It's raining elephants – VA2GKA

La technologie CPL et les perturbations pouvant y être associées sont à l’évidence des sujets qui déchaînent les radio-amateurs. Récemment pris d’intérêt pour les ondes et après quelques simples observations, je dois bien avouer que je serais bien allé rejoindre leur camp, avec une attitude bien française qui consiste à commencer par râler. Mais combien de radio-amateurs ont effectivement fait des mesures sérieuses avant d’aller se plaindre ?

Je constate avec amusement que pour une fois, les rôles sont inversés. Habituellement, c’est le commun des mortels qui prend peur des grandes antennes des radio-amateurs et même si ces dernières n’ont pas servi depuis des années, elles deviennent responsable de tous les maux (parasites dans le radio réveil, sonnette qui fonctionne toute seule etc…). Les conflits les plus tenaces sont résolus par l’ANFR qui se déplace pour effectuer quelques mesures et mettre un peu de rigueur scientifique dans tout ceci. Et c’est ce dernier point que je retiens et que je trouve important. Pour avoir de la crédibilité, il faut des mesures concrètes et de la rigueur dans le protocole d’expérimentation/vérification.

Après quelques recherches sur Internet, j’ai trouvé pas mal d’informations contradictoires et des analyses douteuses. Aussi, ce week-end dernier, j’ai décidé de faire moi-même mes propres mesures et expérimentations.

Le point de départ à déjà été donné lors d’un précédent post intitulé “Le CPL, ça pique !!!“. Dans ce post, je montrais les effets d’un téléchargement sur la réception d’une émission radio de la BBC & DW. Cette émission était réalisée en mode DRM (Digital Radio Mondiale) et avait l’avantage d’être visuellement homogène sur l’analyseur spectral de mon récepteur. La réception était clairement hachurée dès lors que je démarrais le téléchargement d’un fichier sur Internet.

Dans certains topos trouvés sur le Net, j’ai aussi noté que les constructeurs d’adaptateurs CPL se devaient de préserver les bandes radio-amateur en équipant leur système de filtrage. A noter que mon précédent post concernait une émission sur 3.995MHz, une plage de fréquence non amateur (en France métropolitaine).

Une petite mise en garde avant d’entamer les mesures et analyses. Je dispose de moyens d’amateur, et je ne prétends nullement vouloir faire un travail de laboratoire d’analyse CEM. J’essaie d’avoir la plus grande rigueur possible et de créer des conditions de mesures reproductibles. Je le fais avant tout parce que ça m’amuse et que je trouve la radio-technique intéressante. Je ne cherche à convaincre personne, je publie simplement les résultats de mes petites expérimentations.

Nous y voilà, je vais commencer par détailler les relevés que j’ai réalisés avec mon récepteur en quadrature (le petit kit SoftRock RX v9). Pour les logiciels, j’utilise habituellement Spectrum Labs et Rocky mais c’est plutôt Spectrum Labs que je vais choisir ici car je me suis aperçu que Rocky dispose d’algorithmes de compensation et de filtrage des parasites. L’idéal pour se faire une idée serait bien sûr une vidéo. En bon lecteur de news et de blogs, j’aime bien lorsqu’il y a plus d’images et de vidéos que de texte. Ayant largement atteint mon quota de texte, j’ai préparé une petite vidéo :)

La vidéo en haute qualité est téléchargeable ici.

Dès le téléchargement lancé et le système CPL sollicité, on peut effectivement constater des  perturbations importantes sur la réception de l’émission DRM. A noter que cette émission est en dehors des bandes amateurs. En revanche, pour la seconde partie concernant la bande amateur des 40 mètres, le téléchargement et l’utilisation du CPL n’a aucune influence sur la réception ! On peut donc en conclure une non homogénéité sur le spectre radio. Si filtrage sur les bandes radio-amateur il y a, alors il est –a priori– efficace dans mon cas, et pour cette dernière expérience.

Pour être complet, il faudrait que je réalise les mêmes tests sur toutes les bandes, mais j’ai autre chose en tête. Je vais pour la suite utiliser un analyseur de spectre large bande pour caractériser les perturbations. Pour finir, quelques points concernant cette vidéo et cette expérience. Je n’utilise qu’un seul réseau électrique, le  récepteur est donc également branché sur le CPL. L’antenne utilisée est une antenne filaire d’un peu plus de 20 mètres.

