Brevet FR2977428A1 — publié le 20130104

Mitigation de l'effet du couplage de courants porteurs en ligne sur une transmission haut débit Le domaine de l'invention est celui de la transmission de données, particulièrement à haut débit. L'explosion d'Internet et le déploiement à grande échelle des réseaux 1 o d'accès ont créé un besoin croissant en bande passante. Grâce aux avancées technologiques effectuées dans les réseaux d'accès, les opérateurs télécoms proposent des offres multiservices « triple play » comprenant les données, la voix, ainsi que la vidéo. La configuration actuelle est la suivante : un lien ADSL (Assymetric Digital Subscriber Line) entre le multiplexeur d'accès DSL (DSLAM) 15 et le domicile du client, une passerelle d'accès chez le client et un réseau domestique afin de distribuer l'information à l'intérieur de la maison. Toutefois, les débits nécessaires aux services et applications triple play deviennent plus importants que ceux proposés par la technologie ADSL. La nouvelle génération de réseaux d'accès haut débit est basée sur la technologie 20 d'accès VDSL2 (Very high bit-rate Digital Subscriber Line) décrite dans la recommandation technique G.993.2 de I'UIT-T, qui offre l'avantage de proposer des débits supérieurs à ceux des technologies ADSL et ADSL2+ en utilisant une bande de fréquence supérieure. Par ailleurs, la technologie CPL (Courant Porteur en Ligne) est de plus 25 en plus utilisée dans les réseaux domestiques, plus particulièrement pour les applications telles que la TV sur IP, afin de s'affranchir du problème de câblage entre la passerelle d'accès et le décodeur TV. En effet, dans une installation domestique, la passerelle d'accès et le décodeur peuvent se trouver dans des pièces différentes et il n'est pas aisé de mettre un câble Ethernet entre deux 30 pièces. La technologie CPL permet de résoudre ce problème en utilisant le réseau électrique déjà présent chez les clients. Les technologies VDSL2 et CPL sont donc complémentaires pour transmettre des données à haut débit, en utilisant pour la première la paire de cuivre et pour la seconde les câbles électriques. Cependant, ces deux technologies utilisent les mêmes bandes de fréquence : [1.8 à 30 MHz] pour le CPL et [138 KHz à 30 MHz] pour le VDSL2 selon l'architecture FTTx choisie (Fiber To The x) et sont amenées à coexister puisque les câbles téléphoniques et les câbles électriques peuvent être proches dans l'installation domestique d'un client. Les câbles électriques, non conçus initialement pour des transmissions en hautes fréquences, ne sont pas symétriques et il en résulte un rayonnement du signal CPL transmis pendant les transmissions. Ce rayonnement quand il se produit se couple sur les câbles téléphoniques et peut impacter les performances et la qualité de service (QoS) des systèmes VDSL2 de manière plus ou moins importante en fonction de divers paramètres tels que la proximité de la ligne téléphonique et du câble électrique, ainsi que la longueur de leur voisinage. Le couplage CPL a un impact négatif sur la transmission VDSL2. En effet, une transmission VDSL2 est synchronisée en tenant compte du SNR (rapport signal à bruit) présent sans couplage CPL. Le débit est donc calculé en fonction du SNR et d'une marge de bruit cible. On suppose qu'une communication CPL est ultérieurement établie dans le voisinage de la transmission VDSL2. Cette communication CPL génère un couplage sur la liaison VDSL2. Il y a donc une augmentation du bruit sur la liaison VDSL2. Cela a comme conséquence de baisser la marge de bruit de la transmission VDSL2. Si celle-ci est en-dessous de sa valeur seuil, il y a désynchronisation de la transmission VDSL2. Dans le cas contraire, la transmission fonctionne à marge de bruit réduite, et est donc sensible à toutes perturbations électromagnétiques (hors CPL). Cela impacte directement la QoS. Il peut y avoir une resynchronisation de la transmission VDSL2 calculée en fonction du nouveau SNR (bruit +couplage) et de la marge de bruit cible. Cela a comme conséquence une baisse du débit VDSL2. Les inventeurs ont mené des expériences en laboratoire