeter plus facilement les bruits qui sont des harmoniques du secteur. 25 Mais à bord d'un avion, les équipements vidéo sont alimentés par des tensions continues issues d'alternateur à bord et donc ces modems sont difficilement exploitables à bord même si l'on résout les problèmes de vibrations et de température de fonctionnement hors cabine non pressurisée et ni climatisée. 30 Des technologies de modems PLT/CPL (DS2,SPIDCOM) non synchrones du secteur existent et permettent de réaliser l'invention dans le domaine aéronautique. 5 2907626 9 Par contre, l'acquisition et la transmission de données vidéo destinées à l'aide au pilotage exigent certes une ergonomie dans la visualisation des images au pilote, mais aussi une certaine sécurisation. 5 L'application ultime en aéronautique qui doit transmettre les commandes de vol doit aussi être sécurisée par la fusion de données multi-chemin. Si l'on appelle Chi(i=1,3) chaque chemin, on effectue une fusion de données basée sur la théorie bayésienne ou sur d'autres théories comme celle de l'évidence, de la croyance ou des ensembles flous. 10 Cette fusion probabiliste des signaux SIG permet de pondérer les données des capteurs et actionneurs par des données à priori Pr sur les chemins associés au câblage de l'avion et permet d'invalider des données erronées générées par un chemin non opérationnel en raison de pannes d'un capteur et/ou d'un circuit d'acheminement 15 défaillant. On peut exprimer le signal final à l'instant Tk par la formule : SIGFINAL(Tk) = Pr(Ch1,Tk)*SIG(Chl,Tk) + Pr(Ch2,Tk)*SIG(Ch2,Tk) + Pr(Ch3,Tk)*SIG(Ch3,Tk). Comparé aux modems opérant sur un réseau tri-phasé, la fusion de données des 3 chemins possibles permet d'assurer la fonction en cas de coupures de 2 chemins simultanés. 25 La distribution d'énergie électrique dans un avion est faite par un faisceau de trois câbles alimentant les divers organes électriques de l'avion. Parmi ces organes se trouvent, entre autres, les ailerons, le train d'atterrissage et les instruments du cockpit. Le réseau câblé d'alimentation électrique peut alors également servir de réseau de communication de données et des transmissions de signaux peuvent être superposées 30 au courant passant par ces câbles. Le domaine de l'aviation est un domaine où la fiabilité est très importante pour des raisons de sécurité. Dans ce cadre, un schéma de modulation selon l'invention permet la transmission de manière robuste de données sur le réseau d'alimentation électrique de l'avion. 20 2907626 10 Sur la figure 5, un avion 5.1 est représenté schématiquement. Cet avion est câblé par un faisceau 5.2 le parcourant entre le cockpit et les différents organes de l'appareil. Un équipement de commande 5.3 est couplé aux organes de pilotage de l'avion est connecté au réseau d'alimentation électrique 5.2. Cet équipement va jouer 5 le rôle de la tête de réseau dans le précédent mode de réalisation. Les organes de vol tels que les ailerons seront dotés d'équipements de commande 5.4 également connectés au réseau d'alimentation électrique 5.2. Des transmissions de données utilisant un schéma de modulation MC-CDMA à répartition de fréquence par code d'étalement sont utilisées entre l'équipement de commande 5.3 et les équipements de 10 commande 5.4. Ici aussi, les codes d'étalement utilisés sont des codes d'étalement permettant de répartir sans duplication les différentes composantes du signal sur les différents câbles du faisceau électrique de l'appareil. De cette façon, les commandes de pilotage issues du cockpit sont transmises aux équipements de commande des organes de vol. Il est ainsi possible d'équiper un appareil d'un système de commande 15 numérique en utilisant le câblage électrique de l'appareil. Il s'ensuit une simplification et donc une plus grande fiabilité du système par rapport à l'installation d'un second réseau dédié à la transmission de données au sein de l'appareil. Le système tire avantageusement parti de l'augmentation de fiabilité dans la transmission apportée par une répartition en fréquence du signal par code d'étalement sur plusieurs