Technologie CPL – Courant porteur en ligne

wattcube push L face

Comment fonctionne la technologie CPL (Courant porteur en ligne) ?  quels sont les avantages liés à cette technologie ?

On peut facilement trouver des produits communiquant en radiofréquence. Ce moyen de communication n’est pas particulièrement adapté dans les habitations anciennes. Pourquoi ? Tout simplement parce que les murs épais absorbent les signaux électromagnétiques et rendent impossible la commande d’une pièce à  l’autre ou d’un étage à l’autre.

Le courant porteur en ligne permet de communiquer sur de très longues distance, d’un étage à un autre, ou d’une pièce à l’autre même à travers un murs épais. Le courant porteur peut être utilisé partout où la radiofréquence ne fonctionne pas.

Comment fait-on pour communiquer sur le réseau électrique ?

Il existe 2 utilisations principales : en basse fréquence (De 3Khz à 150KHz) pour la transmission de données en faible débit mais longue portée (>3km voir notre article à ce sujet) et en haute fréquence (De 1 à 100MHz) pour la transmission en haut débit mais portée plus réduite. Ces dernières fréquences sont largement utilisées pour la transmission d’une connexion internet via le réseau électrique mais souffrent des problèmes de perturbations inhérent à la fréquence utilisée. Plus on va monter en fréquence, plus on va être sensible aux perturbations et aux atténuations. Un autre facteur atténuant fortement les signaux courant porteur sont les disjoncteurs différentiels et tous les appareils avec une connexion à la terre.

Électroniquement, le signal va être injecté ou reçu via un couplage capacitif. Derrière le condensateur sera présent uniquement la fréquence porteuse.

dlan 1200+ raildin
Schéma-cpl

On voit ici mieux comment cela peut fonctionner, le 50Hz sera filtré complètement par le condensateur de couplage. Le filtre composé du condensateur et de la self va permettre de filtrer grossièrement le signal courant porteur qui sera ensuite affiné à travers des filtres passifs et actifs. Pour émettre le signal sortira du micro-controlleur et sera amplifié avant d’être filtré pour être injecté sur les lignes du secteur. La diode est juste là pour éviter tout débordement de la tension d’entrée protégeant tous les étages en aval.

Signal-alternatif

Comment fonctionne le courant porteur ?

Le principe du courant porteur repose sur le principe suivant. On va venir superposer un signal électrique sur les câbles existants. A titre d’exemple, ci-dessous, une porteuse de 2,5Khz sur un signal de 50Hz avec une amplitude 5 fois moins inférieure à l’amplitude du signal fondamental.

En basse fréquence, les niveaux d’émission et les fréquences sur le réseau sont normés et fixés par le CENELEC (Comité européen de normalisation en électronique et en électrotechnique). Cette organisation fixe 4 bandes de fréquences utilisables :

Bande

 

Fréquence

 

Utilisation

 

Bande CENELEC A

 

Spectre de 3KHz à 95 KHz.

 

Réservé pour les fournisseurs d'électricité.

 

Bande CENELEC B

 

Spectre de  95KHz à 125KHz.

 

toutes applications, pas de gestion de collisions.

 

Bande CENELEC C

 

Spectre 125KHz de 140KHz.

 

Réseaux domestiques avec gestion de collisions (CSMA/CA)

 

Bande CENELEC D

 

Spectre de 140KHz à 148.5KHz.

 

Alarmes et systèmes de sécurité sans gestion de collisions

 

CENELEC définit par ailleurs le niveau maximum d’émission, il est 122dBuV, soit 1.26Vrms. Ce niveau est donc négligeable et complètement invisible sur le 230V du secteur. Les produits Wattlet utilisent la bande CENELEC B comme le X10 mais à plusieurs fréquences porteuses autour de 110KHz.

En haute fréquence, les normes changent,  les normes utilisées sont régies par le IEEE. Deux normes principales sont utilisées le HomePlug AV et IEEE 1901. Des fréquences porteuses de l'ordre de 1 à 30Mhz permettent d'obtenir un débit théorique de l'ordre de 200MBit/s à 600MBit/s sur un câble 230V avec une portée théorique maximum sur un câble nu d'au maximum 200m. Au delà de 30Mhz jusqu'à 100Mhz, on parle de BPL (Broadband Power Line). On émet généralement dans ce cas sur une paire torsadée ou un câble coaxial. Les portées peuvent alors atteindre 500m voir 1km. Entre 1 et 100Mhz, on utilise près de 4000 fréquences différentes. Si une ou plusieurs fréquence sont atténuées, le débit est donc très peu influencé.

Une autre technologie appelée BPL-MIMO (Multiple-Input / Multiple-Output) permet d'augmenter considérablement le débit en utilisant la terre comme conducteur de données. Cette technologie a été largement utilisée par Devolo dans les produits dLAN pro 1200 par exemple. (1200Mbit/s en triphasé + terre)

schemas-globaux-wattlet

Solutions en CPL ?
Cette technologie CPL fait immanquablement penser au X10, une solution sortie dans les années 70 et qui a eu de beaux jours auprès des premiers amateurs de domotique.