et dans des installations domestiques, qui ont mis en évidence que la technologie CPL a un impact négatif sur la QoS du service TV offert par la technologie VDSL2 (perte de synchronisation du service, gel d'image, pixellisations) et sur les performances (baisse de débit). Elle provoque en outre une réduction de la marge de bruit. Cela implique une sensibilité plus forte de la transmission VDSL2 aux perturbations électromagnétiques. Pour régler ce problème, le groupe CPL de l'ETSI a proposé deux 1 o méthodes de mitigation du couplage des courants porteurs en ligne CPL sur les câbles téléphoniques. La première méthode est basée sur l'utilisation d'un filtre adaptatif et la deuxième sur un algorithme de gestion spectrale. La première méthode consiste à mesurer le signal présent sur une prise électrique grâce à un coupleur et envoyer l'information au filtre afin que celui-ci 15 ait une estimée du signal CPL qui va se coupler sur les câbles téléphoniques. L'estimée du signal CPL est alors soustraite du signal transmis par le câble téléphonique. Cette méthode proposée en théorie n'a pas été implémentée car jugée complexe à implémenter et à développer. En effet, d'une manière pratique, elle suppose l'ajout de nouveaux blocs actifs (cancellation filter) et 20 passifs (coupleur et splitter), ainsi qu'une modification complexe des fonctionnalités du modem VDSL2. De plus le bruit mesuré par le coupleur connecté à la prise électrique n'est pas exactement le même que celui induit par le couplage sur la liaison VDSL2. L'addition du bruit induit par le couplage au signal modifié par le filtre adaptatif créera dans ce cas plus d'erreurs de 25 transmission sur le système VDSL2. La deuxième méthode basée sur un algorithme de gestion spectrale consiste à déterminer pendant une transmission VDSL2 et CPL quelles sont les meilleures porteuses VDSL2, c'est-à-dire celles qui possèdent un meilleur 30 rapport signal sur bruit. Cette détermination étant faite, la puissance d'émission CPL est baissée sur les porteuses CPL pouvant impacter ces « meilleures » porteuses VDSL2. La diminution de puissance d'émission CPL se fait par itération jusqu'à ce que le couplage existant sur le système VDSL2 soit corrigeable par les codes correcteurs d'erreurs. L'inconvénient de cette méthode est qu'elle nécessite que le modem VDSL2 détermine les porteuses VDSL2 ayant le meilleur rapport signal sur bruit. En l'état actuel de la technique, les modems CPL sont incapables de déterminer ce rapport signal sur bruit d'une transmission VDSL2 voisine. La société DS2 a développé une solution pour mitiger l'impact du CPL sur la transmission VDSL2 basée sur la méthode de la gestion spectrale. Un modem CPL a une sortie adaptée aux prises téléphoniques. Ce modem, 1 o capable d'être branché à une prise téléphonique et une prise électrique, mesure le couplage d'une transmission CPL sur la ligne téléphonique. En fixant un seuil à respecter, on modifie le spectre d'émission CPL dans les bandes descendantes du système VDSL2. Des tests ont été réalisés par les inventeurs et les résultats ont montré que la gestion spectrale pouvait résoudre le 15 problème de l'interférence dans 2 cas sur 3. L'inconvénient de cette technique est qu'elle nécessite un seuil à choisir à partir duquel on décide que le signal CPL peut impacter le système VDSL2. Ce seuil est statique et ne prend pas en compte la sélectivité en fréquence de la fonction de couplage. L'autre inconvénient est qu'elle nécessite la 20 modification du modem CPL. Il faut lui rajouter une sortie téléphonique et modifier ses fonctionnalités. De plus, elle n'a pas été efficace dans tous les cas testés par les inventeurs. La présente invention a pour but de résoudre les inconvénients de la 25 technique antérieure en fournissant un procédé de mitigation de l'effet du couplage de courants porteurs en ligne sur une transmission haut débit, dans une installation comportant une ligne de transmission haut débit et une ligne électrique, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : 30 - détection du début d'une procédure d'initialisation d'une communication haut débit sur la ligne de transmission haut débit, - émission d'un bruit sur la ligne électrique pendant la procédure d'initialisation, la densité spectrale du bruit étant déterminée en fonction de celle du signal des courants porteurs en ligne. Grâce à l'invention, on tient compte de l'effet du couplage du signal des courants porteurs en ligne sur la transmission haut débit, de manière simple, sans modifier le modem CPL. L'invention propose un système qui garantit une coexistence CPL-transmission haut débit sans effet néfaste sur les transmissions respectives. 