câbles 20 séparés. Un tel réseau de transmission de données peut également être mis à profit pour l'installation d'un système d'aide à la navigation au sol. Dans un tel système, un jeu de caméras est installé à bord de l'avion permettant de capter l'abord immédiat de 25 l'appareil. Par exemple, une caméra est installée à la queue de l'appareil tandis que deux autres caméras sont installées en bout d'aile. Les flux vidéo captés par ces caméras sont alors transmis au cockpit par l'intermédiaire du réseau de transmission de données. Le pilote peut donc visualiser ainsi l'environnement immédiat de l'appareil et se servir de ces données pour déplacer l'avion au sol. Un tel réseau peut 30 également servir à distribuer des services, tels que des programmes audio visuels à des terminaux à disposition des passagers de l'avion. REVENDICATIONS 1/ Procédé d'émission d'un signal, par un émetteur à destination d'un récepteur connecté par une pluralité de canaux de transmission, comportant : - une étape d'étalement du spectre du signal par multiplication du signal par chacune des composantes d'un code d'étalement multi composantes, - une étape d'émission des signaux résultant de cette multiplication par chacune des composantes du code d'étalement sur différentes porteuses, caractérisé en ce que ces porteuses sont réparties sans duplication sur différents canaux au sein de la pluralité de canaux connectant l'émetteur et le récepteur. 2/ Procédé selon la revendication 1 où la taille du code d'étalement correspond au nombre total de porteuses disponibles sur l'ensemble des canaux reliant l'émetteur et le récepteur. 3/ Procédé selon la revendication 1 où les différentes porteuses sont émises sur chaque canal selon un schéma OFDM. 4/ Procédé de réception d'un signal, provenant d'un émetteur, par un récepteur connecté par une pluralité de canaux de transmission, comportant : une étape de démodulation des signaux modulés sur différentes porteuses sur les différents canaux de transmission, une étape de désétalement du spectre des différentes composantes du signal à l'aide d'un code d'étalement multi composantes, caractérisé en ce que lesdites différentes composantes du signal sont issues sans duplication de différents canaux au sein de la pluralité de canaux connectant l'émetteur et le récepteur. 5/ Procédé selon la revendication 4 où la taille du code d'étalement correspond au nombre total de porteuses disponibles sur l'ensemble des canaux reliant l'émetteur et le récepteur. 2907626 12 6/ Procédé selon la revendication 4 où l'étape de démodulation est une étape de démodulation OFDM. 7/ Emetteur de signaux à destination d'un récepteur connecté par une pluralité 5 de canaux de transmission comportant : des moyens d'étalement du spectre du signal par multiplication du signal par chacune des composantes d'un code d'étalement multi composantes, des moyens d'émission des signaux résultant de cette multiplication par chacune des composantes du code d'étalement sur différentes porteuses, 10 caractérisé en ce que ces porteuses sont réparties sans duplication sur différents canaux au sein de la pluralité de canaux connectant l'émetteur et le récepteur. 8/ Récepteur d'un signal provenant d'un émetteur connecté par une pluralité de canaux de transmission comportant : 15 des moyens de démodulation des signaux modulés sur différentes porteuses sur les différents canaux de transmission, des moyens de désétalement du spectre des différentes composantes du signal à l'aide d'un code d'étalement multi composantes, caractérisé en ce que lesdites différentes composantes du signal sont issues sans 20 duplication de différents canaux au sein de la pluralité de canaux connectant l'émetteur et le récepteur. 9/ Procédé ou dispositif selon l'une des revendications précédentes où les canaux de transmission sont des lignes électriques. 10/ Système de transmission de données comprenant au moins un émetteur selon la revendication 7 et au moins un récepteur selon la revendication 8. 11/ Avion comprenant un système de transmission selon la revendication 10. 25 30