Courants porteurs en ligne

Introduction aux CPL

On retient sous l'appellation CPL Courants Porteurs en Ligne toute technologie qui vise faire passer de

l'information bas dbit ou haut dbit sur les lignes lectriques en utilisant des techniques de modulation

avances.

Selon les pays, les institutions, les socits, les courants porteurs en ligne se retrouvent sous plusieurs mots-cls

diffrents :

CPL (Courants porteurs en ligne) PLC (Powerline Communications) PLT (Powerline Telecommunication) PPC (Power Plus Communications)

Bref historique des CPL

La technologie sur courants porteurs existe depuis longtemps, mais elle n'tait utilise pendant longtemps qu'

bas dbit pour des applications de tlcommande de relais, clairage public et domotique.

Le haut dbit sur CPL n'a commenc qu' la fin des annes 1990 :

1950 : sur frquence 10 Hz, puissance 10 kW, unidirectionnel : lumires en ville, tlcommande de relais. Milieu des annes 80 : dbut des recherches pour utiliser le rseau de distribution lectrique comme support

de transport de donnes, sur la bande 5 - 500 kHz, toujours en unidirectionnel. 1997 : premiers tests de transmission de signaux de donnes sur rseau lectrique en bidirectionnel, et dbut

des recherches pour Ascom (Suisse) et Norweb (UK). 2000 : premires exprimentations en France par EDF R&D et Ascom.

Principe de fonctionnement

En effectuant la technologie CPL Haut Dbit, il est possible de faire passer des donnes informatiques sur le

rseau lectrique, et ainsi tendre un rseau local existant ou partager un accs Internet existant via les prises

lectriques grce la mise en place de botiers spcifiques.

Le principe des CPL consiste superposer au signal lectrique de 50 Hz un autre signal plus haute frquence

(bande 1,6 30 Mhz) et de faible nergie. Ce deuxime signal se propage sur l'installation lectrique et peut

tre reu et dcod distance. Ainsi le signal CPL est reu par tout rcepteur CPL qui se trouve sur le mme

rseau lectrique.

Un coupleur intgr en entre des rcepteurs CPL limine les composantes de basse frquence avant le

traitement du signal.

Cadre juridique et rglementation

Toute technologie qui travaille sur une bande de frquence dfinie doit rentrer dans un cadre juridique. Les

rseaux CPL sont la fois des rseaux lectriques et des rseaux de tlcommunication, ce qui fait que les

autorits ont du mal dfinir leur cadre juridique. De plus il n'existe pas encore de rglementation prcise pour

les quipements et les rseaux CPL. Des travaux sont en cours, notamment avec le PLC Forum et l'ETSI, mais

les rsultats n'ont pas encore t publis.

Ainsi la mise en place de rseaux CPL est libre pour ce qui est des installations derrire un compteur priv

(appel Indoor ou InHome ), sous rserve de ne pas crer de nuisances, auquel cas le matriel doit tre

retir. Pour ce qui est des installations extrieures (appel outdoor ) o l'on injecte le signal au niveau du

transformateur HTA /BT pour des crations de boucles locales lectriques, des autorisations d'exprimentation

sont demander auprs de l'ART tant que la technologie n'est pas mature et les normes pas dites.

Standardisation

Un seul standard existe et il est amricain : le standard Homeplug V1.0.1. C'est un standard qui ne concerne que

les installations indoor et qui n'est pas interoprable avec les solutions outdoor existantes ce jour.

Depuis 2006 la version homeplug 2.0 dite AV avec un dbit crte de 200 Mbit/s d' o l'appellation CPL200 a

pris le relais.

Cette norme n'est pas compatible avec les CPL85 de la homeplug 1.0 mais peut coexister sur la mme

installation lectrique.

N.B. : Tous les quipements commercialiss ce jour pour le grand public sont des produits Homeplug .

Technologies

Canal de Transmission

Le support du rseau lectrique n'a pas t tudi pour transporter des signaux Haute frquence (HF). Il faut

donc prendre en compte les contraintes de ce support pour assurer une bonne transmission de ces signaux HF

sans pour autant perturber les appareils environnants, ni les frquences de la bande 1-30 Mhz par rayonnement,

certaines frquences de cette bande tant rserves l'arme ou bien aux radioamateurs.