1 o L'invention repose sur l'idée d'injecter un bruit dépendant du signal émis par les modems CPL sur la ligne électrique, seulement pendant la procédure d'initialisation de la communication haut débit (quelques secondes). Cela présente l'avantage de faire synchroniser les modems haut débit sur un niveau de bruit tenant compte du couplage CPL. A la fin de la procédure d'initialisation, 15 lorsque la communication haut débit est établie, l'injection du bruit sur la ligne électrique est arrêtée. Selon une caractéristique préférée, la détection du début de la procédure d'initialisation est réalisée par la détection de pics de puissance à des fréquences prédéterminées. 20 En effet, à titre d'exemple, un modem VDSL2 émet sur un ensemble de sinusoïdes à différentes fréquences prédéterminées dans le canal remontant, lors de sa phase d'initialisation. Les pics de puissances à ces fréquences sont simples à détecter. Selon une caractéristique préférée, le bruit est émis sur la ligne 25 électrique pendant une durée prédéterminée. Cette durée correspond à la durée de la procédure d'initialisation de la communication haut débit. Il est préférable de stopper ensuite l'émission du bruit, notamment pour des raisons d'économie d'énergie. Selon une caractéristique préférée, le bruit est émis sur au moins une 30 bande de fréquence prédéterminée. Cette bande est déterminée en fonction de la densité spectrale de puissance du signal CPL. Selon une caractéristique préférée, l'au moins une bande de fréquence est celle d'une transmission dans le sens descendant de la transmission haut débit. En effet, les inventeurs ont déterminé expérimentalement que le signal CPL a peu d'effet sur la transmission haut débit en bande montante. Selon une caractéristique préférée, l'au moins une bande de fréquence dépend de la longueur de la ligne de transmission haut débit. Là aussi, les inventeurs ont déterminé expérimentalement que la densité spectrale de puissance du signal haut débit est variable en fonction de l'atténuation de la ligne de transmission, et donc de sa longueur. Si la densité spectrale de puissance du signal haut débit est limitée à une bande de fréquence donnée en fonction de la longueur de la ligne, il est possible de restreindre l'émission du bruit sur la ligne électrique à cette bande de fréquence donnée. Selon une caractéristique préférée, le niveau du bruit émis est inférieur ou égal à celui du signal des courants porteurs en ligne. Si par exemple le niveau de bruit est légèrement inférieur à celui du signal CPL, le modem haut débit se synchronise à un débit supérieur au cas où le niveau de bruit est le même que celui du signal CPL. Lorsque les modems CPL se mettront à communiquer, l'effet sur le modem haut débit sera une diminution de la marge de bruit. Selon une caractéristique préférée, la transmission haut débit est de type VDSL2. L'invention a été mise au point pour ce type de transmission, qui utilise les mêmes bandes de fréquence que les signaux CPL. Le couplage CPLVDSL2 peut donc avoir des effets néfastes sur les performances et la qualité de service de la transmission VDSL2. L'invention concerne aussi un filtre actif comportant une interface pour être connecté sur une ligne de transmission haut débit, caractérisé en ce qu'il comporte en outre : - une interface pour être connecté à une ligne électrique susceptible de porter un signal de courants porteurs en ligne, - un module de détection du début d'une procédure d'initialisation d'une communication haut débit sur la ligne de transmission haut débit, - un module d'émission d'un bruit sur la ligne électrique pendant la procédure d'initialisation, la densité spectrale du bruit étant déterminée en fonction de celle du signal des courants porteurs en ligne. Ce filtre actif est de type gigogne et il remplace un filtre xDSL classique 1 o dans l'installation domestique. Il présente des avantages analogues à ceux du procédé précédemment présenté. Dans un mode particulier de réalisation, les différentes étapes du procédé selon l'invention sont déterminées par des instructions de programmes d'ordinateurs. 