Ce standard industriel vieillissant souffrait de quelques handicaps : pas d’algorithme d’immunisation face aux perturbations électriques sur les lignes d’alimentations (Allumage d’un appareil, atténuation par la machine à laver…), lenteur extrême (1s par ordre), pas d’accusés de réception, complexités de mise en œuvre et de programmation, problèmes de certification…

Les produits Wattlet, les Wattcube lèvent tous ces freins. Ils utilisent les derniers circuits de modulation/démodulation sur le réseau électrique récemment introduits grâce aux Smartgrid (dont le désormais célèbre compteur Linky).

Comparaison produits Wattlet versus X10 :

 

X10 Wattcube par Wattlet
Temps de commande 1s 50ms
Programmation Par roues codeuses ou par programmateur Par badge
Immunisation contre perturbation Aucun 5 algorithmes de protection et restitution du signal en cas d’erreur
Taux d’erreur (Frame error rate) Dépendant de l’environnement 1/40million
Portée de communication Limité à l’environnement > 1Km
Accusés de réception Non Oui
Modulation Présence ou absence de porteuse FSK (Frequency Shift Keying)
Fréquence porteuse 120KHz 110KHz*

*Plusieurs fréquences autour de 110Khz

 

On peut aussi citer les autres technologies utilisés par certains constructeurs dont:

– In One par Legrand

– X2D par Deltadore

Ces produits assez rependus utilisent les basses fréquences mais ne présentent pas d’algorithmes spécifiques permettant de s’immuniser contre les perturbations électriques. Les produits Wattlet ne sont pas compatibles avec ces technologies mais peuvent coexister sur un même réseau électrique.

Quels sont les perturbateurs ?

En haute fréqeunce, les prises CPL ou adaptateurs CPL (D-link, LEA, Netgear, Freeplug, Devolo...) sont souvent installés à côté des équipements perturbant largement le signal CPL tels que:

- Télévision

- Amplificateur

- Ordinateur

- Imprimante

Il y a aussi d'autres appareils qui peuvent réduire le courant porteur:

- Machine à laver

- Chaudière

- Four

- Disjoncteur différentiel (voir liste de disjoncteurs différentiels compatibles)

- Disjoncteur

D'ou vient la perturbation ?

 

Les perturbations viennent de trois sources distinctes:

- Les appareils avec une connexion à la terre

- Les appareils non-conformes CE

- Les interrupteurs et disjoncteurs différentiels. (voir liste interrupteurs/disjoncteurs  différentiels compatibles)

Presque tous ces appareils ont un point commun, ils ont une connexion à la terre (Prise Schuko). Pour diminuer les perturbations émises sur le réseau électrique, les constructeurs sont obligés de rajouter des composants électriques que l'on appelle condensateur X ou Y. Ces composants vont largement contribuer à diminuer le niveau des perturbation et permettent aux constructeurs de pouvoir vendre leurs produits sur le marché européen. (Normes pour le marquage CE). En revanche, ces composants électroniques vont diminuer le signal courant porteur si il sont à proximité des émetteurs-récepteurs CPL.

Les appareils non-conforme CE vont émettre des perturbations importantes et vont se venir en permanence brouiller le signal émis. Si aucun algorithme n'est employé une partie du signal courant porteur reçu sera systématiquement perdue. On rencontre souvent ce genre de problème dans des blocs d'alimentation pour téléphone portable ou petites alimentations pour de l'électroménager. En cas de doute, il faudra toujours essayer de débrancher ces appareils et vérifier que les appareils en courant porteur fonctionne mieux.

Les disjoncteurs et interrupteurs différentiels vont atténuer le signal courant porteur si le courant porteur passe au travers. La technologie interne de ces équipements contient ce qu'on appelle une inductance ou une bobine. Cet élément va légèrement atténuer le courant porteur (n°2 ci-dessous)

Comment éviter ces perturbations ?

Il existe plusieurs alternatives pour diminuer l'impact de ces perturbateurs:

-La premier diagnostique est de trouver la source des perturbations, il conviendra donc de débrancher appareil par appareil pour trouver la source du problème.

- La solution la plus simple est donc d'éloigner un maximum les appareils ayant une connexion à la terre. Simplement le fait de rajouter un peu de câble entre le téléviseur et la multiprise par exemple atténuera fortement l'impact des perturbations.

- Une autre solution est d'utiliser un filtre CPL. Généralement il s'agit simplement d'un composant électronique appelé inductance qui va en quelque sorte simuler une longueur de câble importante et donc diminuer l'impact des perturbations.

- Si le courant porteur doit passer dans le tableau électrique via des disjoncteurs et des disjoncteurs différentiels, il faudra essayer dans la mesure du possible que l'émetteur et le récepteur CPL soit sous le même disjoncteur. Sinon on peut ajouter un coupleur de phase qui va court-circuiter les interrupteurs différentiels pour le courant porteur. (Voir notre article)

- Utiliser les produits Wattlet !

 

Les produits Wattlet utilisent pleinement les atouts de cette technologie incomparable. L’ajout d’algorithmes de correction du signal et une facilité de programmation inégalée dans une taille extrêmement réduite offre un système complet pour la rénovation ou le neuf.

 

En savoir plus:

Brochure Wattlet

Catalogue produits