Pour la seconde partie de mon expérimentation, j’ai utilisé un oscilloscope numérique PicoScope 5203 en mode analyseur de spectre afin de caractériser les signaux et les perturbations. Se pose la question des conditions de la mesure : quelle antenne, à quelle distance/localisation … N’ayant pas d’expérience sur les mesures CEM, j’ai procédé par tâtonnement pour voir ce que cela donnait. Pour ma première antenne, j’ai construit une boucle magnétique avec 5 spires de fil émaillé. Concernant la localisation, j’ai commencé par disposer ma boucle autour du boîtier. Bien entendu, ce n’est pas une configuration souhaitable et crédible, car mon antenne décamétrique n’est pas logée dans (ou contre) mon boîtier CPL. Cependant, cette configuration est intéressante car elle aura certainement tendance à amplifier les phénomènes, et une première caractérisation non quantitative sera ainsi plus facile à réaliser. Une seconde configuration plus réaliste à été de mettre la boucle à 1 mètre du boîtier. Il faut par ailleurs garder à l’esprit que ma boucle magnétique est finalement un circuit RLC accordé et qu’elle sera certainement plus sensible sur certaines plages de fréquences. J’ai donc refait tous mes tests avec une autre boucle (section de câble différente, diamètre de la boucle différent, nombre de spires différent). Idéalement, il faudrait une antenne professionnelle large bande adaptée à ces travaux, mais je fais avec mes modestes moyens (cf. paragraphe de mise en garde). Les photos des boucles utilisées sont disponibles ici et ici.

Concernant la plage de mesure, j’ai fais mes premiers essais jusqu’à 125 MHz, pour ensuite restreindre l’analyseur spectral à 30 MHz, car il n’y a pas grand chose à constater au dessus de 28 MHz. Mais commençons par le début, avant de chercher à faire apparaître une perturbation, il me faut tout d’abord un référentiel. En effet, pour pouvoir réaliser une comparaison, il faut une vue du spectre sans perturbation active, ne serait-ce que pour tester et vérifier mon matériel. Je m’attendais en toute logique à quelque chose d’assez plat, aux limites de ce que pouvait m’offrir mon analyseur, mais là, surprise, le spectrogramme n’est pas plat ! Il l’est bien lorsqu’il n’y a rien de connecté à la sonde (le matériel marche bien), mais dès que je connecte mon antenne, des pics apparaissent.

Mesure utilisant la boucle 2 spires posé à même le sol, sans téléchargement. Une autre mesure est disponible ici. Deux autres mesures avec la boucles 5 spires sont consultables ici et ici. A noter que la sensibilité est différente, à prendre en compte pour la suite.

Bon, voyons, des pics vers 6 MHz, de 7.2 à 7.4, de 9.4 à 9.8, de 11,6 à 11,9… Pour quelqu’un ayant parcouru quelque peu le spectre radiophonique, ces gammes de fréquences devraient rappeler quelque chose. Hummm, mon petit doigt me chuchote que je suis tout bêtement en train de recevoir des émissions de radiodiffusion :) Je pense même que le petit pic vers 3.99 MHz doit être l’émission DRM de la BBC & DW. Bref, pour ce référentiel, il faudra tenir compte de ces radios et ne pas coller ces réceptions sur le dos des perturbations générées par le CPL. En moyenne -65dB pour les plus gros pics, c’est déjà pas mal, mais comme nous allons nous focaliser sur les bandes amateurs, ces émissions non-amateur ne seront pas trop gênantes. Pour bien faire, il faudrait que mon installation (disons ma maison) soit dans une cage de faraday.

Passons aux choses intéressantes, l’images qui suit présente le spectre d’une perturbation une fois le téléchargement mis en route. A noter que ces perturbations apparaissent de manière très éphémère, sous la forme d’un burst. Lors de mon analyse avec mon récepteur radio, on pouvait avoir l’impression que l’émission était continue, mais l’analyseur de spectre dispose d’un rafraîchissement rapide et on peut se rendre compte que le phénomène n’est pas continu et constant.