15 En conséquence, l'invention vise aussi un programme d'ordinateur sur un support d'informations, ce programme étant susceptible d'être mis en oeuvre dans un ordinateur, ce programme comportant des instructions adaptées à la mise en oeuvre des étapes d'un procédé tel que décrit ci-dessus. Ce programme peut utiliser n'importe quel langage de programmation, et 20 être sous la forme de code source, code objet, ou de code intermédiaire entre code source et code objet, tel que dans une forme partiellement compilée, ou dans n'importe quelle autre forme souhaitable. L'invention vise aussi un support d'informations lisible par un ordinateur, et comportant des instructions des programmes d'ordinateur tels que 25 mentionnés ci-dessus. Le support d'informations peut être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une ROM, par exemple un CD ROM ou une ROM de circuit microélectronique, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique, 30 par exemple une disquette (floppy disc) ou un disque dur. D'autre part, le support d'informations peut être un support transmissible tel qu'un signal électrique ou optique, qui peut être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio ou par d'autres moyens. Le programme selon l'invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau de type Internet. Alternativement, le support d'informations peut être un circuit intégré dans lequel le programme est incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution du procédé en question. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de modes de réalisation préférés décrits en référence aux figures dans lesquelles : - la figure 1 représente de façon schématique une installation comportant 1 o un dispositif selon la présente invention, - la figure 2 représente un filtre actif selon l'invention, - la figure 3 représente un organigramme du procédé selon l'invention. Selon un mode de réalisation de l'invention représenté à la figure 1, un 15 filtre actif 1 selon l'invention est utilisé dans une installation domestique. Par installation domestique, on entend ici toute installation dans laquelle coexistent une ligne de transmission haut débit et un système CPL. Ce peut être le domicile d'un particulier ou encore un bureau. Dans la suite, on prend comme exemple une transmission VDSL2. 20 L'installation domestique comporte une arrivée de ligne téléphonique avec une prise téléphonique murale 2 à laquelle est connecté le filtre actif 1. Ce filtre actif est de type gigogne et il remplace un filtre xDSL classique dans l'installation domestique. Comme représenté à la figure 2, le filtre actif 1 selon l'invention 25 comporte quatre ports de connexion : - un port 11 de connexion au réseau téléphonique, - un port 12 pour recevoir une fiche pour relier un téléphone, - un port 13 de connexion au réseau haut débit, par exemple une prise de type RJ11 pour relier un modem VDSL2, 30 - un port 14 de connexion électrique pour alimenter électriquement le filtre. Un téléphone 3 est relié au port 12 du filtre actif 1 par l'intermédiaire d'une fiche téléphonique 31. Le port électrique 14 du filtre actif 1 est relié à une prise du réseau d'alimentation électrique de l'installation domestique, via un câble électrique classique comportant une fiche électrique. La ligne électrique de l'installation domestique est susceptible de porter un signal de courants porteurs en ligne. Ainsi, dans l'exemple représenté à la figure 1, la fiche électrique du câble électrique est connectée dans une prise d'un modem CPL 5, lui-même connecté à une