OFDM

Le multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence (OFDM) est une technique de modulation numérique qui transmet des données en divisant un signal en de nombreux sous-canaux étroits et chevauchants, chacun transportant simultanément une partie du message. Dans les services publics d'électricité et les systèmes de réseaux intelligents, l'OFDM permet la communication sur les lignes électriques et les liaisons sans fil qui seraient autrement trop bruyantes ou électriquement hostiles pour un seul signal porteur de haute puissance. Cette technique est fondamentale pour les communications par courant porteur en ligne (CPL) à large bande modernes et les réseaux d'infrastructure de comptage avancée (AMI).

En OFDM, la bande passante disponible est divisée en centaines ou milliers de sous-porteuses orthogonales, généralement espacées de 4,3 kHz dans les applications utilitaires. Chaque sous-porteuse est modulée indépendamment, généralement avec une modulation d'amplitude en quadrature (QAM) ou une modulation par déplacement de phase (PSK). L'orthogonalité de ces porteuses (ce qui signifie que leur énergie de crête se produit là où les porteuses adjacentes sont nulles) leur permet de se chevaucher sans interférence, maximisant ainsi l'efficacité spectrale. C'est pourquoi l'OFDM tolère le bruit à bande étroite, le bruit impulsionnel et les réflexions multipath endémiques aux réseaux de distribution d'énergie.

Déploiement pratique et contraintes

L'OFDM est gourmand en calcul, s'appuyant sur des algorithmes de transformée de Fourier rapide (FFT) pour convertir entre les domaines temporel et fréquentiel. Un compteur intelligent ou un dispositif d'automatisation de la distribution typique effectuant l'encodage et le décodage OFDM nécessite un microprocesseur capable de gérer les opérations FFT à des débits de 10 à 50 millions de points par seconde. Les services publics d'électricité ont normalisé les implémentations OFDM dans les protocoles G3-PLC et PRIME, qui fonctionnent dans la bande de 400 kHz à 500 kHz, bien en dessous de la plage de 1 MHz à 30 MHz utilisée par certains systèmes CPL à large bande. La capacité du canal dépend fortement du nombre de sous-porteuses utilisables et du rapport signal/bruit ; dans de mauvaises conditions de ligne électrique, le système peut abandonner des sous-porteuses ou réduire la profondeur de modulation, échangeant la vitesse contre la fiabilité.

Une faiblesse critique de l'OFDM dans les environnements utilitaires est sa sensibilité au bruit impulsif et au bruit de phase. Un seul coup de foudre ou un transitoire de commutation haute tension peut corrompre plusieurs sous-porteuses simultanément. Les concepteurs de systèmes atténuent cela avec un codage de correction d'erreurs direct (FEC), un entrelacement des données sur les sous-porteuses et une allocation adaptative des sous-porteuses qui évite les bandes de fréquences avec des interférences chroniques. Le préfixe cyclique, un intervalle de garde ajouté à chaque symbole OFDM, absorbe les échos et les réflexions du canal de la ligne électrique, au prix d'environ 25 % de surcharge.

L'OFDM est devenu la norme de facto pour la communication du dernier kilomètre dans les réseaux de distribution car il équilibre la robustesse, le débit de données et le coût. Il est moins sensible à l'évanouissement sélectif en fréquence que les schémas à porteuse unique, et il s'adapte naturellement aux différentes contraintes de bande passante. Le même cadre mathématique sous-tend les systèmes OFDM sans fil (LTE, Wi-Fi, télévision diffusée), ce qui facilite l'adaptation des conceptions de silicium éprouvées aux exigences des services publics. Cependant, cela reste un compromis : plus simple que les alternatives à spectre étalé, mais plus complexe que les systèmes FSK à bande étroite traditionnels ou FSK à étalement de fréquence utilisés dans les anciens systèmes de lecture automatique des compteurs.