Mesure utilisant la boucle 5 spires disposée autour du boîtier CPL, avec un téléchargement actif. Toujours pour la boucle 5 spires, deux autres mesures sont consultables ici et ici (celui au dessus sans les couleurs ici). Les mesures de la boucle 2 spires (toujours autours du boîtier) sont disponibles ici, ici et ici. Pour être complet, j’ai aussi fait des mesures avec les deux boucles sur le boîtier, sans téléchargement actif : 5 spires ici, ici et ici. 2 spires ici, ici et ici.

Cette mesure à été réalisée avec ma boucle magnétique de 5 spires entourant le boîtier CPL. Il ne faut donc pas tenir compte de la puissance du signal, mais cette vue est intéressante pour caractériser le phénomène. Et ici, on voit bien qu’il y a des découpes franches sur certaines bandes du spectre radio ! Ces découpes correspondent aux bandes radio-amateur.

Les portions visiblement filtrées étant :

• en delà de 2MHz
• 3.40 – 4.08 MHz
• 5.28 – 5.49 MHz (non amateur)
• 6.92 – 7.22 MHz
• 10.03 – 10.25 MHz
• 13.98 – 14.38 MHz
• 20.92 – 21.55 MHz
• 24.80 -25.08 MHz (léger…)
• au delà de 27.94 MHz

Il y a donc visiblement un effort pour préserver les bandes radio-amateur. Après l’aspect qualitatif, voyons à présent l’aspect quantitatif. Pour ceci, il nous faut une nouvelle mesure. Comme je l’ai déjà dit, mettre l’antenne autour du boîtier CPL n’est pas vraiment révélateur des perturbations que pourrait subir un récepteur décamétrique. Par ailleurs, l’électronique du boîtier peut rayonner de faibles émissions qui ne seraient pas véhiculées sur le réseau électrique, mais que je recevrais préférentiellement avec ma configuration d’antenne entourant le boîtier. Sans pousser la recherche trop loin, j’ai simplement mis mon antenne à 1 mètre du boîtier CPL. A cette distance, on peut se demander si je perçois plus les perturbations émises par le boîtier, ou par les câbles électriques qui sont dans le mur. Encore une fois, je n’ai pas été jusque là et je n’ai pas de réponse à ces questions. Je les laisse pour une prochaine expérimentation. Cependant, si je relève des niveaux bas en delà d’un certain seuil à cette distance, je pense que je pourrai considérer le système comme propre.

J’ai encore explosé mon quotas de blabla-vs-image, alors vite, une mesure !

Mesure utilisant la boucle 5 spires disposée à 1 mètre du boîtier CPL, avec un téléchargement actif. Toujours pour la boucle 5 spires, deux autres mesures sont consultables ici et ici. Les mesures de la boucle 2 spires sont consultables ici, ici et ici.

Les amateurs avertis n’auront pas manqué de remarquer que mon analyseur de spectre ne descend pas en dessous de -85dB. C’est important de le noter, car pour l’analyse des perturbations CPL, un seuil relevé à -85dB ne va pas signifier que le système crache des perturbations à -85dB, mais bien que mon système n’est pas capable d’analyser plus finement le phénomène. Aussi, un niveau à -85 dB peut tout aussi bien traduire une absence de perturbation.

Ce qu’il est intéressant de noter sur ce dernier relevé, c’est que pour la totalité des bandes amateur, le niveau se situe sous la barre des -85dB. A l’exception de la bande des 20 mètres, le niveau des bandes oscille globalement entre -85 et -95. Le niveau pour la bande des 20 mètres arrive à -85dB. La première conclusion que l’on pourrait tirer, c’est qu’il serait intéressant d’avoir du matériel plus performant, car avec ces mesures, si perturbation il y a, on ne peut pas la mettre clairement en évidence.

Voici à présent une vidéo qui illustre le phénomène. A noter que le système de capture a fonctionné à 15 fps, alors que le rafraîchissement de l’écran par le logiciel d’analyse était beaucoup plus élevé. Il y a donc des frames présentant des perturbations qui ont –sauté–. Par ailleurs, l’analyseur de spectre lui même fonctionne aussi par burst. Le port USB ne supportant pas le transfert 500 millions d’échantillons par seconde :) La visibilité du phénomène s’en trouve donc dégradée, la réalité étant plus proche que ce que l’on pouvait voir sur la première vidéo (récepteur radio).