prise électrique de l'installation domestique. Un modem haut débit 4, de type VDSL2, comporte d'une part un port de connexion 41 pour être connecté au filtre actif 1 et d'autre part un port de connexion 42 pour être connecté au modem CPL 5 via un câble Ethernet. Le modem CPL 5 comporte des fiches pour être connecté à une prise 6 du réseau d'alimentation électrique de l'installation domestique. Bien entendu, l'installation domestique comporte plusieurs modems CPL chacun relié à une prise électrique. Comme représenté à la figure 2, à partir du port 11, le filtre actif 1 selon l'invention comporte trois branches. La première branche comporte un filtre 15 basse fréquence pour laisser passer les fréquences de 0 à 4 KHz vers le port 12. Il s'agit de la liaison téléphonique. La deuxième branche est une liaison au port 13. Il s'agit donc de la ligne de transmission de données. La troisième branche comporte un module 16 de détection de début d'une procédure d'initialisation d'une communication haut débit sur la ligne de transmission haut débit. Le module 16 est relié à un module 17 d'émission de bruit, qui est lui-même relié au port électrique 14. Lorsque le port électrique 14 est relié à la ligne électrique de l'installation électrique, le module d'émission 17 peut émettre un bruit sur la ligne électrique, pendant la procédure d'initialisation. La densité spectrale du bruit est déterminée en fonction de celle du signal des courants porteurs en ligne. Le fonctionnement des modules 16 et 17 va maintenant être détaillé en référence à la figure 3 qui représente un algorithme comportant des étapes E1 à E5. Le filtre actif est alimenté électriquement et est connecté comme représenté à la figure 1. Le filtre actif 1 surveille le spectre de transmission haut débit. Lorsque le modem VDSL2 est activé et démarre sa procédure 1 o d'initialisation, il y a apparition de pics de puissance aux fréquences « A43 » 38.8, 73.3 et 107.8 KHz sur la ligne de transmission. Cette phase correspond à la prise de contact entre le modem VDSL2 et le DSLAM distant, non représenté. A l'étape E1, le module de détection-prise de décision 16 recherche ces trois pics. Lorsqu'il les détecte, cela indique qu'une procédure d'initialisation 15 est lancée. L'étape E1 est alors suivie de l'étape E2 qui est à nouveau un test pour déterminer si les pics de puissance aux fréquences « A43 » sont toujours présents. Tant que ces pics de puissance sont présents, la prise de contact entre 20 le modem VDSL2 et le DSLAM distant est toujours en cours. Il y a alors rebouclage sur l'étape E2. Lorsqu'à l'étape E2, le module 16 détecte la disparition des pics de puissance aux fréquences « A43 », cela signifie que la phase de découverte du canal entre le modem 4 et le DSLAM est lancée. 25 L'étape E2 est alors suivie de l'étape E3 à laquelle le module 16 envoie une instruction au module 17 pour qu'il émette un bruit B pendant une durée prédéterminée, de l'ordre de quelques secondes. La durée d'émission correspond à la durée nécessaire pour la phase de synchronisation du modem 4. 30 L'étape suivante E4 est l'émission du bruit B par le module 17, sur la ligne électrique, pendant la durée prédéterminée. La densité spectrale de puissance (DSP) du bruit B à injecter est égale à celle du signal CPL afin que rien ne change pour le modem VDSL2 lorsqu'il y aura une modification du bruit sur la ligne VDSL2 due à la communication entre modems CPL. En variante, le signal CPL ayant peu d'effet sur le canal montant du système VDSL, le bruit B à injecter peut aussi être restreint aux bandes du canal descendant du système VDSL2. En prenant comme exemple le masque de puissance de type 998ADE17, le bruit B est donc restreint aux bandes de fréquences descendantes de la transmission haut débit : [138KHz - 3.75MHz], [5.2MHz - 8.5MHz] et [12MHz - 17.664MHz]. La DSP du signal VDSL2 pour un masque de puissance de type 10 998ADE17 varie en fonction de l'atténuation de la ligne et donc de la longueur de la ligne de transmission. Selon une autre variante de réalisation, il est possible de restreindre la DSP du bruit B en fonction de la longueur