Tout ceci doit enfin tre tudi pour donner un dbit suffisant l'utilisateur en bout de ligne.

Tout le problme consiste ainsi limiter la puissance de fonctionnement des courants porteurs tout en assurant

un dbit suffisant, et limiter les effets du bruit et de la distorsion sur la ligne. La solution : allier un traitement

du signal le plus performant possible et effectuer un couplage optimal du rseau CPL au rseau lectrique.

Il existe deux mthodes de couplage : couplage capacitif en parallle sur le rseau lectrique ou couplage

inductif via un tort de ferrite. En ce qui concerne les installations en intrieur (indoor), le couplage capacitif est

fait par dfaut lorsqu'on branche l'quipement CPL sur la prise lectrique, le problme ne se pose donc que pour

les installations en extrieur (outdoor), beaucoup plus complexes raliser.

Techniques de modulation de donnes

Tout l'enjeu des CPL est de tenir un dbit avec un niveau d'mission faible, d'o une limitation de la

puissance de fonctionnement des courants porteurs, ou bien un traitement du signal le plus performant possible

pour contourner cette contrainte de niveau d'mission.

Sur les solutions actuelles, deux types de modulation ressortent particulirement : OFDM (Orthogonal

Frequency Division Multiplexing) et Spread Spectrum (ou modulation talement de spectre).

OFDM : Orthogonal Frequency Division Multiplexing

La technique de transmission OFDM est base sur l'mission simultane sur n bandes de frquence (situes

entre 2 et 30 MHz) de N porteuses sur chaque bande. Le signal est rparti sur les porteuses. Les frquences de

travail sont choisies en fonction des rglementations, les autres sont teintes de manire logicielle. Le signal

est mis un niveau assez lev pour pouvoir monter en dbit, et inject sur plusieurs frquences la fois. Si

l'une d'elles est attnue le signal passera quand mme grce l'mission simultane. Le spectre du signal

OFDM prsente une occupation optimale de la bande alloue grce l'orthogonalit des sous-porteuses.

N.B. : Cette modulation a t choisie par le comit Homeplug, donc tous les quipements qui respectent la

norme Homeplug sont en modulation OFDM. C'est notamment cette modulation qui est utilise pour les

transmissions sans fil WiFi (802.11a).

SS Spread Spectrum : Modulation talement de spectre

Le principe de la modulation talement de spectre (Spread Spectrum) consiste taler l'information sur

une bande de frquences beaucoup plus large que la bande ncessaire, dans le but de combattre les signaux

interfrents et les distorsions lies la propagation : le signal se confond avec le bruit. Le signal est cod au

dpart, un code est assign chacun des usagers afin de permettre le dcodage l'arrive. L'talement est assur

par un signal pseudo alatoire appel code d'talement. A la rception le signal est peru comme du bruit si le

rcepteur n'a pas le code. Le signal tant mis un niveau plus faible que celui du bruit, le dbit reste faible. La

modulation avec talement de spectre est ainsi optimise pour lutter contre le bruit, dont elle limite mieux les

effets.

La modulation CDMA (Code Division Multiple Access) est une modulation talement de spectre utilise pour

certaines solutions CPL.

Lorsqu'on fait le point des diffrentes solutions existantes ce jour on note que les solutions qui utilisent

l'talement de spectre restent bas dbit, seules les solutions qui utilisent OFDM peuvent monter en dbit ce

jour.

Liaison de donnes

Toute solution CPL doit inclure une couche physique robuste mais galement un protocole d'accs la couche

rseau efficace. Ce protocole contrle le partage du mdia de transmission entre de nombreux clients, pendant

que la couche physique spcifie la modulation, le codage et le format des paquets.

La mthode d'accs utilise par les machines utilisant les courants porteurs en ligne est le CSMA/CA (Carrier

Sense Multiple Access with Collision Avoidance), c'est--dire la mme mthode utilise pour les rseaux sans

fils WiFi.

