Phénomènes de perturbation

Comme tout support de transmission, les réseaux électriques présentent des perturbations qui varient au cours du temps. Elles trouvent principalement leur origine au sein de la grande variété

d’équipements raccordés aux réseaux, ainsi que par couplage entre les conducteurs en hautes

fréquences. Les équipements électriques sont soumis à des réglementations « anti-perturbation », mais

néanmoins, le nombre et la diversité d’équipements présents aujourd’hui dans les foyers sont la

principale cause des perturbations. Les perturbations peuvent être classifiées en trois grandes catégories suivant leur origine, leur durée, leur occupation spectrale et leur intensité. On distingue les perturbations permanentes, apériodiques et périodiques synchrones à la tension secteur [5, 6, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69]

4.3.2.1 Les perturbations permanentes

Ces perturbations correspondent aux bruits présents du début à la fin de la communication CPL entre les entités concernées. Il est possible de distinguer le bruit de fond coloré, à bande étroite, et impulsionnel périodique asynchrone

Bruit de fond coloré

Il correspond à une superposition de bruits d’origines diverses demeurant sur l’ensemble du réseau

électrique à des niveaux de puissance variables selon la proximité des équipements et du temps. Par opposition au bruit blanc qui possède une densité spectrale de puissance (DSP) uniforme, le bruit de

fond des réseaux électriques est un bruit coloré qui présente une décroissance avec l’augmentation de la fréquence. Cette décroissance s’explique par les propriétés d’atténuations des réseaux électriques en

hautes fréquences. Le bruit de fond limite la dynamique, et par conséquent, la portée globale de la transmission des signaux CPL.

Bruit à bande étroite

Ce bruit est souvent issu de la captation par les lignes électriques des émissions de radiodiffusion. Il s'agit donc de brouilleurs persistants qui apparaissent souvent sous la forme d'un signal sinusoïdal modulé en amplitude et occupent les sous-bandes correspondant aux diffusions grandes et moyennes

ondes. L’amplitude de ce bruit varie lentement au cours de la journée et devient plus importante la nuit

lorsque les propriétés de l'atmosphère sont les plus propices à la réflexion des ondes. La faible

variation de l’amplitude au cours temps permet d’appréhender ces bruits et de les compenser en

utilisant intelligemment la bande de fréquences de transmission (cf figure 1.11). Bruit impulsionnel périodique asynchrone

Les impulsions de ce type de bruit se composent généralement d’une fréquence de répétition comprise

entre la dizaine de kilohertz à plusieurs centaines de kilohertz. Dans le domaine fréquentiel, ces impulsions apparaissent sous la forme de raies spectrales espacées de la fréquence de répétition (cf figure 1.12). Ce type de bruit est le plus souvent engendré par les blocs d'alimentation rencontrés dans les équipements domestiques d'aujourd'hui (alimentation à découpage). A cause de la forte occurrence des impulsions, les fréquences occupées sont proches et constituent des groupements de raies qui peuvent être assimilées à une forme de bruit à bande étroite. La durée et le temps réduit entre chacune des impulsions ont pour conséquence de définir ce bruit comme une perturbation stationnaire.

Figure 1.11: Spectrogramme de bruits à bande étroite [67] Figure 1.12 : Spectrogramme d'un bruit impulsionnel périodique asynchrone [67]

4.3.2.2 Les perturbations apériodiques

Cette deuxième catégorie de perturbations représente les bruits venant modifier de façon non périodique le bruit stationnaire. Il est possible de distinguer le bruit impulsionnel apériodique, la variation apériodique du bruit stationnaire, ainsi que la variation apériodique des phénomènes périodiques synchrones.

Bruit impulsionnel apériodique

Ce bruit trouve son origine lors du branchement ou pendant le fonctionnent d’un appareil électrique. Celui-ci peut générer une impulsion électromagnétique sur le réseau par une étincelle lors du

branchement d‘un appareil, ou bien provenir de l’extérieur du réseau, lors d’un orage par exemple. Ces

réseau. La durée des impulsions peut varier de plusieurs microsecondes à quelques millisecondes. Les impulsions présentent une amplitude élevée vis à vis des autres bruits impulsionnels. Toutefois, celles-

ci ont un taux d'apparition relativement faible. En effet, elles proviennent principalement d’une action manuelle de l’utilisateur ou bien par un déclenchement automatique d’un appareil, comme le ballon

ECS. Cette donnée se veut rassurante, compte tenu du fait que la période temporelle pendant laquelle interviennent de telles impulsions entraîne généralement de forte dégradation de la qualité du réseau et donc de la transmission.

Variation apériodique du bruit stationnaire

Les bruits impulsionnels présentés ont démontré que leur origine pouvait venir de l’allumage

d’appareils électriques. Il est également possible que cet allumage vienne générer une variation du

bruit stationnaire. En effet, en se focalisant sur le moment de transition du réseau, c'est-à-dire à

l’allumage d’un appareil électrique où celui-ci vient ajouter un bruit impulsionnel périodique

asynchrone, ce moment de transition sera perçu comme une variation du bruit stationnaire (cf figure

1.13). D’un point de vue conception du modem CPL, celui-ci devra intégrer un système d’estimation

de la qualité du réseau électrique de façon régulière pour garder une fiabilité de communication élevée.

Variation apériodique des phénomènes périodiques synchrones

La présentation des bruits périodiques synchrones à la tension secteur se fera dans la section suivante.

Comme précédemment, en se focalisant sur un moment de transition, lorsque l’on regarde l’impact de

ce bruit impulsionnel synchrone sur le bruit stationnaire, la figure 1.14 illustre une variation

apériodique du bruit stationnaire, avec une périodicité de 10 ms du bruit de l’appareil tant que celui-ci

est en fonctionnement.

Figure 1.13 : Spectrogramme d'une variation apériodique du bruit stationnaire [67]

Figure 1.14 : Spectrogramme d'une variation apériodique des phénomènes périodiques synchrones [67]

4.3.2.3 Les perturbations périodiques synchrones à la tension secteur

Ces perturbations représentent les phénomènes qui se produisent à une fréquence correspondant à la fréquence de la tension secteur ou à un multiple de celle-ci.

Bruit impulsionnel périodique synchrone

Ce bruit se compose d'une impulsion et d’une série d’impulsions qui se produisent de façon périodique

et synchrone avec la fréquence du réseau. Ces impulsions ont une durée courte de l'ordre de la microseconde et ont une densité spectrale de puissance qui décroit avec la fréquence. Elles sont pour

l'essentiel induites par les redresseurs de tension présents au sein des blocs d'alimentation à tension continue et par les appareils utilisant des triacs ou des thyristors tels que les variateurs de lumière. Variation périodique synchrone du bruit stationnaire

La présence d’appareils réalisant des bruits impulsionnels périodiques synchrones et asynchrones aura pour conséquence d’engendrer des variations du bruit stationnaire périodique avec le 50/60 Hz. Pour

illustrer ces phénomènes, la figure 1.15 représente la variation du bruit stationnaire par la combinaison

d’un bruit impulsionnel périodique synchrone avec la tension secteur 50 Hz et un bruit périodique

asynchrone de la tension secteur de 40 kHz.

Figure 1.15 : Spectrogramme d'une variation périodique synchrone du bruit stationnaire [67]