de la ligne. En prenant comme exemple une ligne de 950 m, la DSP du bruit B est restreinte à la bande 15 descendante [138KHz-3.75MHz] car le canal de transmission qui sera vu par le modem VDSL2 sera inexploitable au-delà de 3.75MHz. Il est à noter que le niveau du bruit B peut être légèrement inférieur à celui du signal CPL, le modem VDSL2 se synchronise ainsi sur un débit supérieur à celui où le niveau du bruit B est le même que le signal CPL. Dans 20 ce cas, lorsque les modems CPL se mettent à communiquer, l'effet sur le modem VDSL2 sera une diminution de la marge de bruit. La diminution du niveau du bruit B doit être soigneusement effectuée de façon à ce que la diminution de la marge de bruit du signal VDSL2 n'ait pas d'effet sur la qualité de transmission. 25 Bien entendu, ces variantes peuvent être combinées entre elles. Lorsque la durée prédéterminée d'émission du bruit B sur la ligne électrique est écoulées, l'étape E4 est suivie de l'étape E5 à laquelle le module 16 effectue à nouveau un test pour déterminer si les pics de puissance aux fréquences « A43 » sont présents. 30 En effet, il se peut que la prise de contact n'ait pas eu lieu. La phase d'initialisation est alors relancée. Si c'est le cas, l'étape E5 est suivie de l'étape E2 précédemment décrite. Lorsque la réponse au test de l'étape E5 est négative, alors la prise de contact est terminée. L'étape E5 est suivie de l'étape E1 précédemment décrite à laquelle le module 16 surveille le spectre de transmission haut débit.5 REVENDICATIONS1. Procédé de mitigation de l'effet du couplage de courants porteurs en ligne sur une transmission haut débit, dans une installation comportant une ligne de transmission haut débit et une ligne électrique, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - détection (E1) du début d'une procédure d'initialisation d'une communication haut débit sur la ligne de transmission haut débit, - émission (E4) d'un bruit (B) sur la ligne électrique pendant la procédure d'initialisation, la densité spectrale du bruit étant déterminée en fonction de celle du signal des courants porteurs en ligne. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détection du début de la procédure d'initialisation est réalisée par la détection de pics de puissance à des fréquences prédéterminées. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le bruit est émis sur la ligne électrique pendant une durée prédéterminée. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le bruit est émis sur au moins une bande de fréquence prédéterminée. 25 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'au moins une bande de fréquence est celle d'une transmission dans le sens descendant de la transmission haut débit. 6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que l'au 30 moins une bande de fréquence dépend de la longueur de la ligne de transmission haut débit.20 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le niveau du bruit émis est inférieur ou égal à celui du signal des courants porteurs en ligne. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la transmission haut débit est de type VDSL2. 9. Filtre actif (1) comportant une interface pour être connecté sur une ligne de transmission haut débit, caractérisé en ce qu'il comporte en outre : - une interface (14) pour être connecté à une ligne électrique susceptible de porter un signal de courants porteurs en ligne, - un module (16) de détection du début d'une procédure d'initialisation d'une communication haut débit sur la ligne de transmission haut débit, - un module (17) d'émission d'un bruit (B) sur la ligne électrique pendant la procédure d'initialisation, la densité spectrale du bruit étant déterminée en fonction de celle du signal des courants porteurs en ligne. 10. Programme d'ordinateur comportant des instructions pour l'exécution des étapes du procédé selon la revendication 1 lorsque ledit programme est exécuté par un ordinateur. 11. Support d'enregistrement lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur comprenant des instructions pour l'exécution des étapes du procédé selon la revendication 1.