Article crit par Franoise Cacciaguerra Novembre 2003

Architectures des dispositifs

Architecture en intrieur (Indoor)

Les solutions CPL commercialises ce jour, de type Homeplug pour l'indoor, sont des solutions parfaites pour

tendre le rseau local et partager l'accs Internet haut dbit existant, notamment la maison ou en petite

entreprise, avec une mise en uvre simple. Les botiers CPL se prsentent en gnral avec un port Ethernet ou USB suivant le modle choisi, et une connexion vers la prise lectrique.

La mise en uvre d'une solution CPL en intrieur demande au niveau informatique comme configuration minimum un PC avec carte Ethernet ou une prise USB selon le choix du botier. Attention tout de mme la

disponibilit des drivers (pour les modles en USB) selon le systme d'exploitation.

Pour la mise en place d'un botier Ethernet, l'installation est quivalente celle d'un rseau local Ethernet filaire.

Pour la mise en place d'un botier USB, la configuration se fait via le pilote fourni, une carte rseau virtuelle est alors configurer comme la carte Ethernet en rseau local.

Au niveau lectrique, l'installation ne pose aucun souci l'intrieur d'un logement derrire un compteur

monophas dans la mesure o les adaptateurs se branchent directement sur les prises lectriques. En revanche

l'intgration est plus complexe dans les immeubles, que ce soit en rsidentiel avec une arrive triphase et

diffrents compteurs, ou bien dans les btiments de grande taille, tels que des collges, des hpitaux ou

immeubles administratifs. La mise en uvre d'une solution CPL tendue ncessite alors une double comptence : expertise en rseau lectrique et en rseau informatique, ainsi que l'utilisation de matriel

diffrent des botiers Homeplug vendus pour l'indoor.

La solution grand public actuellement vendue, Homeplug, possde un dbit thorique de 14 Mb/s. D'autres

solutions existent toutefois avec des dbits allant de 2 Mb/s 45 Mb/s. Une solution 100 Mb/s a t teste en

laboratoire.

Les dbits rels se voient amputs de la partie du trafic rserv la gestion du systme. Pour autant les dbits

obtenus restent suffisants pour la majorit des applications domestiques si on part des 14 Mb/s de Homeplug

par exemple.

La scurit du rseau CPL

Rle de la phase lectrique : le signal passe les phases par induction, mais le signal est trs vite dgrad d'une

phase l'autre. Rle du compteur lectrique : le signal CPL passe le compteur lectrique, ce dernier ne constitue

donc en aucun cas une barrire pour le rseau CPL.

Aspect scurit rseau local : Tout rseau CPL doit tre scuris comme tout rseau local, avec la mise en place

notamment d'un systme pare-feu (firewall), cependant il existe deux niveaux de scurit intrinsques aux

quipements CPL :

un cryptage DES (avec une cl de 56 ou 128 bits), la possibilit de cration de rseaux spars sur un mme circuit lectrique avec deux cls de cryptage

diffrentes, configurables via un utilitaire gnralement fourni avec l'quipement.

Architecture en extrieur (Outdoor)

Des exprimentations sont en cours pour des installations extrieures, avec un couplage entre l'arrive Internet

Haut Dbit et le rseau lectrique via un transformateur HTA/BT pour la cration d'une boucle locale

lectrique.

Avantages et inconvnients

Avantages CPL :

Mobilit Souplesse Simplicit de mise en uvre en indoor Stabilit de fonctionnement Complmentaire aux solutions filaires et sans-fils

Inconvnients CPL :

Mise en uvre et bon fonctionnement dpendant de l'architecture du rseau lectrique Manque de standardisation et de normes Problme d'interoprabilit entre les diffrents quipements Prix ce jour, march dvelopper

Conclusion

Les solutions CPL peuvent tre vues comme des solutions complmentaires ou alternatives aux rseaux filaires

traditionnels, aux rseaux sans fils et au VDSL.

Suivant les architectures des rseaux existants, des btiments ou des contraintes techniques, l'une ou l'autre des

solutions peut tre choisie, mais l'on peut galement envisager une solution en complment d'une autre !

Les dbits des solutions CPL sont amens augmenter, le standard Homeplug AV est l'tude pour diffuser

des canaux de tl numrique.

De nombreux projets de recherche portent sur ces solutions et leurs volutions, tout est venir, il faut donc

suivre de prs les informations sur le sujet !