La vidéo en haute qualité est téléchargeable ici.

La compréhension du système (ou de la méthode) de filtrage pourrait répondre à pas mal de questions. Aussi, j’ai démonté un de mes boîtiers CPL pour voir se qui se cachait dans la bête ! Je ne donne volontairement pas le nom du constructeur du boîtier CPL dans ce texte, mais si je le faisais, ce dernier ne devrait pas être inquiété car les conclusions qui se profilent sont plutôt positives. Par ailleurs, cela m’évite de faire de la pub (bonne ou mauvaise). Disons juste qu’il s’agit du plus gros constructeur de boîtier CPL européen et que la maison mère se situe en Allemagne. Voici quelques images des tripes de la bête :

Image du boitier CPL ouvert. D’autres photographies sont disponibles ici, ici et ici.

Ça se démonte facilement et la finition est plutôt propre. Je note que la fiche relais est munie d’un filtre passe-bas et elle évite donc la remontée des émissions du boîtier CPL dans les périphériques qui y sont connectés. Coté électronique numérique, on trouve un SoC (System on chip / tout intégré) similaire à ce que l’on pourrait voir sur les adaptateurs Wifi. Un peu de RAM, quelques régulateurs et un petit transformateur sur tore. Pas vraiment de gros système de filtrage avec des tonnes de bobinages comme on pourrait le voir dans un transceiver classique radio-amateur. Aussi, ceci m’invite à penser que le filtrage doit être numérique. Je ne me suis pas trop renseigné sur les principes de la technologie CPL, mais j’imagine qu’il y a au sein du SoC un DAC qui couvre au moins 60MHz. Aussi, il est donc facile de lui indiquer des plages à ne pas utiliser. Si c’est le cas, et si le système fonctionne avec Digital UpConverter, les perturbations sur les bandes amateur peuvent être rendues nulles, à condition que les composants derrière le DAC soient de qualité pour assurer une bonne linéarité de l’étage final.

Voici quelques références pour les amateurs de chipset :

• Chipset principal : Intellon INT6300A0G
• Quartz : 37.5MHz et 25MHz
• Chip secondaire : IC+ IP101A LF
• Standard : HCF4541, 74AC00, K829

Si ce constructeur Allemand préserve certaines bandes radio, j’imagine bien que ce n’est pas parce que le PDG est radio-amateur, mais bien parce qu’ils se doivent de respecter une norme. Cependant, les informations légales et techniques entourant le CPL domestique sont bien difficiles à trouver sur Internet.

Conclusion : Je ne vais pas vous livrer ici une belle conclusion (ça serait trop facile) mais seulement mon sentiment sur tout ceci. J’ai constaté avec un récepteur décamétrique relativement sensible que les bandes amateurs n’étaient pas affectées par l’utilisation du CPL. Un analyseur de spectre à confirmé le fait qu’un filtrage est bien réalisé pour ces bandes. L’adaptateur CPL testé de la firme allemande semble donc préserver le spectre des fréquences réservées aux radio-amateurs. Il serait toutefois dangereux de généraliser ces constatations à tous les constructeurs. Par ailleurs, il serait intéressant que ces quelques expérimentations soient reprises de façon plus poussée et réalisées/complétées par d’autres personnes, dans différentes conditions et avec différentes marques et modèles. Si vous êtes en possession d’adaptateurs CPL, je ne saurais que trop vous inviter à réaliser vous même des expérimentations et des mesures. La communauté des radio-amateurs étant relativement importante en France, on pourrait même imaginer qu’un groupe de travail creuse le sujet et publie les résultats obtenus, afin de veiller à la protection de leur partie du spectre radio. Après tout, l’ARRL s’est bien battue pour défendre la bande des 80 mètres !

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This entry was posted on Wednesday, October 28th, 2009 at 20:10 and is filed under Radio & Wifi. You can follow any responses to this entry through the RSS 2.0 feed. You can skip to the end and leave a response. Pinging is currently not allowed.